NOÇÕES DE ESPECTROMETRIA DE MASSA - … · Sistema de Vácuo Entrada da Amostra Detector Sistema...
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The world leader in serving science
NOÇÕES DE ESPECTROMETRIA DE
MASSA
José Felipe Lugã[email protected]
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� Responde às duas perguntas mais importantes da Química Analítica:
• O que é ?• Tempo de Retenção• Peso molecular• Estrutura molecular
• Quanto tem ?• Área cromatográfica
Cromatografia Acoplada a Espectrometria de Massa
Cromatograma
Espectro MS
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Qual é o espectrômetro de massa ideal ?
Entrada
de
Amostras
?
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Sistema de
Vácuo
Entrada da
AmostraDetector
Sistema
de
Dados
Analizador
de MassasIonização
Atmosfera
Componentes do Espectrômetro de Massa
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Espectro X Cromatograma
?
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Se ampliarmos
esta região do
cromatograma...
1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25Time
50
100
%
TIC
Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma ?
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Veremos que nesta
escala o pico é
feito por pontos
discretos...
2.12 2.14 2.16 2.18 2.20 2.22 2.24 2.26 2.28Time78
100
%
TIC
Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma ?
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Cada ponto
representa uma
única varredura
(espectro) do
analisador de
massa...
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3000
100
%
240
241
Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma ?
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Cada ponto do
cromatograma
possui um
espectro único
Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma ?
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TIC - Cromatograma
produzido pela soma
do sinal de todas as
massas observadas
a cada varredura...
espectro
Como um Detector de Massa Cria Um Cromatograma ?
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TIC x RIC (Cromatograma de Massa Reconstruído)
C:\Documents and Settings\...\PPB006 30/9/2008 08:02:25
26 27 28 29 30 31 32
Time (min)
0
20
40
60
80
Rel
ativ
e A
bund
ance
RT: 27,83RT: 31,66RT: 28,16
RT: 26,13 RT: 28,41 RT: 30,93
RT: 29,60 RT: 30,43RT: 26,82
NL:1,68E8
TIC MS ICIS PPB006
26 27 28 29 30 31 32
Time (min)
0
20
40
60
80
Rel
ativ
e A
bund
ance
RT: 27,83RT: 31,66RT: 28,16
RT: 26,13 RT: 28,41 RT: 30,93
RT: 29,60 RT: 30,43RT: 26,82
NL:1,68E8
TIC MS ICIS PPB006
26 27 28 29 30 31 32
Time (min)
0
50
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
RT: 28,35
26,1331,6627,83
29,06 30,9129,60
26,30 27,20 28,9529,85 30,43
31,1026,95
NL:4,24E6
m/z= 93,11-94,11 MS PPB006
26 27 28 29 30 31 32
Time (min)
0
50
100
Rel
ativ
e A
bund
ance RT: 28,41
27,18
27,88
27,35 29,0631,6630,9126,28 29,8526,82 30,43
NL:2,33E7
m/z= 159,55-163,26 MS PPB006
50 100 150 200 250 300 350 400 450
m/z
0
50
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
93,01
69,0194,03
161,07 204,11133,03
207,12 258,88 280,44 340,84 413,66385,77 439,50
50 100 150 200 250 300 350 400 450
m/z
0
50
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
161,07
105,01
204,1181,01 133,04189,08 207,13 281,12 327,36 385,52 440,36
TIC TIC
RIC 93 RIC 161
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Modos de Ionização
Ionização
APIAPI CICI EIEI
Sem fragmentos Com Fragmentos
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Fontes de Íons
� GC/MS•
• CI
� LC/MS• ESI• APCI
Ion VolumeRemovível
Lentes
Filamento
e-e- e-
EI
Coluna
++
+
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Espectro EI
� M + e-→ M.+ + 2e- + fragmentos
Pico Base
Ion Molecular
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Fonte de Íons
Mo
lecu
lar
Wei
ght
Non-Polar Polar
EI/CI
ESI
APCI
100,000
1000
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ESI
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APCI
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Analizadores de Massa
� Quadrupolo� Triplo Quadrupolo� Ion Trap 3D� Ion Trap Linear� Ion Ciclotron� Time Of Flight� Setor Magnetico� Orbitrap� Híbridos� ....
