FR2648230A1 - Procede et dispositif d'analyse d'un echantillon par spectrometrie de masse a bon rendement de transmission des ions - Google Patents

Abstract

Selon l'invention le spectromètre de masse comprend des moyens de focalisation du faisceau d'ions de l'échantillon, des premiers moyens d'analyse en masse possédant un premier quadrupôle Q1 alimenté en radiofréquence et en continu, placé directement entre les moyens de focalisation et des moyens de post-filtrage P0 prolongeant la structure quadrupôlaire, mais alimentés seulement en radiofréquence, une chambre de collision CC sur surface pour fournir un nouveau faisceau d'ions fils et des moyens de traitement MT de ce nouveau faisceau d'ions comprenant en tête un second quadrupôle Q2 alimenté en radiofréquence et en continu, immédiatement précédé de moyens de pré-filtrage 2PR devançant la structure quadrupôlaire mais alimenté seulement en radiofréquence et suivi de moyens de détection MD.

Description

Procédé et dispositif d'analvse d'un échantillon par spectrométrie de masse à bon rendement de transmission des ions.

L'invention concerne l'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse.

Le principe d'analyse structurale d'un échantillon par spectrométrie de masse repose sur l'ionisation d'un échantillon et sur la fragmentation en ions des ions dits "diagnostiques" issus des molécules initiales de l'échantillon ainsi ionisé en vue de caractériser les fragments des ions diagnostiques selon la mesure de leur rapport masse sur charge.

La structure initiale de l'échantillon se déduit de la connaissance des mécanismes mis en jeu pour fragmenter lesdits ions diagnostiques.

Dans les premiers spectrométres de masse, l'échantillon était évaporé avant d'être ionisé dans une source d'ionisation. L'étude des molécules volatiles avait l'avantage de présenter une haute sensibilité (les analyses s'effectuaient toujours avec moins de quelques picomoles de substance), une grande rapidité d'exécution (quelques secondes), et des possibilités d'analyse de mélange complexe. Toutefois, cette technique était limitée à l'analyse des molécules volatiles.

Aujourd'hui, on connais des techniques de désorption/ionisation dites douces employant des processus de désorption permettant d'analyser des échantillons polaires non volatiles, et souvent constitués de grosses molécules thermo-labiles. La désorption peut être soit thermique (désorption sous ionisation chimique et désorption par laser), soit provoquée par bombardement de particules d'énergie cinétique soit d'une dizaine de KeV (faisceau d'atomes, faisceau d'ions rapides), soit dune centaine de MeV (produit de décomposition radioactive du Californium 252 par exemple).

Néanmoins, si les méthodes d ionisation par désorption permettent de désorber à l'état ionisé des molécules non volatiles, et ainsi de caractériser aisément leur masse moléculaire, la fragmentation des espèces moléculaires est limitée, ce qui donne peu d'informations sur leur structure.

Pour fragmenter sélectivement des espèces ionisées moléculaires de grande taille, il faut pouvoir les exciter vibrationnellement, avec une énergie suffisante pour induire les processus de décompositions unimoléculaires.

Une première solution consiste à exciter et fragmenter les ions par dissociation induite par collision à l'aide d'atomes de gaz rares. Les ions accumulent, après chacune des collisions, une énergie vibrationnelle de plus en plus importante selon le nombre de collisions et se décomposent plus ou moins rapidement selon des processus unimoléculaires, compétitifs et consécutifs.

Cette technique est efficace pour des ions de masse inférieure à 200 daltons, c'est-à-dire lorsque la masse des ions est proche de celle des atomes de gaz rares. Elle ne l'est plus lorsqu'on augmente la masse moléculaire de l'é- chantillon au-delà de 1000 daltons. La limite d'efficacité de fragmentation est atteinte vers 2000 daltons par des polypeptides par exemple.

D'autres solutions ont été proposées pour transférer de l'énergie dans les ions en vue de les dissocier. Ainsi, la Société VG-ANALYTICAL en collaboration avec John Beynon a expérimenté la photo-dissociation par rayonnement laser.

