La masa exacta en el Análisis Medioambiental

La masa exacta en el Análisis

Medioambiental

Jaume C Morales

Especialista de Producto MS Barcelona 6 Oct 2011

Agenda:

• Fundamentos MS de masa exacta

• LCTOF

• LCQTOF

• GCQTOF

Fundamentos de MS con masa exacta:

• Características técnicas de un analizador de Masas

– Resolución

– Exactitud

Características Técnicas de un Analizador de Masas

Definición del poder de resolución R

Existen dos definiciones del poder de resolución dependiendo del tipo de

Analizador :

Una utilizada para Sectores Magnéticos:

10% intensidad

Otra utilizada para TOF’s, Quad’s, FTMS:

50% intensidad

10% Intensidad

50% Intensidad

m₁ m₂ m₁

R.P. = m₁/(m₂-m₁) R.P. = m₁/( m/z)

Características Técnicas de un Analizador de Masas

Resolución y Exactitud de masa

R = 614/0.68 = 903 Δmz = 0.1/614 = 160 ppm Pw=0.68 Mz=614 SQ TQ IT TOF Q-TOF R = 614/0.0423 = 14522 Δmz = 0.0004/613.96 = 0.7 ppm Poder de resolución R : R=mz/FWHM Exactitud de masa Δmz :

Δmz=dm/mz*106_{, partes por millón (ppm)}

PFTBA mass 614

C12F24N=613.964203

1 Da.

5 x10 0 2 4 6 8 + Scan (3.864 min) 380-118-06-r001.d 1473.2765 1859 5 x10 0 2 4 6 + Scan (3.801 min) 380-118-06-r001.d 1473.2311 24212 1472.9459 26523 1473.5148 ₂₂₉₀₃ 1472.8026 25172 5 x10 0 1 2 3

+ Scan (3.759 min) AVI380-118-06_EDR.d 1473.2370 31730 1472.9514 29759 1473.5234 29208 1472.8076 30521 1473.8092 29920 5 x10 0 0.5 1 1.5

+ Scan (3.923 min) AVI380-118-06_01.d 1473.0934

46709 1473.3791 45168 1472.8061 44458 1473.6655 44384 1473.9510 45089 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 1472 1472.2 1472.4 1472.6 1472.8 1473 1473.2 1473.4 1473.6 1473.8 1474 1474.2 1474.4 1474.6 1474.8 1475 1473.8029 21224 1474.0862 21293

Oligonucleotidos: Diferencias de Mass Resolution

UHD Q-6

6520 Extended Dynamic Range

Resolution = 10.000

6520 High Resolution

Resolution = 24.000

6538 Extended Dynamic Range Resolution = 30.000

6538 High Resolution Resolution = 45.000

Un compuesto con masa de 1000 Daltons

1000 ± 2.0 Da (or ± 2000 ppm)

1000 ± 0.5 Da (or ± 500 ppm)

1000 ± 0.1 Da (or ± 100 ppm)

1000 ± 0.01 Da (or ± 10 ppm)

1000 ± 0.002 Da (or ± 2 ppm)

(Measured mass - Calculated mass) X 1,000,000 Calculated mass

= ppm

1 10 100 1000

0.1 0.05 0.01 0.005 0.001 0.0005 0.0001

Exactitud de masa (amu)

176 386 882 1347 1672 5687

Formu

las

Posib

les

Relación entra la Exactitud de masa y el numero de

formulas moleculares plausibles

LC TOF: Tiempo de Vuelo

(base de LCTOF/LCQTOF y GCQTOF)

Pulser Detector

1. Pulse ions every 100 microseconds 2. Measure at detector each nanosecond 3. 100,000 data points in each transient

4. Sum 2000 – 10000 transients into one scan 5. Produces spectra with excellent ion statistics

20 µsec – m/z 118 46 µsec - m/z 622 90 µsec - m/z 2421

1. Dispara iones cada 100 microsegundos.

2. El Detector mide cada nanosegundo.

3. 100.000 data points en cada disparo (transient)

4. Suma 2000 – 10000 transients por espectro. 5. Produce espectros con una excelente

estadística de iones.

20 µsec – m/z 118 46 µsec - m/z 622

Tiempo de vuelo: El tiempo depende de la m/z

m/z = [2V/L

2

_]t

2

Energía cinética del ión al ser disparado

El tiempo de vuelo es proporcional a la raiz cuadrada de la m/z.

Esto hace que la m/z sea proporcional a t2_.

La velocidad del ión es igual a la distancia recorrida entre el tiempo que tarda

Minimizado de las variaciones en el tiempo

Distribución Espacial

Dos iones de la misma m/z

parten de puntos distintos

Distribución de Energía cinética

Dos iones de la misma m/z pero con distinta Energía Cinética

Minimizado de las diferencias en Energía cinética

El reflectrón se encarga de

amortiguar las diferencias

Los iones con mayor energía

cinética penetran más y

recorren más distancia

Eso iguala el tiempo de vuelo

para ambos tipos de iones.

