Mots clefs
anion, cation, hydrodynamique volume, ion

Si vous lisez la page sur le poids moléculaire, (si vous ne l'avez pas fait, allez y maintenant en cliquant ici) vous vous rappellerez que chaque molécule dans un échantillon de polymère à son propre poids moléculaire. Il y a donc une distribution des poids. Il y a un pic pour le poids moléculaire moyen, que nous appelons la masse moléculaire moyenne, ou Mn (vous trouverez ici un exemple de calcul de masse moléculaire d'un polymère). Bien sur il y a toujours des chaînes de masses supérieures et de masses inférieures à la masse moléculaire moyenne. Si l'on fait un graphe avec le poids moléculaire sur l'axe des x et le nombre de chaînes ayant ce poids moléculaire sur l'axe des y, le graphe aura cette allure: (oui, je sais que ce graphe est généralement tracé avec la masse moléculaire qui augmente de la droite vers la gauche. Je l'ai tracé avec la masse moléculaire qui augmente de la gauche vers la droite pour une raison, nous allons voir ça dans une minute.)

La première façon d'obtenir un tel diagramme est d'utiliser la chromatographie d'exclusion, ou SEC. Mais la SEC ne mesure pas réellement le poids moléculaire. Elle mesure le volume hydrodynamique, c'est la taille de la chaîne du polymère enroulé sur elle même dans la solution. Ceci donne une mesure relative de la masse moléculaire car, évidemment, plus la masse moléculaire est élevée plus le volume hydrodynamique est élevé.

Il arrive que l'on aie besoin de savoir exactement quelle est la distribution du poids moléculaire. Il a donc été laissé le soin à quelques scientifiques intelligents d'inventer quelque chose que l'on appelle d�sorption laser assist�e par matrice ou spectro de masse MALDI pour faire plus court. Quelques fois quand nous sommes vraiment paresseux on l'appelle juste MALDI.

Donc quelle est cette chose fantastique appelée MALDI? Pour l'expliquer, nous allons parcourir le procédé MALDI et voir comment il se déroule. Premièrement, nous prenons notre polymère et nous le dissolvons dans un solvant. Quelle sorte de solvant? eh bien, cela dépend. Les premières manipulations de MALDI ont été faite sur des protéines. Les protéines sont solubles dans l'eau et donc l'eau à été le premier solvant. Il est courant d'utiliser un mélange 70:30 d'eau et d'acetonitrile (cliquez dessus pour le voir en 3D). Le solvant que l'on utilise dépend de quel solvant dissous le polymère que vous étudiez.

Nous additionnons aussi un ingrédient spécial. C'est un composé du genre acide trans-cinnamic ou acide 2,5-dihydroxybenzoic . Ceci dépend de chaque polymère, mais l'important c'est que cet ingrédient spécial absorbe la lumière dans l'ultraviolet. Habituellement on ajoute 104 fois plus d'absorbeur d'UV que de polymère.

A nouveau cliquez dessus pour les voir en 3D. Une fois que tout est mélangé, l'échantillon est placé dans une chambre hermétique, sur le bout de la sonde (voir la figure ci-dessous). Nous enlevons presque tout l'air de la chambre avec une pompe à vide. Quand on fait ça le solvant s'évapore, et nous restons avec une couche de notre absorbeur d'UV, avec une petite quantité de notre polymère dedans. Dans un monde imaginaire, nous dirions que le polymère est maintenant dispersé dans une matrice d'absorbeur UV. C'est ce que nous appelons d�sorption laser assist�e par matrice.

Quelqu'un a dit laser? C'est vrai, il nous faut maintenant tirer au laser sur notre �chantillon. Cela n'est peut être pas très passionnant pour vous les plus jeunes, mais pour nous des personnes plus �g�es qui ont grandies avant que les lasers aient �t� omnipr�sents ceci est plutôt extraordinaire. Nous utilisons habituellement un laser ultraviolet dans la gamme de 330-360 nm. Rappelez-vous que notre �chantillon est mélangé avec le mat�riau UV-absorbant. Il aime la lumi�re UV, et ne peut pas obtenir assez de lui. Ainsi il absorbe toute l'�nergie qu'il peut du laser. Naturellement, il transmet �galement une partie de cette �nergie aux mol�cules de polym�re.

Le mat�riaux de la matrice r�agit �galement avec des polym�res de telle mani�re que les polym�res deviennent des ions charg�s. Personne ne sait vraiment comment ceci se produit. Le fait que les polym�res soient maintenant ioniques sera tr�s important juste après.

Mais d'abord voyons ou passe toute cette �nergie que les polym�res absorbent. Quand elles l'absorbent certaines des mol�cules de polym�re font quelque chose que les polym�res ne font presque jamais. Elles s'�vaporent. Habituellement les mol�cules de polym�re sont trop grandes et lourdes pour s'�vaporer, mais à ces temp�ratures �lev�es, et ces basses pressions, elles peuvent le faire. C'est là d'où vient le mot désorption dans le nom.

