Espectrometria de Massas QP422

Analizadores de m/z
Características
•
•
•
•
•
•
Resolução
Sensibilidade (Ciclo de trabalho)
Discriminação
Exatidão (erro de massa)
Tipo de feixe (contínuo, pulsado)
Possibilidade de acoplamento
Analisadores
•
•
•
•
•
•
•
Setor Magnético
Quadrupolo
Ion trap 3D
Ion trap Linear
Tof
ICR
Orbitrap
Resolução
• Diferentes definições
• Depende do instrumento
– Setor Magnético
– Tof
– Quadrupolo
• MSTerms:
Mass Resolution
Smallest mass difference ∆m between two equal magnitude peaks so that the valley
between them is a specified
fraction of the peak height.
Mass resolving power
In a mass spectrum, the observed mass divided by the difference between two masses
that can be separated: m/∆m.
The procedure by which ∆m was obtained and the mass at which the measurement was
made should be reported.
Parâmetros de MS
Resolução (FWHM) =
(
)
100
(
)
(
)
Massa
∆ Massa
9.21e12
180.0634
%
180.0634 / 0.1107 = 1626
0.1107
0
179.800
180.000
180.200
180.400
mass
(
100
)
(
)
180.0634
(
Resolução: 5000
)
9.21e12
4.39e12
1800.6339
100
%
%
1801.6339
1802.6417
1803.6417
181.0634
0
180
1804.6417
181
mass
182
0
1799
1800
180
1802
1803
1804
1805
1806
mass
1800
2.79e12
3602.2678
100
1801
2.77e12
6004.3940
100
3603.2756
3601.2991
%
%
3604.2756
3605.2522
0
3598
3600
3602
3604
3606
3600
3608
3610
mass
0
5995
6000
6005
6010
6000
Resmin = 2 x Massa / Distância
6015
mass
6020
Resolução: 10000, 3000 e 1000
Exatidão de Massa (Erro)
Erro (ppm) = Massa Medida – Massa Teórica x 106
Massa Teórica
23.6
700.4645
100
Massa Teórica = 700.4728
Erro = 700.4645 - 700.4728
%
700.4728
701.4622
- 11.8 ppm
702.4294
703.4597
0
700
701
702
703
704
m/z
Setor Magnético
Setor Magnético
Setor Elétrico
Dupla focalização
EBE
Francis Aston
1919
Francis Aston constrói o primeiro
espectrógrafo de massa com focalização
de velocidade com poder de resolução de
130.
1937
Aston constrói um espectrógrafo de massa
com poder de resolução de 2000
Descobriu 212 dos 287 isótopos naturais
1922 Nobel Prize in Chemistry "for his discovery, by means of his mass spectrograph,
of isotopes, in a large number of non-radioactive elements, and for his enunciation of
the whole-number rule
Aston
Aston
Alfred Nier
Características
•
•
•
•
•
Alta resolução (~50.000)
Alta exatidão (~ 10-20 ppm)
Analizador discriminativo
Feixe contínuo
Acoplamento c/ Analisadores de alta Ec
Missão Viking
Espectrômetro de Massa - Viking
Primeiro Espectro de Marte !