Detector MCP

MCP channels are

approximately 5 m in diameter At an MCP potential of 650 V, overall gain is approximately 103

TOF – La conversión de Tiempo en m/z

Calibración Primaria

 Mass = a(t-t

₀

)

2

Corrección por masas de Referencia

 Corrección de los coeficientes a y t

_o

basada en masas conocidas

en el espectro

LC/MS Portfolio

TOF/QTOF

Series 6200/6500

Alta velocidad y resolución

para identificación

LC/MS – 6224/30 TOF

Masa Exacta en Rutina

• El sistema más estable del mercado • Especificación 2 ppm - Típica 1 ppm • Hasta 5 órdenes de magnitud de rango

dinámico espectral

Sensibilidad

• 5 - 10 x mejor que cualquier otro TOF de sobremesa del mercado

Facilidad de Uso

• Autotune

• Autocalibracion con 2 (o más) puntos • Sistema de introduccíón directa de

06 de Págin

a 18

Agilent 6230 TOF

/QTOF

- 20K resolution - 5 decades in-scan - Low pg Sensitivity

TIC

Bases de Datos de Masa Exacta. La Solución para

Cribados

―ilimitados‖

de Compuestos:

Agilent TOF /QTOF

PCDL

.:

• 27000 metabolitos endógenos (METLIN). • 7300 comp. Forénsicos / Toxicología. • 1600 Pesticidas.

• Bases de Datos propias.

FBF

Find by Formula

Págin a 19

Ejemplo Resultados Búsqueda en Base de Datos

de Pesticidas y Cálculo Fórmula Empírica.

La fidelidad isotópica es una herramienta clave

en la correcta asignación de fórmulas

Resultados del ―Screening‖ usando

MFE + PCDB de pesticidas

COMPUESTOS TARGET - RTs conocidos – Estándares inyectados

COMPUESTOS NO TARGET - RTs desconocidos pero presentes en la DB – Estándares no inyectados

¿Porqué /MS/MS?

Una imagen vale más que mil palabras …

GC/MS/MS QQQ MRM EI 100fg HCB in ―DIRTY‖ Matrix S/N: 116:1 RMS 100 fg HCB MS SIM MS/MS MRM A chromatographer’s dream: single peak on flat baseline

¿Porqué MS/MS?

Una imagen vale más que mil palabras …

GC/MS/MS QQQ MRM GC/MS Single Quad SIM

EI 100fg HCB in Matriz SUCIA S/N: 116:1 RMS 100 fg HCB MS SIM MS/MS MRM

El sueño del analista: Un pico en una linea de base plana

SIM vs MRM para HCB

100 fg HCB in disolución acuosa

Singl e MS: SIM 28 3.8 MS/ MS: 28 3.8:2 13 .9 S/N=37:1 RMS S/N=26:1 RMS Inyección de 100 fg de Hexaclorobenzeno (HCB) por SIM. Inyección de 100 fg de Hexaclorobenzeno (HCB) por MRM. Mismo orden de S/N !!!

SIM vs MRM para HCB

100 fg HCB in disolución acuosa

300 fg HCB en Diesel

Singl e MS: SIM 28 3.8 MS/ MS: 28 3.8:2 13 .9 S/N=6:1 RMS S/N=86:1 RMS S/N=37:1 RMS S/N=26:1 RMS

Arquitectura LC/MS de Agilent

modos

MS y MS/MS

Ion Pulser Turbo 2 Octopole 1 DC Quad Rough

Pump Turbo ₁ Turbo ₁

Turbo 1 Quad Mass Filter (Q1)

Collision Cell Lens 1 and 2 Octopole 2 Tiapride 0.8 ppm Modo MS Modo MS/MS

El Modelo Único de Agilent

LC-QTOF-MS en modo Auto-MS/MS

Un método favorable a la identificación

El Total Ion Chromatogram

contine toda la información de la muestra

MS MSMS MS MS MS MS Espectros MSMS de masa exacta Espectros MS de masa exacta Identif. Formula Busc. Base Datos Busc. Metabolitos

Identif. Estructural Busc. Librerias Quantificación

Combinación de resultados

Busqueda de compuestos

MFE / FBF

Relaciona los espectros MSMS con los

compuestos encontrados

Datos adquiridos en modo “ms/ms data dependent”

Extracción de espectros

MSMS

Lista Combinada de Compuestos

DB Scores

MFG Scores

Ponderación de resultados

Búsqueda en Database Busqueda en Librería Cálculo de Formula

Library Scores

Combinación de resultados – comparación de

Espectros en Librería

Lib-search result details

Rojo. Espectro desconocido ; Negro. Espectro en librería

Unica Puntuación Combinada

Cálculo y visualización automática

Ponderación personalizada

Al expandir se muestran los detalles del cálculo

Plataforma QTOF

6550 iFunnel Máxima Sensibilidad Y Alta Resolución Exactitud de Masa inferior a 1 ppm 6530 Sensibilidad Exactitud de Masa < 2ppm 6520 Robustez Exactitud de Masa < 2ppm UHD > 40.000 res 6540 Alta Sensibilidad Y Alta Resolución Exactitud de Masa inferior a 1 ppm HiRes > 20.000 res

6550/40 UHD Accurate Mass Q-TOF LC/MS System

Alto rendimiento para aplicaciones de altos requisitos - SIN CONCESIONES

Prestaciones UHD

• Resolución >40.000

• Excelente fidelidad isotópica

• Errores de exactitud de masa por debajo de los 500 ppb • Rango dinámico de 5 decadas

