Neue und verbesserte Agilent Ion-Trap GC/MS -Systeme Anwendungsflexibilität, die Sie sich leisten können

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1 Neue und verbesserte Agilent Ion-Trap GC/MS -Systeme Anwendungsflexibilität, die Sie sich leisten können Lösungen für die Lebensmittel und Umweltanalytik September 211 Dr. Manfred Bergmann Agilent Technologies 1 Ausblick Funktionsweise Ionenfallen interne Ionisierung externe Ionisierung EI, CI Scan, SIS, MS/MS GC/MS Systeme 22 GC/MS Ion Trap (interne Ionisierung) 24 GC/MS Ion Trap (interne und/oder externe Ionisierung) Gepulste Ionisierungs und verbessertescanfunktionen Anwendungsbeispiele VOCs, PSM, PCB... EI, CI, MS/MS Nachweisempfindlichkeit Spektren 1

2 ITMS Funktionsweise Page 3 Agilent Restricted 24 MS Aufbau Page 4 Agilent Restricted 2

3 Quadrupol Ion Trap Detector Gate Filament Endcap Electrodes Ring Electrode RF only fields Multiplier Analytes and He Carrier gas Trapped ions, r = 1cm Ungewöhnliche Bedingungen verglichen mit Transmissions Quadrupol Massenspektrometern Helium = 1 X 1-3 torr (too high) CI Reagent Gas = 1-5 torr (too low) Rapid Scan Rate = 56 u/s, 1,u/s (too fast) 3

4 Ion Traps arbeiten in eine Sequenz von Zeitfunktionen Quadrupole arbeiten in space Traps: TIME Event # Ionization Internal/external Event #1 Ion Storage Low RF voltage Filament Gate On Event #2 Mass Scanning Ramp Up RF Filament Gate Off The Trap Has an Optimal Capacity for Ions Ion Trap Scan Funktion Background Mass Dump V (Mass) Storage V (Mass) Storage V (Mass) 4

5 Interne und Externe Konfigurationen der Ion Trap 22 IT: Interne Ionisierung, 24 IT: Interne und/oder Externe Ionisierung Interne Ionisierung Externe Ionisierung GC-Säule CI GC-Säule GC Column CI EI EI PCI PCI - NCI SIS SIS EI/MS/MS EI/MS/MS PCI/MS/MS PCI/MS/MS - NCI/MS/MS 9 Umschaltung von EI auf CI, MS/MS, SIS EI/MS EI/MS/MS CI/MS CI/MS/MS EI/SIS EI/MS Unterschiedliche Ionisierungsarten (EI und CI) und Scan Optionen (Full Scan, MS/MS und SIS) können sogar in einem Lauf angewendet werden (interne Ionisierung) zur Verbesserung der qualitativen und quantitativen Information. 1 5

6 Agilent 22 IT MS Page 11 Agilent Restricted 22 GC/MS Ion Trap Ein vielseitiges und flexibles GC/MS System für unterschiedlichste Applikationen (EI, CI, MS/MS) und die Routineanalytik 22-MS Konfiguration Upgrades und Optionen EI MS, intern 1-65u SIS Chrom Electroden CI (intern, Gase und Flüssigkeiten) MS/MS Silchrom Electroden 12 6

7 22-MS: Das System Ein vielseitiges MS für die Routineanalyse im Spurenbereich Einzigartige Punkte MS-Design Erprobt, zuverlässig Varian 81 L/s Turbo Varian DS 42 Vorpumpe USB Com Breite von 9 EI/CI mit 2 Filamenten Chrom/SilChrom-Elektroden Applikationen VOCs und SVOCs Nitrosamine Pestizid-Rückstände PCBs, PAKs Hohe CI-Empfindlichkeit Hohe Vielseitigkeit mit - EI/CI/MS/MS - FS/SIS/MS/MS, im selben Analysenlauf MS-Eigenschaften Massenbereich: 1-65 Scan-Geschw.: 556 u/s Resonanz-Scan-Funktion Rein interne Konfiguration Zwei Filamente