Espectro de Titan
Missão Phoenix (Maio/08)
•
Design & Implementation: In concert with TEGA, The M/S will measure
the ratios of the isotopes of C, N, O, H, Ne, Ar, Kr, and Xe. It will also
sample Martian atmosphere and support the MET experiment by measuring
humidity. The double focusing magnetic-sector mass spectrometer (MS)
employs a modified Mattauch-Herzog geometry, offering simplicity of
design, stability, good mass resolution and mass rejection ratio, superior
abundance sensitivity, and minimal electromagnetic interference. Gases are
admitted from the ovens or from the atmosphere through a leak, or from a
gas concentrator that removes essentially all the CO2 to improve sensitivity
for lower abundance species by a factor of at least 10. The electron beam
ionizer is controlled by a microprocessor to produce two emission currents
(25µA and 250µA) and four electron energies (from 75eV to 20eV). This
extends the dynamic range by a factor of 10 and helps identify molecular
constituents by varying their cracking patterns and charge states. Pumping
consists of a non-evaporable getter to maintain the analyzer section at <
1x10-7 Torr, and a mini sputter-ion pump, like that flown in the Pioneer
Venus instrument, to remove argon. Electronics consist of low and high
voltage power supplies, an emission controller, preamplifiers, signal
conditioning and control circuits, and a microprocessor
Calutron
Calutrons
Main Calutron patents:
U.S. Patent 2709222 Methods of and apparatus for separating materials (Ernest O. Lawrence)
U.S. Patent 2719924 Magnetic shims (Robert Oppenheimer and Stanley Frankel)
U.S. Patent 2847576 Calutron system (Ernest O. Lawrence)
Razão Isotópica
IRMS
Razão Isotópica
Razão Isotópica
IRMS
Razão Isotópica
IRMS
IRMS
Quadrupolo
• Quatro pólos acoplados diagonalmente
• Idealmente hiperbólicos
– Substitui-se por circulares
• Voltagem RF e DC
Quadrupolo
d
D
D / d = 1.148
p/ Quad. circulares
Voltagens DC e RF
Voltagens DC: opostas p/ cada par
Voltagens RF: Defasadas em 1800
p/ cada par
Quadrupolos
Diagrama de Estabilidade de
Mathieu
Quadrupolo
Quadrupolo DC/RF constante
Quadrupolo DC/RF α Massa
= Resolução Unitária !
Descrição Qualitativa
+ 1900
500
DC = 500 V
0
- 900
RF = 1400 Vpp
+ 900
0
- 500
- 1900
O quadrupolo
Quadrupolo sintonizado para
m/z 200 e íon de m/z 200
Freqüência = 880 kHz
comprimento = 20 cm
potencial de aceleração = 10 V
tempo de permanência
aproximado = 64 µs
Gerador DC/RF
O quadrupolo
Quadrupolo sintonizado para
m/z 200 e íon de m/z 200
Freqüência = 880 kHz
comprimento = 20 cm
potencial de aceleração = 10 V
tempo de permanência
aproximado = 64 µs
Gerador DC/RF
O quadrupolo
Gerador DC/RF
YZ
ro
ro
− ro
− ro
ro
ro
− ro
− ro
XZ
m/z 204
m/z 196
Quadrupolo sintonizado para m/z 200
Fatores Importantes
• Resolução ~ número de ciclos RF
– Comprimento
– Velocidade
– Frequência
• Paralelismo é muito importante !
Quadrupolo: Características
• Simples
• Baixa resolução (1 Da)
• Varredura discriminatória
Modos de aquisição
• Varredura
– Análises qualitativas
– Análises quantitativas (menor sensibilidade)
• SIM (Selected Ion Monitoring)
– Análises quantitativas (maior sensibilidade)
Íons Comuns p/ SIM
m/z 91 -> Alquilbenzenos
Espectrometria de Massas
Sequencial
• Emprego de mais de um estágio de
análise de m/z
• Estágios distribuídos no espaço (triplos
quad’s) ou no tempo (ion trap’s)
• Conjunto de experimentos
• Designados por MS/MS (MS2),
MS/MS/MS (MS3), …..
• Função de estabelecer um nova dimensão
de massas
MS/MS
• Experimentos:
– Varredura (MS)
– SIM (MS)
– SRM / MRM (MS/MS)
– Varredura de Íons Produtos (MS/MS)
– Varredura de Íons Precursores (MS/MS)
– Varredura de Perda Neutra (MS/MS)
Dissociação Induzida por Colisão
(CID)
Fatores que afetam a fragmentação:
-Espécie gasosa (σ α massa2)
-Pressão
-Íon (molécula e carga)
-Energia de Colisão
Monitoramento Seletivo de Reações
Tipos de
Experimentos
MS/MS
Varredura de Íons Produtos
Varredura de Íons Precursores
Varredura de Perda Neutra
Espectrometria de Massas
Sequencial
M1
Fonte
Q1
q2
2
MS
M2
Q3
Detq4
Q5
Det.