Ici, c'est le faisceau laser qui excite le faisceau sélectionné d'ions incidents. Cette méthode a l'inconvénient de nécessiter des lasers de très forte puissance et les rendements de dissociation restent faibles, notamment avec les spectromètres à secteur magnétique où la vitesse des ions est grande.

La dissociation par impact d'électrons semble plus efficace, mais elle n'en est qu'à un stade expérimental et nécessite un fort courant ionique.

Une alternative a été récemment proposée, il s'agit de la dissociation induite par collision sur surface qui a été décrite dans les documents Int. J. Mass Spectro and Ion
Processes, 67, 285, 1985 de MD.A. MABUD, M.J. DEKREY et
R.G. COOKS et Int. J. Mass Sprectro and Ions Processes, 77, 31, 1987 de M.E. BIER, J.W. AMY, R.G. COOKS, J.E.P.

SYKA, P. CEJA et G. STAFFORD. La dissociation induite par collision sur surface permet d'exciter beaucoup plus les ions et donc d'induire des fragmentations plus nombreuses et plus rapides que celles produites par la dissociation induite par collision sur gaz. Cette efficacité supérieure s'explique par le fait que l'énergie transférée au centre de masse des ions lors de la collision sur surface est due à la masse de la surface qui est quasiment infinie par rapport à celle des ions (Mi).

Le spectromètre de masse proposé dans le premier document cité ci-avant, est dit "hybride", c'est-à-dire que le module à dissociation induite par collision sur surface est précédé d'un secteur magnétique séparant les ions selon leur masse et suivi d'un quadrupôle, analysant les ions fils ayant subi une collision sur surface.

Dans le spectromètre de masse décrit dans le second document cité ci-avant, le module à dissociation induite par collision sur surface est précédé d'un premier quadrupôle, alimenté seulement en radiofréquence et en continu et d'un second quadrupôle alimenté en radiofréquence en vue par exemple de précéder les collisions sur surface par des collisions par gaz. Des lentilles de focalisation sont intercalées entre le permier et le second quadrupôles.

De tels spectromètres de masse ne sont pas totalement satisfaisants car leur rendement de transmission des ions est de l'ordre de 5% (c'est-à-dire que 95% des ions du faisceau incident issu de la source d'ionisation sont perdues pendant l'analyse) alors que l'efficacité de l'excitation au niveau de la surface de collision est de l'ordre de 1008.

Le faible rendement de transmission des ions de ces systèmes est causée d'une part par le faible rendement de transmission des ions à travers les modules d'analyse en masse et d'autre part par le bruit qu'engendrent les particules neutres issues de la fragmentation des ions incidents.

L'invention a pour but d'apporter une solution à ces problèmes.

Ainsi, l'invention a notamment pour but d'offrir un dispositif d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse, capable d'analyser avec une grande efficacité les échantillons volatiles ou non volatiles, constitués de molécules de grande taille ou thermo-labiles.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'analyse d'un échantillon comprenant des modules d'analyse de type quadrupâlaire ayant un bon rendement de transmission des ions, interchangeables et susceptibles d'être montés rapidement et facilement.

L'invention porte sur un dispositif pour l'analyse d.'un échantillon, du type comprenant, dans une enveloppe tubulaire maintenue sous vide - un porte-échantillons - des moyens pour ioniser l'échantillon; - des moyens pour transférer les ions de l'échantillon sous forme de faisceau, - des moyens formant spectromètre de masse comprenant des moyens de focalisation dudit faisceau, des premiers moyens d'analyse en masse propres à modifier ledit faisceau sélectivement selon la masse des ions qui le composent, une chambre de collision sur surface recevant le faisceau ainsi modifié et pour fournir un nouveau faisceau d'ions dits "fils", issus d'une fragmentation des ions incidents dits "parents" ; et - des moyens de traitement de ce nouveau faisceau d'ions.