8 15 Agilent 24 IT MS Page 16 Agilent Restricted 8

9 24 GC/MS - High Performance GC/MS System für anspruchsvollste Applikationen 24-MS 24-MS Zwei Konfigurationen Upgrades und Optionen Internal EI oder External EI 1-1 SIS inklusiv unidirektionale Scan-. funktion Silchrome Electroden CI (Int./Ext.) MS/MS MS: Full Scan Empfindlichkeit Beste Identifikation selbst im Spurenbereich 1pg OFN Signal to Noise (S/N, RMS) = 3739 Internal mode, Excellentes library search result 18 9

10 Externe Ionenquelle und Filamente: 24 Software steuert die Position des Ion Volume Piston von EI auf CI automatisch 1

11 Patentierte gepulste Ionisierung Page 21 Agilent Restricted synchronisiert Patentierte gepulste Ionisierung (1) US Patent N 6,294,78 Pulsed ion source for ion trap mass spectrometer. Externer Modus Elektronen in der Quelle Ionisierung findet statt Magnet e- GC -Säule - Ionenquelle Ionenlinsen Keine Elektronen in der Quelle Keine Ionisierung, keine Kontamination Magnet Ion source e- - GC-Säule Ionenquelle Detektor Ionisierung Detektor Scanning Zeit 28 Varian 22 Ionisierung Injektion Isolierung Fragmentierung Detektion 11

12 Patentierte gepulste Ionisierung Externer Modus Vorteile der gepulsten Ionisierung Geringere Interaktionszeit zwischen Elektronen und dem absorbierenden Material um den Faktor 1 Geringere Kontamination der Quelle um den Faktor ~ 1 Ebenso geringerer Aufwand bei Wartung und Reinigung Höhere Standzeit ( n x 1) Höhere Produktivität 23 Triple Resonanz Scan Unidirektionale Auslesung Page 24 Agilent Restricted 12

13 ION TRAP 22 Nur die Ionen, die Richtung Multiplier die Trap verlassen, werden detektiert. Dadurch gehen 5 % des Signals verloren. ION TRAP 24 Alle Ionen werden Richtung Multiplier geleitet und es entsteht kein Signalverlust! 13

14 Unidirektionales Auslesen * US Patent N *5,714,755 Method Of Mass Scanning In An Ion Trap Mass Spectrometer Filament Endkappe Ring Elektrode Verschiebung Multiplier Endkappe Geometrisches Zentrum Ionenfallen- Feldzentrum 27 Unidirektionales Auslesen Konventionelle Ionenfalle E Detektor E Ionenfalle mit Triple-Resonanz und unidirektionalem Scanning Detektor 28 * US Patent N *5,714,755 Method Of Mass Scanning In An Ion Trap Mass Spectrometer 14

15 , 3 1, 4 1, 5 1, 6 1, 7 1, 8 1, 9 2, 2, 1 Unidirektionales Auslesen Unidirektionales und schnelleres Auslesen ohne Verlust von Auflösung (1. u/sec) Geringere unkontrollierte Fragmentierung von fragilen Ionen Verbesserte Spektrenqualität und noch bessere Übereinstimmung mit kommerziellen Spektrenbibliotheken Gesteigerte Empfindlichkeit: ~1 % der Ionen werden zum Detektor geleitet * US Patent N *5,714,755 Method Of Mass Scanning In An Ion Trap Mass Spectrometer 29 Triple Resonanz Scan Axial Displacement (mm) Kinetic Energy (ev) 3 (a) Scan Time (ms) 2 (b).25 ms Scan Time (ms) Axial Displacement (mm) Kinetic Energy (ev) S c a n T i m e ( m s ). 2 5 m s S c a n T i m e ( m s ) * Varian N 5,714,755 Method Of Mass Scanning In An Ion Trap Mass Spectrometer Gregory J. Wells, Mingda Wang, Edward G. Marquette - Feb. 3, 1998 ( a ) ( b ) Triple Resonanz Scan 3 Confidentiality Label September 29,

