7200 GC-QTOF · 2016-09-02 · lo largo del rango de masas en contraposición a los instrumentos de...
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7200 GC-QTOF Una nueva herramienta para
solucionar complejos problemas
analíticos
Jaume C. Morales
MS Product Specialist
Agilent Technologies Spain
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El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
La identificación de compuestos en muestras complejas a nivel de trazas
es difícil y generalmente requieres estrategias analíticas no-rutinarias o
sistemas de configuración atípica y poco robustas como :
1- Potentes métodos de extracción/enriquecimiento
2- Sistemas GC de alto poder de separación (e.g.GCxGC)
3- Detectores selectivos y/o MS.
Sin embargo, para análisis a nivel rutinario de éste tipo de compuestos se
requieren enfoques con técnicas más simples, rápidas y robustas para
incrementar la productividad.
Desafortunadamente los sistemas GC/MS (SIM) o 1D GC en combinación
con detectores específicos como el PFPD o ECD no son a menudo
suficientes para conseguir la selectividad requerida.
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El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
1a Estrategia :
La tecnología MS-TOF recoge y analiza simultáneamente todos los iones a
lo largo del rango de masas en contraposición a los instrumentos de barrido
convencional donde los iones son filtrados y detectados secuencialmente.
Consecuentemente, el GC-QTOF-MS en modo TOF no tiene parangón en
sensibilidad trabajando en “Full Scan”, comparable a la técnica GC-MS en
modo SIM, pero con el espectro completo.
Además ,el GC-QTOF-MS genera datos en masa exacta lo cual permite
obtener una alta selectividad y sensibilidad utilizando ventanas de
extracción del orden de 0.02-0.05Da.
PERO, ¿Qué pasa cuando la Resolución y la Δ Masa no son suficientes?
2a Estrategia: GC-QTOF-MS/MS
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= +
¿Que es el 7200? 7200 GC/Q-TOF = 7890 + 7000 + 6500
El nuevo GC/MS de Agilent. . .
Construído en base a equipos
probadamente robustos:
Casi 1000 GCQQQs
Más de 1000 TOFs y Q-TOFs
Varios miles de 7890 GCs
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= +
¿Que es el 7200? 7200 GC/Q-TOF = 7890 + 7000 + 6500
MS Cuadrupolo /Tiempo de vuelo
MS Tiempo de Vuelo
MS Triple Cuadrupolo
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La fusión de dos plataformas
Turbo 2
Ion Pulser
Turbo 3
Ion Source
Turbo 1b Turbo 1a
Quad Mass Filter (Q1)
Collision Cell
Transfer
optics
6500 LC/MS
Q-TOF based
7000 GC/MS
QQQ based
Ion Mirror
Ion Detector
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7200 Analyzer Cuatro etapas de vacío
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Nuevo . . . Pero totalmente probado Dual-stage ion mirror improves
second-order time focusing for
high mass resolution.
Hexapole collision cell accelerates
ion through the cell to enable faster
generation of high-quality MS/MS
spectra without cross-talk
Split-flow turbo differentially
pumps the ion source and
quadrupole analyzer compartments
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 low-
gain and high gain channels, extending the
dynamic range to 105.
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 Removable Ion Source
includes repeller, ion volume,
extraction lens and dual filaments
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.
Hot, quartz monolithic quadrupole
analyzer and collision cell identical
to the 7000 Quadrupole MS/MS
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
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Removable Ion Source (RIS)
Automated
Retractable
Transfer Line
RIS
Automated
Gate Valve
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Removable Ion Source (RIS)
• RIS, Sistema Estandar en Q-TOF
• Permite cambios de fuente EI/CI
rápidos sin romper el vacío.
• Permite cambiar la fuente
entera, incluyendo filamentos,
en ~30 minutos sin romper
el vacío.
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Cambio de fuente en 30 minutos con RIS
Nueva fuente limpia
Fuente sucia
1pg OFN
Ventearenfriar la fuenteabrir la cámara y cambiar/limpiar componentes
Cerrar la cámaraeliminar el airecalentar la fuente
dejar estabilizar temperatura y vacío
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Rango Dinámico
Umbral
Time to Digital Converter
Cuenta “1” cuando supera el umbral
1-2 Órdenes de linealidad
2-8 Gbit/sec de información
Analog to Digital Converter
Mide cada punto
4-5 Órdenes de linealidad
32 Gbit/sec de información
TDC ADC
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Exactitud de masa
Number of Ions
Mass A
ccu
rac
y
Limited by ion
statistics
Limited by detector
non-linearity
TDC
ADC
Required
mass accuracy
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Amplio Rango Dinámico ADC es importante para la linealidad de las areas
TDC tiene un menor rango de
linealidad permitiendo sólo reducidos
rangos de cuantificación
Time-to-Digital Converter Analog-to-Digital Converter
ADC tiene un mayor rango de linealidad
permitiendo la cuantificación en rangos
de concentración más amplios
Ions
Response
Ions
Response
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¿Que puede hacer el GC-QTOF por nosotros?