MS/MS ou
tipo Varredura de
Íons Produtos
149.08
100
2.81e3
181.12
84.99
195.13
%
99.03
301.24
209.13
223.11
0
50
100
150
200
250
415.33 437.31
453.31
317.23
249.16
300
350
400
450
500
550
600
650
700
544.93
100
m/z
35
545.41
%
544.84
545.96
547.44
156.16 197.18
0
50
100
100
150
200
315.21
250
345.16
300
363.98
350
425.31 447.31
400
496.94 536.37
500
450
548.52
550
600
631.55
650
700
169.18
m/z
158
156.14
544.99
243.19
%
311.29
300.27
356.32
70.07 129.15
0
100
547.47
200
300
503.43
446.87
548.41
373.30
400
547.55
500
600
631.52
650.53
778.63
737.61
779.69
700
800
892.68
893.81
933.88 991.86
900
1000
m/z
MS/MS
Interpretação
Sequenciamento de Proteínas
Sacarídeos
Flavonóides
Energia de Colisão
(Neomicina)
*
NEOMYCIN-MSMS 3 (0.069) Cm (3:6)
TOF MSMS 308.00ES+
1.00e3
308.1568
100
5 eV
*
NEOMYCIN-MSMS 46 (0.878) Cm (41:47)
TOF MSMS 308.00ES+
1.26e3
308.1568
7 eV
%
100
%
308.6530
308.6530
309.1497
161.0946
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
m/z
700
161.0894
309.1569
0
50
*
NEOMYCIN-MSMS 69 (1.312) Cm (65:72)
TOF MSMS 308.00ES+
452
308.1568
%
161.0946
150
250
300
350
400
450
500
550
600
NEOMYCIN-MSMS 108 (2.049) Cm (105:114)
650
m/z
700
TOF MSMS 308.00ES+
412
161.0894
100
9 eV
308.6602
200
11 eV
163.1072
%
100
100
455.2228
455.2228
*
114.0566
295.1555
293.1396
143.0828
114.0609
162.0889
293.1256
309.1569
0
50
100
150
200
250
98.0630
457.2347
300
350
400
450
500
455.2403
203.1130
456.2107
290.6418
550
600
650
m/z
700
0
50
100
277.1392
150
200
250
308.1568
300
350
400
450
500
550
600
650
m/z
700
Análise Quantitativa
•
•
•
•
•
•
•
•
MS é muito sensível
MS é muito versátil (qualquer analito)
MS é muito rápido
MS é muito robusto
Feito através de monitoramento (Q!!!)
GC-MS
LC-MS (?)
LC-MS/MS (!!!!)
Análise por HPLC
• É ncessária a separação completa do
analito (longas corridas)
• É necessário ter um grupo para detecção
adequada (derivatização)
• Normalmente requer longos processos de
extração/concentração
FK-506: imunosupressor
Preparação da amostra (HPLC)
1.
2.
3.
Wash all glassware in methanol x2 and tert-butyl methyl ether (TBME) x2.
Place 50µL of internal standard (in methanol) into each screw-cap
glass tube.
Add 200µL Sirolimus calibrator (5x concentrated in methanol) or 200µL
methanol for patient samples.
Add 1.0mL blank whole blood to calibrators or 1.0mL patient whole blood.
Add 2.0mL 0.1M ammonium carbonate buffer.
Mix thoroughly.
Add 7.0mL TBME and extract for 15min.
Transfer upper layer to clean tube and re-extract lower layer with 7.0mL TBME.
Combine TBME extracts and evaporate to dryness.
Redissolve residue in 5.0mL ethanol and evaporate to dryness.
Redissolve residue in 1.0mL ethanol, transfer to Eppendorf tube and evaporate to
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
dryness.
12.
Redissolve residue in 100µL 85% methanol.
13.
Inject 80µL (equivalent to 800µL whole blood) and analyse using two 4.6mm x
250mm C18 columns connected in series (30min run time).
Análise por HPLC
LC-MS
•
•
•
•
•
•
API´s não fornecem fragmentos
Necessidade de monitorar MH+
HPLC menor resolução que GC
Não necessita de derivatização
Grande número de interferentes
Longos tempos de corrida
SIM
Preparação da amostra (MS)
Interefentes !
SRM
•
•
•
•
•
•
Monitoramento do fragmento
Maior especificidade
Menor tempo de análise
Tratamento de amostra mínimo
Quase universal
Múltiplos analitos (MRM)
SRM
SRM
SRM
Transição de Quantificação e
Confirmação
• E se houver um contaminante ? …..
