Confirmation du mécanisme de réaction utilisant 13 CO 2 (GCMS)
Diverses méthodes analytiques sont utilisées pour mesurer les produits de réaction dans le cadre de la recherche sur la photosynthèse artificielle, dans laquelle des substances à haute énergie sont fabriquées à l'aide de photocatalyseurs et de l'énergie solaire. Ces méthodes incluent la GC, la HPLC et la photométrie d'absorption. Les expériences utilisant des échantillons marqués par des isotopes constituent un moyen efficace de confirmer et de clarifier les mécanismes réactionnels. Les spectromètres de masse démontrent leur utilité dans de telles mesures. Cette fiche technique présente un exemple d'utilisation de GC-MS pour mesurer le monoxyde de carbone, le méthanol, le formaldéhyde, l'acide formique et d'autres substances générées lors de la réduction photocatalytique du dioxyde de carbone dans un environnement de méthanol.
(1) Confirmation des produits de réaction de réduction photocatalytique utilisant 13 CO 2 *
La figure 1 montre des exemples d'utilisation de GC-MS pour mesurer le monoxyde de carbone (poids moléculaire : 28), généré lors d'une réduction du dioxyde de carbone à l'aide d'un photocatalyseur. La figure 1A est le chromatogramme ionique extrait pour le CO dans des expériences utilisant du CO2 non marqué ( solvant méthanol). La figure 1B est le chromatogramme ionique extrait pour le CO dans des expériences utilisant du 13 CO2 (solvant méthanol). Sur la figure 1B, un pic peut être confirmé à m/z 29 ( 13 CO). Cependant, un pic est également confirmé à m/z 28 (CO). Il en ressort clairement que dans cette réaction, le monoxyde de carbone généré à partir du dioxyde de carbone fait partie du monoxyde de carbone total. Le mécanisme réactionnel de la réaction photocatalytique peut être déduit en mesurant le formaldéhyde, un produit de réaction du 13 CH 3 OH, et l'acide formique, un produit de réaction du 13 CO 2 , d'une manière similaire.
Fig. 1: Chromatogrammes d'ions extraits, mesure d'échantillons de phase gazeuse générés par une réaction photocatalytique
Remarque :
Ces données ont été fournies par le professeur Osamu Ishitani du Département de chimie, École supérieure des sciences et de l'ingénierie, Institut de technologie de Tokyo.
Sekizawa,K; Maeda,K; Domen,K; Koike,K; Ishitani, OJAm.Chem.Soc, 2013, 135, 4596.
Schéma Z artificiel construit avec un complexe métallique supramoléculaire et un semi-conducteur pour la réduction photocatalytique du CO 2
| GC-MS | GCMS-QP2010 Ultra |
| Colonne | RT®-;Msieve 5A (Longueur : 30 m, 0,32 mm ID, df=30 µm, RESTEK P/N 19722)+ Rtx ®(5 m, 0,25 m ID, df=0,5 µm, piège à particules) reliant la presse de manière étanche connecteur |
| [GC] | [MS] | ||
| Température de l'unité d'injection | 200 °C | Température de l'interface | 200 °C |
| Température du four à colonne | 35 °C (2 min) → (10 °C/min) → 150 °C (5 min) | Température de la source d'ions | 200 °C |
| Mode injection | Divisé (50:1) | Mode de mesure | Analyse |
| Mode de contrôle | Pression (100 kPa) | Plage de mesure | m/z 10 à 100 |
| Gaz vecteur | Hélium | Heure de l'évènement | 0,3 seconde |
| Volume injecté | 100 µL de phase gazeuse (à l’aide d’une seringue étanche aux gaz) | Méthode d'ionisation | AE |
| Tension d'ionisation | 70 V | ||
| Courant d'émission | 150 µA | ||
(2) Analyse du méthanol, du formaldéhyde et de l'acide formique en solution
La figure 2 montre un échantillon de mesure dans lequel une solution aqueuse mixte de méthanol, de formaldéhyde et d'acide formique a été introduite directement dans le GC-MS. Une colonne polaire a été utilisée pour la séparation, permettant de mesurer ces trois composants au cours du même cycle d'analyse. Dans ces conditions, le composé marqué au 13C et le composé non marqué ont le même temps de rétention. Les spectres de masse de chacun des composants marqués au 13 C sont présentés sur la figure 3. Avec les échantillons marqués au 13 C, puisque le spectre de masse obtenu n'est décalé que d'un m/z de 1, l'existence d'isotopes peut être confirmée à partir du présence de l'ion moléculaire.
Fig. 2 : Chromatogramme à courant ionique total pour une solution étalon (CH 3 OH, HCHO, HCOOH non marqué)
Fig. 3: Mass Spectra
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