Das neue Agilent 7200 GC/Q-TOF System

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1 Das neue Agilent 7200 GC/Q-TOF System Screening von exakten Massen zur sicheren Analyse von Targets, Non-Targets und Unknowns Dr. Manfred Bergmann Agilent Technologies Agilent 7200 Q-TOF GC/MS Summit 28. März 2012, Waldbronn ASMS 2007 Agilent GC/MS Portfolio 5975C SQ 7890 GC 2 1

2 ASMS 2008 Agilent GC/MS Portfolio 5975E SQ 7820 GC 5975C SQ 7890 GC 7000 TQ 7890 GC 3 ASMS 2010 Agilent GC/MS Portfolio 5975E SQ 7820 GC 5975C SQ 7890 GC 7000 TQ 7890 GC 220 IT 7890 GC 240 IT 7890 GC 5975T LTM SQ 4 2

3 5975E SQ 5975C SQ 5975T LTM SQ ASMS 2011 More Choices Better Solutions Agilent GC/MS & GC/MS/MS 220 IT 7200 Q-TOF 240 IT 7000 TQ 5 Agilent 7200 GC/Q-TOF Ein neues GC/MS System zur Lösung komplexer analytischer Probleme 3

4 Welche Systemkomponenten wurden verwendet? = 7200 GC/Q-TOF Triple Quadrupole MS + = Time of Flight MS Quadrupole Time of Flight MS Was kann dieses System leisten? TOF mode Hoch Auflösende Full Scan Spektren Genaue Massenbestimmung Schnelles Scannen von Spektren im FullScan MS/MS mode Triple Quadrupol MS/MS Product Ionen Spektren Full Scan Product Ionen Spektren Hochauflösung..genaue Massen Ideales Werkzeug zur Lösung komplexer analytischer Probleme 4

5 = 7200 GC/Q-TOF Unser neuestes GC/MS... besteht aus vielen äußerst bewährten Teilen: + = Fast eintausend 7000 TQs Mehr als eintausend TOFs und Q-TOFs Viele Tausend 7890 GCs Die Vereinigung von zwei Plattformen Ion Mirror 7000 GC/MS QQQ based 6500 LC/MS Q-TOF based Quad Mass Filter (Q1) Ion Source Transfer optics Collision Cell Ion Pulser Ion Detector Turbo 1b Turbo 1a Turbo 2 Turbo 3 5

6 7200 Analysator Vier stufiges Pumpsystem Doug King Neu... und dennoch total bewährt From 3 pg of brochure 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 lowgain and high gain channels, extending the dynamic range to 105. Hot, quartz monolithic quadrupole analyzer and collision cell identical to the 7000 Quadrupole MS/MS New Removable Ion Source includes repeller, ion volume, extraction lens and dual filaments Dual-stage ion mirror improves second-order time focusing for high mass resolution. 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. 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 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 Split-flow turbo differentially pumps the ion source and quadrupole analyzer compartments Hexapole collision cell accelerates ion through the cell to enable faster generation of high-quality MS/MS spectra without cross-talk 6

7 Wechselbare Ionenquelle (RIS) Removable Ion Source Automated Gate Valve RIS Automated Retractable Transfer Line Wechselbare Ionenquelle (RIS) RIS gehört zur Standardausrüstung des Q-TOF Erlaubt schnelles Wechseln der EI/CI Quelle, ohne das Vakkuum zu unterbrechen Erlaubt den Austausch der kompletten Ionenquelle einschließlich der Filamente in Minuten ohne Belüftung 7

8 RIS erlaubt den Quellenwechsel in 30 Minuten Belüftung Kühlen der IonenquelleÖffnen der Ionisierungskammmer und Wechseln/Wartung der Quelle Schließen der Kammer Abpumpen Aufheizen der Quelle Stabilisierung des Vakuums und der Quellentemperatur 1pg OFN Neue saubere Ionenquelle Original verschmutzte Ionenquelle Spektrale Presentation (Tune File) Die meisten Anwender denken in zentroid aber das MS arbeitet in profile Profile View Centroid View 8

9 Zoom eines MSD Massen Peaks: 0.1 u Schritte Basislinien Auflösung zwischen m/z 614 und 615 nicht ganz erreicht der gleiche Plot mit dem 7200 Q-TOF genauso wie die Hochauflösung einen großen Vorteil für GC Trennungen bietet... Baseline Resolution bietet die Hochauflösung auch große Vorteile für die Massenspektrometrie 9