Transição de Quantificação:
821  768 (maior intensidade)
Transição de Confirmação:
821  576 (22% do 768)
821  768
821  576 (22%)
SRM
• Extremamente seletivo !
• É medido simultaneamente:
– m/z do precursor
– m/z de 2 fragmentos
– Relação de área entre os 2 fragmentos em
uma energia de colisão específica
– Tempo de retenção
• Extremamente sensível
– 100% dos precursores e 100% dos
fragmentos são detectados
Método SRM (MRM)
81
SRM - Fragmentos
• A seletividade depende do fragmento
escolhido:
– Deve-se utilizar fragmentos intensos
– Deve-se utilizar fragmentos de massas mais
altas se possível
– Deve-se evitar utilizar fragmentos provenientes
de perdas comuns de moléculas peuenas (H2O,
CH3OH, NH3, CO2, etc)
– Deve-se evitar fragmentos característicos de
classes de moléculas comuns (m/z 77, 91, etc)
• O seu método é tão seletivo quanto seu
fragmento….
Supressão Iônica
Supressão Iônica
Supressão Iônica
Padrão interno é
sempre requirido !
Padrão Interno
• Pode-se utilizar o analito marcado isotopicamente:
– Caro
– Disponibilidade comercial restrita
• Usa-se geralmente compostos
estruturalmente similares
• Tempo de retenção próximo ao do analito
86
SRM
SRM
SRM
90
10 minutos de corrida !
QuEChERS
92
ESI, APCI ou APPI ?
• Resposta ótima depende de um conjunto de
fatores:
– Analito
– Solvente
– Matriz
• Difícil predizer qual o melhor método
– Tentativa e observação
• Geralmente:
– Iniciá-se com ESI
– Caso ESI não atinja as especificações,  APCI
– APPI para casos mais conhecidos (aromáticos,
hormônios, etc)
93
Compostos Aromáticos e Homônios
94
Efeito dos Solventes
95
Efeito dos Solventes
• Cada técnica de ionização tem seu
mecanismo
• Diferentes características dos
solventes afetam de forma
diferente o sinal
• A polaridade dos íons também tem
influência na escolha do melhor
solvente
96
MS/MS: Varredura de Íon
Precursor
Fonte
Q1
q2
Q3
Fonte
Q1
q2
Q3
Fonte
Q1
q2
Q3
Q1 → Varredura
Q3 → Fixo
Proteínas Glicosiladas
Varredura íon Precursores:
Identificação de espécies glicosiladas
Varredura íon Precursores:
Identificação de espécies glicosiladas
MS
Varredura
Ion
Precursor
MS/MS: Perda Neutra
Fonte
Q1
q2
Q3
Fonte
Q1
q2
Q3
Fonte
Q1
q2
Q3
Q1 → Varredura
Q3 → Q1 – x Da
Perda Neutra-Fosfatidilcolinas
Ion Trap 3D
+
Ion Trap 3D
• Armadilha iônica desenvolvida por Wolfgang
Paul (Nobel de Física de 1989)
Ion trap
Diagrama de estabilidade
Aprisionamento RF
Aprisionamento RF
Ion Trap
• Consiste de um eletrodo em forma de
Anel e dois eletrodos “tampa”
• Conectados à uma voltagem RF/AC
• Forma um potencial oscilante de
aprisionamento
• Segue a equação de Mathieu
Sequencia de Eventos (MS)
•
•
•
•
Aprisionamento
Resfriamento
Varredura
Detecção (por instabilidade de órbita)
Sequências no Tempo !!!
