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Page 1
Nueva herramienta de alta
resolución en GCMS para ampliar
su potencial en I+D o análisis de
muestras complejas
7200 GC-QTOF José Juan Rivero.
Especialista de Espectrometría de Masas [email protected]
AGILENT TECHNOLOGIES
901.11.68.90
GCQTOF. TECNOLOGIA SIN PRECEDENTES
Page 2
La identificación de compuestos en muestras complejas a nivel de trazas
(ppb) es difícil y generalmente requieres estrategias analíticas no-rutinarias
o sistemas de configuración atípica y poco robustas como :
1- Potentes métodos de extracción/enriquecimiento
2- Sistemas GC de alto poder de separación (e.g.GCxGC)
3- Detectores selectivos y/o MS.
Sin embargo, para análisis a nivel rutinario de éste tipo de compuestos se
requieren enfoques con técnicas más simples, rápidas y robustas para
incrementar la productividad.
Desafortunadamente los sistemas GC/MS (SIM) o 1D GC en combinación
con detectores específicos como el PFPD o ECD no son a menudo
suficientes para conseguir la selectividad requerida.
El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
Page 3
El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
• Recoge todos los iones Full Scan. Análisis retrospectivo
• Comparable en sensibilidad a un SIM.
• Además genera datos en masa exacta. Alta selectividad.
1ª Estrategia
Modo TOF
• PERO, ¿Qué pasa cuando la Resolución y la Δ Masa no son suficientes?
• GC-QTOF-MS/MS
• Altísima selectividad
2ª Estrategia
Modo Q-TOF
Page 4
= +
¿Que es el 7200? 7200 GC/Q-TOF = 7890 + 7000 + 6500
MS Cuadrupolo /Tiempo de vuelo
MS Tiempo de Vuelo
MS Triple Cuadrupolo
Page 5
7200 Analyzer: La fusión de dos plataformas Cuatro etapas de vacío
6500 LC/MS
Q-TOF
7000 GC/MS
QQQ
Page 6
Nuevo . . . Pero totalmente probado 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 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
focusing optics and flight tube
Page 7
Removable Ion Source (RIS)
Automated
Retractable
Transfer Line
RIS
Automated
Gate Valve
Page 8
Cambio de fuente en 30 minutos con RIS
Nueva fuente limpia
Fuente sucia
1pg OFN
Ventearenfriar la fuenteabrir la cámara y cambiar/limpiar componentes
Cerrar la cámaraeliminar el airecalentar la fuente
dejar estabilizar temperatura y vacío
Page 9
Nuevo . . . Pero totalmente probado 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 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
focusing optics and flight tube
Page 10
Sistema de detección con amplio rango dinámico ADC consigue una respuesta de mayor rango lineal que TDC
TDC cuenta digitalmente los iones
que llegan en una ventana de tiempo.
Con la llegada a alta velocidad de los
iones, varios iones que llegan al
mismo tiempo son contados como
uno solo.
Time-to-Digital Converter Analog-to-Digital Converter
ADC mide la amplitud de la señal
iónica analogica del detector. Con
la llegada a alta velocidad de los
iones, varios iones que llegan al
mismo tiempo son contados
individualmente y sumados.
TDC 1 ADC
2
32Gbit/sec
Page 11
Amplio Rango Dinámico ADC es importante para la linealidad de las areas
TDC tiene un menor rango de
linealidad permitiendo sólo reducidos
rangos de cuantificación
Time-to-Digital Converter Analog-to-Digital Converter
ADC tiene un mayor rango de linealidad
permitiendo la cuantificación en rangos
de concentración más amplios
Ions
Response
Ions
Response
Page 12
Conceptos en masa exacta
Diferencias claves con equipos de masa nominal
Page 13
Zoom en un pico espectral de MS a 0.1 u de
resolución
La resolución a linea de base
entre m/z 614 y 615 no llega a
conseguirse
614.0
614.1 613.9
615.0
Page 14
El mismo compuesto en un GCQTOF 7200 . . .
614.0
614.1
615.0
Resolución
En línea de Base
La alta resolución
beneficia para la
separación
cromatográfica
GC. . .
Y también
beneficia al
espectro de
masas . . .