10 Vergleich von Quad & TOF TOF haben eine konstante Auflösung (Peakbreite ändert sich mit der Masse) Quads arbeiten mit konstanter Peakbreite (die Auflösung ändert sich mit der Masse) Auflösung & Massengenauigkeit R = 614/0.68 = 903 mz = 0.1/614 = 160 ppm Mz=614 SQ TQ IT Auflösung Resolving Power: R=mz/FWHM (FWMH = full width at half maximum) Massengenauigkeit: mz=dm/mz*10 6, parts per million (ppm) PFTBA mass 614 C12F24N= Pw=0.68 TOF Q-TOF R = 614/ = mz = / = 0.7 ppm 1 Da. 1 Da. 10

11 Internal Reference Mass (IRM) Das Ziel für den 7200 ist die einfache und zuverlässige Massengenauigkeit von ~2-5ppm bei allen Bedingungen Agilent hat ein geschütztes internes Referenz Massen System (IRM) entwickelt zur Massenachsen Korrektur während der Messung ( on the fly mass axis correction) IRM nutzt bekannte Background Ionen zur Arretierung der Massenachse für jeden Scan Tris(pentafluoroethyl)-s-triazine dazu werden zuverlässige IRM Kalibrationssignale mit und ohne Matrix benötigt. Internal Reference Mass (IRM) Compound CAS , 1,3,5-Triazine, 2,4,6-tris(pentafluoroethyl)-, C 9 F 15 N 3, Accurate mass EI spectrum [M] + = !"!!"# $% "!% Bristol MS Users Meeting GC-QTOF FPRW 2011 Chris Sandy, GC-QTOF September

12 IRM Korrektur Beispiel Massengenauigkeit von 2-formyl thiophene und 2-acetyl thiazole in gespikten Whiskey ( +/ ( +/ %( +/ ( +/ ( +/ %( +/ ( +/ ( +/ %( +/ ( +/ 012!!""!!"!!!"# # $ " "" # "%!!""!!" %!!" % $ " " "%!!""!!"!!!" " $ " "! #! "%!!""!!!!!" " $ " "" "! ""!!""!!!!" " $ " " " "!!""!!! "!!"! $ " ""! %% "!!""!!!!!"" $ " " " "!!""!!" #!!"% $ " " "!!""!!"# #!! " $ " "# "!!""!! "!!"! $ " " " &' (&)* % " * +', -.%, -.% /-. /-. Durchschnittlicher Massenfehler < 2 ppm über einen Konzentrationsbereich von 1000 Bedeutung des Massendefekts bei der Bestimmung der genauen Masse Integer Exact X+1 X+2 Mass Type Element Symbol Mass Mass Abundance Factor Factor Defect X Hydrogen H D or 2 H X+1 Carbon 12 C C n C n C X+1 Nitrogen 14 N N n N X+2 Oxygen 16 O O n O O n O X Fluorine F X+2 Silicon 28 Si Si n Si Si n Si X Phosphorus P X+2 Sulfur 32 S S n S S n S X+2 Chlorine 35 Cl Cl n Cl X+2 Bromine 79 Br Br n Br X Iodine I

13 7200 Q-TOF macht den Massendefekt WERTVOLL! Integer Exact X+1 X+2 Mass Type Element Symbol Mass Mass Abundance Factor Factor Defect X Hydrogen H D or 2 H X+1 Carbon 12 C For m/z 614, how does 1 ppm = correlate to different atoms? 13 C n C n C X+1 Nitrogen 14 N N n N X+2 Oxygen 16 O O n O O n O X Fluorine F X+2 Silicon 28 Si Si n Si Si n Si X Phosphorus P X+2 Sulfur 32 S S n S X+2 Chlorine 34 S n S Cl Cl n Cl X+2 Bromine 79 Br Br n Br X Iodine I One 1 H + 13 ppm One 16 O - 8 ppm One 35 Cl - 51 ppm Formel Kalkulator Bestimmt alle möglichen Formeln, die zu einer gemessenen Masse passen C 5 H 12 O 2 PS 3 m/z =