Aprisionamento
• Lentes na entrada do Ion trap permitem a
entrada de íons no trap
• Após um certo tempo, muda-se a
voltagem da lente bloqueando a entrada
• Cuidado tem de ser tomado para não
acumular muitos íons
• Razão espaço/carga é critica !! (repulsão
dos íons)
Gás de Resfriamento
• Íons tem uma distribuição de velocidade
inicial ao entrar no IT
• O ion trap é preenchido com He (1 mTorr)
• Íons colidem com He a baixas energias de
colisão e são cinéticamente resfriados
• Íons são acumulados no centro do trap,
diminuindo a dispersão
Varredura
• Após o resfriamento, faz-se uma rampa da
voltagem RF
• Ions deixam de ter trajetórias estáveis e
são ejetados para fora do trap
• Detector captura (parte) desses íons
ejetados
Eficiência de Apriosionamento
Eficiência de Dissociação
Efeito na Resolução
Velocidade de Varredura vs
Resolução
Velocidade de Varredura vs
Resolução
Velocidade de Varredura vs
Resolução
Fonte
• Fonte de íons deve ficar afastada do trap
• Possibilidade de reações Íon molécula
(CI)
• Usa-se um guia de íons para fazer a
transferência de íons
Espectrometria de Massas
Sequencial no Tempo (IT)
• Eventos de análise de m/z, dissociação e
análise de m/z ocorrem no IT
• Eventos ocorrem no tempo
• Único analizador m/z, vários experimentos
• Dissociação é realizada com He
• Nova fonte de RF excita os íons
axialmente, provocando o aumento da
energia interna → Dissociação
Diagrama
m/z = 10
m/z = 50
m/z = 100
Diagrama
MS
MS/MS
Tempo das Etapas de análise
de m/z no LIT
Low Mass Cut-Off (LMCO)
• Nas condições de CID, os valores de
• Íons de massa baixa não são estáveis
nessas condições
• Íons com massa < 1/3 do precursor são
ejetados
LMCO
Precursor
MSn
• Experimentos de MS sequancial com
n > 2 são possíveis sem custo
• Basta repetir os ciclos de seleção,
resfriamento, dissociação e varredura
• Limitado pela sensibilidade (somente 1
acumulação !)
• Aplicações c/ n=3, demonstrado c/ n=12
Ion Trap Linear (LIT)
• Outra forma de “Trap”
• Consiste em um arranjo quadrupolar com
lentes de entrada saída
• Várias melhorias em relação ao 3D:
– Maior capacidade
– Menor LMCO
– Menor (ausência ?) de chemical shifts
• Dois tipos extração:
– Radial (Thermo)
– Axial (Applied Biosystems)
LIT
LIT
Instrumentos
• Applied
– Q q LIT
Instrumentos
• Thermo
– LTQ
IT de dupla cela (HP e LP)
Time-of-Flight (TOF)
• Princípio mais simples dos analizadores
• Ions são acelerados por uma voltagem
constante
• As velocidades dos íons dependem da
razão m/z
• Mede-se o tempo que o íon leva para
percorrer uma certa distância
Tof
Flight Tube
Ion Source
IF+
o
l
n
i2
g0
S
h
o
t
uk
rTV
cu
eb
e
T =K m
T =K m
Tof (Linear)
• Analisador Pulsado (não-contínuo)
• Grande sensibilidade (Não faz varredura,
Vantagem de Fellgett)
• Sem limite teórico de massa
• Baixo Custo
• Baixa resolução (100-400) devido à
dispersões
Dispersões em TOF
• Dispersão espacial: Íons estão em
posições diferentes em relação à placa de
aceleração
+
+
Dispersões em TOF
• Dispersão Temporal: Íons são formados
em tempos diferentes
+
Formado depois
+
Formado antes
Dispersões em TOF
• Dispersão Temporal: Íons são formados
em tempos diferentes
+
Formado depois
+
Formado antes
Dispersões em TOF
• Dispersão Cinética: Íons com velocidades
diferentes
+
+
Dispersões
• Causam baixa resolução
• Podem ser compensados:
– Extração pulsada c/ gradiente
