NOÇÕES DE ESPECTROMETRIA DE MASSA

Transcrição

1 The world leader in serving science NOÇÕES DE ESPECTROMETRIA DE MASSA José Felipe Lugão

2 Cromatografia Acoplada a Espectrometria de Massa Responde às duas perguntas mais importantes da Química Analítica: O que é? Tempo de Retenção Peso molecular Estrutura molecular Quanto tem? Área cromatográfica Cromatograma Espectro MS

3 Qual é o espectrômetro de massa ideal?? Entrada de Amostras

4 Componentes do Espectrômetro de Massa Atmosfera Sistema de Vácuo Entrada da Amostra Ionização Analizador de Massas Detector Sistema de Dados

5 Espectro X Cromatograma?

6 Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma? 100 TIC % Se ampliarmos estaregiãodo cromatograma Time

7 Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma? 100 % TIC Veremos que nesta escalao picoé feito por pontos discretos Time

8 Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma? 100 % Cada ponto representa uma única varredura (espectro) do analisador de massa

9 Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma? Cadapontodo cromatograma possuium espectro único

10 Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma? TIC -Cromatograma produzido pela soma do sinal de todas as massas observadas a cada varredura... espectro

11 TIC x RIC (Cromatograma de Massa Reconstruído) C:\Documents and Settings\...\PPB006 30/9/ :02:25 Relative Abundance RT: 27,83 RT: 28,16 RT: 26,13 RT: 28,41 RT: 26, Time (min) TIC RT: 29,60 RT: 30,43 NL: RT: 31,66 1,68E8 TIC MS ICIS RT: 30,93 PPB006 Relative Abundance RT: 27,83 RT: 28,16 RT: 26,13 RT: 28,41 RT: 26, Time (min) TIC RT: 29,60 RT: 30,43 NL: RT: 31,66 1,68E8 TIC MS ICIS RT: 30,93 PPB006 Relative Abundance RT: 28,35 NL: 27,18 NL: 4,24E6 100 RT: 28,41 2,33E7 26,13 m/z= m/z= 31,66 27,83 RIC 93 93,11-94,11 RIC ,55- MS PPB ,26 MS 29,06 30, ,88 29,60 PPB006 26,30 27,20 28,95 27,35 29,06 29,85 30,43 31,66 26,95 31,10 26,28 30,91 26,82 29,85 30, Time (min) Time (min) Relative Abundance Relative Abundance ,01 93,01 94,03 161,07 133,03 204,11 207,12 258,88 280,44 340,84 385,77 413,66 439, m/z Relative Abundance ,01 81,01 133,04 161,07 204,11 189,08 207,13 281,12 327,36 385,52 440, m/z

12 Modos de Ionização API CI EI Ionização Sem fragmentos Com Fragmentos

13 Fontes de Íons GC/MS CI EI LC/MS ESI APCI Ion Volume Removível Coluna Filamento e - e - e Lentes

14 Espectro EI M + e - M.+ + 2e - + fragmentos Pico Base Ion Molecular

15 Fonte de Íons 100,000 Molecular Weight 1000 EI/CI APCI ESI Non-Polar Polar

16 ESI

17 APCI

18 Analizadores de Massa Quadrupolo Triplo Quadrupolo Ion Trap 3D Ion Trap Linear Ion Ciclotron Time Of Flight Setor Magnetico Orbitrap Híbridos...

19 The world leader in serving science GC/MS QUADRUPOLO

20 Quadrupolo + + Os íons são varridos pela variação das voltagens DC/RF aplicadas às barras do quadrupolo.

21 Quadrupolo + + Os íons são varridos pela variação das voltagens DC/RF aplicadas às barras do quadrupolo.

22 Full Scan X SIM CHBr3 Full Scan SIM (173)

23 Full Scan + SIM na mesma corrida SIM: Análise de traços de compostos alvos Full Scan: Espectro de massa para identificação de desconhecidos e confirmação dos alvos encontrados Exemplo: 14 Pesticidas EI, Full Scan + SIM Matriz: Morango/Espinafre/Pera

24 Método Full Scan + SIM

25 Método Full Scan + SIM

26 GCMS Quadrupolo EI Full Scan + SIM Raw RT: NL: 3.96E7 TIC MS data08 Full Scan NL: 3.96E7 TIC F: + c Full ms [ ] MS data08 Relative Abundance 3 dos 14 segmentos SIM Methiocarb NL: 7.57E4 TIC F: + c SIM ms [ ] MS data08 NL: 2.06E3 TIC F: + c SIM ms [ ] MS data08 NL: 7.43E3 TIC F: + c SIM ms [ , ] MS data08 Pesticides analysed in strawberry/spinach/pea extract at 5 pg/µl, 2ul injection Time (min)

