Voir la source de Spectrométrie de masse à rapport isotopique

{{à sourcer|date=décembre 2016}}
La '''spectrométrie de masse à rapport isotopique''' (IRMS, pour ''{{Langue|en|texte=isotope-ratio mass spectrometry}}'') est une [[spectrométrie de masse]] avec laquelle il est possible de mesurer l'abondance relative des différents [[isotope]]s d'un même [[élément chimique]] dans un échantillon donné. Cette technique est utilisée pour mesurer les rapports n'impliquant que des isotopes non [[nucléide radiogénique|radiogéniques]] ([[paléothermométrie]] et [[traçage isotopique|traçage]] : {{2}}H/{{1}}H, {{13}}C/{{12}}C, {{15}}N/{{14}}N, {{18}}O/{{16}}O{{etc.}}) ou impliquant au moins un isotope radiogénique ([[datation radiométrique|datation]] et traçage : [[Datation par le carbone 14|{{14}}C/{{12}}C]], {{40}}Ar/{{39}}Ar, [[Datation par le rubidium-strontium|{{exp|87}}Sr/{{exp|86}}Sr]], {{exp|206}}Pb/{{exp|204}}Pb{{etc.}}).

Cette technique fut commercialisée dans les années 2000 et ses applications ne cessent de grandir. L'IRMS est utilisée dans plusieurs domaines, tels que les [[sciences de la Terre]], la [[médecine légale]], l'[[industrie pharmaceutique]], la [[biochimie]], la lutte [[dopage (sport)|antidopage]] et les [[Science de l'environnement|sciences environnementales]].

== Histoire ==
L’IRMS découle de l’invention du [[spectromètre de masse]] proposé pour la première fois par [[Joseph John Thomson]] en 1912. L’IRMS été principalement développé par {{lien|langue=en|trad=Alfred Nier}} dans les années 1930-1940. Cette technique a commencé à être popularisée dans les [[géologie|sciences géologiques]] peu de temps après la [[Deuxième Guerre mondiale]]. En 1939, la diminution fondamentale du rapport <sup>13</sup>C/<sup>12</sup>C dans les échantillons organiques a été reconnue à l’aide de cette technique. Des images de l’instrument original développé par Alfred Nier sont présentes au [[Musée national d'histoire américaine]]. Cet instrument était composé d’un analyseur de masse à secteur magnétique à 180° et d’un détecteur multiple. La disposition fondamentale des composantes de l’IRMS n’a étonnamment pas changé depuis 1940. De même, bien que l’IRMS soit connue depuis les années 1940, cette technique est tout de même considérée comme une technique moderne et innovatrice étant donné le développement d’interfaces à débit continu, ce qui facilite le couplage de l’IRMS à d’autres instruments analytiques tels qu’un analyseur élémentaire et un [[Chromatographie en phase gazeuse|chromatographe en phase gazeuse]]<ref name=":3">{{Article|langue=en|auteur1=|titre=Isotope ratio mass spectrometry – history and terminology in brief|périodique=Drug testing and analysis|date=2012|issn=|lire en ligne=|pages=}}.</ref>.
== Origine de l'abondance des isotopes ==
Au tout début du premier éon de l'histoire de la Terre ([[Hadéen]]), la moyenne du rapport isotopique de chacun des éléments a été fixée. En effet, la variation se produit en fonction d’enrichissement ou d’appauvrissement des [[isotopes]] les plus lourds par rapport aux valeurs moyennes. Par exemple, les plantes utilisent le [[Dioxyde de carbone|CO<sub>2</sub>]] de l’[[atmosphère terrestre]] comme source de carbone et il y a plusieurs facteurs qui influencent l’enrichissement ou l’appauvrissement en [[carbone 13]]. Par exemple, les plantes [[monocotylédones]] comme le sucre de canne, le maïs, les plantes tropicales, les plantes du désert et les plantes marines utilisent un [[photosynthèse|cycle photosynthétique]]. Ces plantes ont des valeurs approximatives de [[δ13C|δ<sup>13</sup>C]] qui varient entre -8 et -20'''‰''' <ref name=":1">{{Article|langue=|auteur1=|titre=Isotope ratio mass spectrometry|périodique=The Royal Society of Chemistry|date=2008|issn=|lire en ligne=|pages=}}</ref>. Les plantes [[dicotylédones]], comme les plantes fleuries, le blé, le riz et utilisent un autre cycle photosynthétique qui donne des valeurs de δ<sup>13</sup>C qui varient entre -22 et -35'''‰''' <ref name=":1" />. Il y a d’autres facteurs qui peuvent influencer ces facteurs génétiques, comme la température, la pluie, le temps d’exposition au soleil, etc. Ces facteurs influencent la cinétique de diffusion du dioxyde de carbone<ref name=":1" />.