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GC/MS QUADRUPOLO
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++
Os íons são varridos pela variação das
voltagens DC/RF aplicadas às barras do
quadrupolo.
Quadrupolo
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+
+Os íons são varridos pela variação das
voltagens DC/RF aplicadas às barras do
quadrupolo.
Quadrupolo
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Full Scan X SIM
Full Scan
SIM (173)
CHBr3
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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
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Método Full Scan + SIM
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Método Full Scan + SIM
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GCMS Quadrupolo– EI Full Scan + SIM
RT: 4.97 - 33.08
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Time (min)
0
50
100
0
50
100
0
50
100
Rel
ativ
e A
bun
danc
e
0
50
100
0
50
1008.80
12.09 12.395.18 21.24
8.80
12.09 12.395.18 21.24
21.82
21.24
14.61
11.06
11.35
NL: 3.96E7
TIC MS data08
NL: 3.96E7
TIC F: + c Full ms [ 50.00-500.00] MS data08
NL: 7.57E4
TIC F: + c SIM ms [ 131.50-132.50] MS data08
NL: 2.06E3
TIC F: + c SIM ms [ 224.50-225.50] MS data08
NL: 7.43E3
TIC F: + c SIM ms [ 178.50-179.50, 263.50-264.50] MS data08
Pesticides analysed in strawberry/spinach/pea
extract at 5 pg/µl, 2ul injection
Raw
Full Scan
Methiocarb
3 dos 14segmentosSIM
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GC/MS Quadrupolo (ISQ) – Sensibilidade
RT: 3.50 - 4.50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Re
lativ
e A
bu
nd
an
ce
RT: 3.92AA: 321AH: 406
NL:1.28E3
TIC MS ICIS 500_ag
NCI, SIM500 ag OFN (5 x 10E-16g)
m/z 272S/N 27:1Turbo 70L/s, EI Full Scan
1pg OFN
m/z 272S/N > 600:1
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ISQ – Aplicação: Poluentes Semivoláteis em Águas
Average IDL = 0,023 ng/uL (~20pg on column)Working Range: 0.05 to 200 ng/uL
120 Compostos20 minutos1uL, Split 1:20
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ISQ – Aplicação: Poluentes Voláteis em Águas
EPA 524.3
84 compostos18 min5 ml amostra30:1 split
Average IDL = 0,035 ug/L (~5pg on column)Working Range: 0.05 to 200 ng/uL
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Cocaína em Urina
(2)
(1)
1
2
(3)
3
(4)
4
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Aplicação ISQ Toxicologia
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MS/MSION TRAP E
TRIPLOQUADRUPOLO
Isolando a Matriz
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?!
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GC/MS – Organofosforado
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MS/MS
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GC/MS/MS Ion Trap – Organofosforado
251 > 169
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MS/MS
� Análise de composto-alvo� Coeluição de muitos picos� Matriz interferente� Confirmação
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Caracterização Estrutural
MS/MSn continua sendo necessário e
complementar à informação de massa exata
Esta informação coletivamente define a estrutura da molécula
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Fragmentação por LC/MS/MS
ESI Full Scan MS/MS
Cromatograma
ESI Full Scan MS[MH]+
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Ion Trap
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Ion Trap Linear
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Why Linear (2D) Ion Traps?
A technology evolution based on basic principles
3-Dimensional vs. 2-DimensionalRF Quadrupole Ion Trap
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Trapping Efficiency (Effect of RF Phase)
1.2 MHz, 5kV
760 kHz
~ 70%
~ 5%
Successful Trapping of Injected Ions
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Tube Lens
Skimmer
Ion Transfer
Tube
Ion Ejection – 2D vs 3D
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Skimmer
~ 100% of ions trapped are detected due to radial ejection
Axial ejection allows for hybridization– without compromise (FT)!
