Etude des mécanismes de la pyrolyse flash et de la pyrolyse laser par spectrométrie de masse : application aux polymères synthétiques et naturels

Study of flash pyrolysis and laser pyrolysis mechanisms by mass spectrometry : application to synthetic and natural polymers

• Auteur / Autrice : Sandrine Peter
• Direction : Jean-François Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Polymères

Spectrométrie de masse

Pyrolyse

Résumé

L'objectif de ce travail est de comparer la pyrolyse flash et l'ablation/pyrolyse laser lorsqu'elles sont couplées à la chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse (gc/ms). L'application recherchée est la microcaractérisation des polymères synthétiques et des polymères naturels tels que les cheveux, les poils et les fibres. Après les rappels des principes et des mécanismes de la pyrolyse thermique, nous avons décrit l'instrumentation nécessaire pour mener ces travaux avec notamment les fours de pyrolyse, l'enceinte de pyrolyse laser et les couplages avec la gc/ms. Afin de pouvoir établir les comparaisons entre les différents modes de pyrolyse, les résultats expérimentaux s'articulent autour de deux idées directrices d'une part, la caractérisation des molécules volatiles formées lors de la pyrolyse, d'autre part, l'étude comparée des mécanismes obtenus par les trois méthodes. Dans un premier temps, nous avons étudié deux polymères synthétiques par pyrolyse flash, pour lesquels nous avons établi les proportions relatives de chaque monomère. Les résultats obtenus pour les acides organiques (maldi) nous ont permis de dégager le rôle de la décarboxylation et de la vaporisation intacte en fonction de la longueur d'onde d'irradiation. Une approche similaire a été appliquée aux acides aminés constitutifs des cheveux. Elle nous a permis de dégager la part des effets thermiques et la part de la désorption due à l'ablation laser. Enfin, dans la dernière partie, nous avons appliqué les trois modes de pyrolyse aux cheveux. La caractérisation des pyrolysats du cheveu a été établie par correspondance avec les pyrolysats des acides aminés et de polypeptides étudiés dans les mêmes conditions. Les mécanismes de rupture de la chaine peptidique ont été identifies. Dans ce contexte, les essais de faisabilité de l'ablation laser ont été pour la première fois appliqués aux cheveux

The purpose of this work is to compare the flash pyrolysis and the laser ablation/pyrolysis, connected to the gaz chromatography/mass spectrometry (gc/ms). The final aim is to microcharacterize synthetic and natural polymers such as hairs and fibers. After the explanation of the principles and the mechanisms of the thermal pyrolysis, we describe the apparatus involved in this work, in particular pyrolysis ovens, laser pyrolysis device and connections with gc/ms. In order to compare different pyrolysis modes, experimental results are displayed in two manners : characterization of the volatile molecules formed during pyrolysis and the compared study of the different mechanisms occuring in the three pyrolysis methods. First, two synthetic polymers were studied by flash pyrolysis ; the relative proportions of each monomer have been determined. From the results with the organic acids (MALDI), we draw the role of the decarboxilation and of the vaporization of the intact molecule as a function of the wavelength used. The same approach has been made concerning the amino-acids constituting human hair. Then, we have been in order to separate the thermal effects of the laser irradiation from laser desorption. Finally, we applied the three pyrolysis modes to human hair. Comparing the results with the amino-acids and polypeptides analysed in the same conditions, we characterized the pyrolysates from human hair. We identified the mechanisms involved in the breaking of the peptidic chain. For the first time, the laser ablation of a human hair been attempted