Selon une définition générale de l'invention, les premiers moyens d'analyse en masse comprennent un premier quadruple alimenté en radiofréquence et en continu, placé directement entre les moyens de focalisation et des moyens de post-filtrage prolongeant la structure quadrupôlaire, mais alimenté seulement en radiofréquence, et les moyens de traitement comprennent en tête un second quadrupôle alimenté en radiofréquence et en continu, immédiatement précédé de moyens de pré-filtrage devançant la structure quadrupôlaire mais alimenté seulement en radiofréquence et suivi de moyens de détection, ce qui permet d'augmenter le rendement de récupération des ions fils dans ledit faisceau.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu de placer entre le second quadrupôle et les moyens de détection, une chambre de collision par gaz recevant le faisceau d'ions fils ainsi sélectionné par le second quadrupôle pour fournir un nouveau faisceau d'ions dits "petits-fils", issus d'une fragmentation par collision gazeuse des ions fils, ainsi qu'un troisième quadrupôle propre à modifier ledit faisceau d'ions petits fils sélectivement selon la masse des ions qui le composent.

L'invention concerne également un procédé d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse.

Selon la principale caractéristique du procédé selon l'invention, ledit procédé comprend les étapes suivantes -.on ionise l'échantillon - on transfère les ions de l'échantillon vers un spectromè- tre de masse sous la forme d'un faisceau d'ions parents; - on sélectionne ledit faisceau d'ions parents selon la masse des ions qui le composent; - on fragmente un des ions parents ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision sur surface - on sélectionne ledit faisceau d'ions fils ainsi obtenus selon la masse des ions qui le composent; - on fragmente un des ions fils ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision sur gaz ; et - on transporte les ions petits-fils ainsi obtenus vers des moyens de détection.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue générale d'un dispositif d'analyse à collision sur surface selon l'invention permettant une analyse par MS/MS des ions.

- la figure 2 est une vue schématique illustrant l'agencement et l'alimentation des moyens d'analyse en masse ainsi que des moyens de pré- et post-filtrage selon l'invention et - la figure 3 est une vue générale d'un dispositif d'analyse à collision sur surface et à collision gazeuse selon l'invention permettant une analyse MS/MS/MS des ions.

Sur la figure 1, la référence DA désigne un dispositif d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse selon l'invention.

De façon connue, un dispositif d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse comporte dans une enveloppe tubulaire EV maintenue sous vide - un porte-échantillons PE; - des moyens d'ionisation comprenant une source d'ions SI qui peut être montée à l'aide de baionnettes pour faciliter sa fixation au dispositif d'analyse selon l'invention - des moyens (non représentés) pour transférer les ions de l'échantillon sous forme de faisceau. (Les moyens d'ionisation de l'échantillon peuvent employer par exemple les processus de désorption. Dans le cas d'une analyse d'échantillon constitué de molécules lourdes, l'échantillon sous forme d'ion est avantageusement désorbé par bombardement d'atomes rapides ou par laser pulsé. Les moyens d'ionisation peuvent également employer les processus d'ionisation par impact d'électrons, par ionisation chimique ou par désorp tion sous ionisation chimique, Le porte-échantillons PE et la source sont choisis de telle sorte qu'ils soient compatibles avec les moyens d'ionisation utilisés en mode ions positifs ou ions négatifs).

- des moyens formant spectromètre de masse comprenant des moyens de focalisation dudit faisceau constitué par exemple de lentilles électrostatiques telles que deux cylindres creux C1 et C2 agencés l'un derrière l'autre, des premiers moyens d'analyse en masse Q1 propres à modifier ledit faisceau sélectivement selon la masse des ions qui le composent, une chambre de collision sur surface CC recevant le faisceau d'ions ainsi sélectionné et pour fournir un nouveau faisceau d'ions dit "fils", issus d'une fragmentation des ions incidents ayant subi une collision sur surface d'une part et issus des ions incidents qui sont réfléchis sans avoir subi de collisions sur surface d'autre part.

- des moyens de traitement MT de ce nouveau faisceau d'ions.

Le plus souvent, les moyens d'analyse en masse comprennent un quadruple Q1 constitué de quatre barreaux B conducteurs, cylindriques, parallèles, équidistants et encadrés par deux plaques P1 et P2 munies chacune d'un trou central situé en regard des cylindres C1 et C2.

On se réfère maintenant à la partie A de la figure 2. Le quadripôle Q1, constitué des quatre barreaux B individualisés en B1 à B4, fonctionne sous une tension électrique périodique provenant d'une source SA de tension radiofréquence et de tension continue. Plus précisément, deux barreaux opposés B1 et B3 sont portés au potentiel (u-v coswt) (où u est le potentiel de la source continue et v est le potentiel de la source radiofréquence de pulsation) et les deux autres barreaux B2 et B4 sont portés au potentiel -(u-v cos L! t).

