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Alexis St-Gelais – Vulgarisation

La première partie de cette série vous a exposé les principes de séparation de base des molécules volatiles lors d’une analyse par GC. Encore faut-il que l’analyste ait une façon de repérer les molécules lorsqu’elles quittent la colonne capillaire, que ce soit pour les identifier ou les quantifier. Chez PhytoChemia, nous avons principalement recours à deux types de détecteurs : le détecteur à  ionisation de flamme (FID) et le spectromètre de masse (MS). Ce billet s’attarde au premier de ces détecteurs.

Le FID est l’un des détecteurs au fonctionnement le plus simple en chimie organique. Il repose sur une flamme générée par la combustion d’un flux d’hydrogène mêlé à de l’air ultrapur. Le gaz porteur qui sort de la colonne capillaire passe à travers cette flamme. Lorsqu’une molécule organique portée par le gaz atteint la flamme, elle est oxydée et génère des ions chargés électriquement. Des électrodes près de la flamme mesurent en temps réel le courant électrique ainsi généré, qui est reporté sur un graphique appelé chromatogramme (figure 1). Cette animation de Chromedia permet de bien visualiser le processus.

Figure 1. Chromatogramme obtenu par chromatographie en phase gazeuse à détection par ionisation de flamme (FID).

Figure 1. Chromatogramme obtenu par chromatographie en phase gazeuse à détection par ionisation de flamme (FID).

En tant que détecteur, le FID est relativement universel, ce qui est une propriété très intéressante. En effet, presque toutes les molécules organiques ayant pu passer en phase gazeuse par la GC vont s’oxyder et produire un courant électrique. Seules de très petites molécules (par exemple le formaldéhyde) ou d’autres n’étant pas sujettes à l’ionisation par oxydation ne donneront pas de bons résultats en FID. Bref, dans le cas des huiles essentielles par exemple, tous les composés du mélange produiront un signal électrique.

Le FID est également très sensible. Les quantités d’huile essentielle que nous injectons pour analyse chez PhytoChemia sont ainsi très petites. En tenant compte de tous les paramètres d’injection, à peine plus de 0,2 nanolitre d’huile essentielle aboutit sur chaque colonne. Et nous sommes en mesure de détecter des produits représentant moins de 0,05% de l’échantillon!

Le détecteur FID a un autre avantage utile pour l’analyse des huiles essentielles. Plus une molécule est abondante, plus elle génère de fragments. Le signal électrique enregistré est donc relativement proportionnel à la concentration du composé dans l’échantillon de départ. On considère donc, par convention, que le total du courant électrique enregistré (l’ensemble des pics du chromatogramme) correspond au total des molécules de l’huile essentielle. La proportion que chaque pic représente sur ce total est donc l’estimation de la concentration de la molécule correspondante dans l’échantillon (1,2). C’est ce pourquoi les rapports font toujours référence à des pourcentages. Cette convention permet d’éviter d’avoir à établir une courbe de calibration à chaque analyse d’huile essentielle, pour chaque produit.

Il faut rester conscient qu’il s’agit d’une approximation, et non d’une quantification absolue. Le facteur de réponse* de chaque molécule analysée varie quand même (bien que dans une faible mesure pour les composés apparentés, comme les monoterpènes non oxygénés (3) ). Je reviendrai plus tard sur cet aspect. Ceci dit, pour la plupart des normes d’huiles essentielles (1) et des certificats d’analyse du secteur des produits volatils (2), ainsi que dans la majorité des publications scientifiques dans ce domaine, l’approximation «concentration ≈ % de l’intégration totale » demeure la façon de faire.

Bref, le FID est une méthode de détection efficace, sensible et polyvalente, particulièrement indiquée pour l’analyse de produits naturels volatils.

*Le facteur de réponse désigne la constante par laquelle il faut diviser le signal lu par un détecteur pour obtenir la quantité d’une molécule en masse. Par exemple, si 2,0 µg d’une molécule passant par un détecteur donnent un signal de 50000 unités (absorbance de lumière, courant électrique, etc.), le facteur de réponse est de 25 000 unités/µg.

Références

(1) ISO 11024-2:1998(F). « Directives générales concernant les profils chromatographiques – Partie 2: Utilisation des profils chromatographiques des échantillons d’huiles essentielles », via AFNOR.

« À l’aide des renseignements fournis par le système de traitement des données correspondant au chromatogramme B, [selon la] méthode de dosage par normalisation de surface de pic (méthode de normalisation interne, conformément à l’ISO 7609), vérifier que les concentrations (supposées équivalentes aux pourcentages de surface des pics considérés) ou les rapports de concentrations sont compris entre les valeurs minimales et maximales précisées au paragraphe « Profil chromatographique » de la norme spécifique à l’huile essentielle étudiée. »

(2) IOFI Working Group on Methods of Analysis, 2011. Guidelines for the quantitative gas chromatography of volatile flavouring substances, from the Working Group on Methods of Analysis of the International Organization of the Flavor Industry (IOFI). Flavour Fragr. J. 26, 297-299.

(3) Raffa, K. F., Steffeck, R. J., 1988. Computation of response factors for quantitative analysis of monoterpenes by gas-liquid chromatography. J. Chem. Ecol. 14 (5), 1385-1390.

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