• En modo TOF
• Espectros “full scan” de alta resolución
• Medida de masa exacta
• Adquisición a alta velocidad de espectros “full scan”
• En modo MS/MS
• Espectros “full scan product ion” con alta resolución y
masa exacta
• La herramienta ideal para abordar complejos
problemas analíticos.
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Visualización del espectro (Tune File)
Centroid View
Profile View
La mayoría de usuarios piensan en “centroid”, pero el MS opera en “profile”
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Resolución y exactitud de masa
R = 614/0.68 = 903
Δmz = 0.1/614
= 160 ppm
Pw=0.68
Mz=614
SQ
TQ
IT
TOF
Q-TOF
R = 614/0.0423 = 14522
Δmz = 0.0004/613.96
= 0.7 ppm
Resolución :
R=mz/FWHM
Exactitud de masa:
Δmz=dm/mz*106, partes por millon
(ppm)
PFTBA mass 614
C12F24N=613.964203
1 Da.
1 Da.
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Calculo de masa exacta y error en la medida
Error si se omite el electrón
NH
N
O OO
O
OO
O O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
H
HH
Reserpina (C33H40N2O9)
Atom Mass of Atom # of Atoms Sum
Hydrogen 1.00783 40 40.31300
Carbon 12.00000 33 396.00000
Nitrogen 14.00307 2 28.00615
Oxygen 15.99492 9 143.95424
Total 608.27338
Plus H 1.00783 1 1.00783
Total 609.28121
Minus e- 0.00055 1 0.00055
609.28066
Calculada = exacta o teórica
(Medida -Calculada) X 1,000,000
Calculada
0.9027039 ppm
= ppm
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Internal Reference Mass (IRM)
• El objetivo de exactitud de masa para el 7200 es de
~2-5ppm en cualquier condición
• Agilent ha desarrollado un sistema propio Internal
Reference Mass (IRM) que proporciona al sistema
corrección del eje de masas “en el aire”.
• El sistema IRM utiliza compuestos conocidos del background
para bloquear el eje de masas en cada espectro
• Requiere un sistema robusto de señal de calibración IRM en
muestras con y sin matriz
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calc mass obs mass ppm Error obs mass ppm Error
2-formyl thiophen 111.9977 111.9967 -8.9 111.9973 -3.6
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0078 -6.3 127.0085 -0.8
2-formyl thiophen 111.9977 111.9972 -4.5 111.9972 -4.5
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0084 -1.6 127.0085 -0.8
2-formyl thiophen 111.9977 111.9978 0.9 111.9974 -2.7
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0091 3.9 127.0085 -0.8
2-formyl thiophen 111.9977 111.9966 -9.8 111.9974 -2.7
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0076 -7.9 127.0087 0.8
2-formyl thiophen 111.9977 111.9968 -8.0 111.9974 -2.7
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0080 -4.7 127.0086 0.0
2-formyl thiophen 111.9977 111.9969 -7.1 111.9976 -0.9
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0079 -5.5 127.0088 1.6
2-formyl thiophen 111.9977 111.9966 -9.8 111.9977 0.0
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0080 -4.7 127.0088 1.6
2-formyl thiophen 111.9977 111.9970 -6.3 111.9975 -1.8
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0084 -1.6 127.0088 1.6
2-formyl thiophen 111.9977 111.9973 -3.6 111.9980 2.7
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0083 -2.4 127.0084 -1.6
2-formyl thiophen 111.9977 111.9980 2.7 111.9979 1.8
2-acetyl-thiazole 127.0086 127.0086 0.0 127.0084 -1.6
Average ABS Error 5.0 1.7
Standard Deviation of Error 4.0 2.0
Excellent: < 5 ppm Excellent: < 5 ppm
Good: < 10 ppm Good: < 10 ppm
2 pg on col DG
5 pg on col DG
10 pg on col DG