16 IT MS/MS und MS(n) Page 31 Agilent Restricted MS/MS: starke Zunahme des Signal/Rausch Verhältnis MAGNITUDE SIGNAL NOISE NUMBER OF GATES S/N Graham Cooks -Verhältnis Signal/Rauschen: Anstieg mit Anzahl der analytischen Schritte z.b.: 1=GC, 2=GC/MS, 3= GC/MS/MS -Signal und Rauschen (chemisches Rauschen der Matrix) Abnahme mit Anzahl der Schritte -Rauschen erfährt stärkere Abnahme als Signal -Resultat: Exponentielle Zunahme vom Signal/Rauschen-Verhältnis From: Busch K.L., Cooks G. in Tandem Mass Spectrometry Ed. Mc Lafferty Wiley, N.Y. 1983,

17 GC/MS/MS Vergleich Triple Quadrupole und Ion Trap SIM CID SIM Full Scan SIS CID Page 33 Ion Trap Timing Diagram for MS/MS 17

18 MS_MS: MSn_RAGU CID CID m/z 24 m/z 25 MS (t1) MS (t1+x) MS (t1+x+y) 4pg Endosulfan in Ragù matrix injected in EI STORAGE m/z 24 DAUGHTER m/z 25 STORAGE m/z 25 DAUGHTER m/z 17 GC/MS 25 GC/MS/MS GC/MS/MS/MS Applikationen Volatile organic compounds (VOC) Statische Headspace (HS) 18

19 Volatile organic compounds (VOC) VOC nach USEPA 524.2: gasförmig / flüssig / aliphatisch / aromatisch: Chlormethan bis 1,1,2,2-Tetrachlorethan Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzol, Naphthalen, 1,2,3-Trichlorbenzol, etc. BTEX / LHKW Statische HS mit Ionenfallen GC/MS Full Scan Modus Probenvorbereitung Abfüllen von 1 ml Probe + 1 µl Interner Standard (Toluol-d8,,1 µg/µl= 1 µg/l) in ein 2 ml Headspaceglas + 1 Methanol (z.b. Probe einwiegen) Abfüllen zweier Standards zur arbeitstäglichen Kontrolle : je 1 ml Volvic -Wasser + 1 µl Interner Standard + 1 µg/l eines,1 bzw.,1 µg/µl VOC-Mischstandard (= 1 bzw. 1 µg/l) zur Überprüfung der Kalibrierbereiche Abfüllen eines Verfahrens-BW: 1 ml Volvic -Wasser + 1 µl Interner Standard (Toluol-d8) + 1 µl Methanol 19

20 Statische HS mit Ionenfallen GC/MS Full Scan Modus GC-MS-System Ion Trap 22 Autosampler: Combi-PAL (Spritzendosierung) DB-624, 3 m,,32 mm, 1,8 µm Injektor: 15 C Split: 1:3 (bei Injektion) Flow: 1,5 ml VOC-Standard 1 µg/l C h r o m a t o g r a m P l o t F il e : c : \ v a r i a n w s \ d a t a \ 2 9 \ ja n 2 9 \ \ v o c 1. s m s S a m p le : V O C 1 O p e r a t o r : R P, S R S c a n R a n g e : T i m e R a n g e : m in. D a t e : : 3 6 k C o u n t s R I C M e r g e d v o c 1. s m s 2 C E N T R O I D R A W A 2 1 Ethene, chloro- Ethene, 1,1-dichloro- Methylene Chloride Ethene, trans-1,2-dichloro Ethane, 1,1-dichloro- Ethene, cis-1,2-dichloro + Chloroform Carbon Tetrachloride + 1,2-dichlorethan Trichloroethylene + toluol d8 Tetrachloroethylene styrol + Benzene, chlorom/p-xylene + m/p-ethyltoluol Isopropylbenzol (cumol) Benzene, 1,2,4-trimethyl- o-xylene Benzene, 1,2,3-trimethyl- Ethane, 1,1,2-trichloro S e g 2 S e g 3, V O C 4 7 _ 2 8, T i m e : , E I - A u t o - F u ll, m / z m i n u t e s S c a n s 2

