ANALIZADORES Todos miden m/z de iones en fase gaseosa a P < 10-4 torr

Transcripción

1 ANALIZADORES Todos miden m/z de iones en fase gaseosa a P < 10-4 torr 1

2 ESPECIFICACIONES DE UN ESPECTRÓMETRO PODER DE RESOLUCIÓN R = m / m : Especificidad para separar y medir iones de masa adyacente Qué especies están presentes? PRECISIÓN ( mass accuracy ): certeza de la medición SENSIBILIDAD Cuánto hay de cada especie? : Eficiencia para convertir una especie cargada en una especie medible y habilidad para medir dicha especie RANGO DE MASAS : masa más alta y más baja que el instrumento puede medir POSIBILIDAD DE REALIZAR TANDEM VELOCIDAD DE BARRIDO 2

3 Analizadores 3

4 Analizadores Efecto de la resolución sobre la precisión en la determinación de m/z Notar que a baja resolución se reduce la certeza en la identificación del centro del pico. 4

5 Analizadores Ej.: 13 C vs CH, R=200M ( 13 CC 6 H 7+ vs C 7 H 8 +. ) 5

6 Analizadores Resolución Medida del ancho a media altura 6

7 Analizadores 7

8 Analizadores Resolución 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-pdioxin 100% ,3,4,5 -tetrachloro-4 -methoxy-1,1 -biphenyl Resolution = 10, Mass 100% 80 Resolution = 1, Mass 8

9 Analizadores Precisión m acc m acc = m real -m medida resolución precisión (ppm) = 10 6 m acc /m medida resolución precisión resolución precisión interferencia resolución precisión m real Resolución y certeza 9

10 Analizadores Precisión m acc = m real -m medida (ppm) = 10 6 m acc /m medida 10

11 Analizadores Precisión m acc = m real -m medida (ppm) = 10 6 m acc /m medida 11

12 Analizadores Calibración EI/CI FAB ESI APCI MALDI PFK, PFTBA Clusters CsI, PPG, PEG Clusters CsI, Citocromo C, mioglobina Clusters H 2 O Bradiquinina (fragmentos), insulina, angiotensina II 12

13 Analizadores Sensibilidad S m/z = A mcurr / G m M A (área del pico) en C G ganancia del detector m M (masa de muestra) en µg - Relación señal/ruido: cantidad mínima necesaria de un compuesto para tener un EM interpretable (cualitativo) - Límite de detección: cantidad mínima detectable para dar una señal 10 (3) veces la línea de base (cuantitativo) V medido > V lb + 10 (3) σ base 13

14 Analizadores Cuadrupolo (Q) Trampa de iones (IT) Sector magnético-eléctrico (BE) Tiempo de vuelo (TOF) Resonancia iónica ciclotrónica (ICR) Trampa lineal (LIT) y Orbitrap (2005) 14

15 Analizadores (Cuadrupolo lineal) Cuadrupolo (Q) (U varía de 500 a 2000V V varía de 0 a 6000V) Paul y Steinwegen,

16 Analizadores 16

17 Cuadrupolo (Q) Analizadores Ecuaciones de movimiento F = m a = z e E Φ (x,y,z) = Φ 0 (x 2 - y 2 ) r 0 2 F x = m a x = m d 2 x =- ze δ V dt 2 dx m d 2 x = ze (U + V cos ωt) (- 2x) r 2 dt 2 0 = (U + V cos ωt) (x 2 - y 2 ) r 0 2 m d 2 y = ze (U + V cos ωt) ( 2y) r 2 dt 2 0 V z = 0 Ecuaciones de Mathieu 17

18 Cuadrupolo (Q) Analizadores Ecuaciones de movimiento Ecuaciones de Mathieu Reemplazando: α = 8 ze U m r 0 2 ω 2 q = 4 ze V m r 0 2 ω 2 τ = ωt 2 d 2 x + (α + 2q cos 2τ) x = 0 dt 2 d 2 y - (α + 2q cos 2τ) y = 0 dt 2 Los parámetros α y q definen la estabilidad de las oscilaciones y trayectorias de las partículas cargadas en los planos XZ e YZ 18