27 GC/MS Quadrupolo (ISQ) Sensibilidade Turbo 70L/s, EI Full Scan 1pg OFN RT: RT: 3.92 AA: 321 AH: 406 m/z 272 S/N 27:1 NL: 1.28E3 TIC MS ICIS 500_ag m/z 272 S/N > 600:1 Relative Abundance 55 NCI, SIM 500 ag OFN (5 x 10E-16g)

28 ISQ Aplicação: Poluentes Semivoláteis em Águas 120 Compostos 20 minutos 1uL, Split 1:20 Average IDL = 0,023 ng/ul (~20pg on column) Working Range: 0.05 to 200 ng/ul

29 ISQ Aplicação: Poluentes Voláteis em Águas EPA compostos 18 min 5 ml amostra 30:1 split Average IDL = 0,035 ug/l (~5pg on column) Working Range: 0.05 to 200 ng/ul

30 Cocaína em Urina (3) (1) (4) (2)

31 Aplicação ISQ Toxicologia

32 The world leader in serving science MS/MS ION TRAP E TRIPLOQUADRUPOLO Isolando a Matriz

33 ?!

34 GC/MS Organofosforado

35 MS/MS

36 GC/MS/MS Ion Trap Organofosforado 251 > 169

37 MS/MS Análise de composto-alvo Coeluição de muitos picos Matriz interferente Confirmação

38 Caracterização Estrutural MS/MSn continua sendo necessário e complementar à informação de massa exata Esta informação coletivamente define a estrutura da molécula

39 Fragmentação por LC/MS/MS Cromatograma ESI Full Scan MS [MH] + ESI Full Scan MS/MS

40 Ion Trap

41 Ion Trap Linear

42 Why Linear (2D) Ion Traps? A technology evolution based on basic principles 3-Dimensional vs. 2-Dimensional RF Quadrupole Ion Trap

43 Trapping Efficiency (Effect of RF Phase) 760 khz Successful Trapping of Injected Ions ~ 5% 1.2 MHz, 5kV ~ 70%

44 Ion Ejection 2D vs 3D Ion Transfer Tube Skimmer Tube Lens

45 Radial Detection ~ High Sensitivity Linear Ion Trap ~ 100% of ions trapped are detected due to radial ejection Skimmer Axial ejection allows for hybridization without compromise (FT)! Hybrid Quadrupole Trap Majority of trapped ions cannot be scanned out ~ 15% detected* *Hager, J., RCM., 2003, 17, 1389 Axial ejection depends on fringe fields generated by grid this grid compromises triple quadrupole performance

46 Ion Trap Linear x 3D LTQ 3D Traps Increase Trapping efficiency Detection efficiency Trapping capacity ~ 55-70% ~5% ~ 11-14x ~ % ~50% ~ 1-2x ~ 20,000 ions ~500 ions ~ 40x

47 Exemplo MS/MSn Flavonóide

48 Exemplo MS/MSn Flavonóide Rhoifolin

49 Ion Trap - Aplicações

50 Triploquadrupolo

51 Fragmentando moléculas de mesma massa

52 Triploquadrupolo TSQ GC/MS/MS & LC/MS/MS NPAMOZ LANAGRO 0,025 ppb 0,250 ppb 2,0 ppb C:\Xcalibur\...\231106\NPF_36 23/11/ :21:13 2.0ng/mL NPFs/NPAHD3.0ng/mL ACE 3 C18 50 X 2 Acetato NH40.5mM/MeOH(50;50) 200uL/min. RT: 0,00-9,00 SM: 7G RT: 1,99 SN: NL: 8,01E3 m/z= 290,50-291,50 F: + c sid=-10,00 SRM ms2 335,10@-12,00 [ 262,00-291,00] MS NPF_39 RT: 0,00-9,00 SM: 7G RT: 1,99 SN: NL: 6,30E4 m/z= 290,50-291,50 F: + c sid=-10,00 SRM ms2 335,10@-12,00 [ 262,00-291,00] MS NPF_33 RT: 0,00-9,00 SM: 7G RT: 1,96 SN: NL: 4,64E5 m/z= 290,50-291,50 F: + c sid=-10,00 SRM ms2 335,10@-12,00 [ 262,00-291,00] MS NPF_ Intensity 4000 Intensity Intensity Time (min) Time (min) Time (min) 330 pesticidas em alimentos

