Cuadrupolo

ANALIZADORES
Todos miden m/z de iones en fase gaseosa a
P < 10-4 torr
FCEN-UBA
1
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 : Eficiencia para convertir una especie
cargada en una especie medible y habilidad
para medir dicha especie
¿Cuánto hay de cada especie?
RANGO DE MASAS : masa más alta y más baja que el
instrumento puede medir
POSIBILIDAD DE REALIZAR TANDEM
VELOCIDAD DE BARRIDO
FCEN-UBA
2
Analizadores
FCEN-UBA
3
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.
FCEN-UBA
4
Analizadores
Ej.:
13C
vs CH, R=200M (13CC6H7+ vs C7H8+.)
FCEN-UBA
5
Analizadores
Resolución
Medida del ancho a media altura
FCEN-UBA
6
Analizadores
FCEN-UBA
7
Analizadores
Resolución
2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-pdioxin
319.8965
100%
80
2,3’,4,5’-tetrachloro-4’-methoxy-1,1’-biphenyl
319.9329
Resolution = 10,000
60
40
20
0
319.8
100%
319.9
320.0
320.1
Mass
319.9
320.0
320.1
Mass
Resolution = 1,000
80
60
40
20
0
319.8
FCEN-UBA
8
Analizadores
Precisión
∆macc
∆macc = mreal-mmedida
(ppm) = 106 ∆macc /mmedida
L resolución
L precisión
K resolución
L precisión
L resolución
K precisión
interferencia
K resolución
K precisión
m real
FCEN-UBA
Resolución y certeza
9
Analizadores
Precisión
∆macc = mreal-mmedida
(ppm) = 106 ∆macc /mmedida
FCEN-UBA
10
Analizadores
Precisión
∆macc = mreal-mmedida
(ppm) = 106 ∆macc /mmedida
FCEN-UBA
11
Analizadores
Calibración
EI/CI
PFK, PFTBA
FAB
Clusters CsI, PPG, PEG
ESI
Clusters CsI, Citocromo C, mioglobina
APCI
Clusters H2O
MALDI
Bradiquinina (fragmentos), insulina, angiotensina II
FCEN-UBA
12
Analizadores
Sensibilidad
S m/z = A mcurr / G mM
A (área del pico) en C
G ganancia del detector
mM (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)
Vmedido > Vlb + 10 (3) σbase
FCEN-UBA
13
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)
FCEN-UBA
14
Analizadores
(Cuadrupolo lineal)
Cuadrupolo (Q)
(U varía de 500 a 2000V
V varía de 0 a 6000V)
FCEN-UBA 1953
Paul y Steinwegen,
15
Analizadores
FCEN-UBA
16
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Ecuaciones de movimiento
Φ (x,y,z) = Φ0 (x2 - y2) = (U + V cos ωt) (x2 - y2)
r0 2
r0 2
F=ma=zeE
Fx = m ax = m d2x = - ze δ V
dx
dt2
m d2x = ze (U + V cos ωt) (- 2x)
r02
dt2
m d2y = ze (U + V cos ωt) ( 2y)
r02
dt2
Ecuaciones de Mathieu
Vz = 0
FCEN-UBA
17
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Ecuaciones de movimiento
Ecuaciones de Mathieu
Reemplazando:
α=
8 ze U
m r02 ω2
q =
4 ze V
m r02 ω 2
τ = ωt
2
d2x + (α + 2q cos 2τ) x = 0
dt2
d2y - (α + 2q cos 2τ) y = 0
dt2
Los parámetros α y q definen la estabilidad de las oscilaciones y trayectorias
de las partículas cargadas en los planos XZ e YZ
FCEN-UBA
18
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Diagrama de estabilidad para un cuadrupolo
FCEN-UBA
19
Analizadores
Desviación en la
dirección y (mm)
Desviación en la
dirección x (mm)
Cuadrupolo (Q)
Posición a lo largo del eje z
Proyección de la trayectoria de un ion estable dentro del Q
FCEN-UBA
20
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Diagrama de estabilidad para un cuadrupolo
FCEN-UBA
21
Analizadores
z
z
FCEN-UBA
22
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Inest YZ
Inest XZ
Trayectoria
del ion m/z
100 en el
punto A
Trayectoria del ion
m/z 100 en el punto C
Trayectoria del ion m/z
100 en el punto B
FCEN-UBA
23
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Trayectoria del
ion m/z 99 a
valores de
transmisión del
ion m/z 100
U = 114.99 V
V = 690.38 V
ω = 2.5 MHz
r0 = 0.277 cm
α= 0.2344
q = 0.7037
α=
Trayectoria del
ion m/z 101 a
valores de
transmisión del
ion m/z 100
8 ze U
m r02 ω2
q =
4 ze V
m r0 2 ω 2
α/q=2U/V
FCEN-UBA
24
Analizadores
FCEN-UBA
25
Analizadores
FCEN-UBA
26
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Waters
FCEN-UBA
27
Analizadores
Cuadrupolos de sólo radiofrecuencia
RF-only Q
Escaneo de q
Cuadrupolos
Hexapolos
Guías de iones (enfoque)
Octapolos
( y celdas de colisión)
FCEN-UBA
28
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
FCEN-UBA
29
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
„
„
mayor r0 (4 mm vs. 6 mm)
campo cuadrupolar puro
Aumenta la transmision
Mejora la resolución
TSQ Quantum
TSQ 7000
FCEN-UBA
30
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
( y LC-MS)
FCEN-UBA
31
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
FCEN-UBA
32
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring)
Modo scan
Ej.: barrido de m/z 1 a 1000 en 1 s
(t / ion < 1/1000 s)