• Sensibilidad al nivel de atogramo con Agilent Jet Stream (6550)

• Ultra Rapidez de adquisición para el acople a sistemas UHPLC 50 spec/segundo (6550)

Que permiten un Análisis Cualitativo Superior

• Proteomics/metabolomics

• Non-targeted food/environmental screening • Impurity analysis

• Metabolite ID

Q-Innovación

Tecnológica

6540

UHD

32 Dual-stage ion mirror (resolution)

Ion Beam Compression Technology (resolution + mass accuracy)

Orthogonal spray

source (signal-to-noise)

Ion acceleration in hexapole

collision cell (faster MS/MS spectra)

Longer flight tube (resolution)

INVAR flight tube (mass accuracy)

ADC (dynamic range)

4 GHz electronics (resolution, mass accuracy, sensitivity, dynamic range)

Excellent Mass accuracy

Scan speed

Innovación

Tecnológica

6550

UHD +

iFunnel

33

Ion acceleration in hexapole

collision cell (faster MS/MS spectra)

Longer flight tube (resolution)

ADC (dynamic range)

4 GHz electronics (resolution, mass accuracy, sensitivity, dynamic range) Orthogonal spray source (signal-to-noise)

Ion Beam Compression Technology (resolution + mass accuracy)

Dual-stage ion mirror (resolution)

INVAR flight tube (mass accuracy)

10 x Sensitivity

Greatest Sensitivity

Excellent Mass accuracy

Scan speed

High Resolution

QUAL / QUANT con QTOF G6550A

iFunnel + UHD

Pag

G6550

20 ppb

G6530

20ppb

G6550

1 ppb

Propazine

100 x

6540 Ultra High Definition QTOF

Maintaining Resolving Power – Across the Mass Range

Pag UHD Q-5 x10 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 922 R=42424 622 R=38702 1221 R=43674 1521 R=42750 322 R=30218 2121 R=41825 1821 R=40405 2421 R=39332 2721 R=37207 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

Scan Rate Independent

Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 622.00822

623.01059

624.01219 _625.01471

6540 Ultra High Definition Q-TOF

Mass Accuracy – Repetitive Injections

36 UHD

Q-+ESI EIC(609.28066)

Scan Frag=240.0V Reserpine_40pgms3.d

0.511

Counts vs. Acquisition Time (min) 0.0 0.25 0.5 0.75 1 5 x10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 _609.28081 610.28425 611.28650 612.28987 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 609 610 611 612 613 614 613.29210

Isotope Obs % Calc % Obs m/z Calc m/z Diff (ppm) 1 100 100 609.28081 609.28066 0.25 2 35.87 37.24 610.28425 610.28393 0.52 3 8.58 8.59 611.28650 611.28671 -0.34 4 1.41 1.48 612.28987 612.28941 0.75 5 0.14 0.21 613.29210 613.29203 0.11 Run Error (ppm) 1 0.96 2 -0.17 3 0.25 4 0.02 5 0.39 6 0.13 7 0.01 8 0.52 9 0.04 10 0.30 Mean 0.25 Std Dev 0.32

40 pg reserpine on-column, 10 injections

6540 Ultra High Definition Q-TOF

Sensitivity – Full Scan MS Mode – 1 picogram

37 UHD Q-3 x10 0 1 2 609.280347 (M+H)+ 610.283168 611.287790 612.292649 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 4 x10 0 1 2

Counts vs. Acquisition Time (min) 0.0 0.5 1 1.5

S/N = 319 RMS

Ratio m/z Diff. Theor. Expt. Theor. Expt. (ppm) 100.00 100.00 609.2807 609.2803 -0.51 37.24 36.36 610.2839 610.2832 -1.25 8.59 8.39 611.2867 611.2878 1.77 1.48 1.45 612.2894 612.2926 5.29

Resolution ~ 33,000

El ―Poder‖ la de la Masa Exacta: Análisis a

―Posteriori‖ de

Compuestos No Esperados

Laboratorio Químico Microbiológico - Murcia

• Los Agilent TOF/QTOF

proporcionan unas excelentes

prestaciones CUANTITATIVAS.

• El aspecto diferencial de los TOF/QTOF es su capacidad cualitativa.

DIURON

Fórmula empírica: C9H10Cl2N2O

Masa Exacta : 243.0243 (El software incluye una calculadora de masas)

Fase 1.- Localización de Potenciales Positivos:

- Extraer IC’s de “masa exacta” (muy finas ventanas de extracción)

- NO se requieren patrones.

Diuron

Fase 2.- Confirmación /Cuantificación

de Positivos:

- Confirmar con patrones por Tr y

relaciones de iones de “pseudo MS/MS”

- Posibilidad de cuantificar reprocesando

retrospectivamente mediante “factores

de respuesta relativos” (sin tener que

reanalizar la muestra)

Laboratorio Químico Microbiológico - Murcia

El ―Poder‖ la de la Masa Exacta: Análisis a

―Posteriori‖ de

Compuestos No Esperados

06 de Págin

a 40

Extracción Automática de la Información Relevante:

Agilent ―Molecular Feature Extractor‖ (MFE)

TCC Procesado con MFE Gráfico 3D Original TIC Original (modo MS) Gráfico 3D Procesado con MFE

M.F.E.

