Cultures fongiques
V- 7. La trappe ionique
La trappe ionique est constituée de trois électrodes hyperboliques : - une calotte d’entrée, fermant le système optique des ions
- une calotte de sortie, fermant le système de détection des ions - une électrode circulaire, localisée entre les deux calottes
Les électrodes forment ainsi une cavité (figure V-7A) permettant l’analyse de masse.
Les ions présents dans la trappe sont soumis à l’influence d’un champ électrique constitué d’un champ alternatif et d’un champ constant. Les trois électrodes forment ainsi une sorte de quadripôle à trois dimensions, de tension pour l’électrode circulaire φo et de tension -φo pour les deux calottes. Les ions sont gardés captifs, “trappés”, sur une trajectoire en forme de huit.
Isolement et identification des métabolites
Figure V-7A : Schéma d’une trappe ionique (Documentation Finnigan)
A l’intérieur de la trappe, les ions se repoussent mutuellement et, de ce fait, ont tendance à accroître le rayon de la trajectoire (figure V-B). Une pression de gaz inerte (hélium) est appliquée pour maintenir les ions sur une trajectoire de petite dimension.
Figure V-7B : Trajectoire suivie par les ions
Les ions sont éjectés de la trappe suivant leur rapport masse sur charge. Les différents processus qui se produisent dans l’analyseur de masse se décomposent en quatre étapes :
- stockage des ions
- isolement des ions (SIM, SRM, CRM et MSn)
- collision induisant des dissociations (SRM, CRM et MSn) - détection des ions
Isolement et identification des métabolites
Les techniques d’analyse SIM, SRM et CRM, permettent d’obtenir une grande sensibilité de détection. Elles seront utilisées pour la recherche des métabolites, souvent présent à l’état de traces, dans des mélanges complexes ainsi que dans le matériel végétal.
¾ SIM : Selected Ion Monitoring
Les ions formés étant stockés dans la trappe ionique, seuls les ions sélectionnés sont expulsés de l’analyseur et détectés, obtenant ainsi un spectre de masse en mode SIM. Ce mode donne une sensibilité plus importante que le mode de balayage de l’ensemble des masses, Full scan mode.
¾ SRM : Selected Reaction Monitoring Ce mode de balayage se déroule en deux parties :
- Tous les ions stockés dans la trappe ionique sont expulsés à l’exception des ions parents de masse sélectionnée. Ils sont ensuite excités pour qu’ils puissent rentrer en collision avec les molécules d’hélium présentes dans la trappe, et de ce fait se fragmenter.
- Les ions fils produits sont stockés dans l’analyseur de masse. Seuls les ions fils sélectionnés sont expulsés puis détectés, afin d’obtenir le spectre de masse en mode SRM.
¾ CRM : Consecutive Reaction Monitoring Ce mode de balayage se déroule en trois parties :
- L’ion parent sélectionné est stocké dans l’analyseur. Il est excité et rentre en collision avec les molécules d’hélium afin de provoquer sa fragmentation en ions fils.
- Tous les ions fils produits sont stockés dans l’analyseur, seuls les ions de masse sélectionnés sont maintenus dans la trappe tandis que les autres sont expulsés. L’ion fils sélectionné devient parent à son tour, rentre en collision avec les molécules d’hélium et produit de nouveaux ions fils.
- Les nouveaux ions fils sont stockés dans l’analyseur. Ceux de masse sélectionnée sont expulsés et détectés, obtenant ainsi le spectre de masse en mode CRM MSn. Le processus peut être répété jusqu’à n fois, avec n < 8.
De même que l’analyseur quadripolaire, la trappe ionique possède un diagramme de zone de stabilité des ions. Ce diagramme dépend également des paramètres a et q provenant des équations de Mathieu.
L’amplitude de voltage pour “trapper” les ions est appliquée sur l’électrode circulaire (figure V-7C). Sur les calottes d’entrée et de sortie est appliquée également une amplitude de voltage de résonance d’excitation - d’éjection des ions.
Isolement et identification des métabolites
Figure V-7C : Amplitude de voltage appliquée aux trois électrodes Les équations de Mathieu pour une trappe ionique sont les suivantes :
(1) az = - 2 ar = (- 16e U) / [m (ro2 + 2 zo2) Ω2] (2) qz = - 2 qr = (- 8e V) / [m (ro2 + 2 zo2) Ω2]
La géométrie de la trappe permet d’établir une troisième équation (3), et de là simplifier les équations (1) et (2) :
(3) ro2 = 2 zo2
avec : e charge de l’ion, m masse de l’ion, ro rayon interne, zo distance du centre de la trappe à la calotte, Ω fréquence, V amplitude de voltage rf, U tension.
Le diagramme est représenté en fonction des paramètres az et qz (figure V-7D). Les coordonnées de la ligne de stabilité sont : (az, qz) = (0, 0) et (az, qz) = (0, 0.908).
Figure V-7D: Diagramme de stabilité des ions, az = f (qz) [71]
Isolement et identification des métabolites
La valeur de qz est inversement proportionnelle à la masse m. Plus le rapport m/z est grand et plus la valeur de qz est faible, représenté sur la figure (V-7D) par la différence de taille des cercles (ex : m9 et m8).
L’analyse d’un ion dépend de l’amplitude rf appliquée sur l’électrode circulaire. La représentation schématique (figure V-7E) illustre les quatre étapes nécessaires de l’ “ion-trap scan function”.
Figure V-7E : Représentation schématique de la fonction scan dans une trappe ionique La première étape est l’injection de l’ion qui requière un temps de 0.001-1000 ms. Puis l’ion est isolé à l’intérieur de la trappe pour une durée de 5-30 ms, c’est la deuxième étape. Après l’isolation, la phase d’excitation consiste à ce que l’ion emmagasine de l’énergie. Cette troisième étape dure entre 5 et 30 ms. Finalement, la dernière étape est l’analyse de masse, pendant 10 à 400 ms. Les ions sont éjectés séquentiellement en dehors de la chambre QIT, à travers le trou de la calotte de sortie.
C C HA H A PI P IT TR RE E I II II I : :
ME M E TA T A BO B OL L IT I TE E S S IS I SO OL LE E S S E E T T
Isolement et identification des métabolites