Ej.: SIM de tres iones en 1 s
(t / ion < 1/3 s)
Modo SIM
Mayor selectividad
Mayor sensibilidad
FCEN-UBA
33
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring)
detector
Q deja pasar sólo un ion de m/z
transporte de iones al Q
FCEN-UBA
34
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Monitoreo selectivo de iones SIM (single ion monitoring)
I
Adquisición de datos
en un pico de GC
tiempo entre ciclos
ciclo
Mayor selectividad
Mayor sensibilidad
tiempo
FCEN-UBA
35
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
LC ESI-MS (Q) alternando modos + y FCEN-UBA
36
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
Características generales:
EI, CI, API
Límite de m/z: máx 4000 u (típica 1000 u)
Resolución: 3000 (típicas 1000-2000)
Se pueden acoplar a otros analizadores (BE, TOF, IT) para
realizar EM/EM y a numerosas fuentes de ionización
Lím. detección: 50-500 pg (scan), 0.5-5 pg (SIM)
Velocidad de scaneo: 4000 u/s
Símbolo
Propiedad de enfoque
Requerimiento de vacío: 10-5 torr (mín)
FCEN-UBA
37
Analizadores
Cuadrupolo (Q)
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)
FCEN-UBA
38
Espectrometría de Masa
Tandem
FCEN-UBA
39
Tandem
Origen: IONES METAESTABLES
mP +
mP
+
md + + n
N
md + + n
mp+ : ion precursor/padre
md+ : ion producto/hijo
FCEN-UBA
40
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
CELDA DE
COLISIÖN
Esquema de un QqQ
FCEN-UBA
41
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
Fuente
de iones
Tandem
Moléculas de gas
Haz de iones
ocurren colisiones
Espectro
de masa
Espectro de
masa CID
Barrido de iones producto
CID: disociación inducida por colisiones
FCEN-UBA
42
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
Selección
de m/z 288
fragmentación
fragmentos
(M-59)+
N
CO2H
O
O
C8H17
+
(M-161)
FCEN-UBA
43
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
Modelo Finnigan TSQ Quantum
Celda 90º
Modelo Varian 1200L
Celda 180º
FCEN-UBA
44
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
FCEN-UBA
45
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
FCEN-UBA
46
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
Espectro de iones
precursores del ion
m/z 162 (CI CH4)
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
FCEN-UBA
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
FCEN-UBA
48
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
LC MS de un incubado microsomal de glyburida
FCEN-UBA
49
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
Barrido de pérdidas neutras de 125 u
FCEN-UBA
50
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
(M+H)+ J (M+H-SH)+
Espectro de pérdidas neutras constantes
de 33 u (SH) de un aceite crudo de petróleo
51
FCEN-UBA
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
q2
Q1
Iones en la
fuente
Q3
fragmentos
m1+
f1+
se selecciona un ion
SRM (selected reaction monitoring)
Método cuantitativo
Se monitorea una (o varias) reacciones:
MS1 Æ transmite un precursor específico
MS2 Æ transmite iones producto especificos
FCEN-UBA
52
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
SRM (selected reaction monitoring)
Detección de
heptafluorobutirilo de
methtriptolina por
SRM (362 J 179)
(-FH)
FCEN-UBA
53
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
SRM (selected reaction monitoring)
A: TIC de un fuel oil
I
B: Espectro de un posible
contaminante
RT I
C: Espectros SRM
dodecildifenilamina
FCEN-UBA
(337 > 266) y (337 > 210)
54
Tandem
Modos operacionales comunes en un QqQ
modo
etapa única
Q1
q2
Q3
barrido m/z
espectro
pasan todos
los m/z
(sólo un m/z)
no hay gas
de colisión
Normal
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
(SIM)
FCEN-UBA
55
Tandem
Tandem (MS/MS) en un triple cuadrupolo
QqQ
MS/MS of 279.13 (arriba) y 279.26
(abajo); Q1 = 0.06 u, Q3 = 0.7 u
Resolución Q1 = 0.06 u FWHM
219
100
100
279.13
159
Relative Abundance
Relative Abundance
50
50
237
177
99
7.4
149
205
< 0.8 amu
3.5
279
279.25
0
278.8
279.0
279.2
m/z
279.4
279.6
FCEN-UBA
100
m/z
200
300
56
Bibliografía
-Quadrupole Storage Mass Spectrometry. R. E. March y R. J. Hughes. 1989.
John Wiley & sons.
- Mass Spectrometry Basics. Herbert C. G. y Johnstone R. A. W.
2002.
CRC Press.
- Mass Spectrometry. Principles and Applications. De Hoffmann, E.,
Charette, J. y Stroobant, V. 1996. John Wiley & sons Ltd.
- Practical Organic Mass Spectrometry. Chapman J. R. 1993. John Wiley &
sons Ltd
- Mass Spectrometry. JH Gross. 2004. Springer
- La espectrometría de masa en imágenes. Esteban L. 1993. ACK
Editores.
FCEN-UBA
57