Ultra haute résolution

21T FT-ICR
  1. FT-ICR
  2. L'orbitrap (Haut champ)
  3. La paracell

La spectrométrie à ultra haute résolution est représentée par des analyseurs de masse comme les FT-ICR, l'orbitrap (haut champ) et la paracell.
Elle se caractérise par l'obtention de spectres où les pics des différentes abondances isotopiques sont séparés peu importe la masse étudiée. Il est toujours possible d'utiliser le profil isotopique pour valider la présence des éléments non monoisotopiques. La mesure de masse exacte des contributions fines confirme la présence des éléments et leur intensité le nombre. La précision de mesure est très inférieure à 1 ppm, très souvent en dessous de 500 ppb.

FT-ICR

Les spectromètres de masse à résonance cyclotronique ionique sont historiquement les instruments ultimes pour la résolution et la précision de mesures.
L'analyseur est constitué d'une cellule, dite trappe de Penning, délimitée par des champs électriques et confinée dans un champ magnétique.
Son principe consiste à piéger puis à exciter les ions dans cette cage électromagnétique. La détection et la mesure des fréquences d'oscillation sous la forme d'une décroissance libre d'induction (Free Induction Decay FID), traitée par transformée de Fourier, livrera le spectre de masse. L'équation du mouvement d'un ion dans le cas d'une très faible oscillation axiale montre une proportionnalité entre la fréquence et l'inverse du rapport masse sur charge, qui implique une meilleure résolution pour les bas m/z.
L'ultra haute résolution est entre autres due au vide poussé (1e-10 à 1e-11), la capacité à mesurer de manière très pure les fréquences et à la gestion ouverte du temps de présence dans la cellule.
Typiquement les résolutions dans les spectres sur FT-ICR sont supérieures à 500 000 et atteignent assez souvent quelques millions.

L'orbitrap (Haut champ)

Installée dans les modèles les plus récents et dans les produits haut de gamme de Thermo Fisher, l'orbitrap haut champ a été modifiée : le fuseau est plus large et le champ appliqué est plus important. La stabilité dans la trappe est toujours régie par la résolution d'équations de Mathieu. Les ions oscillent radialement autour du fuseau central avec plus ou moins d'amplitude et axialement le long du fuseau. Les solutions stables montrent une proportionnalité de la fréquence avec la racine carrée de l'inverse du rapport m/z, qui implique une bien meilleure résolution pour les bas m/z.
La composante axiale est exploitée pour obtenir une décroissance libre d'induction (Free Induction Decay FID), qu'une transformée de Fourier transformera en spectre de masse. La très haute résolution est entre autres due à la maîtrise de l'injection des ions par une trappe spécifique (C-Trap), à un vide poussé (1e-10 à 1e-11) et la capacité à mesurer de manière très pure les fréquences. L'obtention d'une meilleure résolution est liée avec le maintien des ions dans la trappe.
L'orbitrap haut champ sur la Orbitrap Fusion Lumos permet d'enregistrer des spectres de 15000 à 500000 de résolution pour une masse à m/z 200.

La paracell

La paracell est un piège à ions, récemment développé par E. Nikolaev en 2010 et installé spécifiquement sur les instruments FT-ICR Bruker de dernières génération, de type SolariX.
Ce piège optimisé suit le principe qu'au lieu de rechercher à créer un dispositif idéal, une distribution moyennée pourrait donner un résultat idéal. La détection et la mesure des fréquences d'oscillation sous la forme d'une décroissance libre d'induction (Free Induction Decay FID), traitée par transformée de Fourier, livrera le spectre de masse. L'équation du mouvement d'un ion dans le cas d'une très faible oscillation axiale montre une proportionnalité entre la fréquence et l'inverse du rapport masse sur charge, qui implique une meilleure résolution pour les bas m/z.
L'ultra haute résolution est entre autres due au vide poussé (1e-10 à 1e-11), la capacité à mesurer de manière très pure les fréquences, à la gestion ouverte du temps de présence dans la cellule, mais surtout à l'apport de l'aspect "condition idéale" de la paracell .
Typiquement les résolutions dans les spectres sur une FT-ICR munie d'une Paracell sont supérieures à 1 000 000 et atteignent facilement une ou deux dizaines de millions.