Maintenant que nous avons nos polym�res flottant à l'�tat gazeux, il est temps que je vous dise quelque chose d'important au sujet de cette chambre. � l'extr�mit� de la chambre o� nous �vaporons nos mol�cules de polym�re nous avons deux �lectrodes, une cathode positive, et une anode n�gative. Selon le genre de polym�re et le genre de mat�riau de matrice que vous employez, les polym�res peuvent �tre des cations ou des anions. Pour cette explication nous dirons le polym�re que nous regardons forme des cations positifs.

Maintenant quand nous vaporisons notre polym�re, nous le vaporisons juste entre les deux �lectrodes. Quand notre polym�re forme des cations, nous pla�ons la cathode derri�re l'�chantillon, et l'anode n�gative devant l'�chantillon. (Jetez encore un coup d'oeil au diagramme.) Naturellement, les polym�res charg�s vont dans la direction de l'anode, attir�e par sa charge n�gative. Si nous l'utilisons correctement, nous pouvons employer cette acc�l�ration pour tirer les mol�cules de polym�re jusqu'au d�tecteur � l'extr�mit� de la chambre.

La majeure partie du temps, il y a seulement une charge positive sur chaque mol�cule de polym�re. Ceci signifie que la m�me force �lectrique est appliqu�e sur chaque mol�cule de polym�re quand elle est acc�l�r�e dans le champ �lectrique entre les deux �lectrodes. Mais rappelez-vous, les mol�cules de polym�re ont des masses diff�rentes.

Qu' a dit Isaac Newton au sujet de la masse, de la force, et de l'acc�l�ration? Je pense que c'est quelque chose comme ceci:

F = ma

c'est-�-dire, la force est �gale à la masse que multiplie l'acc�l�ration. Mais nous pouvons r�arranger l'�quation comme ceci:

Ainsi, comme vous l'avez compris, pour une force donn�e, plus il y a de masse, plus l'acc�l�ration est faible. Pour nous ceci signifie que les grandes mol�cules lourdes de polym�re prendront beaucoup plus longtemps pour atteindre le d�tecteur à l'extr�mit� de la chambre.

Ainsi les polym�res frapperont le d�tecteur, les petits d'abord, puis les grands. Ils frappent exactement par ordre de masse. Toutes les mol�cules de polym�re du m�me poids mol�culaire frapperont le d�tecteur ensemble. Quand elles frappent le d�tecteur, le d�tecteur enregistre une cr�te. La taille de la cr�te est proportionnelle au nombre de mol�cules qui frappent en m�me temps. Ainsi quand nous aurons fini nous obtiendrons une s�rie de cr�tes qui ressemble � ceci:

Puisque le temps pour qu'une mol�cule aille frapper le d�tecteur est proportionnel � sa masse, ce que nous avons en réalité est un graphique de poids mol�culaire sur l'axe x et le nombre de mol�cules sur l'axe y. Ainsi nous obtenons la distribution de poids mol�culaire. Joignez les dessus des cr�tes et vous obtenez une courbe qui ressemble beaucoup à la courbe que nous avons en début de page.

Je ne sais pas vous, mais ce spectre de MALDI m'a toujours rappel� l'aileron g�ant sur le dos d'un dimetredon, un reptile �teint qui a v�cu il y a des millions d'ann�es.

MALDI et SEC

Un petit d�tail que vous pouvez noter est que le poids mol�culaire augmente de gauche � droite sur ce graphique. Sur un graphique SEC que vous voyez plus souvent, le poids mol�culaire augmente de droite � gauche. (vous savez pourquoi maintenant?) Ceci peut porter à confusion parfois, gardez-le à l'esprit.

Mais il y a des diff�rences plus importantes entre la sec et MALDI. La sec vous donne une distribution approximative du poids mol�culaire . La sec mesure le volume hydrodynamique, et non le poids mol�culaire. Nous pouvons entre alors approximer le poids mol�culaire, en comparant le volume hydrodynamique du polym�re que nous avons examin� � un standard, habituellement le polystyr�ne, pour lequel nous savons le rapport exact entre le volume hydrodynamique et le poids mol�culaire. Ceci donne seulement un r�sultat approximatif parce que le rapport le poids mol�culaire et le volume hydrodynamique n'est pas toujours le m�me pour chaque polym�re.

Mais MALDI mesure la masse plus exactement, parce qu'il ne compare pas le polym�re que vous mesurez � quelque chose. Il donne une mesure absolue de la masse. La spectro MALDI remplacera probablement la sec dans la plupart des laboratoires.

References

Creel, Howard, Trends in Polymer Science, Elsevier, 1993, vol.1, no.11, pp.336-342 "Prospects for the Analysis of High Molar Mass Polymers Using MALDI Mass Spectrometry".