Le quadruple Q1 filtre les ions et sélectionnent seulement ceux ayant une masse comprise entre deux valeurs prédéterminées. Ces deux valeurs sont déterminées en fonction d'un rapport u/v donné. Ainsi, seuls les ions d'une masse donnée ont une trajectoire stable et franchissent le quadrupôle Q1 pour un rapport u/v donné. Les autres ions qui ne franchissent pas le quadrupôle Ql entrent en contact avec les barreaux B de celui-ci et sont neutralisés sur les barreaux.

Le champ radiofréquence est utilisé ici pour confiner les ions dans les dimensions x et y (c'est-à-dire dans le plan radial des barreaux B) et le champ continu est utilisé pour contenir les ions dans la dimension z (c'est-à-dire dans le plan axial des barreaux).

Pour améliorer le rendement de récupération des ions fils dans le spectromètre, l'invention prévoit d'utiliser des moyens de pré- et post-filtrage.

On se réfère aux figures 1 et 2.

D'un côté des barreaux B, des moyens de post-filtrage PO alimentés en radiofréquence prolongent la structure quadrupolaire Q1. Plus précisément, les moyens de post-filtrage sont constitués de quatre barreaux individualisés en PO1 à PO4, alignés par rapport aux barreaux B. Les barreaux
PO ont le même diamètre mais une plus petite longueur que ceux des barreaux 8, par exemple une longueur égale à deux diamètres desdits barreaux B.

De l'autre côté des barreaux B, des moyens de pré-filtrage 1PR alimentés en radiofréquence devancent la structure qua drupôlaire Q1. Plus précisément, les moyens de pré-filtrage 1PR sont identiques aux moyens de post-filtrage PO, c'està-dire constitués de quatre barreaux individualisés en lPRl à 1PR4. Un tel agencement des moyens de pré- et post-filtrage, permet de conférer une continuité du champ radiofréquence entre le quadruple Q1 et lesdits moyens de pré-et post-filtrage. Ainsi, la majorité des ions entrent et sortent de Q1 alors que, sinon, les perturbations du champ radiofréquence entrainent, par réflexion sur les barreaux, une perte partielle des ions.

Electriquement, le faisceau d'ions passant des moyens de pré-filtrage 1PR au quadrupôle Q1 puis du quadruple Q1 aux moyens de post-filtrage PO, subissent une différence de tension continue correspondant à une région qui ne résoud pas la fonction de la masse (les moyens de pré- et post-filtrage) à une région qui résoud en fonction de la masse (qua drupôle Q1).

On se réfère maintenant à la partie B de la figure 2, l'alimentation des moyens de pré- et post-filtrage en radiofréquence s'effectue avantageusement grâce à un couplage radiofréquence par un élément diélectrique DI intercalé entre chaque barreau du quadrupôle Q1 et chaque barreau des moyens de pré- et post-filtrage.

L'élément diélectrique DI qui peut être par exemple en mica assure par capacité le couplage radiofréquence et isole du point de vue continu.

I1 y a toutefois lieu d'alimenter les moyens de pré- et post-filtrage sous une tension plus faible compte tenu des faibles dimensions des barreaux constituant lesdits moyens de pré- et post-filtrage. Pour cela, les capacités de liaison, qui sont les capacités entre le quadrupôle Q1 et les moyens de pré-filtrage 1PR ainsi qu'entre le quadrupôle Q1 et les moyens de post-filtrage PO, sont connectés à la masse pour diminuer la tension d'alimentation des moyens de pré- et post-filtrage approximativement dans le rapport des capacités respectives des moyens de pré- et post-filtrage et du quadruple Q1. Ici, la division capacitive s'effectue dans le vide, rendant plus facile le montage du spectromètre de masse.

On se réfère à nouveau à la figure 1. La chambre de collision CC est précédée de deux plaques P3 et P4, trouées chacune axialement et d'une lentille de focalisation LF. Ces éléments ont pour rôle de focaliser le faisceau d'ions modifié par le quadrupôle Q1.

