Analyseur à secteur magnétique
Les analyseurs à secteur magnétique ont été largement utilisés en spectrométrie de masse jusqu’aux années 1990. Leur usage est aujourd’hui devenu marginal, principalement en raison de leur encombrement, de leur coût élevé et du développement d’analyseurs plus compacts, plus rapides et plus polyvalents. Néanmoins, leur principe de fonctionnement demeure une référence fondamentale en spectrométrie de masse. En effet, ces analyseurs ont dominé le domaine pendant plusieurs décennies et reposent sur un concept physique relativement simple, comparable à celui des analyseurs à temps de vol (TOF).
Les instruments historiques à secteur magnétique utilisaient une plaque photographique permettant la détection simultanée d’ions présentant différents rayons de trajectoire (figure 1a). Chaque valeur du rapport masse/charge (m/z) correspondant à un rayon distinct, les ions impactaient la plaque à des positions différentes, ce qui permettait d’obtenir un spectre complet en une seule acquisition.
Dans les instruments plus récents, le fonctionnement est généralement différent : une seule valeur de m/z est transmise vers le détecteur à la fois, en faisant varier soit le champ magnétique, soit la tension d’accélération. Les ions sont ainsi détectés de manière séquentielle, selon un principe similaire à celui des analyseurs quadripolaires. Toutefois, certains instruments modernes à secteur magnétique intègrent des détecteurs multicanaux, tels que des réseaux de diodes, permettant la détection simultanée des ions sur une plage étendue de valeurs de m/z.
Figure 1: a) les anciens analyseurs utilisent une plaque photographique pour détecter simutanément tous les ions, b) les analyseurs modernes détecte les ions un par un.
Principe
Lorsqu’une particule chargée pénètre dans un champ magnétique, elle subit une force appelée force de Lorentz (équation 1), qui la contraint à suivre une trajectoire circulaire. La vitesse angulaire de la particule chargée est indépendante de sa vitesse initiale ; en revanche, le rayon de courbure de la trajectoire dépend directement de cette vitesse. Ainsi, pour un champ magnétique donné, seuls les ions possédant un rapport m/z spécifique décrivent une trajectoire correspondant au rayon de l’analyseur et atteignent le détecteur, ce qui permet la séparation des ions selon leur masse.
Résolution indépendante de la masse.
Dans un analyseur à secteur magnétique, une fois la résolution réglée, celle-ci reste constante sur l’ensemble de la gamme de masses. Par exemple, si une résolution de 10 000 est définie, tous les ions, qu’ils aient un rapport m/z de 100 ou de 1000, sont mesurés avec le même pouvoir de résolution. Il en résulte une sélectivité analytique homogène sur toute la gamme de masses.
En revanche, pour la plupart des autres technologies d’analyse en spectrométrie de masse, la résolution dépend de la masse, augmentant ou diminuant en fonction du rapport m/z. Par conséquent, la sélectivité analytique n’est pas uniforme sur l’ensemble du spectre de masses.