1000 pg on col DG
20 pg on col DG
50 pg on col DG
100 pg on col DG
200 pg on col DG
500 pg on col DG
uncorrected IRM corrected
1 pg on col DG
Ejemplo de correciónn con IRM Exactitud de masa para 2-formyl thiophene y 2-acetyl thiazole en Whisky
Error promedio < 2 ppm sobre un rango de concentraciones > X1000
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La masa exacta convierte el “mass defect” en un
parámetro importante
X Hydrogen H 1 1.0078 99.99 0.0078
D or 2H 2 2.0141 0.01 0.0141
X+1 Carbon 12C 12 12 98.91 0
13C 13 13.0034 1.1 1.1nC 0.0060nC2 0.0034
X+1 Nitrogen 14N 14 14.0031 99.6 0.003115N 15 15.0001 0.4 0.37nN 0.0001
X+2 Oxygen 16O 16 15.9949 99.76 -0.005117O 17 16.9991 0.04 0.04nO -0.000918O 18 17.9992 0.2 0.20nO -0.0008
X Fluorine F 19 18.9984 100 -0.0016
X+2 Silicon 28Si 28 27.9769 92.2 -0.023129Si 29 28.9765 4.7 5.1nSi -0.023530Si 30 29.9738 3.1 3.4nSi -0.0262
X Phosphorus P 31 30.9738 100 -0.0262
X+2 Sulfur 32S 32 31.9721 95.02 -0.027933S 33 32.9715 0.76 0.8nS -0.028534S 34 33.9679 4.22 4.4nS -0.0321
X+2 Chlorine 35Cl 35 34.9689 75.77 -0.031137Cl 37 36.9659 24.23 32.5nCl -0.0341
X+2 Bromine 79Br 79 78.9183 50.5 -0.081781Br 81 80.9163 49.5 98.0nBr -0.0837
X Iodine I 127 126.9045 100 -0.0955
X+1
Factor
X+2
Factor
Mass
DefectType Element Symbol Abundance
Integer
Mass
Exact
Mass
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El Q-TOF 7200 revaloriza el “mass defect”
X Hydrogen H 1 1.0078 99.99 0.0078
D or 2H 2 2.0141 0.01 0.0141
X+1 Carbon 12C 12 12 98.91 0
13C 13 13.0034 1.1 1.1nC 0.0060nC2 0.0034
X+1 Nitrogen 14N 14 14.0031 99.6 0.003115N 15 15.0001 0.4 0.37nN 0.0001
X+2 Oxygen 16O 16 15.9949 99.76 -0.005117O 17 16.9991 0.04 0.04nO -0.000918O 18 17.9992 0.2 0.20nO -0.0008
X Fluorine F 19 18.9984 100 -0.0016
X+2 Silicon 28Si 28 27.9769 92.2 -0.023129Si 29 28.9765 4.7 5.1nSi -0.023530Si 30 29.9738 3.1 3.4nSi -0.0262
X Phosphorus P 31 30.9738 100 -0.0262
X+2 Sulfur 32S 32 31.9721 95.02 -0.027933S 33 32.9715 0.76 0.8nS -0.028534S 34 33.9679 4.22 4.4nS -0.0321
X+2 Chlorine 35Cl 35 34.9689 75.77 -0.031137Cl 37 36.9659 24.23 32.5nCl -0.0341
X+2 Bromine 79Br 79 78.9183 50.5 -0.081781Br 81 80.9163 49.5 98.0nBr -0.0837
X Iodine I 127 126.9045 100 -0.0955
X+1
Factor
X+2
Factor
Mass
DefectType Element Symbol Abundance
Integer
Mass
Exact
Mass
Para m/z 614,
¿que efecto tiene 1 ppm = 0.00061 a diferentes átomos?
One 16 O
- 8 ppm
One 35 Cl
- 51 ppm
One 1 H
+ 13 ppm
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¿TOF a qué velocidad?
TOF mide siempre el rango de masas completo
Q-TOF muestra siempre el espectro total de fragmentación
• Velocidad Spectral :
• Máximo típico : 25-50 spectra/sec (Hz) en disco
• La velocidad utilizable depende también de la cantidad
de señal.
• Nuevas oportunidades en analisis GC/MS:
• “Fast GC” y “Ultra high resolution GC”: ~ 20-40Hz
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La velocidad mejora la deconvolución
Time
La deconvolution requiere diferencias en tiempo
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Mayor velocidad = mejor deconvolución
La baja velocidad no
permite diferenciar los
dos máximos
La alta velocidad
discierne entre ambas
sustancias
Time Time
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Mayor velocidad = mejor deconvolución
La baja velocidad no
permite diferenciar los
dos máximos
La alta velocidad
discierne entre ambas
sustancias
Time Time
El Q-TOF 7200 en modo TOF
permite:
•Altas velocidades de adq.