En connaissant ces valeurs de rapport isotopique, il est donc possible de trouver la provenance de la nourriture des humains. En effet, les humains ne peuvent ingérer que du carbone par les matières végétales ou animales, donc les rapports isotopiques du carbone dans un animal reflètent les rapports isotopiques des sources de nourriture. Par exemple, les Européens mangent plus de dicotylédones (blé, orge et seigle), causant un rapport isotopique du carbone 13 correspondant entre -22 et -35'''‰''' tandis que les Américains mangent plus de monocotylédones (sucre et maïs), causant un delta qui se situe entre -8 et -20'''‰'''<ref name=":1" />.

Les rapports isotopiques sont mesurés avec la notation delta (δ), en partie pour mille ('''‰''') de façon relative aux standards universels (''CRM'') à l’aide de l’équation 1<ref name=":1" />.

: δ = <math>\frac{(R_{echantillon}-R_{standard})}{R_{standard}}\cdot</math>1000 La valeur de <math>R_{echantillon}</math> est le rapport de l’abondance du plus lourd isotope mineur et du plus léger isotope majeur (par exemple <sup>13</sup>C/<sup>12</sup>C). Pour la valeur de <math>R_{standard}</math>, elle est établie selon les standards, parce qu’elle représente un matériel stable hautement enrichi en isotope plus lourd (mineur). En effet, la plupart des éléments analysés sont appauvris en isotope plus lourd, comme le carbone 13, comparativement aux standards où le carbone 13 est enrichi. Il sera donc normal d’obtenir une valeur de delta négative, car <math>R_{standard}</math> sera plus grand que <math>R_{echantillon}</math>. Un exemple d’application de la valeur de delta est dans les contrôles antidopage. Une grande valeur de delta d’un [[stéroïde]] révèle un taux élevé d’isotope, comportement retrouvé dans les molécules synthétiques<ref name=":1" />.

Selon le type d'analyse, plusieurs méthodes de séparations peuvent être employées. Les méthodes sont choisies en fonction du type d'analyte à analyser et de la matrice. Pour ce faire, il faut choisir la bonne méthode d'[[étalonnage (métrologie)|étalonnage]] pour que l'analyse soit faite de façon optimale. Par exemple, il est possible de prioriser un étalonnage interne pour veiller au bon fonctionnement de l'appareil. Donc, un étalon interne est ajouté à chaque analyse afin d'éliminer tout biais ou [[erreur systématique]] dans les mesures. De plus, des [[matériaux de référence certifiés]] (CRM) sont utilisés pour calibrer les appareils. Des standards sont reconnus internationalement comme ''[[PDB (géologie)|Vienna Pee Dee Belemnite]]'' (VPDB) pour le carbone, ''Vienna Canyon Diablo Troilite météorite'' (V-CDT) pour le soufre, l'[[Eau océanique moyenne normalisée de Vienne]] ou ''{{langue|en|Vienna Standard Mean Ocean Water}}'' (VSMOW) pour l’oxygène et l’hydrogène et l’air ambiant pour l’azote<ref name=":1" />. Chaque méthode d'analyse doit être validée selon plusieurs critères. Pour plus d'information, voir la section Validation de la méthode ci-dessous.