– Extração atrasada
– Refletor
Extração Atrasada c/ Gradiente
(DE)
Ions de mesma massa,
mas diferentes posições
0V
+20 kV
0V
+
+
+
+
+
+
Detector
+18 kV
+
+
+
Massa Otimiz = 2400
Resolution 14000
Resolution 5800
Resolution 3800
Massa Otimiz = 5730
Resolution 11000
Resolution 14000
Resolution 10000
Extração Atrasada
Massa Otimiz = 5730
Massa Otimiz = 2400
Refletor
Reflector
Detector
Flight Tube
Ion Source
+
Reflector (Ion Mirror)
Refletor
Simultaneous Arrival
at the Detector
Faster ion
takes
longer path
Reflector
Detector
Slower ion
takes
shorter path
Ions of same
mass but different
velocities
2-Stage Electrostatic Mirror
Tof DE Reflectron
•
•
•
•
Alta resolução (10000-20000)
Alta exatidão (~ 3-10 ppm)
Limite de massa (até 8000 a 10000)
Menor sensibilidade
TOF
•
•
•
•
•
Alta resolução
Alta exatidão
Análise não-discriminatória
Alta sensibilidade p/ espectros
Análise pulsada
Corrente Pulsada x Contínua
• Perfeito acoplamento c/ MALDI
• Para ESI / APCI / EI é necessário
transformar o feixe contínuo em pulsado
• Extração ortogonal
TOF c/ Feixe contínuo
Ciclo de
trabalho
Define
Sensibilidade
MS/MS com TOF
• Requer um segundo analisador p/ seleção
de íons
– Tof
– Quadrupolo
– IT
• Ótimo p/ varredura de íon produto
• Não é possível outros experimentos de
MS/MS*
Tof com MS/MS
• Analisadores de seleção:
– Quadrupolo (Q-Tof)
– Tof (Tof-Tof)
– IT (IT-Tof)
Q-Tof (V)
Q-Tof (W)
Tof-Tof
IT-Tof
Tof MS/MS
• Quadrupolo melhor resolução /
transmissão
– Trabalha com baixas Ec
• Tof opera em altas Ec (MALDI)
• IT (?)
Orbitrap
• Baseado no Trap de Kingdon
(1923)
• Aperfeiçoado pela geometria
por Knight (1981)
• Tranformado em
Espectrômetro por Makarov
(1999)
Orbitrap
Orbitrap
k 2
U (r , z ) = ⋅ z − r 2 / 2 + Rm2 ⋅ ln(r / Rm )
2
}
{
r
z
φ
Orbitrap
Movimento dos íons no Orbitrap
ω=
w
k
m/z
A.A. Makarov, Anal. Chem. 2000, 72: 1156-1162.
A.A. Makarov et al., Anal. Chem. 2006, 78: 2113-2120.
k
m/ z
= Freq. Oscilação
= Const. do Instrum.
= O que nós queremos!
Ions de Diferentes m/z no Orbitrap
• Grande
capacidade de
armazenamento
• Transformada de
Fourier  m/z
Orbitrap
FT
ω=
k
m/ z
LIT-Orbitrap
Orbitrap: Operação
Orbitrap - Eventos
Orbitrap convencional Números
•
•
•
•
•
•
Resolução
> 140,000 @ m/z 200 1 seg
Resolução Max.
> 100,000 (FWHM)
Exatidão
< 3 ppm RMS externa
Exatidão
< 1 ppm RMS calibração interna
Faixa de Massa
50 – 2,000; 200 – 6,000
Velocidade
12 Hz at 17,500 @ m/z 200
Resolving Power vs Cycle Time
785.8419
R=5901
100
786.3435
R=5900
80
786.8447
R=5900
60
40
785.5934
R=6200
20
0
785.8421
R=23801
100
Relative Abundance
80
786.8446
R=24000
785.5992
R=24300
20
0
785.8419
R=48101
100
80
786.8446
R=48200
785.5994
R=47100
20
0
785.8413
R=94801
100
80
786.8442
R=93600
785.5989
R=95800
20
0
785.0
785.2
785.4
785.6
785.8
786.0
787.8471
R=15600
787.3458
R=47500
RP 60000
0.9 s
787.8477
R=42000
786.3428
R=95200
60
40
787.3457
R=24100
RP 30000
0.5 s
786.3435
R=47700
60
40
787.8453
R=5800
786.3434
R=23900
60
40
787.3463
R=6000
RP 7500
0.2 s
786.2
786.4
786.6 786.8
m/z
787.0
787.3458
R=98000
787.2
787.4
787.6
RP 100000
1.6 s
787.8477
R=89200
787.8
788.0
788.2
Exemplos
1696.10560
1696.20570
100
90
Relative Abundance
80
1696.30552
1695.80587
70
1696.40580
60
40
1695.60576
30
1696.70597
1696.80571
1697.00309
20
10
1696.10651
1696.20677
1695.90599
1696.30703
100
90
80
70
60
50
40
30
Mioglobina +10
1696.50579
50