Page 15
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
Resolución : R=mz/FWHM
Exactitud de masa: Δmz=dm/mz*106, ppm
PFTBA masa 614
C12F24N=613.964203
1 Da.
1 Da.
Page 16
Calculo de masa exacta y error en la medida
Error si se omite el electrón
NH
N
O OO
O
OO
O O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
H
HH
Reserpina (C33H40N2O9)
Atom Masa del Atomo Nº de Atomos Suma
Hidrogeno 1.00783 40 40.31300
Carbono 12.00000 33 396.00000
Nitrogeno 14.00307 2 28.00615
Oxigeno 15.99492 9 143.95424
Total 608.27338
Mas H+ 1.00783 1 1.00783
Total 609.28121
Menos e- 0.00055 1 0.00055
609.28066
Calculada = exacta o teórica
(Medida -Calculada) X 1,000,000
Calculada
0.9027039 ppm
= ppm
Page 17
Nuevo . . . Pero totalmente probado 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 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
focusing optics and flight tube
Page 18
Internal Reference Mass (IRM)
• El objetivo de exactitud de masa para el 7200 es de
~2-5ppm en cualquier condición
• Agilent ha desarrollado un sistema propio Internal
Reference Mass (IRM) que proporciona al sistema
corrección del eje de masas “en el aire”.
• El sistema IRM utiliza compuestos conocidos del background
para bloquear el eje de masas en cada espectro
• Requiere un sistema robusto de señal de calibración IRM en
muestras con y sin matriz
Page 19
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
Ejemplo de correciónn con IRM Exactitud de masa para 2-formyl thiophene y 2-acetyl thiazole en Whisky
Error promedio < 2 ppm sobre un rango de concentraciones > X1000
Page 20
Varias fórmulas posibles con MSD SQ, TQ or IT Pero sólo unas pocas con QTOF
1
10
100
1000
10000
0.1 1 10 100 1000
# P
oss
ible
Ch
emic
al F
orm
ula
s
mass uncertainty, ppm
Possible Number of Chemical Formulas at m/z 272
Formulas made of:
C,H,N,O,F, & Cl
mass uncertainty
ppm amu # of Possible
Formulas 1000 0.3 7657
368 0.1 4050 100 0.03 1223
37 0.01 466 10 0.003 120
4 0.001 43 1 0.0003 11
0.4 0.0001 5 0.1 0.00003 2
Octafluoronaphthalene (CAS
313-72-4)
C10F8 = 271.98667
La masa exacta reduce el riesgo de confundir compuestos de masa similiar
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Nuevo . . . Pero totalmente probado 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 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
focusing optics and flight tube
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¿TOF a qué velocidad?
TOF mide siempre el rango de masas completo
Q-TOF muestra siempre el espectro total de fragmentación
• Velocidad Spectral :
• Máximo típico : 25-50 spectra/sec (Hz) en disco
• La velocidad utilizable depende también de la cantidad
de señal.
• Nuevas oportunidades en analisis GC/MS:
• “Fast GC” y “Ultra high resolution GC”: ~ 20-40Hz
Page 23
La velocidad mejora la deconvolución
Time
La deconvolucion requiere diferencias en tiempo
Page 24
Mayor velocidad = mejor deconvolución
La baja velocidad no
permite diferenciar los
dos máximos
La alta velocidad
discierne entre ambas
sustancias
Time Time
La deconvolucion requiere diferencias en tiempo
Page 25
Mayor velocidad = mejor deconvolución
La baja velocidad no
permite diferenciar los
dos máximos
La alta velocidad
discierne entre ambas
sustancias
Time Time
El Q-TOF 7200 en modo TOF
permite:
•Altas velocidades de adq.
•Mantener una excelente S/N
•Nuevo algoritmo de Deconvolución
MassHunter
Page 26
El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
• Recoge todos los iones Full Scan. Análisis retrospectivo
• Comparable en sensibilidad a un SIM.
• Además genera datos en masa exacta. Alta selectividad.
1ª Estrategia
Modo TOF
• PERO, ¿Qué pasa cuando la Resolución y la Δ Masa no son suficientes?
• GC-QTOF-MS/MS
• Altísima selectividad
2ª Estrategia
Modo Q-TOF
Page 27
¿Porqué Q-TOF?
En ocasiones la potencia combinada de
Resolución cromatográfica GC (Agilent)
+
La resolución espectral MS (Agilent)
No es suficiente debido a:
Escasa ΔMass Defect (Naturaleza)
+
Intensidad de iones en la Matriz (Muestra)
La alta resolución en MS/MS puede solucionar
algunos de éstos problemas
Page 28
• ¿Puede medirse masa exacta en
matrices reales?