Linear Ion Trap
Hybrid Quadrupole Trap
~ 15% detected*
Axial ejection depends on fringe fields generated by grid –this grid compromises triple quadrupole performance
Radial Detection ~ High Sensitivity
Majority of trapped ions cannot be scanned out
*Hager, J., RCM., 2003, 17, 1389
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Ion Trap Linear x 3D
•Trapping efficiency
•Detection efficiency
•Trapping capacity
LTQ 3D Traps
~ 50-100% ~50% ~ 1-2x
~ 55-70% ~5% ~ 11-14x
Increase
~ 20,000 ions ~500 ions ~ 40x
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Exemplo MS/MSn Flavonóide
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Exemplo MS/MSn Flavonóide
Rhoifolin
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Ion Trap - Aplicações
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Triploquadrupolo
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Fragmentando moléculas de mesma massa
100
+
4060
100
+
80 20
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Triploquadrupolo TSQ GC/MS/MS & LC/MS/MS
0,025 ppb 0,250 ppb 2,0 ppb
C:\Xcalibur\...\231106\NPF_36 23/11/2006 14:21:132.0ng/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
0 2 4 6 8
Time (min)
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
Inte
nsity
RT: 1,99SN: 128
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
0 2 4 6 8
Time (min)
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
Inte
nsity
RT: 1,99SN: 1154
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
0 2 4 6 8
Time (min)
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
300000
320000
340000
360000
380000
400000
420000
440000
460000
Inte
nsity
RT: 1,96SN: 8257
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_36
NPAMOZ – LANAGRO
330 pesticidas em alimentos
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Aplicações Triploquadrupolo
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Multiresíduo – 32 pesticidas, 10ng/mL – Spike em Água
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Amostra Real – Extrato Vegetal
?
?
??
?
?
?
?
??
IprodioneBitertanol
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Elemental composition
� Calculations for : 250 amu� monoisotopic mass� C 12.0000 - 1 to 20 � H 1.0078 - 0 to 60 � N 14.0030 - 0 to 10� O 15.9949 - 0 to 10� S 31.9720 - 0 to 5� Cl 34.9688 - 0 to 5
Isolation Window� +-2 amu = 30.562� +-1 amu = 15.278� +-0.5 amu = 7.632� +-0.2 amu = 3.704� +-0.1 amu = 2.564
2564 3704
7832
15278
30562
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0,1 0,2 0,5 1 2
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SRM with Unit Resolution
Q1Q2
Q3
408.6
408.1
1 Da
1 Da
256.2
256.3
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Improved Selectivity in H-SRM Mode
Q1
Q2
Q3
408.6
408.1
1 Da
256.3
0.2 Da
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Iprodione
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Bitertanol
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MS/MS Triploquadrupolo – Análise de Composto Alvo
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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
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The world leader in serving science
Orbitrap: A new class of Mass Spectrometer
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Resolução
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Resolução
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288.0441 C9H21O2P1S3 Terbufos
288.0949 C13H21O3P1S1 Iprobenfos
288.1142 C15H17N4Cl1 Myclobutanil
288.1256 C11H20N4O3S1 Epronaz
288.1351 C11H21N4O3P1 Pirimethaphos
288.1474 C16H20N2O3 Imazamethabenz
0.1033 amu
Is a simultaneous measurement possible?
Element Exact MassH 1.007825C 12.000000N 14.003074O 15.994915
Exact Mass and Isobaric Compounds
289.00 289.05 289.10 289.15 289.20m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
289.1314
289.0513 289.1022
289.1215
289.1329 289.1424
R = 10,000
289.00 289.05 289.10 289.15 289.20m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
289.1390
289.1021289.0514
289.1215
289.1329289.1424
R = 20,000
289.00 289.05 289.10 289.15 289.20m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
289.1424289.1547289.1329289.1022
289.0514
289.1215R = 100,000
Yes, at high resolution !