M.F.E.

Reducción de Datos (MFE): suma juntos las intensidades de isótopos, aductos, ―clusters‖ e Iones con múltiples cargas.

Algoritmo de Data Mining patentado por Agilent Technologies. Mucho más que un simple reporting de

presencia de iones con datos de masa exacta

m/z

min.

ECC’s de las “Features” extraídos por MFE

Avanzado Algoritmo de

Deconvolución ―

Mass Hunter

Molecular Feature Extractor

(MFE)‖: proporciona la

Masa

Exacta de ‖todos‖ los Compuestos Ionizados.

Página 41

Espectros Deconvolucionados

TIC IC’s 0

Forma parte del soft. de TOF y Q-TOF

MFE: software clave en ―non target‖ análisis,

metabolómica o

06 de Págin

a 42

Identificación

por Asignación de Fórmulas

Empíricas a partir de la Masa Exacta

Para la asignación de la fórmula empírica más probable se considera: 1.- Exactitud de masa

2.- Fidelidad con la distribución isotópica teórica (tanto en

intensidades relativas como en masas y en separación entre ellas)

- El parámetro de DBE (equivalencia en nº de dobles enlaces) puede ayudar a corroborar la asosicación de una fórmula empírica con una estructuras molecular

3.- Con MS/MS exacta (QTOF): asignación de fórmulas empíricas a los fragmentos coherentes con la del ión precursor

…. DBE 753.3092 754.3125 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z) 751 752 753 754 755 756 757 755.3095 756.3098 * * * Se requiere una Buena y

Robusta Fidelidad Isotópica para confirmar

06 de Págin

a 43

MS/MS

una Herramienta Adicional en la

Asignación de Fórmulas Empíricas

:

Menor nº

Formulas potenciales, Mejor Discriminación

Scores MS Scores MS/MS

Espectro MS

Espectro MS/MS prec.

• 4.- La fórmula empírica resultante se buscará en

bases de datos de fórmulas moleculares:

NIST, Index Merck, Chemspider, ChemIDlus,....

• 5.- Se confirmaría ID mediante cromatografía del

patrón con QTOF:MS/MS // TOF: Vfrag. elevado

Fragmento: C8H16NS Pérd. Neutra: CH2O2 Precursor (H+_{): C9H17NO2S}

Análisis de Contaminantes Orgánicos

Emergentes por UHPLC/MS:

Enfoque Genérico:

• Cribado Masivo (“ilimitado”)

de Contaminantes: ―Non

Targets‖ + ―Targets‖ Base Heramientas:

• Masa Exacta ROBUSTA

• Independiente de la concentración de Analito

• Buena Fidelidad Isotópica

Cuantificación y screening de productos farmacéuticos y de higiene personal en aguas de consumo humano (PPCPs) mediante Triple Cuadrupolo y sistemas de Tiempo de Vuelo TOF/QqTOF.

Screening de

PPCP’s

en matrices acuosas

por LC/MS/MS QTOF (/TOF)

• Los PPCPs (Pharmaceuticals and Personal Care Products): cualquier producto químico

relacionado con la salud, cosmética o higiene personal, o con el mundo de la

agroquímica y similares para favorecer el crecimiento o el mantenimiento de la salud

de plantas y ganado.

• El término PPCPs comprende miles de substancias químicas incluyendo

fármacos, fragancias, drogas veterinarias o cosméticos.

• Los PPCPs se encuentran frecuentemente en ambientes acuáticos al disolverse con facilidad y no evaporarse a temperatura ambiente. El uso de lodos de

alcantarillado como fertilizantes (sewage sludge)

o aguas de riego recicladas ponen en contacto

Screening por Extracción de Cromatogramas de Iones con Masa

Exacta: SCAN MS con

Selectividad Cuantitativa tipo MS/MS

TIC de mta nº119

BPC 1.4 x 108

1.2 x 106

La extracción de iones en un rango muy estrecho de masa (m/z: <0.1) proporciona una Excelente Selectividad y Sensibilidad para el análisis de “compuestos diana”

Muestra Agua Residual ESI+ TOF

EIC Agua Residual m/z: 237.0-237.1 EIC Agua Residual

m/z: 256.1-256.2 TIC Agua Residual 0.2 ppb Carbamecepina 0.2 ppb Difenhidramina 4.0 x 105 4.0 x 105 1.4 x 108 x350

Screening ―ilimitado‖ de PPCP’s

en Aguas por

LC/MS/MS

Qq-TOF

App. Note: 5989-7339

Muestra de agua superficial (Colorado-US) 1L recogido en 0,5gr. Sorbente

Eluido 1mL metanol Iyectan 5µL

Listado de PPCP’s Monitorizados:

06 de Págin

06 de Págin

a 49

Resultados LC/MS-QTOF (/TOF): Localizados

8 compuestos del listado.

