L'analyse SPME GC-MS des composés volatils et semi-volatils
La SPME GC MS (microextraction en phase solide couplée à la chromatographie en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse) est une méthode analytique de référence pour l’identification et la comparaison des composés volatils et semi-volatils présents à l’état de traces.
Sans recours aux solvants et hautement sensible, cette technique est largement utilisée pour l’analyse des arômes, odeurs, composés organiques volatils (COV) et contaminants volatils dans des matrices complexes issues de nombreux secteurs industriels.
Qu’est-ce que la méthode SPME GC-MS ?
La méthode SPME GC-MS repose sur l’association de deux technologies complémentaires :
La microextraction en phase solide (SPME) est une technique de préparation d’échantillons permettant d’extraire et de concentrer les composés d’intérêt sans solvant. Elle utilise une fibre enrobée d’une phase d’extraction spécifique, capable d’adsorber ou d’absorber sélectivement les molécules volatiles et semi-volatiles présentes dans un échantillon ou dans son espace de tête.
La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) assure ensuite la séparation, la détection et l’identification des composés extraits. Après désorption thermique de la fibre, les analytes sont séparés selon leur volatilité et leur affinité avec la colonne chromatographique, puis identifiés par comparaison de leurs spectres de masse à des bibliothèques de référence.
L’association de la SPME et de la GC-MS permet ainsi une analyse qualitative et comparative précise, adaptée aux composés présents à très faibles concentrations, tout en limitant les étapes de préparation et les risques de contamination.
Selon les objectifs analytiques, la méthode peut être complétée par des détecteurs spécifiques, tels que le détecteur sélectif du soufre (SCD), afin de cibler plus finement certaines familles de composés responsables de signatures aromatiques ou d’odeurs caractéristiques.
Fonctionnement de l’analyse SPME GC MS
Après l’étape d’extraction, la fibre SPME est introduite directement dans l’injecteur d’un système de chromatographie en phase gazeuse (GC). La désorption des analytes est réalisée par voie thermique, libérant les composés piégés sur la fibre dans le flux de gaz vecteur.
Les composés sont ensuite séparés sur une colonne chromatographique en fonction de leur volatilité et de leurs interactions avec la phase stationnaire. Chaque analyte est élut à un temps de rétention spécifique, permettant une séparation efficace de mélanges complexes.
La spectrométrie de masse (MS) assure l’identification des composés en générant un spectre caractéristique pour chaque pic chromatographique. Ces spectres sont comparés à des bibliothèques de référence afin de proposer une identification fiable des molécules détectées.
Cette approche permet :
l’identification qualitative des composés volatils et semi-volatils,
la comparaison de profils entre échantillons,
l’analyse de variations relatives de concentration entre lots ou conditions.
Selon les besoins, l’analyse peut être complétée par des détecteurs spécifiques, tels que le détecteur sélectif du soufre (SCD), afin de cibler des composés soufrés présents à l’état de traces et souvent responsables de signatures olfactives marquées.
Caractéristiques techniques de la TMA
L’analyse SPME GC-MS se distingue par sa capacité à détecter, identifier et comparer des composés volatils et semi-volatils à de très faibles concentrations, tout en limitant les étapes de préparation d’échantillons. Les performances analytiques dépendent à la fois du choix de la fibre SPME, des conditions d’extraction et des paramètres chromatographiques.
Principe analytique
préparation d’échantillon par microextraction en phase solide (SPME)
désorption thermique directe dans l’injecteur GC
séparation chromatographique en phase gazeuse
identification par spectrométrie de masse et comparaison aux bibliothèques spectrales
Types de composés ciblés
composés organiques volatils (COV)
composés semi-volatils
arômes et composés odorants
marqueurs organoleptiques
contaminants volatils et produits de dégradation
composés soufrés (en option avec détecteur SCD)
Sensibilité et niveaux de détection
Grâce à l’effet d’enrichissement sur la fibre SPME, la méthode permet d’atteindre des limites de détection très basses, généralement de l’ordre du ppb à ppt, selon la nature des analytes et la matrice analysée. Cette sensibilité en fait une méthode privilégiée pour l’analyse de traces et d’ultra-traces.
