Caractérisation des polymères

Les copolymères obtenus par ces deux approches sont ensuite caractérisés principalement par résonance magnétique nucléaire (RMN) et spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour l’identification, chromatographie

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d’exclusion stérique (SEC) pour évaluer les masses molaires, analyse thermogravimétrique (TGA) pour déterminer les températures de dégradation, calorimétrie différentielle à balayage (DSC) pour obtenir les températures de transition vitreuse et de fusion et par diffraction des rayons x pour l’étude de la cristallinité.

La spectrométrie de masse MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation - Time Of Flight, en français : désorption/ionisation laser assistée par matrice - temps de vol) est utilisée pour montrer que l’incorporation des segments flexibles dans les chaînes du polymère se fait de manière aléatoire ou s’il y a création de blocs polymères par réaction préférentielle d’un des monomères au début de la réaction. Nous allons donner une brève description de cette méthode qui est de plus en plus utilisée pour caractériser les polymères.

La spectrométrie de masse est une technique d'analyse physico-chimique permettant de détecter, d'identifier et de quantifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z).

Le spectromètre de masse MALDI-TOF est un spectromètre utilisant une source d’ionisation laser assistée par une matrice et un analyseur à temps de vol. C’est une technique d'ionisation douce (ionisation sans fragmentation) qui permet l'analyse de biomolécules (des biopolymères comme les protéines, les peptides et les sucres) et les grosses molécules organiques (comme les polymères, les dendrimères et autres macromolécules) sensibles à la chaleur sans se dégrader.

L’échantillon à analyser est dispersé dans une matrice qui permet de faciliter sa vaporisation et son ionisation. La matrice est une molécule qui a une pression de vapeur assez grande afin de ne pas s'évaporer sous un certain vide et durant la préparation de l'échantillon, une faible masse moléculaire pour faciliter la vaporisation, une forte absorption dans l'ultraviolet, lui permettant d'absorber

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efficacement et rapidement l'irradiation laser. Elle doit aussi être soluble dans un solvant approprié aux molécules étudiées.

Pour les PEES, on utilise généralement le dithranol ou bien le trans-2-[3-(4-tert- butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile (DCTB) comme matrice.71

Un agent cationisant comme des ions Na+ _{ou Li}+ _{est ajouté au mélange}

(échantillon/matrice). L’ensemble est co-cristallisé sur une plaque MALDI par évaporation du solvant. L'ionisation, qui s’effectue dans la chambre d’ionisation, est provoquée par irradiation sous vide du dépôt solide par des impulsions laser de longueur d’onde où la matrice présente une forte absorption. Il en résulte une désorption puis une désolvatation avec transfert de proton (H+_{) de la matrice}

photoexcitée aux molécules de l’échantillon analysé. L’ionisation des molécules de l’échantillon se produit principalement par transfert de protons à partir de la matrice et il se forme l’ion moléculaire [M+H]+. Des molécules sont également ionisées par l’addition de l’agent cationisant pour former l’ion moléculaire [M+cation]+.

Cependant, il y a controverse sur la formation de ces ions.72 _{Knochenmuss et al.}73

mettent en jeu la réaction ion-molécule dans le nuage formé par la désorption de l’échantillon et Frankevich et al.74 _{indiquent que les électrons proviennent non pas de}

la matrice photoionisée mais du support métallique de l’échantillon.

Les ions moléculaires générés sont accélérés dans un champ électrique et pénètrent dans l’analyseur à temps de vol (tube de vol) où ils sont séparés en fonction de leur temps de vol qui est proportionnel au rapport m/z (m/z = 2U. t2_/L2 _{avec U = tension} appliquée, t = temps de vol, L = longueur du tube de vol).

Plus un ion monochargé sera lourd, c’est-à-dire plus son rapport m/z sera élevé, plus il va mettre plus de temps pour arriver au détecteur.

Le détecteur transforme le courant ionique en courant électrique permettant d’obtenir un spectre de masse caractérisant l’échantillon.75-77

La technique MALDI_TOF produit de manière générale des ions moléculaires monochargés, mais des ions multichargés ([M+nH]n+) peuvent aussi être observés, selon la matrice utilisée et/ou l'intensité du laser.

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Schéma 1.12: Principe de fonctionnement d’un spectromètre de masse MALDI-

TOF.72

Les spectres de masse MALDI-TOF peuvent être obtenus en mode linéaire ou réflectron selon l’équipage de l’appareil.

En mode linéaire, le temps de vol des ions moléculaires est plus court (Figure 1.6) et la résolution des pics du spectre est plus faible.72 _{Les ions de même rapport m/z}

peuvent arriver au détecteur à des moments différents dû au fait qu’ils n’ont pas la même énergie cinétique (donc qu’ils ont des vitesses différentes) à l’entrée de l’analyseur, ce qui a pour conséquence d’élargir les pics du spectre obtenu.

En mode réflectron, le spectromètre MALDI-TOF est équipé d’un réflectron (Figure

1.6), encore appelé miroir électrostatique, qui a pour but de dévier le faisceau ionique

Représentation des données dans un spectre de masse

Séparation des ions produits en fonction du rapport m/z Production d’ions en phase gazeuse Conversion du courant ionique en courant électrique Chambre d’ionisation Analyseur à temps de vol Détecteur Traitement du signal

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avec un champ électrique, de regrouper les ions de masse similaire et de les diriger vers un second tube de vol qui les conduit vers un second détecteur.

Pour des ions ayant le même rapport m/z mais des énergies cinétiques différentes, l’ion le plus rapide va entrer plus profondément dans le miroir électrostatique. Il va parcourir alors une plus grande distance et passera plus de temps dans le réflectron que l’ion le plus lent. Ce phénomène conduit à une arrivée simultanée des ions de même rapport m/z au niveau du détecteur malgré leur différence de vitesse de départ, ce qui augmente la résolution des pics des spectres obtenus.

Figure 1.6: Composants basiques d’un spectromètre MALDI-TOF utilisable en mode

linéaire et mode réflectron72

L’étalonnage en masse de l’appareil MALDI s’effectue à l’aide de calibrants dont les masses molaires encadrent les valeurs de m/z des molécules d’intérêt.

Cette technique est, cependant, limitée par la masse et la volatilité des molécules analysées et par les limites physiques des détecteurs utilisés.75

Matrice/échantillon Détecteur en mode réflectron Détecteur en mode linéaire Réflectron Ions Source Laser

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