14 Viele mögliche Formeln mit MSD oder IT Aber nur einige wenige mit TOF &'( ) '* '+( ),-.#. Quad 4 ppm TOF 1 ppm Octafluoronaphthalene (CAS ) C 10 F 8 = &+' ) %/// / #01# 0" / % /1/ %// / / %.. # / /% 00 %/ / // %./ / //% % / /// %% / / ///% 1 / %/ ////. Formulas made of: C,H,N,O,F, & Cl Genaue Massen verringern das Risiko in das falsche Molekül Arbeit zu investieren Was ist über die TOF GESCHWINDIGKEIT zu sagen? TOF erfasst immer den gesamten Massenbereich Q-TOF stellt immer das gesamte Produkt Ionen Spektrum dar Spectrale Sammelrate: Typische maximale Frequenz: Spektren/sec (Hz) to disk Nutzbare Rate ist durch die Signalhöhe begrenzt (ion count) Neue Analysenmöglichkeiten für die GC/MS: Fast GC und Ultra high resolution GC : ~ 20-40Hz GCxGC: ~ Hz 14

15 Geschwindigkeit erweitert die Möglichkeiten der Deconvolution Deconvolution benötigt eine Zeit Offset Time Hohe Daten Rate = bessere Deconvolution Time Langsame Daten Rate trifft nicht jede Peakspitze Time Schnelle Datenrate erlaubt die Deconvolution von nahe eluierenden Peaks 15

16 Hohe Daten Rate = bessere Deconvolution Das 7200 Q-TOF in TOF Mode hat: Schnellere Daten Raten Liefert ausgezeichnete S/N Neue MassHunter Deconvolution Time Langsame Daten Rate trifft nicht jede Peakspitze Time Schnelle Datenrate erlaubt die Deconvolution von nahe eluierenden Peaks Und was ist über die Q-TOF GESCHWINDIGKEIT zu sagen? Typische File Größen für Pestizid Analysen MSD SIM MB/18-min run MSD scan 3-5 MB/40-min run TQ MRM 5 MB/20-min run TQ scan 8 MB/20-min run IT MS/MS 2.5 MB/45-min run (99 compounds) TOF oder Q-TOF typischer Lauf MB/20-min Messung mit 5 Hz, Profile Centroid alleine reduziert 5-10X Zur Beachtung: File Größen hängen ab vom Threshold, Anzahl der Target Komponenten, Anzahl der Massen/Komponente und der Laufzeit etc. 16

17 7200 Instrument Performance Spezifkationen Auflösung : >12.5 K at m/z 272, typisch Massen Genauigkeit: <5 ppm at m/z 272 MS Empfindlichkeit ist zwischen SIM und Scan eines Single Quad Instrument MS/MS Empfindlichkeit ist zwischen SRM und Produkt Ionen Scan eines Tandem Quad Instrument Dynamischer Bereich: 3-5 Quadrupol Massen Bereich: TOF Massen Bereich : Spektrale Rate: Da ( Da FWHM) Da 1-50 Spektren/sec Wichtige Eigenschaften des Interne Referenz Masse für unter 5ppm Massen Genauigkeit im Routinebetrieb sogar bei hoher Matrixbelastung 2. Leicht entfernbare Ionen Quelle zum schnellen Reinigen der Quelle, Filament Austausch und EI/CI Wechsel ohne Unterbrechung des Vakuums 3. Q-TOF MS/MS: Reduktion des chemischen Rauschen Selektivität Strukturinformationen Methoden Entwicklung 4. Software Tools Formel Kalkulator 17

18 7200 Serie Q-TOF für GC/MS Beispiele der key features Können exakte Massenbestimmungen in einer realen Matrix durchgeführt werden? Was sind die Limitierungen? 18

19 Wieviel R and Massengenauigkeit ist genug? Intensiäts Verhältniss = 1: Dimetilan m/z = Mass error = 0.4 ppm Flurenol methyl ester m/z = Mass error = 1.7 ppm ohne IRM Korrektur m = Da. ~13,500 Resolution FWHM Intensität beeinflusst das Ergebniss m/z Zwei Massen Peaks mit FWHM 0.7 u mit 0.5 u zwischen den m/z Werten (Zentroid) m/z Zwei Massen Peaks mit FWHM 0.05 u mit 0.5 u zwischen den m/z Werten (Zentroid) 19

20 GC oder MS: die relative Intensität beeinflusst das Ergebniss Profil Darstellung der Massen Peaks Interferenz = Analyt Zentroid Interferenz = 100 X Analyte Zentroid m/z m/z Große Intensität der Matrix Ionen kann gemessene Masse des Analyten beeinflußen Wieviel R and Massengenauigkeit ist genug? Intensitäts Verhältniss = 1:1 Flurenol methyl ester m/z = Mass error = 1.7 ppm ~13,500 resolution FWHM Dimetilan m/z = Mass error = 0.4 ppm 20