== Fonctionnement ==
[[Fichier:Secteur magnétique.png|vignette|571x571px|Composantes principales du détecteur avec un secteur magnétique et un détecteur de Faraday]]
L’IRMS est très semblable à une séparation couplée avec un spectromètre de masse. Les [[analyte|analytes]] peuvent être séparés soit par [[chromatographie liquide]] ou [[chromatographie gazeuse|gazeuse]], suivie d’une [[analyse élémentaire]]. Ils sont ensuite oxydés ou brûlés, les convertissant en gaz simple, par exemple le [[dioxyde de carbone|CO<sub>2</sub>]], [[diazote|N<sub>2</sub>]], [[dihydrogène|H<sub>2</sub>]], [[dioxyde de soufre|SO<sub>2</sub>]]. Ces gaz sont ensuite analysés par un spectromètre de masse pour déterminer l’abondance des isotopes. Pour le dioxyde de carbone, il y aura des moniteurs dans le spectromètre de masse à des rapports masse sur charge (''m/z'') de 44, 45, 46, qui correspondent aux combinaisons isotopiques des ions produits par le CO<sub>2</sub>. Il sera donc possible de déterminer le rapport isotopique des isotopes <sup>12</sup>C, <sup>13</sup>C, <sup>16</sup>O, <sup>17</sup>O et <sup>18</sup>O dans différentes combinaisons et proportions. Les signaux sont ensuite traités par un ordinateur pour afficher les différents rapports analysés.

== Composantes ==
Les composantes de cet instrument dépendent de la méthode de séparation utilisée. En général, ce type de système nécessite une [[chambre de combustion]], une interface et un [[spectromètre de masse]]. La chambre de combustion consiste en une atmosphère remplie d’oxygène et un réacteur en quartz. La température de combustion peut atteindre un sommet de {{tmp|1800|°C}}. Un deuxième réacteur en quartz, chauffant à {{tmp|650|°C}}, permet d’éliminer l’excès d’oxygène et de réduire les NO<sub>x</sub> et N<sub>2</sub>. L’eau formée lors de la combustion est séparée via une trappe à eau constituée par exemple de {{lien|langue=en|trad=Magnesium perchlorate|fr=perchlorate de magnésium}}. Les ions sont ensuite envoyés dans le spectromètre de masse pour l'analyse<ref name=":2">{{Article|langue=en|auteur1=|titre=Stable isotope ratio mass spectrometry in climate change research|périodique=International Journal of Mass Spectromerty|date=2003|issn=|lire en ligne=|pages=}}.</ref>.

== Couplage ==
Le spectromètre de masse à rapport isotopique à la capacité de se coupler avec différents types de séparation. En fonction de l'analyte à étudier, une méthode d'analyse peut être favorisée. La prochaine section démontre les différentes façons de coupler l’IRMS avec les méthodes de séparations, entre autres l'analyse élémentaire, la chromatographie gazeuse et liquide.

=== EA-IRMS ===
L’analyse élémentaire permet d’analyser l’échantillon avec des données assez représentatives pour tout le contenu de l’analyte. Sans préparation adéquate, cette méthode ne divulgue pas comment tous les constituants contribuent aux données obtenues. Il existe deux types d’analyses élémentaires particulièrement utilisées en EA-IRMS. Il s’agit de l’analyse pour les [[isotopes du carbone]] et l’azote connu sous le nom de EA-IRMS, ainsi que les analyses pour les [[isotopes de l'hydrogène]] et l’oxygène connues sous plusieurs noms différents : ''{{langue|en|Thermal conversion}}'' EA-IRMS (TC/EA-IRMS), ''{{langue|en|high-température conversion}}'' IRMS (HTC-IRMS), ''{{langue|en|high-temperature pyrolysis}}'' IRMS (HTP-IRMS) et ''{{langue|en|high-temperature carbon reduction}}'' IRMS (HTCRIRMS)<ref name=":0">{{Article|langue=|auteur1=|titre=Good practice guide of isotope ratio mass spectrometry|périodique=FIRMS|date=2011|issn=|lire en ligne=|pages=}}.</ref>.