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Resolução e Massa Exata
Exatidão de Massa (ppm) = 106 X (Mm – Mr) / Mr
Resolução = M / (M2 – M1)
250.000 250.005
100.000 FWHM @ 200 m/z =0,002 m/z
200 m/z
1 ppm = 200.0000 +- 0,0002 m/z
199,99 m/z
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239.00 239.05 239.10 239.15 239.20 239.25m/z
0
20
40
60
80
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
239.15181C11 H 19 O2 N4
6.50 ppm
239.00 239.05 239.10 239.15 239.20 239.25m/z
0
20
40
60
80
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
239.15033C 11 H 19 O2 N 4
0.32 ppm
R = 15,000Error = 6.50 ppm
R = 80,000Error = 0.32 ppm
Standard Pesticide Mixture in Horse Feed Matrix
Unusually high error of 6.5 ppm indicates the need for higher resolutionReanalysis at 80,000 resolving power
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Quadrupole Orbitrap (Qexactive)
� 140.000 FWHM� 1 – 3 ppm� MS/MS
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zm
k
/=ω
Lord of the ion rings: Retainment of the rings
Frequencias são convertidas em m/z utilizando transformada de Fourier
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zm
k
/=ω
Lord of the ion rings: Retainment of the rings
Frequencias são convertidas em m/z utilizando transformada de Fourier
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Aplicação Exactive
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510 Pesticides Exactive
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RIC (1 ppb)
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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)
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Relative mass errors at different resolving power settings of 151compounds at the 25 ppb level in horsefeed and honey matrix.
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Conclusion
Minimum 70,000 resolution is requiredMass Accuracy Should Cross the Peak
(not by averaging)
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Orbitrap – Análise Antidoping
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RT: 0.00 - 18.00
0 5 10 15
Time (min)
0
1000
1000
100
0
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
0
1000
1007.32
7.68
7.99
2.64
10.01
9.70
NL: 2.39E7
m/z= 233.0231-233.0255 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
NL: 6.40E6
m/z= 404.1221-404.1261 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
NL: 2.18E6
m/z= 343.0382-343.0416 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
NL: 5.99E6
m/z= 163.0528-163.0544 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
NL: 1.02E6
m/z= 746.4801-746.4875 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
NL: 5.03E6
m/z= 528.0754-528.0806 F: FTMS + p ESI Full ms [100.00-1000.00] MS cal5_02
RT: 7.50 - 7.90
7.55 7.60 7.65 7.70 7.75 7.80 7.85 7.90
Time (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
7.69 NL: 3.88E6
TIC F: FTMS + p ESI Full ms2 [email protected] [50.00-430.00] MS cal5_02
cal5_02 #1739 RT: 7.69 AV: 1 NL: 7.33E5F: FTMS + p ESI Full ms2 [email protected] [50.00-430.00]
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
329.0806
344.1041
372.0992
316.1092183.0560 301.0852216.0665134.0606 172.0399287.0824273.0899129.0454 187.0509107.0499 242.032682.0298 226.8040 401.816871.2217 386.1146 420.7813
Number of scans across a peak doing MS/MS
AzoxystrobinMH+ = 404.1242
Quantitation
Confirmation
QEXACTIVE - Quanfirmation Azoxystrobin 1.5ppb
Boscalid
Diuron
Azoxystrobin
Methomyl
Indoxacarb
Spinosad D
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Q Exactive Full Scan Quan (Azoxystrobin at 1.5ppb)
Direct comparison of neat vs matrix
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Q Exactive Quantitation Full Scan Targeted DD MS/MS (Azoxystrobin at 1.5ppb)
Direct comparison of neat vs matrix
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Melamine-Tainted Milk Scandal
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SIEVE Workflow
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Unalign vs Align
Unaligned
Aligned
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Incurred Orange Sample - Navel
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Incurred Orange Sample - Navel
Imaverol
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Isotope Ratio – Actual vs. Simulation
Actual
Simulation
Imaverol
Mass Accuracy 0.454 ppm