La chimiste du NIST Kelly Telu injecte un échantillon dans un spectromètre de masse, un instrument de laboratoire que les scientifiques utilisent pour identifier des composés chimiques inconnus. Crédit :M. Delorme/NIST
Le National Institute of Standards and Technology (NIST) a mis à jour sa base de données d'empreintes chimiques, appelé spectre de masse, qui sont utilisés pour identifier des composés chimiques inconnus. La bibliothèque de spectre de masse du NIST et sa nouvelle version, appelé NIST20, est utilisé dans les soins de santé, découverte de médicament, aliments et parfums, pétrole et gaz naturel, protection environnementale, la science médico-légale et presque toutes les autres industries qui fabriquent ou mesurent des objets physiques.
"Si vous avez une substance mystérieuse - vous n'avez aucune idée de ce que c'est - vous générez ses empreintes digitales puis exécutez ces empreintes dans notre bibliothèque, " a déclaré le biostatisticien du NIST Tytus Mak. " Si vous trouvez une correspondance, vous savez quelle est la substance."
Ces empreintes chimiques sont générées à l'aide d'un instrument de laboratoire appelé spectromètre de masse qui décompose les molécules en morceaux puis aligne ces morceaux sur un graphique en fonction de leur masse. Le spectre de masse résultant apparaît sous la forme d'une série de lignes verticales qui forment un motif unique pour chaque composé.
La bibliothèque de spectres de masse NIST est pré-installée sur de nombreux instruments, et les utilisateurs peuvent acheter la mise à jour auprès de leur fabricant d'instruments ou d'autres distributeurs. Des collections de spectres de masse utilisées dans des domaines de recherche spécialisés peuvent être téléchargées gratuitement sur le site Web du NIST.
La spectrométrie de masse est particulièrement utile pour identifier les composés organiques, les éléments constitutifs de la vie. Une partie du rôle de Mak dans ce projet était de décider, des innombrables composés organiques qui existent, lesquels inclure dans la bibliothèque.
Pour faire ça, il a parcouru les catalogues des fabricants de produits chimiques et les listes de composés importants publiés par des entreprises privées, agences gouvernementales et chercheurs scientifiques. Il a ensuite classé les composés par ordre de priorité en fonction de leur importance relative et du coût d'achat des échantillons à analyser.
Cette mise à jour comprend plus de 14, 000 métabolites humains et végétaux. Ce sont les substances formées lorsque les êtres vivants décomposent les aliments, drogues ou leurs propres tissus, comme lorsque vous brûlez des graisses en faisant de l'exercice. Les tests médicaux impliquent souvent l'identification de métabolites dans le sang ou l'urine. Les métabolites végétaux constituent un univers encore plus vaste de composés chimiques. Ils sont présents dans tout ce que nous mangeons et sont importants dans le secteur agricole.
Sur cette photo de 1948, un membre du personnel du NIST exploite un ancien spectromètre de masse. Crédit :NIST
La mise à jour comprenait également les pesticides et les contaminants environnementaux, les produits chimiques utilisés dans la fabrication tels que les lubrifiants et les tensioactifs, les drogues pharmaceutiques et les drogues illicites telles que les nouvelles variétés de fentanyl, la drogue qui est à l'origine d'une épidémie de surdose à l'échelle nationale.
Après que le NIST ait acheté des échantillons des composés, les chimistes les ont passés à travers des spectromètres de masse soigneusement calibrés. Ils l'ont fait sur différents instruments dans des conditions variables, produire plusieurs spectres de masse pour chaque composé. Conformément aux normes élevées du NIST en tant que laboratoire de mesure du pays, une équipe d'experts a ensuite analysé les données pour garantir une exactitude et une précision élevées.
"Nous acquérons et conservons soigneusement les données afin que les utilisateurs puissent avoir une grande confiance dans leurs identifications, " a déclaré Sara Yang, biologiste informatique du NIST, qui a travaillé sur le contrôle de la qualité.
La bibliothèque de spectre de masse du NIST, qui fait partie des plus grandes bibliothèques disponibles dans le commerce et est largement utilisée, a deux composantes principales. La bibliothèque d'ionisation électronique (EI) est utilisée pour identifier les composés volatils tels que ceux que vous pouvez sentir dans l'air.
Environ 40, 000 nouveaux composés ont été ajoutés à cette bibliothèque, pour un total de plus de 300, 000. La bibliothèque Tandem est utilisée pour identifier les composés plus lourds dans les liquides tels que les eaux souterraines ou le sang. Cette bibliothèque a presque doublé de taille à plus de 30, 000 composés et comprend 1,3 million de spectres.
Les composés organiques sont comme des Tinkertoys faits principalement de carbone, hydrogène, atomes d'oxygène et d'azote. Ils peuvent être assemblés d'un nombre infini de façons. La diversité de la vie sur Terre existe en raison des vastes possibilités de la chimie organique. De tous les composés organiques connus et inconnus, la bibliothèque du NIST a à peine effleuré la surface.
Et le nombre de composés importants continuera de croître. Il y aura toujours de nouvelles espèces de microbes à découvrir qui pourraient provoquer une nouvelle maladie ou produire un médicament salvateur. Et les scientifiques continueront à synthétiser de nouveaux composés, des armes chimiques aux remèdes contre le cancer.
Le travail de mise à jour de la bibliothèque de spectres de masse du NIST avec de nouveaux composés se poursuivra. Mais pour l'instant, les chimistes peuvent facilement en identifier des dizaines de milliers d'autres.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.