La chambre de collision CC possède une surface de collision
SC fixée sur une sonde orientable et mobile à l'aide d'un dispositif à crémaillères permettant d'ajuster (en hauteur et en angle) la position de la surface de collision par rapport à la trajectoire du faisceau d'ions incidents.

I1 est possible de modifier l'orientation de la surface
SC en vue de modifier l'angle de réflexion des ions entrant en contact avec ladite surface.

Un dispositif de polarisation de la surface peut être installé sur la sonde en vue de varier l'énergie de collision et optimiser le faisceau d'ions obtenus après collision.

Un système de chauffage de la sonde peut être aussi disposé sur la sonde.

Une plaque de focalisation PF, polarisable, est installée à l'arrière de la surface de collision SC, afin de modifier les lignes de champ qui focalisent le faisceau d'ions incident se fragmentant sur la surface de collision SC.

Il est possible de modifier l'orientation de la surface
SC en vue de modifier l'angle de réflexion des ions entrant en contact avec ladite surface.

Le matériau constituant la surface de collision SC est un matériau réflecteur de type métallique, par exemple du cuivre.

La forme de la surface SC est telle qu'elle permette une bonne réflexion des ions. Ainsi, elle peut être plane. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les demandeurs ont réalisé une surface métallique en cuivre, de forme courbe, les ions incidents entrant en contact en la partie concave de ladite surface courbe.

L'orientation de la surface est optimisée de manière à obtenir une focalisation des ions incidents (ions parents) et réfléchis (ions fils).

Le faisceau d'ions fils issus en grande partie de la fragmentation des ions incidents, est ensuite dirigé vers les moyens de traitement MT qui sont placés sous un angle de 450 par rapport au module à dissociation induite par collision sur surface dans la mesure où l'angle de réflexion des ions fils réfléchis est de l'ordre de 900 par rapport au faisceau d'ions parents incidents.

Bien entendu, les moyens de traitement MT peuvent être placés d'un angle différent de 450 par rapport au module à dissociation induite par collision sur surface, cette position relative des deux moyens étant déterminée par l'angle de réflexion des ions fils réfléchis par rapport aux ions parents incidents.

Les moyens de traitement MT comprennent en tête un second quadrupôle Q2 alimenté en radiofréquence et en continu et des moyens de détection MD.

Le quadrupôle Q2 est constitué de quatre barreaux par exemple identiques aux barreaux du quadrupôle Q1. Avantageusement, la structure quadrupôlaire Q2 est immédiatement devancée par des moyens de pré-filtrage 2PR alimentés seulement en radiofréquence, et agencés de façon identique à celle des moyens de pré-filtrage 1PR.

L'homme de l'art comprendra que les moyens de pré-filtrage 2PR permettent de contribuer à l'amélioration du rendement de récupération des ions fils dans le spectromètre de masse de la même façon que les moyens de pré- et post-filtrage 1PR et PO précédemment décrits.

Les moyens de pré-filtrage 2PR sont précédés de moyen de focalisation constitués de trois plaques P5, P6 et P7 munies chacune d'un trou central aligné par rapport au faisceau d'ions. Enfin, les moyens de détection MD comprennent un écran RX, suivi d'un secteur électrostatique SE incliné à 45" équipé d'au moins une dynode de conversion qui transforme les ions en électrons (il est prévu le plus souvent d'installer une dynode pour les ions positifs et une dynode pour les ions négatifs). Les ions secondaires quittant les dynodes sont ensuite collectés par un multiplicateur électronique EM qui produit un signal de sortie.

En variante, les électrons secondaires peuvent être reçus par une plaque très mince, par exemple de quelques dizièmes de millimètres, perçée d'une multitude de trous de quelques micromètres de profondeur. Derrière cette galette du microcanaux, un écran phosphorescent est placé pour transformer les électrons secondaires en photons. Un guide de lumière transfère ces photons vers un photo-multiplicateur qui enfin produit un signal de sortie.

L'homme de l'art sait que le faisceau d'ions incidents entrant en contact avec une surface de collision produit ur.

nouveau faisceau d'ions fils issus de la fragmentation des ions parents incidents ainsi qu'un faisceau de particules neutres, issues également de ladite fragmentation des ions incidents.