Ces deux analyses peuvent être divisées en quatre étapes. La première est la combustion, ou conversion thermale, de l’échantillon, à l’aide d’un analyseur élémentaire, suivie de l’introduction des gaz résultants dans la source d’ions du spectromètre de masse. Troisièmement, le gaz est [[ionisation|ionisé]] par la source d'ions, donc la séparation et la détection des ions dans le spectromètre de masse permettent d’acquérir les données nécessaires à l’analyse EA-IRMS. La quatrième étape consiste à traiter les données brutes provenant du spectromètre de masse pour obtenir des valeurs de rapports isotopiques. Ces analyses peuvent être effectuées sur des échantillons solides et sur des liquides non volatils à l’aide d’un analyseur élémentaire utilisant des capsules d’argent ou d’étain, tandis que les liquides avec de faibles viscosités peuvent être injectés en utilisant un système d’injection<ref name=":0" />.

Pour l’analyse du carbone et de l’azote, l’échantillon est premièrement passé dans un réacteur de combustion, puis dans un réacteur de réduction, suivi par un système pour éliminer l’eau des gaz produits et parfois par une colonne de chromatographie gazeuse pour séparer le CO<sub>2</sub> et le N<sub>2</sub> résultant. La combustion se produit dans un réacteur en quartz sous atmosphère de O<sub>2</sub> pour transformer les [[molécules organiques]] en CO<sub>2</sub>, en NO<sub>x</sub> et en H<sub>2</sub>O. Ce réacteur contient habituellement aussi du [[Oxyde de chrome(III)|Cr2O3]] et du Cr3O4 + Ag pour lier les souffres et les halogènes, mais plusieurs variations de réactifs peuvent être utilisés pour des applications spécifiques. Le réacteur à combustion est généralement à des températures entre 900 et {{tmp|1050|°C}}, mais la combustion des capsules d’étain peut augmenter la température de la capsule jusqu’à {{tmp|1800|°C}}. Étant donné la formation de cendres et de résidus résultants de la combustion de l’échantillon et de la capsule d’[[étain]], il est recommandé d’utiliser un creuset en quartz que l’on remplace chaque 50 à 150 échantillons pour éviter de salir l’appareil. Le réacteur de réduction en quartz à {{tmp|650|°C}} contient généralement du cuivre de haute pureté pour réduire les NOx, l’oxygène en excès et le N<sub>2</sub>, mais des variations de températures et de réducteur peuvent être faites pour des applications spécifiques<ref name=":3" />.

Pour l’analyse de l’hydrogène et de l’oxygène, le réacteur de combustion est à une température entre {{tmp|1350|°C}} et {{tmp|1450|°C}} pour transformer les composés organiques et inorganiques en H<sub>2</sub>, N<sub>2</sub> et CO. Les gaz sont ensuite séparés par chromatographie gazeuse puisque N<sub>2</sub> est isobarique avec CO (''m/z'' 28) et est connu pour influencer l’[[ionisation]] de H<sub>2</sub><ref name=":3" />.
Lorsque les échantillons ont besoin d’être séparés préalablement, il est plus efficace d’utiliser la chromatographie gazeuse (GC) pour les échantillons volatils. Les produits provenant de la colonne GC sont transportés vers une chambre de combustion. Par contre, il est aussi possible d’envoyer des composés vers un spectromètre de masse externe ou un détecteur à ionisation de flamme. Ensuite, cette chambre est majoritairement constituée d’un tube d’[[aluminium]] contenant du [[cuivre]], du [[nickel]] et du [[platine]]. Les composés sont brûlés à très haute température et produisent une combinaison de CO<sub>2</sub>, NO<sub>x</sub> et H<sub>2</sub>O. Comme en analyse élémentaire, l’échantillon est transporté dans une chambre de réduction où les [[Protoxyde d'azote|oxydes nitreux]] sont convertis en N<sub>2</sub> et l’excès de O<sub>2</sub> est retiré. De plus, l’eau en retiré à l’aide d’une trappe chimique et d’[[hélium]]. Par la suite, l’échantillon est introduit dans la source d’ions de l’IRMS à un débit très stable d’approximativement 0,5 mL/min.