Resumen Herramientas Agilent para

Maximizar el

Rendimiento y Productividad

en Análisis de Aguas

•Cromatografía más rápida y eficiente con UHPLC/MS:

– Nuevo Agilent UHPLC: 1290 infinity

• LC/MS-TOF o QTOF permitirán cribados masivos ―ilimitados‖

– Agilent 6540 con 0.5ppm exactitud, Resolución 40K y tecnología Jet Stream para una excelente sensibilidad cuantitativa.

• Con masa exacta son claves las herramientas de software que

automatizan la eficiencia de extracción de Datos:

– Molecular Feature Extractor (MFE).

– Bases de Datos de Masa Exacta /Bibliotecas de espectros MS/MS – EFG: Generador de Fórmulas Empíricas.

– …….

5990-4252EN

Kits Aplicaciones para

―Screenings‖

Masivos

por LC/MS-TOF/QTOF

5990-4251EN

Kits Base de Datos de Masa Exacta*

• Adaptables a la cromatografía del usuario. • Chequeo opcional de la aplicación on-site.

Kit 1600 pesticidas

incluye

:

– Columna y mezcla de test específica.

– QuEChERS Trial pack para preparación muestra.

– DVD con los parámetros del métodos/s (LC y MS).

– Nota de aplicación y guía de inicio rápido.

– Ejemplos con distintas configuraciones y HPLC’s.

Kit 7300 compuestos de interés Toxicológico

*

:

– Columna y mezcla de test específica. – DVD con los parámetros del métodos/s. – Nota de aplicación y guía de inicio rápido.

– Contiene esencialmente drogas de abuso, alcaloides, fármacos, pesticidas, disruptores endocrinologicos….

Los TOF y QTOF facilitan mucho la ampliación del alcance del laboratorio

(nº compuestos a monitorizar)

*versión con Bibliotecas de espectros MS/MS de 2600 compostos.

GC/Q-TOF for Target, Non-target and Unknowns:

The Benefits of High Resolution, Accurate Mass and

Fast Acquisition Rates MS and MS/MS

7200 GC-QTOF

A new analytical tool for solving

complex analytical problems

GCMS Challenge : complex analytical problems

Identification of compounds in complex samples at trace level (ng/mL levels or less) is difficult and generally requires a non-routine analytical strategy or state-of-the-art analytical systems including :

1- Powerful extraction/enrichment method 2- High separation power GC (e.g.GCxGC)

3- With mass spectrometric and/or selective detection.

However, for routine analysis of this type of compounds, more simple and fast analytical approach would be required to enhance productivity.

Unfortunately 1D GC/MS (SIM) or 1D GC in combination with element-specific detectors such as PFPD and SCD is often not sufficient for the required selectivity.

GCMS Challenge : complex analytical problems

1

st

_{Approach :}

The TOF-MS simultaneously samples and analyzes all ions across the mass range in contrast to conventional scanning instruments, where masses are ejected and detected sequentially.

Consequently, GC-TOF-MS has unrivalled full spectrum sensitivity, comparable to GC-MS in SIM mode.

Also,GC-TOF-MS allows accurate mass measurement for higher

selectivity and sensitivity using a very narrow mass window (0.02-0.05Da).

BUT

, what happens when Resolution and Δ Mass are not enough?

What will 7200GC-QTOF do for you?

TOF mode

•

High resolution full scan spectra

•

Accurate mass measurements

•

Fast scanning of full spectra

MS/MS mode

•

Full scan product ion spectra w high resolution accurate

mass

=

+

7200. What is it?

7200 GC/Q-TOF = 7890 + 7000 + 6500

Our newest GC/MS . . .

built upon many well proven parts:

Almost one thousand 7000 TQs

Over one thousand TOFs and Q-TOFs

Many thousand 7890 GCs

=

+

What is it?

7200 GC/Q-TOF = 7890 + 7000 + 6500

Quadrupole Time of Flight MS

Time of Flight MS Triple Quadrupole MS

The merging of two platforms

Turbo 2 Ion Pulser Turbo 3 Ion Source Turbo 1b Turbo 1a Quad Mass Filter (Q1)

Collision Cell Transfer optics 6500 LC/MS Q-TOF based 7000 GC/MS QQQ based Ion Mirror Ion Detector

7200 Analyzer

New . . . Yet Totally Proven

Dual-stage ion mirror improves

second-order time focusing for high mass resolution.

Hexapole collision cell accelerates

ion through the cell to enable faster generation of high-quality MS/MS spectra without cross-talk

Split-flow turbo differentially

pumps the ion source and

quadrupole analyzer compartments

4GHz ADC electronics enable a high

sampling rate (32 Gbit/s) which improves the resolution, mass accuracy, and sensitivity for low-abundance samples. Dual gain amplifiers simultaneously process detector signals through both low-gain and high low-gain channels, extending the dynamic range to 105_.

Analog-to-digital (ADC) Detector:

Unlike time-to-digital (TDC) detectors which record single ion events, ADC

detection records multiple ion events,

allowing very accurate mass

assignments over a wide mass range and dynamic range of concentrations.

New Removable Ion Source

includes repeller, ion volume, extraction lens and dual filaments

Proprietary INVAR flight tube

sealed in a vacuum-insulated shell eliminates thermal mass drift due to temperature changes to maintain excellent mass accuracy, 24/7. Added length improves mass resolution.