19 Cuadrupolo (Q) Analizadores Diagrama de estabilidad para un cuadrupolo 19

20 Cuadrupolo (Q) Posición a lo largo del eje z Analizadores 20 Desviación en la dirección y (mm) Desviación en la dirección x (mm) Proyección de la trayectoria de un ion estable dentro del Q

21 Cuadrupolo (Q) Analizadores Diagrama de estabilidad para un cuadrupolo 21

22 Analizadores z z 22

23 Cuadrupolo (Q) Analizadores Inest YZ Inest XZ Trayectoria del ion m/z 100 en el punto C Trayectoria del ion m/z 100 en el punto A Trayectoria del ion m/z 100 en el punto B 23

24 Cuadrupolo (Q) Analizadores Trayectoria del ion m/z 99 a valores de transmisión del ion m/z 100 U = V V = V ω = 2.5 MHz r 0 = cm α= q = α = 8zeU m r 0 2 ω 2 q = 4zeV m r 0 2 ω 2 Trayectoria del ion m/z 101 a valores de transmisión del ion m/z 100 α / q = 2 U / V 24

25 Analizadores 25

26 Analizadores 26

27 Cuadrupolo (Q) Analizadores Waters 27

28 Analizadores Cuadrupolos de sólo radiofrecuencia RF-only Q Escaneo de q Cuadrupolos Hexapolos Octapolos Guías de iones (enfoque) ( y celdas de colisión) 28

29 Cuadrupolo (Q) Analizadores 29

30 Cuadrupolo (Q) Analizadores mayor r 0 (4 mm vs. 6 mm) campo cuadrupolar puro Aumenta la transmision Mejora la resolución TSQ 7000 TSQ Quantum 30

31 Cuadrupolo (Q) Analizadores ( y LC-MS) 31

32 Cuadrupolo (Q) Analizadores 32

33 Cuadrupolo (Q) Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring) Modo scan Analizadores Ej.: barrido de m/z 1 a 1000 en 1 s (t / ion < 1/1000 s) Modo SIM Ej.: SIM de tres iones en 1 s (t / ion < 1/3 s) Mayor selectividad Mayor sensibilidad 33

34 Cuadrupolo (Q) Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring) Analizadores detector Q deja pasar sólo un ion de m/z transporte de iones al Q 34

35 Cuadrupolo (Q) Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring) Analizadores I Adquisición de datos en un pico de GC tiempo entre ciclos ciclo Mayor selectividad tiempo Mayor sensibilidad 35

36 Cuadrupolo (Q) Analizadores LC ESI-MS (Q) alternando modos + y - 36

37 Cuadrupolo (Q) Analizadores Características generales: EI, CI, API Límite de m/z: máx 4000 u (típica 1000 u) Resolución: 3000 (típicas ) Se pueden acoplar a otros analizadores (BE, TOF, IT) para realizar EM/EM y a numerosas fuentes de ionización Lím. detección: pg (scan), pg (SIM) Velocidad de scaneo: 4000 u/s Propiedad de enfoque Requerimiento de vacío: 10-5 torr (mín) Símbolo 37

38 Cuadrupolo (Q) Analizadores Ventajas es económico escaso tamaño escala lineal de m/z alta velocidad de barrido simple de operar fácil de acoplar a CG y CL Desventajas baja transmisión a m/z alto resolución unitaria (barrido) 38

39 Espectrometría a de Masa Tandem 39

40 Tandem Origen: IONES METAESTABLES m P + m d + + n m P + N m d + + n m p+ : ion precursor/padre m d+ : ion producto/hijo 40

41 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ CELDA DE COLISIÖN Esquema de un QqQ 41