21 VOC-Standard 1µg/L C h r o m a t o g r a m P l o t F i l e : c : \ v a r i a n w s \ d a t a \2 9 \ ja n 2 9 \ \ v o c 1. s m s S a m p le : v o c 1 O p e r a t o r : R P, S R S c a n R a n g e : T im e R a n g e : m i n. D a t e : : 1 3 k C o u n t s R I C M e r g e d v o c 1. s m s 2 C E N T R O I D R A W 7 6 toluol d8 5 1 A Ethene, 1,1-dichloro- Methylene Chloride Ethene, trans-1,2-dichloro Ethane, 1,1-dichloro- Ethene, cis-1,2-dichloro Chloroform +Carbon Tetrachloride Benzene 1,2-dichlorethan Trichloroethylene toluol Ethane, 1,1,2-trichloro- Tetrachloroethylene Benzene, chloro- + m/p-xylene +o-xylene Isopropylbenzol (cumol) + m/p-ethyltoluol Benzene, 1,2,4-trimethyl- Benzene, 1,2,3-trimethyl m i n u t e s S e g 3, V O C 4 7 _ 2 8, T i m e : , E I - A u t o -F u ll, m / z S c a n s Resume Durch Einsatz von Ion Trap GC/MS Systemen mit Combi- PAL-Autosamplern können die (meisten) Anforderungen aus Normen/Kunden erfüllt werden Es werden gerade für die BTEX sehr niedrige BG erreicht Kalibrierungen sehr stabil (3-4 Monate), wenn Spritzentemperatur beachtet wird Wiederholpräzision für die meisten VOC < 5% 21

22 Wiederholbarkeit von Vinylchlorid (dyn. HSS) Injection # RT Area Amount.1 ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb ppb Average %RSD Bei.1 ppb ist die Grenze noch nicht erreicht! Vinylchlorid: S/N und Massenspektrum S/N > 9 (PP) Konzentration.1 ppb Bestätigung durch FullScan Massenspektrum 22

23 Bibliothekssuche bei.1 ppb Dichlorethen mit.1 ppb Kalibrationskurven von.2 ppb bis 4 ppb 1,1-Dichlorethan Benzen 23

24 Kalibrationskurven von.2 ppb bis 4 ppb 1,1,2,2-Tetrachlorethan 1,2,4-Trimethylbenzen Anwendungsbeispiele Ion Trap PSM PCBs und PAHs Repro Messungen PSM in Matrix mit/ohne Backflush TCA 24

25 File: c :\program files\eudora\attach\2843.sms Sample: Manual Sample Scan Range: Tim e Range: min. Operator: TH Date: 8/26/22 11:42 PM Spect 1 BP 91 (8895=1%) 2843.SMS min. Scan: 893 Chan: 1 Ion: 1592 us RIC: EBC 1% 75% Toluol Deponiegasanalytik: 5% 25% % Spect 2 BP 67 (3467=1%) 2843.SMS 67 1% min. Scan: 143 Chan: 1 Ion: 1368 us RIC: EBC 1ml Deponiegas, Split 1:1 75% 93 Limonen Full Scan 5% 79 25% % m/z kcounts RIC all 2843.SMS Segment 1 Segment 2 minutes Scans Counts Counts Counts 75 5 Diazinon Methyl-Parathion Methyl-Pyrimiphos Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Ions: psp 1.sms 4 CENTROID Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Organophosphor Pestizide Mischung 1ppb Datenaufnahme: Full Scan 25 Counts 15 Malathion Ions: pop 1.sms 4 CENTROID 1 5 Counts 2 15 Chlorpyriphos Ions: pop 1.sms 4 CENTROID 1 5 Counts 2 15 Parathion Ions: pop 1.sms 4 CENTROID 1 5 Counts kcounts Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Ethyl-Bromophos Ions: psp 1.sms 4 CENTROID Terbuphos Ethion minutes Detektion mit sehr guter Empfindlichkeit im Full Scan Identifizierung aller Komponenten mit NIST 25

