SuperMS
Supercitical Fluid Chromatography coupled to High Resolution Tandem Mass Spectrometry
for Heritage and ancient materials
Etablissement : Institut de Chimie des Substances Naturelles, ICSN CNRS UPR2301
Porteur du projet : David TOUBOUL (david.touboul@cnrs.fr )
L’équipe de recherche en spectrométrie de masse de l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN, UPR2301, membre du DIM MAP) a développé pendant 15 ans des méthodes en imagerie par spectrométrie de masse (MS) qui ont trouvé des applications fortes dans le domaine des matériaux anciens et du patrimoine (analyses de patines de statues rituelles Dogon, analyse de couches picturales issus de micro-prélèvements, etc. ). Cette méthodologie permet d’accéder à la distribution de matières minérales et organiques d’objets du patrimoine à l’échelle du micromètre. Dans certains cas, en particulier pour certains mélanges complexes qui nécessitent de séparer les isomères, de mesurer des molécules très grosses ou de quantifier les composés, les méthodes séparatives doivent toujours être en oeuvre.
Depuis 7 ans, notre équipe s’est impliquée dans le développement d’outils écoresponsables en chimie analytique et plus particulièrement l’utilisation du CO2 supercritique comme solvant de chromatographie (Supercritical Fluid Chromatography, SFC). Le CO2, sous-produit de l’industrie, peut être valorisé comme solvant lorsqu’il est porté à température (> 31°C) et pression (> 74 bar) telles qu’il devient un fluide supercritique dont les propriétés physico-chimiques permettent de développer des méthodes de séparation chromatographique particulièrement efficace que ce soit pour la séparation d’isomères de position ou de stéréo-isomères (chiralité). Le CO2 étant totalement apolaire (équivalent à l’hexane), sa polarité est modulée par des solvants polaires agrosourcés et peu toxiques, comme l’éthanol. Les méthodes SFC peuvent s’adapter à des échantillons solubles dans tous les solvants (hexane, dichlorométhane, éthanol …) sauf l’eau et permet donc l’analyse de molécules dans une gamme de polarité large et une gamme de masse allant typiquement de 100 à 3000 Da. A l’ISCN, la technique SFC est interfacée avec un spectromètre de masse tandem haute résolution (HRMS/MS) qui permet d’accéder aux mesures de masse exacte et donc de formule brute et à des méthodes de fragmentation permettant d’apporter des informations structurales pertinentes sur des centaines de molécules analysés pouvant être séparées et détectés en une analyse. De plus l’ICSN a développé des outils « big data » pour traiter les données MS/MS avec classification en réseau moléculaire (https://metgem.github.io/ ) des données acquises et recherche automatisée dans des banques de données spectrales (> 600 000 spectres MS/MS). Ces outils sont en libre accès et peuvent être utilisés par toute la communauté.
Ce type d’approche est encore sous-utilisé dans le domaine des matériaux anciens et du patrimoine. Les domaines d’application potentielles sont larges allant de l’analyse de la matière peu soluble et volatile (résine, polymères par exemple) en complément des approches GC-MS déjà accessibles au sein du DIM MAP que de mélanges complexes apolaires (huiles par exemples) ou polaires (pigments par exemple). Ces domaines ne sont pas exclusifs et d’autres domaines d’application peuvent être discutés avec les membres du DIM MAP. L’ouverture de notre plateforme SFC-MS de manière large à la communauté du DIM MAP permettra d’apporter de nouveaux outils analytiques de pointe pour l’analyse qualitative et quantitative de mélanges complexes.
Le financement demandé (45 k€) permettra de mettre à jour notre plateforme en participant à l’achat d’un nouveau spectromètre de masse permettant d’améliorer d’un facteur 10 la sensibilité (typiquement entre 100 ng à 100 μg d’échantillons nécessaires pour une analyse après optimisation suivant le type de molécule et la complexité de l’échantillon) et la résolution en masse (nécessaire pour l’obtention de mesure de masse exacte et donc de formule brute des composés).
