Couplage SFC-UV/MS

De par la complexité de sa matrice, la caractérisation d’huiles de pyrolyse rapide nécessite l’emploi de techniques analytiques avec un grand pouvoir informatif. Ainsi la plupart des informations déjà acquises sur ces échantillons l’ont été à l’aide d’un couplage entre une technique analytique optimisée possédant un fort pouvoir séparatif, la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle (GCxGC) et un détecteur hautement informatif comme la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS). L’identification de centaines de composés dans les huiles de pyrolyse rapide a en effet été réalisée grâce à la comparaison entre les spectres de masses acquis expérimentalement et des bases de données telles que la base NIST. On pourra donc essayer d’adapter cette méthodologie au couplage SFC/MS. A la fin du chapitre précédent, la méthode optimisée en SFC-UV a permis d’obtenir plus d’une centaine de pics élués tout au long du chromatogramme pour l’analyse de notre huile de pyrolyse rapide de biomasse. Cependant, l’utilisation d’une détection UV ne permet pas l’identification des constituants de la matrice. Un couplage avec la spectrométrie de masse a donc été envisagé au cours de cette thèse pour accéder à une caractérisation moléculaire de cette matrice.

Deux spectromètres de masse différents ont été employés dans nos travaux conduisant ainsi à deux parties différentes dans ce chapitre. La première partie concerne l’utilisation d’un spectromètre masse équipé d’un simple quadripôle comme analyseur. Ce premier spectromètre de masse a permis de s’assurer de la faisabilité du couplage entre SFC et MS tout en montrant ce que la MS pouvait apporter à la caractérisation des huiles de pyrolyse. Une étape d’optimisation des différents paramètres du couplage a été nécessaire. Elle a été réalisée à partir de molécules modèles qui ont permis d’optimiser le signal des ions d’intérêt (ions pseudo-moléculaires). Un retraitement spécifique des données a également été mis en place à l’aide d’un logiciel créé à façon et de plateforme de comparaison sur internet afin de valoriser au mieux les résultats obtenus. A cause de la faible résolution massique du simple quadripôle, une caractérisation complète des composés est impossible. La seconde partie de ce chapitre est donc consacrée à la mise en œuvre du couplage avec un spectromètre de masse beaucoup plus résolutif : le spectromètre à temps de vol équipé d’un piège à ions (IT-ToF/MS). Grâce aux observations préalablement acquises avec le simple quadripôle, certains paramètres du couplage ont pu être conservés. D’autres ont été ré-optimisés.

Enfin une méthodologie propre aux données de fragmentation a été mise en place afin de parvenir à l’élucidation de structures moléculaires au sein de l’huile. La validation de cette approche ainsi que les premiers résultats concernant les huiles de pyrolyse rapide sont abordées dans la dernière partie ce chapitre. Les sources d’ionisation disponibles pour un couplage avec la SFC sont des sources travaillant à pression atmosphérique (ESI et APCI essentiellement). Cette caractéristique entraîne une décompression de la phase mobile qui, en sortie de la cellule UV, est à 150 bars et, à l’entrée du détecteur MS, à pression atmosphérique. Cette décompression entraîne une concentration des espèces dans la partie liquide de la phase mobile (co-solvant) qui représente un faible volume. Il existe donc un risque de précipitation de l’échantillon dans les tubes situés avant la source d’ionisation. Pour remédier à cela, un module supplémentaire est ajouté. Dans la suite du rapport, on nommera ce module ISM (Isocratic Solvent Manager). Il s’agit d’une pompe qui vient ajouter un débit de solvant (« make- up ») au débit de phase mobile en sortie de cellule UV. La Figure IV-1 schématise ce montage. Cet ajout de solvant aide aussi à l’ionisation en apportant un solvant protique permettant les échanges de charges entres les différentes espèces.