=== LC-IRMS ===
[[Fichier:LC-IRMS.png|vignette|Principale composante d’un IRMS couplé à de la chromatographie liquide|350x350px]]
La [[chromatographie liquide]] (LC) couplée à de la spectrométrie de masse à rapport isotopique est typiquement destinée à l’analyse du carbone. Lorsque la solution quitte la colonne, elle est dirigée vers une interface d’oxydation destinée aux produits chimiques humides<ref name=":1" />. En effet cette méthode convertit les produits organiques en produit gazeux du CO<sub>2</sub>. Par contre, il faut prendre des précautions supplémentaires pour réduire les interférences. Par exemple, il faut s’assurer que la phase mobile ne contient pas de composés oxydables qui pourraient influencer les résultats. Pour ce faire, l’[[éluant]] est mélangé à un agent oxydant comme du [[persulfate d'ammonium]] et un [[catalyseur]] comme de l’[[acide phosphorique]] avec du [[nitrate d’argent]]<ref name=":1" />. Le tout est alors oxydé dans un réacteur à capillaire où les produits organiques sont convertis en CO<sub>2</sub>. Une membrane échangeuse séparera les différents gaz (vapeur d’eau, oxygène, argon, etc.) et le tout sera transféré au travers d’une membrane perméable aux gaz à l’aide d’hélium à contre-courant. Le CO<sub>2</sub> contenu dans l’hélium est alors séché et est transmis à l’appareil via un ''{{langue|en|open split}}''. La détermination du rapport isotopique <sup>13</sup>C/<sup>12</sup>C d’un échantillon peut donc être faite avec une méthode de très haute précision.

=== GC-IRMS ===
[[Fichier:CPV-IRMS.png|vignette|352x352px|Principales composantes d’un IRMS couplé à de la chromatographie en phase gazeuse.]]
Lorsque les échantillons ont besoin d’être séparés préalablement, il est plus efficace d’utiliser la [[chromatographie gazeuse]] (GC) pour les échantillons volatils. Les produits provenant de la colonne GC sont transportés vers une chambre de combustion. Par contre, il est aussi possible d’envoyer des composés vers un [[spectromètre de masse]] externe ou un détecteur à [[ionisation]] de flamme. Ensuite, cette chambre est majoritairement constituée d’un tube d’aluminium contenant du cuivre, du nickel et du platine. Les composés sont brûlés à très haute température et produisent une combinaison de CO<sub>2</sub>, NO<sub>x</sub> et H<sub>2</sub>O. Comme en analyse élémentaire, l’échantillon est transporté dans une chambre de réduction où les [[protoxyde d'azote]]oxydes nitreux sont convertis en N<sub>2</sub> et l’excès de O<sub>2</sub> est retiré. De plus, l’eau est retirée à l’aide d’une trappe chimique et d’[[hélium]]. Par la suite, l’échantillon est introduit dans la source d’ions de l’IRMS à un débit très stable d’approximativement 0,5 mL/min.

== L'IRMS vs MS et ICP-MS ==
Les [[spectromètres de masse]] communs utilisant des quadripôles (Q), pièges à ions quadripolaires (QIT) ou des temps de vols (TOF), ne produisent pas la sensibilité et la précision requise pour détecter les différences subtiles de l’abondance naturelle des isotopes.

Par contre ces instruments peuvent être utilisés avec des échantillons ayant subi une [[dilution isotopique]], une technique dans lesquelles les isotopes plus lourds sont délibérément enrichis bien au-delà de leurs niveaux naturels par l'analyste. La mesure des abondances isotopiques naturelles nécessite un instrument spécialisé comme un spectromètre de masse à secteur magnétique multicollecteur, tel un IRMS. En effet, des tests sur la précision et l’exactitude montrent que l’appareil obtient une précision de 0,1'''‰''' avec la plus petite [[limite de détection]] contenue entre 0,07 et {{unité|0.35|µg}}/L. Les principales sources d’erreurs de reproductibilité sont la stabilité du courant ionique, le temps mort et les fluctuations dans les composantes
électroniques<ref name=":1" />.