Le faisceau de particules neutres recèle des informations qui sont utiles pour déduire la structure initiale de l'échantillon, notamment pour mettre en évidence la structure d'espèce difficile à analyser telle que les enol. Cependant, les moyens de traitement actuels ne permettent pas d'apporter de résultats satisfaisants à partir du faisceau de particules neutres.

Une solution envisagée par les demandeurs, consiste à ré- ioniser le faisceau de particules neutres issues de la fragmentation des ions incidents.

Pour cela, un système de ré-ionisation est installé dans la chambre de collision.

En pratique, la chambre de collision CC est modifiée de manière à pouvoir installer un dispositif de ré-ionisation des particules neutres. Cette installation consiste à ajouter à l'intérieur de la chambre de collision CC, un canon de ré-ionisation CRI permettant de générer un faisceau d'électrons ou un rayonnement laser perpendiculaire au faisceau d'ions fils et aptes à ré-ioniser le faisceau de particules neutres.

Un système de repoussoir des ions RI est placé avec un angle de 450 par rapport au faisceau d'ions réfléchis d'une part et diamétralement opposé au système de ré-ionisation CRI d'autre part, pour séparer le faisceau de particules neutres de celui des ions réfléchis émergeant de la surface SC.

Une bride (non représentée) peut être ajoutée au niveau de la sortie de la chambre CC pour insérer le moyen de ré-ionisation, CRI ce qui permet de faciliter le montage du dispositif selon l'invention.

On se réfère maintenant à la figure 3. En vue d'accéder à des résultats encore meilleurs, les demandeurs ont prévu d'installer entre le quadruple Q2 et les moyens de détection MD, une chambre de collision sur gaz CG et un troisième quadruple Q4, ce qui permet une analyse de type dite "MS/MS/MS" où à chaque MS correspond un module quadrupôlaire de sélection des ions selon leur masse.

Plus précisément en amont de la chambre de collision CG, il est placé trois plaques de focalisation P8, P9 et P10 trouées chacune axialement et suivies d'une lentille de focalisation L1 tandis qu'en aval il est prévu de placer trois plaques de focalisation P111 P12 et P13 trouées chacune également axialement et précédées d'une lentille de focalisation L2.

La chambre à collision sur gaz CG comprend un quadruple
Q3 constitué de quatre barreaux sur lesquels est appliquée une tension électrique radiofréquence. Plus précisément, les deux barreaux opposés sont portés au potentiel v-cosw t et les deux autres barreaux sont portés au potentiel -(v-cosw w t). Le quadruple Q3 laisse passer sensiblement tous les ions fils, c'est-à-dire qu'il agit comme un filtre passe-haut large bande.

Le quadrupôle Q3 est placé à l'intérieur de la chambre à collision sur gaz CG dont le volume est déterminé par des murs (non représentés). Un flux gazeux est introduit dans le volume de la chambre CG via une entrée appropriée GG.

Le flux gazeux est constitué d'un gaz inerte par exemple
Argon ou Krypton. Les ions fils filtrés et sélectionnés par le quadrupôle Q3 entrent en contact avec les molécules gazeuses pour former des ions petits-fils (ou ions fragments de la deuxième génération).

En sortie de la chambre CG, les plaques focalisatrices Pil à P13 focalisent les ions petits-fils ainsi obtenus par la chambre à collision sur gaz vers un quadrupôle Q4 identique par exemple au quadrupôle Q2. Les ions petits-fils sont ainsi filtrés et sélectionnés de la même façon que les ions fils circulant dans le quadrupôle Q2. Les barreaux consti- tuant le quadripôle Q4 sont également alimentés par une tension électrique périodique provenant d'une source radiofréquence et d'une source continue.

Avantageusement, le quadrupôle Q4 est devancé immédiatement par des moyens de pré-filtrage 3PR identiques aux moyens de pré-filtrage 1PR et 2PR.

Les ions petits-fils sont ensuite traités par les moyens de détection MD décrits ci-avant.