21 Wieviel R and Massengenauigkeit ist genug? Intensitäts Verhältniss = 1 : 0.02 Flurenol methyl ester m/z = Mass error = -0.4 ppm Eine Auflösung von 13,500 ist nicht genug- größere Intensitätsverhältnisse benötigen MS/MS oder bessere GC Trennung Dimetilan m/z = Mass error = ppm Serie Q-TOF für GC/MS Wie werden diese neue Möglichkeiten genutzt Applikationen 21

22 Interne Referenz Masse: Korrektur in Matrix 100ppb Pestizide in Okra Extrakt *5 5 * " /0 /0!0 /0 /0" /0 /0!" $%"! / # 3 % /./!#../!0"!./!# $%" %.0 % //! % /// % /%/% $./.. 56' %" /0 1.# /#/. 1.# /0/ 1.# /#/ $%" " 1 +EI TIC No IRM, -18.9ppm +EI EIC( ) 4+ IRM, -0.7ppm Identifizierung und Quantifizierung schwefelhaltiger Verbindungen in Getränken 22

23 Problem Komponenten beeinflussen Geschmack und Aroma Beispiel einer komplexen Matrix Kafee Extrakt 2-Formyl thiophen 2-Acetyl thiazole sind übliche Verunreinigungen Niedrige Geschmacksschwelle, kann Geschmack und Aroma des Produktes negativ beeinflussen Leichte Trennung der Komponenten Oft werden anspruchsvolle Extraktions-/Anreicherungs Prozeduren und/oder leistungsfähige 2D GC Techniken zur Abtrennung der Matrix und zur Quantifizierung benötigt. Methoden highlights Einfache L/L Extraktion: Dichlormethan (10:1 Anreicherung) 1:10 Split Injektion mit SSL Injektor DB-5MS Säule, 30 m x 0.25 mm x 0.25 m Standards 100 pg On Column 3 % 4 * $ 3 % 4 % 6* 2 5 -" 23

24 TIC und EICs von Kaffee Extract 2-formyl thiophene Extraction window m/z ± 50 ppm 2-acetyl thiazole Extraction window m/z ± 50 ppm 2-Acetyl thiazole Kalibration Ausgezeichnete Quantifizierung in komplexer Matrix STD Addition Kalibration Kurve für 2-Acetyl thiazole in aufgestockten Kaffee (STD Menge: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 pg) Durchschnittlicher Massenfehler = 1.1 ppm (max 1.6) über den gesamten Konzentrationsbereich m/z Mass window: ±20 ppm 24

25 Okra QuEChERS Extrakt Matrix Interferenz Ion (b-tocopherol) Da Analyt Indoxacarb Ion (100pg) Da (Fragment ion) m = Da. b-tocopherol Extraction window +/-0.5 amu (~ 300ppm) Indoxacarb Extraction window +/ amu (~ 6ppm) Tocopherol Interferenz wird im MS Mode eliminiert Indoxacarb Wenn noch mehr Selektivität benötigt wird, dann sollte im MS/MS Mode gemessen werden MS/MS mit hoher Auflösung und exakter Masse Warum fügt man ein Q zum TOF um ein Q-TOF zu erhalten? Manchmal ist die Kombination aus GC Auflösung (Agilent) + MS Auflösung (Agilent) nicht genug, da : kleine Massen Defekte (Natur) + Intensive Matrix Ionen (Probe ) vorhanden sind Ergänzung des TOF durch Q und CID Hochauflösungs MS/MS kann einige dieser Probleme lösen 25

26 Wie wird MS/MS angewendet? Zur Verbesserung der Selektivität Wenn high res TOF immer noch Interferenzes aufweist Strukturaufklärung aus Produktionenspektren mit hoher Massenauflösung und exakter Masse Bestätigung identifizierter Unknowns Photodegradations Produkte von Bier 26

27 Problem Identifizieren der Abbau Produkte von Bier Komplette ungezielte (zunächst) Studie der Bier Photodegratation Methoden highlights 30 min Extraktion bei 30 C unter Benutzung des manuellen SPME Halter und konditionierter 50/30 µm DVB/Carboxen/PDMS StableFlex SPME Fiber (Supelco), ohne Agitation Desorption at 300 C for 2 min in the SSL injector; 1:10 split Agilent J&W column DB-5MS 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm Änderungen im Chromatogram Entsteht nachdem die Probe direkten Sonnenlicht ausgesetzt wurde. Peak Höhe ist abhängig von der Dauer der Sonneneinstrahlung Molecular ion m/z= C 10 H 15 NO No exposure to direct sunlight 3 hours 6 hours 27