Hot, quartz monolithic quadrupole analyzer and collision cell identical

to the 7000 Quadrupole MS/MS

New Internal Reference Mass

can be delivered to the source at a low and high concentration

Two 300L/s t urbos pump the

Removable Ion Source (RIS)

Automated Retractable Transfer Line RIS Automated Gate Valve

Removable Ion Source (RIS)

RIS Standard on Q-TOF

Allows fast EI/CI source

swapping without venting

Allows swap of complete ion source,

including filaments, in ~30 minutes

without venting

Internal Reference Mass (IRM)

•

The goal for the 7200 is for easy and reliable ~2-5ppm mass accuracy under all

conditions

–

Agilent has developed a proprietary Internal Reference Mass (IRM) delivery

system for “on the fly” mass axis correction

• IRM is the use of known background ions to “lock” the mass axis for each scan

calc mass obs mass ppm Error obs mass ppm Error 2-formyl thiophen 111.9977 111.9967 -8.9 111.9973 -3.6 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0078 -6.3 127.0085 -0.8 2-formyl thiophen 111.9977 111.9972 -4.5 111.9972 -4.5 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0084 -1.6 127.0085 -0.8 2-formyl thiophen 111.9977 111.9978 0.9 111.9974 -2.7 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0091 3.9 127.0085 -0.8 2-formyl thiophen 111.9977 111.9966 -9.8 111.9974 -2.7 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0076 -7.9 127.0087 0.8 2-formyl thiophen 111.9977 111.9968 -8.0 111.9974 -2.7 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0080 -4.7 127.0086 0.0 2-formyl thiophen 111.9977 111.9969 -7.1 111.9976 -0.9 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0079 -5.5 127.0088 1.6 2-formyl thiophen 111.9977 111.9966 -9.8 111.9977 0.0 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0080 -4.7 127.0088 1.6 2-formyl thiophen 111.9977 111.9970 -6.3 111.9975 -1.8 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0084 -1.6 127.0088 1.6 2-formyl thiophen 111.9977 111.9973 -3.6 111.9980 2.7 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0083 -2.4 127.0084 -1.6 2-formyl thiophen 111.9977 111.9980 2.7 111.9979 1.8 2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0086 0.0 127.0084 -1.6

Average ABS Error 5.0 1.7

Standard Deviation of Error 4.0 2.0

Excellent: < 5 ppm Excellent: < 5 ppm Good: < 10 ppm Good: < 10 ppm 2 pg on col DG 5 pg on col DG 10 pg on col DG 1000 pg on col DG 20 pg on col DG 50 pg on col DG 100 pg on col DG 200 pg on col DG 500 pg on col DG

uncorrected IRM corrected

1 pg on col DG

IRM correction example

Mass accuracy of 2-formyl thiophene and 2-acetyl thiazole in spiked Whiskey

What about TOF SPEED?

TOF always collects full mass range

Q-TOF always display full product ion spectrum

•

Spectral Rate:

•

Typical max rate: 25-50 spectra/sec (Hz) to disk

•

Usable rate is limited by signal level (ion count)

•

New analysis opportunities for GC/MS:

•

Fast GC and Ultra high resolution GC: ~ 20-40Hz

―Speed‖ enhances deconvolution

Time

High data rate = better deconvolution

Slow data rate will not pick each peak apex

Fast data rate will allow deconvolution of closely

eluting peaks

High data rate = better deconvolution

Slow data rate will not pick each peak apex

Fast data rate will allow deconvolution of closely

eluting peaks

Time Time

The 7200 Q-TOF in TOF mode

will have:

•Faster Data Rates

•Maintain Excellent S/N

•New MassHunter

Deconvolution

7200 instrument performance

Specifications…

Resolving Power: >10K at m/z 272 (typical >13K)

Mass Accuracy: <5 ppm at m/z 272 (typical < 2ppm)

MS Sensitivity is between SIM and Scan of a Single Quad instrument

MS/MS Sensitivity is between SRM and Product Ion scan of a Tandem Quad instrument

Dynamic Range: 5-6 orders of magnitude

Quad Mass range: 20-1050 Da (0.7-4.0 Da FWHM)

TOF Mass range: 20-1700 Da

Spectral Rate: 1-50 Spectra/sec

GCMS Challenge : complex analytical problems

2

nd

_{Approach :}

The QTOF-MS can :

- Reduce noise by Precursor Selection thus delivering more selectivity. - Confirm ID with extra Hi-Res MS/MS spectra.

-Allow structural Elucidation.