26 Counts Counts Counts 75 5 Diazinon Methyl-Parathion Methyl-Pyrimiphos Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Ions: psp 1.sms 4 CENTROID Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Organochlor Pestizide Mischung 1ppb Datenaufnahme: Full Scan 25 Counts Counts Counts Counts kcounts Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Malathion Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Chlorpyriphos Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Parathion Ions: pop 1.sms 4 CENTROID Ethyl-Bromophos Ions: psp 1.sms 4 CENTROID Terbuphos Ethion minutes Detektion mit sehr guter Empfindlichkeit im Full Scan Identifizierung aller Komponenten mit NIST 51 M S D a t a R e v i e w A ll P lo t s / 5 / : 1 6 F ile : f:\r a p p o rt d e m o \ca rs o \g a m m e s \t e s t m e l 2 p t 6.s m s S a m p le : T e s t m e l 2 p t 6 O p e ra to r : E S A S c a n R a n g e : T im e R a n g e : m in. D a te : 9 / 5 / :5 3 C o u n ts I o ns : 3 6. M e r g e d te s t m e l 2 p t 6.s m s 4 C E N T R O ID R A W 1 A 2 A 3 A 4 3 Identifizierung PCB nach Ballschmiter Massenspektren: Hexachlorbiphenyle 5 ppb % m in u te s S p e c t ru m 1 A B P 2 7 ( = 1 % ) t e s t m e l % S p e c tr u m 2 A B P 2 7 ( = 1 % ) t e s t m e l % S p e ct ru m 3 A B P 2 7 ( = 1 % ) t e s t m e l % 7 5 % 7 5 % 5 % 2 5 % % 2 5 % % 2 5 % Detektion und Identifizierung von 3 Isomeren mit einer Konzentration von 5 ppb % % % m / z m / z m /z 26

27 C o u n ts I o n s : te s t m e l 2 p t 6. s m s 4 C E N T R O I D R A W 1 A S e g 2, < N o D e s c r i p t i o n >, T i m e : S c a n s R. M a t c h : 9 2 6, F. M a t c h : S e a r c h S p e c t r u m 1 A B P 3 6 ( = 1 % ) t e s t m i n. S c a n : C h a n n e l: M e r g e d I o n : 6 5 u s R I C : ( B C ) 1 % % 5 % 2 5 % % M a t c h 1 % 7 5 % 5 % 2 5 % % M a t c h 1 o f 5 B P 2 9 ( = 1 % ) i n M A I N L I B R. M a t c h : 9 2 6, F. M a t c h : m in u te s 1, 1 ' - B i p h e n y l, 2, 2 ', 3, 3 ', 5, 6 ' - h e x a c h l o r o - C A S N o , C 1 2 H 4 C l 6, M W C C l l C l C l C C l l m / z C h r o m a t o g r a m P l o t F i l e : f : \ r a p p o r t d e m o \ c a r s o \ g a m m e s \ t e s t m e l 2 p t 6. s m s S a m p l e : T e s t m e l 2 p t 6 O p e r a t o r : E S A S c a n R a n g e : T i m e R a n g e : m i n. D a t e : 9 / 5 / : 5 3 Identifizierung PCB nach Ballschmiter Identifizierung von 3 Isomeren mit einer Konzentration von 5 ppb S c a n f r o m f : \ r a p p o r t d e m o \ c a r s o \ g a m m e s \ t e s t m e l 2 p t 6. s m s E n t r y f r o m M A I N L I B N I S T L i b r a r y Ergebnisse aus der NIST Linearität Beispiel: Organochlor Pestizide Konzentration 1-2 µg/l 27

28 Linearität Beispiel: Organophosphor Pestizide Konzentration 5-2 µg/l Linearität Beispiel: Polychlorbiphenyle Konzentration 1-1 µg/l 28

29 Reproduzierbarkeit Pestizide in Orangenöl mit und ohne Backflush Autosampler AUX EPC DB-5MS ui 15 m X.25 mm id X.25 µm 1 ml/min 1.5 ml/min 4 ml/min 4 ml/min DB-5MS ui 15 m X.25 mm id X.25 µm 789A 24 GC/MS System Configuration; Agilent 798 GC 24 IT. 57 Confidentiality Label September 29, 211 Pestizide in Orangenöl mit und ohne Backflush 24 Parameters: Trap: 23 C Manifold: 5 C Transfer Line: 28 C Analyte Pre Prod (Quant) Waveform o-xenol 17 65:18 (141) Resonant Diazinone :314 (179) Resonant Carbanil :324 (258) Non Resonant 2,4-DCPA :258 (213) Resonant 2,4-D :244 (199) Resonant Normalized EI/MS/MS extracted ion chromatogram of orange oil spiked with 1 ppb pesticides 58 Confidentiality Label September 29,