• ¿Cuales son las limitaciones?
Page 29
La intensidad puede afectar los resultados
Dos picos espectrales con
anchura FWHM de 0.7 u y una
diferencia de masa de 0.5 u
Dos picos espectrales con
anchura FWHM de 0.05 u y una
diferencia de masa de 0.5 u
m/z m/z
Page 30
GC o MS: La intensidad relativa puede afectar los resultados
La presencia de un pico interferente en la matriz de masa
muy similar puede afectar el cálculo de la masa exacta
Visión Profile del pico espectral
Centroide
m/z m/z
Interferencia = Analito Interferencia = 100 X Analito
Centroide
Page 31
240.1218
240.0785
Flurenol methyl ester
m/z = 240.0781
Error de masa = 1.7 ppm
Dimetilan
m/z = 240.1217
Error de masa = 0.4 ppm
Resolución ~13.500
¿Cuanta Resolución y “Mass defect” son
suficientes para coeluidos? Ratio de Intensidades = 1:1
SIN corrección IRM
Dm = 0.043 Da.
Page 32
240.1184
240.0780
Flurenol methyl ester
m/z = 240.0781
Error de masa = -0.4 ppm
Dimetilan
m/z = 240.1217
Error de masa = -13.7 ppm
Una resolución de 13.500 NO
es suficiente en éstos casos.
Para masas MUY parecidas y
ratios MUY diferentes se
requiere MS/MS o mejor
separación
¿Cuanta Resolución y “Mass defect” son
suficientes para coeluidos? Ratio de Intensidades = 50:1
Page 33
El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
2a Estrategia :
El modo QTOF-MS puede :
Reducir el ruido al seleccionar y filtrar un Precursor, suministrando
así mayor selectividad.
Confirmar la identidad de un compuesto a través de su espectro
MS/MS de Alta Resolución.
Elucidación Estructural.
Page 34
MS/MS Reducción de ruido químico Cuando R y Exactitud no son suficientes (1pg OFN in PFTBA Background)
MS
m/z 272
54:1 S/N
MS/MS
272:222
216:1 S/N
Iones del
Analito
Iones de Matriz Iones del Analito con
pocos iones de matriz
Page 35
Elucidación estructural por MS/MS.
C16H14O4 (Anillos + Enlaces Dobles = 10)
(M – H)+
269.0802
Estructuras
candidatas m/z
(experimental)
Fórmula Error
(ppm)
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
Page 36
Formula Calculator: fórmulas consistentes con
la masa exacta y fórmula del Ión padre
C5H12O2PS3 m/z = 230.9732
Page 37
Herramientas MassHunter para GC/Q-TOF
Cromatogramas de los compuestos
encontrados por deconvolución
Espectro del compuesto
encontrado con la herramienta
Caliper para el calculo de difrencias
entre dos fragmentos
Fórmulas calculadas de la
mólecula y sus fragmentos a través
de la masa exacta
Page 38
1. Bloqueo del eje de masas por Referencia Interna para
exactitud sub 5ppm incluso en muestras con alta carga
de matriz
2. Fuente extraíble RIS para una limpieza, cambio de
filamentos o intercambio de fuentes EI/CI rápida y sin
romper vacío.
3. Q-TOF MS/MS:
• Reducción del ruido químico
• Selectividad
• Information estructural
• Desarrollo de métodos
4. Herramientas de software – Formula calculator / MSC (MS/MS Structural Correlation Tool)
Características Clave en el 7200
Page 39
• El mundo cambia continuamente y desafortunadamente surgen
problemas nuevos y más complejos.
• Los nuevos retos requieren en ocasiones nuevas
herramientas/soluciones.
• El GC Q-TOF ofrece la capacidad de solucionar problemas con
nuevas estrategias.
Resumen – Qué recordar
• La Alta Resolución (HR), Mejor Exactitud de
masa (MA) y Alta Velocidad de barrido mejora
los resultados analíticos.
• Los espectros MS/MS con HR y MA hacen
posible la Elucidación Estructural
• Agilent ofrece el portfolio más amplio en
herramientas GC/MS :
SQ, IT, TQ, & Q-TOF
Page 40
Jose Juan Rivero Especialista de Espectrometría de Masas
AGILENT TECHNOLOGIES
901.11.68.90
MUCHAS GRACIAS
por su atención