Une autre technique pouvant être utilisé pour déterminer le rapport isotopique est celle de la [[spectroscopie de masse à plasma à couplage inductif]] à collecteur multiple, ou communément ''{{langue|en|multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry}}'' (MC-ICP-MS). En fait, l’étude de Clough {{et al.}}<ref>{{Article|langue=en|auteur1=|titre=δ34S Measurements of Sulfur by Multicollector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry|périodique=Anal. Chem.|date=2006|issn=|lire en ligne=|pages=}}.</ref> a démontré qu’il s’agit d’une technique a haute performance pour mesurer le δ<sup>34</sup>S des échantillons liquides et solides en utilisant Si comme étalon interne pour la correction des effets de polarisation de masse. Cette technique est limitée par les instabilités du plasma et la performance de l'acquisition des données en mode séquentiel, ce qui engendre de grandes variations dans les abondances isotopiques.

== Détecteur ==
Dans cette technique d’analyse, l'analyseur est de type [[spectromètre de masse]]. Les [[analyte|analytes]] sont d’abord ionisés par impact électronique. Des électrons de haute énergie, soit de {{unité|70|eV}}, collisionnent avec les différents gaz. L'[[ionisation]] par nébulisation n'est pas assez énergétique pour ioniser les gaz, car ces molécules
stables possèdent des liens forts. Cet impact les ionise selon la réaction suivante : A<sub>(g)</sub>+ e<sup>−</sup> → A<sup>+</sup><sub>(g)</sub>+ 2e<sup>−</sup> , où A représente le gaz analysé. Les ions quittent la source et ils sont focalisés et accélérés sous une différence de potentiel. Ils passent ensuite dans un [[champ magnétique]] (secteur magnétique), séparant ainsi les différents ions selon leur masse et leur charge, avant de frapper les détecteurs de Faraday. Ce type de détecteur est formé d'un métal conducteur. Lorsqu’un ion frappe ce dernier, un courant est produit. Le courant induit dépend également du nombre d'ions interceptés. Le courant généré par ses détecteurs est ensuite amplifié et analysé en fonction du temps par le système de données IRMS. Ce dernier trace un [[chromatogramme]] pour les ions spécifiques d’un rapport ''m/z''. L’[[aire sous la courbe]] est proportionnelle au nombre d’électrons détecté. Comme mentionné auparavant, un analyseur de masse de type quadripôle, temps de vol ou piège à ions quadripolaire ne possèdent pas la précision et la sensibilité pour détecter les différences subtiles entre les abondances des isotopes<ref name=":0" />.

== Application ==
L'IRMS est appliqué dans plusieurs domaines en raison de sa capacité à analyser des matériaux. Les principales applications de l’IRMS sont dans le domaine légal, pharmaceutique, alimentaire, environnemental, ainsi que dans les dépistages dans le milieu sportif et dans la recherche biochimique sur l’alimentation et le métabolisme de certains animaux.

=== Domaine légal ===
Dans le [[médecine légale|domaine légal]], l’IRMS peut être utilisé pour confirmer ou infirmer la source d’un échantillon de terre. Par exemple, cette technique est utile pour disculper un suspect sur lequel l’échantillon a été recueilli, pour identifier la source géographique d’un produit d’exportation et pour vérifier si un composé (par exemple l'[[Acide gamma-hydroxybutyrique]] (GHB)) est présent dans le sang, l’urine ou les cheveux d’un individu provient de source endogène ou exogène<ref name=":1" />.