28 Zusammenfassung der MS/MS Experimente Exakte Massenbestimmung des Molekül-Ions und der Fragmente C 6 H 7 NO C 10 H 14 N C 4 H 6 N C 5 H 6 N C 5 H 7 N C 6 H 8 N C 6 H 6 NO C 7 H 8 N C 9 H 14 N C 9 H 11 N ( %/ 7 %1 *8 C 4 H 5 %/! ( 0 7 # *8 %.. ( # 7 " *8 %0 (! 7 % * %" ( %/ 7 % * MS %/" ( *8 "% ( 1 7 # * "/ ( *! ( 0 7 " * MS/MS #" ( 1 7 * 11 ( 7 1 * 1 ( 7 1 % ( ( 7 * % (! 7 %% * Zusammenfassung der MS/MS Experimente Berechnung möglicher empirischer Formeln C 6 H 7 NO C 10 H 14 N C 4 H 6 N C 5 H 6 N C 5 H 7 N C 6 H 8 N C 6 H 6 NO C 7 H 8 N C 9 H 14 N C 9 H 11 N ( %/ 7 %1 *8 C 4 H 5 %/! ( 0 7 # *8 %.. ( # 7 " *8 %0 (! 7 % * %" ( %/ 7 % * MS %/" ( *8 "% ( 1 7 # * "/ ( *! ( 0 7 " * MS/MS #" ( 1 7 * 11 ( 7 1 * 1 ( 7 1 % ( ( 7 * % (! 7 %% * 28

29 Zusammenfassung der MS/MS Experimente MS/MS der Fragmente + exakte Massen zum Finden der empirischen Formeln C 6 H 7 NO C 10 H 14 N $87 C 4 H 6 N C 5 H 6 N C 5 H 7 N C 6 H 8 N C 6 H 6 NO C 7 H 8 N C 9 H 14 N C 9 H 11 N ( %/ 7 %1 *8 C 4 H 5 %/! ( 0 7 # *8 %.. ( # 7 " *8 %0 (! 7 % * %" ( %/ 7 % * MS "/ ( * $( 1 7 " $(7 MS/MS #" ( 1 7 * $7. 1 ( 7 1 $(7* % (! 7 %% * Zusammenfassung der MS/MS Experimente MS/MS anderer Fragmente C 6 H 7 NO C 10 H 14 N C 4 H 6 N C 5 H 6 N C 5 H 7 N C 6 H 8 N C 6 H 6 NO C 7 H 8 N C 9 H 14 N C 9 H 11 N ( %/ 7 %1 *8 C 4 H 5 %/! ( 0 7 # *8 %.. ( # 7 " *8 %0 (! 7 % * %" ( %/ 7 % * MS "% ( 1 7 # * %/" ( *8 "/ ( *! ( 0 7 " * MS/MS #" ( 1 7 * 11 ( 7 1 * 1 ( 7 1 % ( ( 7 * % (! 7 %% * 29

30 Zusammenfassung was Sie beachten sollten Die Welt um uns änderd sich dauernd und neue Probleme können jederzeit auftreten Neue Probleme erfordern oft neue Instrumente um eine Lösung zu finden Das GC Q-TOF bietet Leistungsmerkmale um neue Probleme auf neue Weise zu lösen Höhere Auflösung(HR), bessere Massen Genauigkeit (MA), und schnellere Scan Geschwindigkeit verbessern immer die analytischen Ergebnisse Erweitere MS/MS Produkt-Ionen durch HR und MA und Strukturaufklärung wird möglich Agilent bietet die größte Palette leistungsfähiger GC/MS Geräte SQ, IT, TQ, & Q-TOF Agilent 7200 GC/Q-TOF Ein neues GC/MS System zur Lösung komplexer analytischer Probleme Dank an Anthony Gravell Environment Agency, England and Wales Sofia Aronova, Agilent GC/Q-TOF Application Chemist, USA Hans Mol RIKILT Institute of Food Safety, Wageningen, Netherlands Nobuo Ochiai, Kikuo Sasamoto GERSTEL KK, Japan 30

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 31