L'homme de l'art comprendra facilement que le dispositif d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse selon l'invention permet de nombreuses possibilités, notamment des décompositons consécutives d'un échantillon constitué de grosses molécules. Le dispositif selon l'invention permet ainsi l'analyse des ions fragments produits à partir d'ions de haute masse dans la première chambre de collision sur surface qui sont ensuite sélectionnés par le quadrupôle
Q2, fragmentés à nouveau par le gaz introduit dans la chambre à collision gazeuse CG et sélectionnés à nouveau par le quadrupôle Q4.

L'invention permet aussi l'analyse d'ions de plus faible masse qui se décomposent ainsi avec un meilleur rendement.

Dans la mesure où il peut être prévu d'installer des moyens de détection supplémentaires placés en aval de la chambre à collision sur surface CC, il est possible de comparer la structure des ions petits-fils détectés en bout de chaine, c'est-à-dire après deux dissociations, avec la structure des ions fils ayant subi une seule dissociation par collision sur surface. On peut remarquer aussi que le dispositif d'analyse selon l'invention peut être couplé aux techniques de chromatographie soit en phase gazeuse, soit en phase liquide.

De la même façon, on peut convertir le dispositif d'analyse selon l'invention, soit en un dispositif d'analyse simple c'est-à-dire uniquement à dissociation induite par collision sur surface (type MS/MS), soit en un dispositif d'analyse double (type MS/MS/MS), c'est-à-dire composé d'un module à dissociation induite par collision sur surface prolongé d'un module à dissociation induite par collision gazeuse.

Ces conversions sont réalisables de façon simple et rapide, leur montage demandant tout au plus une journée grâce à la modularité des différents modules du dispositif.

On décrira maintenant, en faisant essentiellement référence à la figure 3, un exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention.

L'échantillon analysé par le dispositif selon l'invention est par exemple un peptide. Les moyens d'ionisation de lté- chantillon sont par exemple des moyens de désorption par bombardement d'atomes rapides.

Les caractéristiques essentielles du module à dissociation induite par collision sur surface sont les suivantes - les barreaux des quadrupôles QI, Q2 et Q4 sont alimentés sous une tension électrique périodique à partir d'une source radiofréquence d'un potentiel de O à 10 Kv et d'une fréquence de 0,979 MHz - les moyens de pré- et post-filtrage ont une longueur de 1,79 cm, - la surface métallique de réflexion SC a une longueur de 1 c, une largeur de 1 cm, et une épaisseur de 0,3 mm. Le rayon de courbure de la surface est de l'ordre de 10 cm.

Les caractéristiques essentielles du module à dissociation induite par collision sur molécules gazeuses sont les suivantes - les barreaux du quadrupôle Q2 sont alimentés en radiofréquence à partir d'une source radiofréquence d'un potentiel de 0 à 10 KV.

L'invention concerne également un procédé d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse.

Conformément à l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes - on ionise l'échantillon ; - on transfère les ions masse des ions qui le composent; - on fragmente un des ions parents ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision sur surface - on sélectionne le faisceau d'ions fils ainsi obtenus; - on fragmente un des ions fils ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision par gaz ; et - on transporte les ions petits-fils ainsi obtenus vers des moyens de détection.

L'homme de l'art comprendra qu'un tel procédé d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse peut être mis en oeuvre facilement par le dispositif d'analyse selon l'invention.

Le domaine d'application de la présente invention est très large : chimie organique fondamentale, toxicologie, pharmacologie, biochimie, biologie, médecine, chimie appliquée organique, organo-métallique ou inorganique.

Plus particulièrement, la présente invention est appropriée à l'analyse des classes de molécules telles que les polypeptides, les acides nucléiques, les nucléosides, les sucres, les antibiotiques, les polyaromatiques, les polymères, les isomères et les diastéréoisomères.