53 Aplicações Triploquadrupolo

54 Multiresíduo 32 pesticidas, 10ng/mL Spike em Água

55 Amostra Real Extrato Vegetal?????????? Bitertanol Iprodione

56 Elemental composition Calculations for : 250 amu monoisotopic mass C to 20 H to 60 N to 10 O to 10 S to 5 Cl to Isolation Window +-2 amu = amu = amu = amu = amu = ,1 0,2 0,5 1 2

57 SRM with Unit Resolution Q3 Q1 Q Da 1 Da

58 Improved Selectivity in H-SRM Mode Q3 Q2 Q Da Da

59 Iprodione

60 Bitertanol

61 MS/MS Triploquadrupolo Análise de Composto Alvo

62 Benefícios e Limitações da Técnica SRM Triploquadrupolo Benefícios: Baixos limites de detecção são alcançados Excelente quantificação Robustez Limitações: Apenas compostos alvos podem ser analisados Não permite novos resultados após a aquisição Limitado número de compostos por corrida Não é possível buscar compostos desconhecidos

63 The world leader in serving science Orbitrap: A new class of Mass Spectrometer

64 Resolução

65 Resolução

66 Exact Mass and Isobaric Compounds Element Exact Mass H C N O Is a simultaneous measurement possible? amu Relative Abundance C9H21O2P1S3 Terbufos C13H21O3P1S1 Iprobenfos C15H17N4Cl1 Myclobutanil C11H20N4O3S1 Epronaz C11H21N4O3P Pirimethaphos C16H20N2O3 Imazamethabenz R = = 100,000 10,000 20, m/z Yes, at high resolution!

67 Resolução e Massa Exata Exatidão de Massa (ppm) = 10 6 X (Mm Mr) / Mr 1 ppm = ,0002 m/z Resolução = M / (M2 M1) m/z = 0,002 m/z ,99 m/z 200 m/z

68 Standard Pesticide Mixture in Horse Feed Matrix Unusually high error of 6.5 ppm indicates the need for higher resolution Reanalysis at 80,000 resolving power C11 H 19 O 2 N ppm Relative Abundance R = 15,000 Error = 6.50 ppm m/z Relative Abundance C 11 H 19 O 2 N ppm R = 80,000 Error = 0.32 ppm m/z

69 Quadrupole Orbitrap (Qexactive) FWHM 1 3 ppm MS/MS

70 Lord of the ion rings: Retainment of the rings ω = k m / z Frequencias são convertidas em m/z utilizando transformada de Fourier

71 Lord of the ion rings: Retainment of the rings ω = k m / z Frequencias são convertidas em m/z utilizando transformada de Fourier

72 Aplicação Exactive

73 510 Pesticides Exactive

74 RIC (1 ppb)

75 Multiresíduos por LC-Full Scan MS Targeted Screening Análise Pós-Aquisição Busca por compostos-alvos Screening Pesticidas Drogas Veterinárias Hormônios Toxinas Poluentes Orgânicos Persistentes PCBs Etc, Confirmação Distribuição Isotópica Full Scan MS/MS Sample(s) Database(s) Result(s)

76 Relative mass errors at different resolving power settings of 151 compounds at the 25 ppb level in horsefeed and honey matrix.

77 Conclusion Minimum 70,000 resolution is required Mass Accuracy Should Cross the Peak (not by averaging)

78 Orbitrap Análise Antidoping

79 QEXACTIVE - Quanfirmation Azoxystrobin 1.5ppb RT: Relative Abundance Quantitation Diuron Azoxystrobin Boscalid Methomyl Spinosad D Indoxacarb Time (min) NL: 2.39E7 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 NL: 6.40E6 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 NL: 2.18E6 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 NL: 5.99E6 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 NL: 1.02E6 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 NL: 5.03E6 m/z= F: FTMS + p ESI Full ms [ ] MS cal5_02 RT: Relative Abundance Number of scans across a peak doing MS/MS 7.69 NL: 3.88E6 TIC F: FTMS + p ESI Full ms @hcd40.00 [ ] MS cal5_ Time (min) cal5_02 #1739 RT: 7.69 AV: 1 NL: 7.33E5 F: FTMS + p ESI Full ms @hcd40.00 [ ] Azoxystrobin MH+ = Confirmation Relative Abundance m/z