MS/MS Chemical Noise Reduction (EI)

When R and Accurate Are Not Enough (1pg OFN in PFTBA

Background)

MS m/z 272 54:1 S/N MS/MS 272:222 216:1 S/N Analyte ions

Matrix ions Analyte ions with minimal

MS/MS for Structural Elucidation — Compound

―B‖ C16H14O4 (Rings + Double Bonds = 10)

(M – H)+ 269.0802

Candidate

structures _m/z

(experimental) Formula (ppm) Error Score

269.0802 C₁₆H₁₃O₄ 2.2 80.7 193.0494 C₁₀H₉O₄ 0.6 96.7 167.0334 C₈H₇O₄ 3.0 N/A 166.0259 C₈H₆O₄ 0.6 N/A 138.0310 C₇H₆O₃ 1.1 98.1 110.0359 C₆H₆O₂ 3.0 N/A 95.0127 C₅H₃O₂ 0.9 99.5 – CH₂=CH–C₆H₅ – CO – CH₃ – CO – H – C₆H₅ – CH=CH–C₆H₅

Formula Calculator: formulas consistent

with accurate mass and formula of parent

molecule

7200 Series Q-TOF Environmental Data

Sofia Aronova,

Standard solutions of compounds including

Polyaromatic Hydrocarbons (PAHs),

Polychlorinated Biphenyls (PCBs),

Organochlorine Pesticides (OCPs),

Polybrominated Diphenyl Ethers (PBDEs) and

Polycyclic Musk Fragrances (PCMs)

were analyzed on the Agilent 7200 GCMS Q-TOF.

Extracts from passive samplers (SPMDs) and solvent extracts

from marine sediments (NIST SRM 1944b) were also analyzed

in scan mode and in MS/MS mode.

GC/Q-TOF parameters

Agilent 7890A conditions

Column 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm DB5-ms Ultra Inert (122-5532UI) Carrier gas Helium

Carrier gas flow 2.9 mL/min

Injection port Multimode Inlet (MMI), air cooled

MMI temperature program 60˚C (0.35 min) – 900˚C/min - 300˚C (1 min) Split mode splitless

Injection volume 1 µL

Liner deactivated 2 mm dimpled single taper splitless (5190-2296)

Oven program 70˚C (2 min) - 25˚C/min - 150˚C - 3˚C/min - 200˚C – 8˚C/min - 280˚C (10 min) MS conditions

Mass spectrometer Agilent GC/Q-TOF prototype mass spectrometer Interface temp 290 ˚C

Source temp 230 ˚C Quadrupole temp 150 ˚C

Scan range m/z 40-800 Net data rate 5 Hz

Mass accuracy

Standard solution 100 ppb Molecular formula Exact mass Measured mass Mass error (ppm) Measured mass Mass error (ppm) fluorene C13H10 165.0699 165.0708 5.452235689 165.07 0.605803965 hexachlorobutadiene C4Cl6 224.8408 224.8418 4.447591362 224.841 0.889518273 hexachlorobenzene C6Cl6 283.8096 283.8107 3.875837886 283.8098 0.704697797 dieldrin C12H8Cl6O 262.8564 262.857 2.282615147 262.856 -1.521743431 BZ # 52 (2,2',5,5' -tetrachlorobiphenyl) C12H6Cl4 291.9189 291.9197 2.740487169 291.9188 -0.342560896 BDE-47_1 C12H6Br4O 485.7106 485.7107 0.205883915 485.7094 -2.470606983 DPMI (Cashmeran) C14H22O 191.143 191.1437 3.662179625 191.1429 -0.523168518 HHCB (Galaxolide) C18H26O 243.1743 243.1748 2.056138334 243.1741 -0.822455333 Avg 3.090 0.985 uncorrected corrected Standard solution 10 ppb Molecular formula Exact mass Measured mass Mass error (ppm) Measured mass Mass error (ppm) fluorene C13H10 165.0699 165.0691 -4.846431724 165.0695 -2.423215862 hexachlorobutadiene C4Cl6 224.8408 224.8402 -2.668554817 224.8403 -2.223795681 hexachlorobenzene C6Cl6 283.8096 283.8085 -3.875837886 283.8093 -1.057046696 dieldrin C12H8Cl6O 262.8564 262.8549 -5.706537866 262.8551 -4.945666151 BZ # 52 (2,2',5,5' -tetrachlorobiphenyl) C12H6Cl4 291.9189 291.9182 -2.397926273 291.918 -3.083048066 BDE-47_1 C12H6Br4O 485.7106 485.7082 -4.941213966 485.709 -3.294142644

DPMI (Cashmeran) C14H22O 191.143 191.1423 -3.662179625 191.143 0

HHCB (Galaxolide) C18H26O 243.1743 243.1732 -4.523504334 243.1738 -2.056138334 Avg 4.078 2.385 uncorrected corrected Standard solution 0.5 ppb Molecular formula Exact mass Measured mass Mass error (ppm) Measured mass Mass error (ppm) fluorene C13H10 165.0699 165.0679 -12.11607931 165.0693 -3.634823793 hexachlorobutadiene C4Cl6 224.8408 224.8401 -3.113313954 224.8405 -1.334277409 hexachlorobenzene C6Cl6 283.8096 283.807 -9.161071366 283.8085 -3.875837886 dieldrin C12H8Cl6O 262.8564 262.8547 -6.467409582 262.8548 -6.086973724 BZ # 52 (2,2',5,5' -tetrachlorobiphenyl) C12H6Cl4 291.9189 291.9164 -8.564022405 291.9177 -4.110730754 BDE-47_1 C12H6Br4O 485.7106 485.713 4.941213966 485.7127 4.32356222 DPMI (Cashmeran) C14H22O 191.143 191.1428 -1.046337036 191.1437 3.662179625

