Évaluation des apports de la spectrométrie de masse haute résolution et des techniques chromatographiques multidimensionnelles aux problématiques analytiques de la parfumerie

Assessment of contribution of high resoluted mass spectrometry and multidimensional chromatography for analytical problems in fragrance business

• Auteur / Autrice : Pierre-Alain Remy
• Direction : Jérôme Vial
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 29/03/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie-Biologie-Innovation (UMR 8231)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Fernandez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Vial, Carlo Bicchi, Emilie Destandau, Esméralda Cicchetti, Christophe Peres
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carlo Bicchi, Emilie Destandau

Mots clés

Mots clés libres

Haute Résolution

Multidimensionnelle

Parfumerie

Chromatographie

High Resolution

Multidimensional

Fragrance

Chromatography

Résumé

Que ce soit dans la sphère professionnelle ou privée, l'exigence vis-à-vis des produits que nous consommons ne cesse de croitre. Aujourd'hui la demande croissante de transparence du consommateur place les acteurs du secteur, grand ou petit, face à un défi complexe tant sur le plan de la connaissance que celui de la mise à disposition d'une information claire et intelligible. Le secteur du luxe en général et celui de la parfumerie en particulier n'échappe pas à cette tendance voire se doit même d'être un acteur de référence sur ce thème. Dans ce contexte il est nécessaire d'aller toujours plus loin dans la connaissance des molécules présentes dans les produits mis sur le marché. Si de toute évidence, le créateur connait par essence les matières qu'il assemble pour créer ses accords, la difficulté survient à l'étape de la matière. La complexité moléculaire des matières premières de parfumerie est considérable et l'identification rigoureuse de la totalité des molécules détectées, un défi considérable. Sur le plan réglementaire et toxicologique, la porosité des exigences avec celles du domaine pharmaceutique est une tendance de fond qui se traduit par la demande de quantifier des analytes à des concentrations toujours plus faibles dans des mélanges toujours plus complexes. Ce défi peut s'apparenter à celui des laboratoires de contrôle anti-dopage qui recherchent des analytes présents à des concentrations infimes dans des matrices extrêmement chargées. Technologiquement, ces structures ont désormais quotidiennement recours à des couplages de la chromatographie à la spectrométrie de masse haute résolution qui leur permettent d'une part de quantifier des substances cibles à des concentrations infinitésimales, et d'autre part d'être en capacité de retraiter les données acquises a posteriori. Cette dernière démarche offre la possibilité aux scientifiques de traiter ou analyser une information ancienne à l'aune des exigences et règlements actuels ou en préparation. Si toutefois l'exemple de ce secteur est inspirant pour relever les défis analytiques du secteur de la parfumerie, il est sain de régulièrement évaluer l'adéquation entre la problématique et le moyen choisi pour la traiter. Ces équipements haute résolution constituent des investissements et des couts considérables à court, moyen et long terme. Il convient donc de les utiliser à bon escient et sur un périmètre où nulle autre technique plus simple ou moins onéreuse ne peut leur être substituée. C'est précisément ce périmètre que ce travail aura à cœur de définir sur deux défis phares auxquels la parfumerie est confrontée : l'analyse des molécules allergisantes dans les parfums et enfin l'amélioration des connaissances de la composition moléculaire des matières premières et des compositions parfumantes. Une solution alternative au couplage de la chromatographie à la HRMS consiste à mettre en œuvre des techniques chromatographiques intégralement bidimensionnelles, notamment en chromatographie en phase gazeuse. Dans ce cas le gain en sélectivité nécessaire pour élucider la complexité des mélanges considérés est apporté par la séparation chromatographique. Quatre systèmes correspondant à des stratégies technologiques différentes seront évalués dans le cadre de ce travail : la chromatographie en phase gazeuse (GC) couplée avec un analyseur en tandem de type quadripôle-temps de vol, la GC couplée à un analyseur de masse de type Orbitrap, la chromatographie en phase liquide (LC) couplée à un analyseur de masse de type Orbitrap (pour les molécules peu volatiles ou instables thermiquement) et la chromatographiques en phase gazeuse intégralement bidimensionnelles (GCxGG) couplée à un spectromètre de masse à temps de vol moyenne résolution. Si les critères d'évaluation et de comparaison auront pour première intention de caractériser l'apport innovant et différenciant de la technologie, l'aspect traitement du signal et des données sera aussi particulièrement étudié.

In the professional or private sphere, the exigence for the product that we consume is increasing. The ask of transparancy from the consumer create for the actor of the sector, big or small, a complexe challenge for the knowledge and the provision of clear and intelligible information. The luxary business, in particular fragrance business, don't escape to that challenge and must be a major actor for it. In that context, it is necessary to go deaper in the knowledge of present molecules in the product. That propositions seems to be naiv and simple but the difficulties are the molecular complexity of the raw materials and the identification of all the molecule detected is a great challenge. For the reglementary and toxicology, the exigences are the same as pharmaceutical : to quantify analytes with lower concentration in more complexe matrices. That challenge can be compare to the anti-doping laboratory one, wich search analytes in tiny concentration in very complex matrices. Technologically this labory dayly use chromatography couped to high resolution mass spectroscopy, in a first time to quantify the target at tiny concentration and in a second time to retreat this data many years after the acquisition. However this high resoluted equipment are expensive and they must be used for good use and where simpler or cheaper technique cannot replace them. That's preciselly that perimeter this work has to define on two flagship challenge for the fragrance business : analysis of molecules suspected fragrance allergens and improvement of the knowledge for the molecular complexity in raw materials and perfume. An alternative solution for high resolution mass spectroscopy is multidimensional chromatographic technique, particularly comprehensive gas chromatography. In this case the increase of selectivity is due to the chromatographic separation and no more to the high resolution. Four different top systems, matching to different technological strategies, will be ealuated in this work : The gas chromatography (GC) coupled to an analyzer in tandem quadrupole-time of flights, the GC coupled to a mass analyzer type Ornitrap, the liquid chromatography (LC) coupled to a mass analyzer type Orbitrap (for the non volatile or thermally instable) and comprehensive gas chromatography (GCxGC) coupled to a mass analyzer type time of flights mean resolution. If the criteria of evaluation and comparison will in a first time caracterize the contribution in term of innovative and differentiating for the technique, the treatment of the signals and data wiil be also study. More over a particular attention will be consider for the direct and indirect environnemental impact of the instruments and the easy handling.