1695.80572
1696.40729
1695.70545
1696.50755
1696.60780
1695.60518
1696.70805
20
1696.80830
10
1697.00881
1695.5
1696.0
1696.5
m/z
1697.0
Ultra-Alta resolução
Orbitrap High-Field
Orbitrap High-Field - Números
•
•
•
•
•
Resolução
> 450,000 @ m/z 200 1 seg
Exatidão
< 3 ppm RMS externa
Exatidão
< 1 ppm RMS calibração interna
Faixa de Massa
50 – 2,000; 200 – 6,000
Velocidade
18 Hz at 15.000 @ m/z 200
Q-Orbitrap (“Q-Exactive”)
Q-IT-Orbitrap (“Fusion”)
Ressonância Ciclotrônica de Ions
ICR (“FTMS”)
Comosarow & Marshal 1974
Espectrômetro de massas FT-ICR ( 9.4 Tesla )
ICR
• Uma cela é posicionada no centro de um íma supercondutor (~ 7-17 Tesla). Os íons
formados dentro da cela (ou ali injetados) se movem em uma trajetória circular
perpendicular ao eixo do campo magnético, de frequência angular (frequência de
ressonância ciclotrônica) wc proporcional ao campo magnético B e as suas m/z's:
wc = zeB/m
• Para evitar que íons escapem da cela, uma baixa voltagem dc é aplicada aos
eletrodos de aprisionamento gerando um campo elétrico E perpendicular ao campo
magnético B.
• Uma voltagem rf é aplicada aos eletrodos transmissores (laterais). Varre-se então
rapidamente a frequência da voltagem rf (pulso) mantendo-se B constante. Quando a
frequência de rf (wrf) se iguala a frequência angular de oscilação de algum íon: wc,
este absorve energia com aumento de velocidade e do raio de sua orbita mas sem
alterar a frequência de sua oscilação. Após poucas rotações, os íons que
absorveram energia estarão se movendo sincronizadamente. Esta oscilação
ciclotrônica é sentida pelos eletrodos receptores (superior e inferior), produzindo
uma corrente com frequência iqual a wc. Rápida variação de wrf pode ser realizada,
sendo o espectro de massas obtido pela aplicação de FT.
• Princípio básico: Aprisionamento de íons em uma campo magnético/elétrico,
seguido da medida de suas frequências de ressonância ciclotrônica.
ICR
ICR
ICR
ICR
• Características principais FT-MS
• Altíssima resolução (função de B como em RMN) que
diminue com o aumento de m/z.
• Análise não-discriminatória (e não destrutiva). Alta
sensibilidade. 10-100 íons precisam normalmente oscilar
para serem sentidos pelos eletrodos receptores.
• Alto custo (supercondutores), difícil manutenção.
• Trabalham sob altíssimo vácuo (~10-10 Torr) enquanto a
quantidade de íons aprisionados na cela é pequena
("charge-spacing").
Instrumentos Híbridos
Instrumentos Híbridos
Instrumentos Híbridos
The APEX-Q platform combines a Q-q- "front-end"
and a high field FTMS magnet (9.4 or 12 Tesla) for the
ultimate resolution proteomics mass spectrometer.
QqFT-MS
Petroleômica
Petroleômica
Petroleômica
http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/fticr/page10.html
Gráfico de Kendrick
PNAS February 16, 2010 vol. 107 no. 7 2763-2768
Compound class
Conc. (ppm)
Amino acids
17-60
Aliphatic hydrocarbons
>35
Aromatic hydrocarbons
3319
Fullerenes
>100
Carboxylic acids
>300
Hydrocarboxylic acids
15
Purines and
Pyrimidines
1.3
Alcohols
11
Sulphonic acids
68
Phosphonic acids
2
Analisadores
Analizador
Resolução Exatidão
B
50.000
Q
3 ppm
Varredura
Sens.
Sens.
Monitoramento Varredura
Discrim.
+++
+
Unit
Discrim.
+++++
+
IT
Unit
Discrim.+
Acumul.
-
+++++
TOF
60.000
3 ppm
Não Discrim. -
+++
Orbitrap
400.000
3 ppm
Não Discrim. -
+++
ICR
10.000.000 < 1 ppm
Não Discrim. -
++