42 Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Tandem Fuente de iones Haz de iones Moléculas de gas ocurren colisiones Espectro de masa Espectro de masa CID Barrido de iones producto CID: disociación inducida por colisiones 42

43 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Selección de m/z 288 fragmentación fragmentos (M-59) + N CO 2 H O O (M-161) + C 8 H 17 43

44 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Modelo Finnigan TSQ Quantum Celda 90º Modelo Varian 1200L Celda 180º 44

45 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ SELECCIÓN DE PRECURSORES DISOCIACION INDUCIDA POR COLISIONES CID BARRIDO DE IONES PRODUCTO ESPECTROMETRIA DE MASA ESPECTROMETRIA DE MASA 45

46 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Q1 q2 Q3 Iones en la fuente todos los iones pasan por Q1 colisiones Barrido de iones precursores 46

47 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Espectro de iones precursores del ion m/z 162 (CI CH 4 ) primidona feniletilma lonamida fenobarbital El ion m/z 162 es un fragmento abundante de primidona (PM 218) y sus metabolitos feniletilmalonamida (PM 206) y fenobarbital (PM 232) presentes en plasma. 47

48 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ m Q1 q2 Q3 Iones en la fuente todos los iones pasan por Q1 colisiones Barrido de pérdidas neutras 48

49 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ LC MS de un incubado microsomal de glyburida 49

50 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Barrido de pérdidas neutras de 125 u 50

51 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ (M+H) + (M+H-SH) + Espectro de pérdidas neutras constantes de 33 u (SH) de un aceite crudo de petróleo 51

52 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Iones en la fuente Q1 q2 Q3 fragmentos m + 1 f + 1 se selecciona un ion SRM (selected reaction monitoring) Método cuantitativo Se monitorea una (o varias) reacciones: MS1 transmite un precursor específico MS2 transmite iones producto especificos 52

53 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ SRM (selected reaction monitoring) (-FH) Detección de heptafluorobutirilo de methtriptolina por SRM ( ) 53

54 Tandem Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ SRM (selected reaction monitoring) R T I I dodecildifenilamina A: TIC de un fuel oil B: Espectro de un posible contaminante C: Espectros SRM (337 > 266) y (337 > 210) 54

55 Modos operacionales comunes en un QqQ Tandem modo Q1 q2 Q3 espectro etapa única pasan todos los m/z (sólo un m/z) no hay gas de colisión barrido m/z Normal (SIM) precursores (o padres) barrido m/z gas de colisión selección m/z (hasta 25 iones) iones que fragmentaron para dar m/z seleccionado iones producto (o hijos) selección m/z (hasta 25 iones) gas de colisión barrido m/z iones que se fragmentaron a partir de un m/z seleccionado pérdidas neutras barrido m/z gas de colisión barrido m/z con m cte respecto de Q1 iones que se fragmentaron perdiendo m SRM (selected reaction monitoring) selección m/z (hasta 25 iones) gas de colisión selección m/z (hasta 4 iones) iones que se fragmentaron a partir de un m/z seleccionado dando un m/z determinado 55

56 Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo QqQ Tandem 100 Resolución Q1 = 0.06 u FWHM MS/MS of (arriba) y (abajo); Q1 = 0.06 u, Q3 = 0.7 u Relative Abundance 50 Relative Abundance < 0.8 amu m/z m/z 56

57 Bibliografía -Quadrupole Storage Mass Spectrometry. R. E. March y R. J. Hughes John Wiley & sons. - Mass Spectrometry Basics. Herbert C. G. y Johnstone R. A. W CRC Press. - Mass Spectrometry. Principles and Applications. De Hoffmann, E., Charette, J. y Stroobant, V John Wiley & sons Ltd. - Practical Organic Mass Spectrometry. Chapman J. R John Wiley & sons Ltd - Mass Spectrometry. JH Gross Springer - La espectrometría de masa en imágenes. Esteban L ACK Editores. 57