De plus, cette technique peut être utilisée pour déterminer si un échantillon de drogue saisi vient de la même source que d’autres échantillons ou s’il provient d’une nouvelle source de production jusqu’ici inconnue. L’IRMS peut aussi aider à déterminer la provenance géographique du corps d’une victime d’une catastrophe ou d’une explosion s’il n’est pas possible de prélever un échantillon d’ADN intact. En effet, en mesurant le rapport isotopique d’un échantillon et en comparant ce rapport isotopique avec un échantillon similaire provenant de la location géographique présumée de la source, il est possible de confirmer ou d’infirmer si l’échantillon provient de cette région du monde<ref name=":1" />.
=== Domaine pharmaceutique ===
Dans les domaines [[pharmaceutique]]s et [[alimentaire]]s, l’IRMS est utilisée pour déterminer si un produit concorde avec les informations étiquetées. Il est par exemple possible de savoir si les sources de sucres dans un produit sont celles affichées, si ce sont des sucres artificiels ou s'ils proviennent d’autres végétaux que ceux attendus. Cette technique pour analyser les sucres a été développée à l’aide d’un LC-MS. Par exemple, l'importation de certains aliments venant de pays spécifiques a été bannie auparavant. L'IRMS permet donc de déterminer le lieu de provenance de ces aliments, confirmant ou non l'importation légale. Une autre application peut être de déterminer si le CO<sub>2</sub> présent dans une boisson gazeuse provient d’une fermentation ou s’il provient d’une source externe telle qu’un cylindre de CO<sub>2</sub>, ce qui permet au producteur du produit de diminuer et de simplifier la production de son produit<ref name=":1" />.

=== Domaine des sciences de la Terre ===
Le domaine [[science de l'environnement|environnemental]] utilise cette technique entre autres pour associer un contaminant dans une région à la production d’une usine en particulier. Les [[archéologie|archéologues]] peuvent également l'utiliser pour déterminer la provenance d'une roche sédimentaire ou pour identifier la source d'un échantillon d'eau. En analysant des échantillons de terre polluée et de terre près d’une usine par GC-IRMS, des chercheurs ont prouvé que les contaminants du sol ne provenaient pas de l’usine, mais plutôt d’une source naturelle de charbon<ref name=":1" />.

=== Domaine sportif ===
Dans le milieu sportif, l’IRMS est très utilisée pour déterminer si un [[stéroïde]] [[dopage (sport)|dopant]] présent dans le sang, l’urine ou les cheveux d’un sportif provient d’une source endogène ou exogène. Des niveaux élevés de certains stéroïdes peuvent parfois être détectés chez un athlète sans qu’il ait fait usage de produits dopants, ce qui peut indiquer une anomalie génétique, ou une alimentation augmentant la production naturelle de stéroïdes. Étant donné la différence de la provenance de carbone entre la synthèse biochimique d’un stéroïde dans le corps humain et une synthèse chimique, les rapports isotopiques dans des stéroïdes endogènes et exogènes diffèrent. En fonction de l’abondance des isotopes d’une molécule organique, par exemple la [[testostérone]], les centres antidopage peuvent confirmer ou non la présence de cette molécule provenant d'une source synthétique ou naturelle. De ce fait, une molécule endogène possède un plus petit rapport isotopique qu’une molécule synthétique. Après un certain rapport isotopique considéré légal, il est possible de confirmer la prise endogène ou exogène d'un stéroïde anabolisant<ref name=":1" />.

=== Domaine archéologique ===
Dans la recherche en [[biochimie]], en [[nutrition]] et sur le [[métabolisme]], L’IRMS a été utilisée pour obtenir des preuves que les [[Incas]] avaient une alimentation basée principalement basée sur le maïs. Pour ce faire, les chercheurs ont analysé les rapports isotopiques du carbone et de l’azote dans le [[collagène]] présent dans des os prélevés sur des sites archéologiques. Pour compléter ces résultats, ils ont aussi analysé ces rapports isotopiques du carbone et de l’azote dans des muscles et de la peau prélevée sur des [[momies]] datant des années 1490-1640 et provenant de la vallée [[Ayacucho]] au [[Pérou]]. Dans des cas comme celui-ci où l’on travaille avec des [[acides aminés]] ou des [[acides gras]] non volatils, l’échantillon doit passer par plusieurs étapes de préparation et de dérivation avant d’être introduit dans le GC-IRMS<ref name=":1" />.