30 Reproduzierbarkeit Pestizide in Orangenöl mit und ohne Backflush 2 o-xenol 2 o-xenol ,4-D 4 2,4-D replicate injections of orange oil spiked with 1 ppb pesticides using backflush (left side); without backflusfh (right side) 59 Peakflächen mit und ohne Backflush Pestizide in Orangenöl 1.2 Peak Area 1 Backflush Without Backflush.8 Normalized Area ,4-D 2,4-dpa ethyl carbanil diazinone o-xenol Peak area of 1 replicate injections of orange oil spiked with 1 ppb pesticides. Average areas normalized to set using backflush. 6 Confidentiality Label September 29, 211 3

31 MS/MS MS/MS/MS MS/MS Leistungsfähigkeit PAHs (Probe stark Matrix belastet, 1-2 ppb) Vergleich des MS und des MS/MS Chromatogrammes Hohe Selektivität im MS/MS Mode Zuverlässigkeit der erhaltenen Resultate (Reduktion der falsch positiven und negativen ) MS viele Interferenzen MS/MS Eliminierung der Interferenzen 31

32 minutes D etec to r: 2 Mas s S pec, A ddr es s: 4 R epl ic ates Am oun t (ng/ L) Extrem Hohe Empfindlichkeit und Selektivität im CI/MS/MS Mode Ethyl parathion S/N = 22 Ethyl parathion S/N= 3777 Fenitrothion S/N=15 Fenitrothion S/N= pg EI full scan internal mode 1 pg CI MS/MS MeOH internal mode 63 Chromatogram Plot File: c:\saturnws\backup\gueltig\tca1.sms Sample: TCA1 Operator: as Scan Range: 1-15 Time Range: min. Date: 7/2/23 1:2 PM Spect 2 BP 17 (152=1%) TCA1.SMS min. Scan: 751 Chan: 1 Ion: 4161 us RIC: 1527 BC 1% 17 75% 5% 25% % kcounts S/N (RMS): 152 Ion: 17 all TCA1.SMS S: 152 N: m/z Korkgeschmack in Wein: Beispiel für MS/MS/MS 2,4,6, Trichloranisol 1 ml Probe in HS-Vial 1 min HS-SPME bei 35 C PDMS Faser Desorption in 179 PTV SPME Liner MS/MS/MS m/z 195 => m/z 167=> m/z 17 C a l ib r a ti on C u rv e R e p o r t F ile : c :\sa tu rn w s \b a c k u p \g u e ltig _ m sm sm s.m th 2,4,6 -T C A C u r ve F it: L i n e a r, O r ig in : In c l u d e, W e i g h t: N o n e R e s p. Fa ct. R SD : 7,1 7 8 % y = , x +2, Coef f. Det.( r2 ) :, min.75 2,4,6 Trichloranisol 5ng/l MS/MS/MS.5.25 Peak Size. Segment Scans 5 ng/l 2,4,6 Trichloranisol Kalibrierung 5 2 ng/l 64 32

33 Zusammenfassung GC/MS Ionenfallen zeichnen sich heute nach vielen Verbesserungen durch besondere Leistungsfähigkeit und Flexibilität aus. Der einfache Wechsel zwischen EI und CI (auch liqiud CI) sowie die Möglichkeit MS/MS Messungen, ohne zusätzliche Hardware, durchzuzuführen machen sie zum idealen MS für Entwicklung, Forschung und Routine. Durch die extreme Empfindlichkeit im Full Scan, optionale interne- und externe Ionisierung sind Ion Traps besonders für die Analysen in der Umweltanalytik und der Lebensmittelüberwachung sowie als Problemlöser geeignet. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 33