![Midiendo La Exactitud Del Los Pronosticos[1]](https://static.fdocuments.net/doc/165x107/5571fa874979599169926dc4/midiendo-la-exactitud-del-los-pronosticos1.jpg)
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La masa exacta en el Análisis Medioambiental Jaume C Morales Especialista de Producto MS Barcelona 6 Oct 2011
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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
• Aplicaciones en el campo Medioambiental
Fundamentos de MS con masa exacta:
• Características técnicas de un analizador de Masas
– Resolución
– Exactitud
• El analizador de Tubo de Vuelo
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)
m/z at FWHM
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.
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
Exactitud de masa (Ejemplos de Error en 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
Fo
rmu
las
Po
sib
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
90 µsec - m/z 2421
Tiempo de vuelo: El tiempo depende de la m/z
m/z = [2V/L2]t2
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
(1000x).
TOF – La conversión de Tiempo en m/z
Calibración Primaria
Mass = a(t-t0)
2
Corrección por masas de Referencia
Corrección de los coeficientes a y to basada en masas conocidas
en el espectro
LC/MS Portfolio
TOF/QTOF
Series 6200/6500
Alta velocidad y resolución
para identificación
en masa exacta
ANIMACION
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 calibrante (CDS)
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
empíricas
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
Página 20
¿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
Sin
gle
MS
: S
IM 2
83.8
M
S/
MS
: 283.8
:213.9
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
Sin
gle
MS
: S
IM 2
83.8
M
S/
MS
: 283.8
:213.9
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
MS Level MS/MS Level
Combinación de resultados – comparación de
Espectros en Librería
Lib-search result details
Rojo. Espectro desconocido ; Negro. Espectro en librería C16H25NO2
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
31 UHD 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
High Resolution
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
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
m/z 622 and isotopes
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
Exactitud de masa de 250 ppb y ratio isotópico de confianza
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
Excelente sensivilidad, exactitud y resolución a 1 pg en column
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
comparación de muestras.
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
una identificación
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 los PPCPs con suelos y vertederos.
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
Agilent 1100/6510-QTOF
Listado de PPCP’s Monitorizados:
06 de
Págin
a 48
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.
Página 51
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
1st 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?
2nd Approach : GC-QTOF-MS
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
Ideal tool for solving complex analytical problems
= +
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 Four stages of pumping
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 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
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
• Requires reliable IRM calibration signals with and without matrix
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
Average mass error < 2 ppm over X1000 concentration range
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
• GCxGC: ~50-200 Hz
―Speed‖ enhances deconvolution
Time
Deconvolution Requires Time Offset
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
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
All specifications subject to improve
GCMS Challenge : complex analytical problems
2nd 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
matrix ions
MS/MS for Structural Elucidation — Compound
―B‖ C16H14O4 (Rings + Double Bonds = 10)
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures m/z
(experimental)
Formula 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
Formula Calculator: formulas consistent
with accurate mass and formula of parent
molecule
C5H12O2PS3 m/z = 230.9732
7200 Series Q-TOF Environmental Data
Sofia Aronova,
Agilent Technologies, Santa Clara, CA
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.
Experimental setup
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
uncorrected corrected
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
Mass accuracy
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
Mass accuracy in matrix
Quantitation of PAHs
Acenaphthylene
0.2 ppb – 1000 ppb
R2 > 0.999
Calibration curve
Fluorene
2 ppb – 2000 ppb
R2 > 0.998
Quantitation of PAHs
Calibration curve
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 166.0777 ± 2 ppm
EIC examples 1529883 SPMD river, Dual Gain Hexachlorobenzene TIC EIC 283.8096 ± 0.5 amu EIC 283.8096 ± 2 ppm
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
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Jaume C. Morales
Especialista de Producto MS
Agilent Technologies Spain
901.11.68.90
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