Reproductibilité et robustesse
La SPME GC-MS offre une bonne reproductibilité lorsque les paramètres analytiques sont maîtrisés :
type et épaisseur du revêtement de fibre
temps et température d’extraction
mode d’extraction (HS-SPME ou DI-SPME)
conditions de désorption et de séparation chromatographique
Ces paramètres sont adaptés en fonction de la matrice et des objectifs analytiques afin d’obtenir des résultats fiables et comparables entre échantillons.
Types de résultats et livrables
Selon les besoins du client, les analyses SPME GC-MS peuvent donner lieu à différents types de livrables :
chromatogrammes et spectres de masse
listes de composés identifiés avec temps de rétention
profils volatils comparatifs entre échantillons
résultats semi-quantitatifs ou comparatifs
analyses statistiques avancées sur demande (ACP, heatmaps, comparaisons de lots)
Exemples de molécules analysables par SPME GC-MS
La méthode SPME GC-MS permet l’identification d’un large spectre de composés volatils et semi-volatils, en fonction de la matrice analysée, du type de fibre utilisé et des conditions d’extraction. Elle est particulièrement adaptée à l’étude des profils aromatiques, des odeurs, des émissions de composés organiques volatils et des contaminations à l’état de traces.
Les exemples ci-dessous illustrent les principales familles de molécules couramment analysées par SPME GC-MS. Cette liste est non exhaustive.
Les terpènes et sesquiterpènes sont fréquemment rencontrés dans les matrices végétales, les ingrédients naturels, les arômes et les boissons. La méthode permet notamment l’identification de l’α-pinène, du β-pinène, du myrcène, du limonène, de l’humulène ou encore du β-caryophyllène.
Les alcools terpéniques, qui contribuent fortement aux notes florales, fruitées ou résineuses, sont également bien adaptés à l’analyse par SPME GC-MS. Parmi les molécules couramment détectées figurent le linalool, le géraniol, le nerol et l’α-terpineol.
Les aldéhydes et cétones volatils constituent des marqueurs importants de fraîcheur, d’oxydation ou de dégradation des matrices. La SPME GC-MS permet par exemple l’analyse de l’hexanal, du (E)-2-hexénal, du nonanal ou de l’octanal, utilisés en contrôle qualité et en comparaison de lots.
Les esters, responsables de notes fruitées et fermentaires, sont largement étudiés dans les secteurs agroalimentaire et des boissons. La méthode permet notamment l’identification de l’acétate d’hexényle, de l’acétate d’isoamyle, de l’acétate de géranyle ou de l’éthyl hexanoate.
Les composés soufrés, détectables à l’état de traces, peuvent être analysés par SPME GC-MS, éventuellement complétée par une détection spécifique. Des molécules telles que le diméthyl disulfure, le diméthyl trisulfure, le méthanethiol ou certains thioesters volatils sont souvent impliquées dans des signatures olfactives marquées ou des off-flavors.
Enfin, la SPME GC-MS est couramment utilisée pour l’analyse de composés organiques volatils (COV) dans des contextes environnementaux, industriels ou matériaux. Elle permet notamment la détection de molécules telles que le toluène, l’éthylbenzène, les xylènes ou le styrène.
À retenir : la SPME GC-MS permet l’identification de plusieurs centaines de composés volatils et semi-volatils, selon la matrice analysée et le protocole mis en œuvre. L’identification repose sur l’utilisation de bibliothèques spectrales étendues et sur l’expertise analytique du laboratoire.
Pour quelles matrices ?
La SPME GC-MS est une méthode de choix pour les industriels recherchant une caractérisation fine des composés volatils et une comparaison fiable entre échantillons.
Applications industrielles principales
La méthode SPME GC-MS est utilisée dans de nombreux secteurs industriels dès lors que l’analyse des composés volatils et semi-volatils constitue un enjeu de qualité, de performance, de sécurité ou de conformité réglementaire.
Léa Géréec
Référente technique et scientifique