=== Domaine de la zoologie ===
En [[zoologie]], l’IRMS a été utilisée pour étudier la chronologie des habitudes alimentaires et migratoires des [[éléphants]] en analysant les rapports d’isotopes du carbone et de l’azote présents dans leurs poils. Les rapports isotopiques moyens obtenus ont montré des différences d’une saison à l’autre. De plus, les chercheurs ont remarqué qu’il était possible de déterminer si un éléphant avait été impliqué dans les dégâts d’une culture. Si la culture est dans une autre classe métabolique que les espèces natives, les rapports isotopiques du carbone ingéré par un éléphant ayant mangé une récolte seront différents que les rapports isotopiques du carbone ingéré par un éléphant ayant consommé des plantes natives. En analysant les plumes d’espèces d’oiseau, il a aussi été possible de développer une relation entre leurs [[migration animale|migrations]] et les rapports isotopiques de carbone et d’hydrogène<ref name=":1" />.

== Avantage et inconvénient ==
Cette technique d'analyse offre un avantage supérieur lorsqu'il s'agit à comparer des molécules avec des propriétés physique et chimique semblables. Les différences d'isotope révèlent des informations sur son origine ainsi que sur son parcours. Sur le plan judiciaire, cette méthode d'analyse peut innocenter un suspect ou non. Sa grande précision et reproductibilité est alors un aspect important. De plus, sa grande versatilité à être associé à divers systèmes de séparation lui permet d'analyser pratiquement tous les échantillons, soit dans une phase liquide ou gazeuse.

L'inconvénient de cette technique est la complexité du matériel nécessaire afin d'effectuer l'analyse. Comme mentionné, l'appareil doit être doté d'une haute précision. Or, ce matériel est très coûteux. L'entretien de l'appareil est primordial pour conserver sa précision et son exactitude. De plus, cette technique d'analyse est spécifique lorsqu'il s'agit d'observer les rapports isotopiques, car il n'y a
pas d'autres techniques qui peuvent donner des résultats aussi précis.

== Validation de la méthode ==
Chaque méthode d'analyse doit être validée selon plusieurs critères afin d'obtenir la précision qu'elle nécessite. Le laboratoire à la responsabilité de préparer ce plan de validation. Ce plan dépend de la nature de l'échantillon à analyser ainsi que le matériel et les paramètres employés. Le plan de validation doit inclure plusieurs paramètres, entre autres la [[linéarité]], la stabilité, la [[reproductibilité]] de l'appareil, la [[sélectivité (chimie)|sélectivité]] et la robustesse. La linéarité est déterminée en utilisant des échantillons réels avec addition d'un gaz connu, soit une méthode d'[[étalonnage (métrologie)|étalonnage]] interne. L'expérience doit être reproductible dans différents jours, par différents expérimentateurs, laboratoires et systèmes. De plus, l'appareil doit démontrer une reproductibilité entre chaque mesure du même échantillon. La robustesse démontre les effets de variation des paramètres de l'instrument, par exemple la température ou le débit d'approvisionnement<ref name=":0" />. Pour vérifier la reproductibilité de l'appareil, il est possible d'utiliser des [[alcanes]] à différentes concentrations. Si l'appareil est en bonne condition, toutes les concentrations devraient être au même rapport isotopique, car ce rapport est indépendant de la concentration. De plus, à chaque changement de bonbonne de gaz, il faut refaire une validation de la méthode.

== Entretien ==
Une routine de [[maintenance]] doit être faite régulièrement pour assurer un roulement continu et des temps d'arrêt minimaux de l'appareil. Une routine typique consiste à nettoyer les plateaux d'échantillonnage, retirer les cendres, remplacer les réacteurs de quartz, replacer les trappes à eau et nettoyer la source d'ion pour s’assurer d’une bonne fluidité<ref name=":2" />.

Aussi, il est important de changer la source aux six mois pour une utilisation quotidienne. Pour mener au bon fonctionnement de l’appareil, la maintenance de la pompe mécanique primaire et de la pompe turbo moléculaire est essentielle pour maintenir un vide constant et optimal dans le [[spectromètre de masse]]. Une inspection visuelle est également importante pour prévenir des bris de matériel potentiel. Une lacune dans l’entretien peut entraîner un bris et peut provoquer une déficience dans l’exactitude et la précision de l’appareil.

== Notes et références ==

{{Références}}

{{Palette|Spectrométrie de masse}}
{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Spectrométrie de masse]]