HHCB (Galaxolide) C18H26O 243.1743 243.1743 0 243.1743 0

Avg 4.151 2.992

Standard solution 0.2 ppb Molecular formula Exact mass Measured mass Mass error (ppm) Measured mass Mass error (ppm) fluorene C13H10 165.0699 165.0679 -12.11607931 165.0695 -2.423215862 hexachlorobutadiene C4Cl6 224.8408 224.841 0.889518273 224.8402 -2.668554817 hexachlorobenzene C6Cl6 283.8096 283.8053 -15.15100264 283.8082 -4.932884582 BZ # 52 (2,2',5,5' -tetrachlorobiphenyl) C12H6Cl4 291.9189 291.9146 -14.73011854 291.9166 -7.878900612 BDE-47_1 C12H6Br4O 485.7106 485.7025 -16.67659713 485.7035 -14.61775798 DPMI (Cashmeran) C14H22O 191.143 191.1417 -6.801190732 191.1423 -3.662179625 HHCB (Galaxolide) C18H26O 243.1743 243.172 -9.458236335 243.1734 -3.701049001 Avg 10.831 5.698

uncorrected corrected

NB Response for Dieldrin was too low to be measured

Compound Matrix Avg (n = 2), ppb Exact mass Measured mass ppm diff

acenaphthylene PAH_extract from SRM 1941b 19.2 ± 1.1 152.062052 152.062147 0.624744956

hexachlorobenzene PAH_extract from SRM 1941b 2.98 ± 0.04 283.809618 283.809178 -1.550335056

BZ # 52 PAH_extract from SRM 1941b 0.81 ± 0.32 291.918862 291.918215 -2.216369287

BDE-47 PAH_extract from SRM 1941b 1.10 ± 0.03 485.710574 485.708862 -3.524732818

Cashmeran Thames SPMD drain 573 ± 11 191.143042 191.14355 2.657695486

Quantitation of PAHs

Acenaphthylene 0.2 ppb – 1000 ppb R2 _{> 0.999}

Fluorene

2 ppb – 2000 ppb R2 _{> 0.998}

Quantitation of PAHs

Quantitation of PAHs

PAH, Avg (n = 2), ppb SPMD blank 1529883 SPMD

river extract 1511258 SPMD river extract Thames SPMD drain PAH blank PAH_extract from SRM 1941b naphthalene ND ND ND ND ND 198 ± 5 acenaphthylene ND ND ND ND ND 19.2 ± 1.1 acenaphthene ND 22.1 ±0.5 7.55 ± 0.21 34.5 ± 0.4 ND 12.0 ± 0.5 phenanthrene ND 552 ± 13 38.2 ± 0.3 181 ± 7 ND 232 ± 4 anthracene ND 111 ± 5 ND 33.2 ± 1.1 ND 96.3 ± 2.8 fluoranthene ND 1677 ± 12 34.9 ± 0.4 107 ± 4 ND 483 ± 5 pyrene ND 1550 ± 10 32.0 ± 0.4 82.4 ± 3.1 ND 407 ± 5 benz[a]antracene ND 607 ± 19 13.6 ± 0.2 37.0 ± 1.2 ND 487 ± 8 chrysene ND 654 ± 13 ND ND ND 413 ± 4 benzo[b]fluoranthene ND 489 ± 12 22.9 ± 0.3 28.3 ± 1.1 ND 901 ± 23 benzo[k]fluoranthene ND 179 ±5 5.50 ±0.07 5.78 ± 0.13 ND 355 ±4 benzo[a]pyrene ND 201 ± 2 ND 7.85 ± 0.33 ND 499 ± 10 indeno[1,2,3-cd]pyrene ND 49.5 ± 4.1 1.92 ± 0.20 6.75 ± 0.27 ND 677 ± 17 dibenz[a,h]anthracene ND 10.7 ± 1.1 ND ND ND 156 ± 3 fluorene ND 41.1 ± 0.2 9.97 ± 1.48 45.2 ± 1.2 ND ND benzo[ghi]perylene ND 14.9 ± 0.8 ND ND ND 518 ± 14

EIC examples

Thames SPMD drain, High Res Fluorene

EIC 166.0777 ± 0.5 amu

EIC examples

_{1529883 SPMD river, Dual Gain}

Hexachlorobenzene

TIC

EIC 283.8096 ± 0.5 amu

Resumen resultados con GCQTOF

• Sensibilidad similra o superiro a SingleQuads

• La linealidad es excelente con al menos 4 ordenes para la mayor parte de

compuestos.

• Rangos lineales de calibración entre 0.2 ppb y 0.2ppm. Para algunos

menos sensibles de 1ppb a 1ppm.

• La exactitus de masa es excelente Sin la IRM pero su uso es degran

ayuda en la exactitud de masas de los comkpuestos menos concentrados o cerac del límite de detección.

• Los resultados en los experimentos MS/MS fueron muy buenos y proveen

de una información extra de mucho valor en el caso de interferencias de matrices complejas.

C L E A R LY B E T T E R M S S

O L U T I O N S

Mass Spectrometry Technology Products Solutions NUEVO

¿Preguntas?

Jaume C. Morales Especialista de Producto MS

Agilent Technologies Spain 901.11.68.90

jaume_morales@agilent.com