Les douaniers veulent détecter la contrebande. Les médecins veulent savoir à quelle vitesse un patient métabolise un médicament thérapeutique. Et fournisseurs de produits bio, des compléments nutritionnels au miel, veulent savoir que leurs matières premières sont pures. Chaque cas fait appel à la spectrométrie de masse - une technique qui identifie les molécules en fonction de leur masse - mais les instruments actuels sont encombrants, cher, et se spécialisent généralement dans une classe de produits chimiques, décourager l'utilisation généralisée en dehors d'un laboratoire spécialisé.
La spectrométrie de masse est à la hauteur du défi, mais une meilleure technologie est nécessaire pour fabriquer des instruments plus flexibles. Un domaine de recherche prometteur utilise un plasma à décharge luminescente à pression atmosphérique - un gaz partiellement ionisé qui peut être rendu stable à température et pression ambiantes - pour sonder des échantillons à la recherche d'espèces élémentaires et moléculaires, et pourrait conduire à des analyses de spectrométrie de masse conviviales avec de larges capacités.
« Idéalement, nous voulons un système capable de tout détecter, et nous voulons pouvoir utiliser ce système sur le terrain pour tester les matériaux sur site, " dit Jacob Shelley, un expert en instruments de spectrométrie de masse ambiante à base de plasma qui a récemment rejoint le corps professoral du Rensselaer Polytechnic Institute. "Nous essayons de créer un instrument plus flexible qui nous permettra de détecter plusieurs choses simultanément. C'est notre objectif."
La spectrométrie de masse tire parti de la simple vérité que les atomes de chaque élément, ainsi que les ions et isotopes de ces éléments, avoir une masse unique. Par conséquent, les molécules - constituées d'atomes, ions, et les isotopes - ont également une masse unique. Un spectromètre de masse utilise un champ électrique ou magnétique pour mesurer la masse d'une molécule, produire un signal qui peut être traduit dans l'identité de l'espèce chimique :la caféine est 195; dipheylamine, un produit chimique pulvérisé sur les pommes, est 170 ; la cocaïne est 304.
Le hic, c'est que les instruments actuels ne peuvent traiter que des molécules à l'état gazeux et ionisées (possédant une charge positive ou négative), ce qui signifie que la plupart des échantillons doivent être traités avant d'être introduits dans le spectromètre de masse pour analyse. Pour l'instant, la spectrométrie de masse repose sur une variété de méthodes de traitement chronophages qui séparent et ionisent les molécules avant l'analyse. Et selon la méthode, des échantillons comme des aliments, médicaments, ou le tissu peut être détruit pendant le traitement.
Le plus grand défi d'une méthode de traitement généralisée est la chimie nécessaire pour ioniser la molécule, dit Shelley. La plupart des méthodes qui ont été développées reposent sur des chimies spécifiques qui favorisent l'ionisation d'une classe de molécules par rapport à une autre. Shelley développe une méthode qui tire parti des propriétés et des chimies inhabituelles des plasmas, riches en ions et électrons libres, et donc très interactif. Bien que les plasmas les plus connus soient extrêmement chauds - à près de 10, 000 degrés Kelvin, certains plasmas rivalisent avec la température du soleil - Shelley travaille avec des plasmas à décharge luminescente plus récemment développés, qui sont stables à température ambiante et pression atmosphérique.
Dans son laboratoire, Shelley fait la démonstration d'un instrument expérimental si bénin qu'il peut tester des échantillons ionisés du bout du doigt, et si polyvalent qu'il peut détecter des espèces allant de traces relativement faibles de métaux à de grandes biomolécules labiles comme les peptides et les protéines. En développant la technologie, Le groupe de recherche de Shelley a utilisé l'instrument pour détecter le miel contrefait, quantifier les toxines nocives dans les proliférations d'algues d'eau douce, et de cribler les matières premières utilisées dans les compléments nutritionnels.
"Le plasma est utile comme source d'ionisation car il met à disposition une large gamme de produits chimiques, " a déclaré Shelley. " Il peut permettre d'ioniser une large classe de molécules, ce qui pourrait conduire à des instruments plus généralisés.