Claims (16)

Revendications

1. Dispositif pour l'analyse d'un échantillon, du type comprenant, dans une enveloppe tubulaire (EV) maintenue sous vide - un porte-échantillon (PE) - des moyens pour ioniser l'échantillon (SI), - des moyens pour transférer les ions de l'échantillon sous forme de faisceau; - des moyens formant spectromètre de masse comprenant des moyens de focalisation dudit faisceau, des premiers moyens d'analyse en masse (Q1) propres à modifier ledit faisceau sélectivement selon la masse des ions qui le composent, une chambre de collision (CC) sur surface recevant le faisceau ainsi modifié et pour fournir un nouveau faisceau d'ions dits "fils", issus au moins en partie d'une fragmentation des ions incidents ; et - des moyens de traitement (MT) de ce nouveau faisceau d'ions, caractérisé en ce que les premiers moyens d'analyse en masse comprennent un premier quadrupôle (Q1) alimenté en radiofréquence et en continu, placé directement entre les moyens de focalisation et des moyens de post-filtrage (PO) prolongeant la structure quadrupôlaire, mais alimentés seulement en radio fréquence et en ce que les moyens de traitement (MT) comprennent en tête un second quadrupôle (Q2) alimenté en radiofréquence et en continu, immédiatement précédé de moyens de pré-filtrage (2PR) devançant la structure quadru pôlaire mais alimenté seulement en radiofréquence et suivi de moyens de détection (MD), ce qui permet d'augmenter le rendement de récupération des ions fils dans ledit faisceau.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier quadrupôle (Q1) est précédé d'un autre moyen de pré-filtrage (1PR) devançant la structure quadrupôlaire (Q1) mais alimenté seulement en radiofréquence.

3. Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pré- et post-filtrage (1PR, 2PR, PO) sont constitués de quatre barreaux cylindriques placés dans la même direction que les premier et second quadrupôles (Q1 et Q2) et possédant un diamètre identique auxdits quadrupôles ainsi qu'une longueur plus faible par rapport à celle de ces derniers.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur des barreaux des moyens de pré- et post-filtrage est de l'ordre de deux diamètres desdits barreaux.

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les barreaux des moyens de pré- et post-filtrage sont couplés aux barreaux des premier et second quadrupâles (Q1 et Q2) par l'intermédiaire d'un élément diélectrique (DI) assurant par capacité le couplage radiofréquence et l'isolation en alimentation continue.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de collision sur surface (CC) possède des moyens de réflexion tels qu'une surface (SC) constituée d'un matériau réflecteur.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau réflecteur est un métal.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau réflecteur est du cuivre.

9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface (SC) est supportée par une sonde verticale montée pivotante.

10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface est courbe, les ions incidents entrant en contact en la partie concave de ladite surface.

11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle de réflexion du faisceau d'ions fils par rapport aux ions incidents à une valeur variant entre 450 et 1350.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'angle de réflexion est de l'ordre de 90 .

13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu de placer entre le second quadrupôle (Q2) et les moyens de détection (MD), une chambre de collision par gaz (CG) recevant le faisceau d'ions fils ainsi sélectionné par le second quadruple (Q2) pour fournir un nouveau faisceau d'ions dits "petits-fils", issus au moins en partie d'une fragmentation par collision gazeuse des ions fils, et un troisième quadrupôle (Q3) propre à modifier ledit faisceau d'ions petits-fils sélectivement selon la masse des ions qui le composent.

14. Dispositif selon la revendication 1, çaractérisé en ce qu'il est prévu de placer en sortie de la chambre de collision sur surface, des moyens générateurs (CRI) propres à générer un faisceau de particules perpendiculaire au faisceau d'ions fils pour ré-ioniser les particules neutres issues au moins en partie de la fragmentation des ions incidents.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que des moyens repousseurs d'ions (RI) sont placés d'une façon diamétralement opposée aux moyens générateurs (CRI), ce qui permet de séparer le faisceau de particules neutres de celui du faisceau d'ions émergeant de la surface (SC).

16. Procédé d'analyse d'un échantillon par spectrométrie de masse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - on ionise l'échantillon - on transfère les ions de l'échantillon vers un spectromètre de masse sous la forme d'un faisceau d'ions parents; - on sélectionne ledit faisceau d'ions parents selon la masse des ions qui le composent; - on fragmente un des ions parents ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision sur surface - on sélectionne le faisceau d'ions fils ainsi obtenus; - on fragmente un des ions fils ainsi sélectionnés par une dissociation induite par collision par gaz ; et - on transporte les ions petits-fils ainsi obtenus vers des moyens de détection.