•Mantener una excelente S/N
•Nuevo algoritmo de Deconvolución
MassHunter
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7200. Rendimieno del equipo Especificaciones
• Resolución : >12.500 a m/z 272
• Exactitud de masa: <5 ppm a m/z 272 (tipica < 2ppm)
• Sensibilidad entre Single Quad y QQQ
• Rango Dinámico : 5-6 ordenes de magnitud
• Rango de masas Quad: 20-1050 Da (0.7-4.0 Da FWHM)
• Rango de masas TOF : 20-1700 Da
• Velocidad Espectral : 1-50 Spectros/sec
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1. Bloqueo del eje de masas por Referencia Interna para
exactitud sub 5ppm incluso en muestras con alta carga
de matriz
2. Fuente extraíble RIS para una limpieza, cambio de
filamentos o intercambio de fuentes EI/CI rápida y sin
romper vacío.
3. Q-TOF MS/MS:
• Reducción del ruido químico
• Selectividad
• Information estructural
• Desarrollo de métodos
4. Herramientas de software – Formula calculator / MSC (MS/MS Structural Correlation Tool)
Características Clave en el 7200
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Serie 7200 Q-TOF GC/MS Aplicabilidad de sus características
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• ¿Puede medirse masa exacta en
matrices reales?
• ¿Cuales son las limitaciones?
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La intensidad puede afectar los resultados
Dos picos espectrales con
anchura FWHM de 0.7 u y una
diferencia de masa de 0.5 u
Dos picos espectrales con
anchura FWHM de 0.05 u y una
diferencia de masa de 0.5 u
m/z m/z
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GC o MS: La intensidad relativa puede afectar los resultados
La presencia de un pico interferente en la matriz de masa
muy similar puede afectar el cálculo de la masa exacta
Visión Profile del pico espectral
Centroide
m/z m/z
Interferencia = Analito Interferencia = 100 X Analito
Centroide
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240.1218
240.0785
Flurenol methyl ester
m/z = 240.0781
Error de masa = 1.7 ppm
Dimetilan
m/z = 240.1217
Error de masa = 0.4 ppm
Resolución ~13.500
¿Cuanta Resolución y “Mass defect” son
suficientes para coeluidos? Ratio de Intensidades = 1:1
SIN corrección IRM
Dm = 0.043 Da.
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240.1184
240.0780
Flurenol methyl ester
m/z = 240.0781
Error de masa = -0.4 ppm
Dimetilan
m/z = 240.1217
Error de masa = -13.7 ppm
Una resolución de 13.500 NO
es suficiente en éstos casos.
Para masas MUY parecidas y
ratios MUY diferentes se
requiere MS/MS o mejor
separación
¿Cuanta Resolución y “Mass defect” son
suficientes para coeluidos? Ratio de Intensidades = 50:1
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Serie 7200 Q-TOF GC/MS Como se aplica el modo QTOF y sus resultados
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El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
1a Estrategia :
La tecnología MS-TOF recoge y analiza simultáneamente todos los iones a
lo largo del rango de masas en contraposición a los instrumentos de barrido
convencional donde los iones son filtrados y detectados secuencialmente.
Consecuentemente, el GC-QTOF-MS en modo TOF no tiene parangón en
sensibilidad trabajando en “Full Scan”, comparable a la técnica GC-MS en
modo SIM, pero con el espectro completo y
Además ,el GC-QTOF-MS genera datos en masa exacta lo cual permite
obtener una alta selectividad y sensibilidad utilizando ventanas de
extracción del orden de 0.02-0.05Da.
PERO, ¿Qué pasa cuando la Resolución y la Δ Masa no son suficientes?
2a Estrategia: GC-QTOF-MS/MS
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¿Porqué Q-TOF?
En ocasiones la potencia combinada de
Resolución cromatográfica GC (Agilent)
+
La resolución espectral MS (Agilent)
No es suficiente debido a:
Escasa ΔMass Defect (Naturaleza)
+
Intensidad de iones en la Matriz (Muestra)
La alta resolución en MS/MS puede solucionar
algunos de éstos problemas
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El reto en GCMS : problemas analíticos complejos
2a Estrategia :
El modo QTOF-MS puede :
- Reducir el ruido al seleccionar y filtrar un Precursor,
suministrando así mayor selectividad.
- Confirmar la identidad de un compuesto a través de su espectro
MS/MS de Alta Resolución.
- Elucidación Estructural.
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MS/MS Reducción de ruido químico Cuando R y Exactitud no son suficientes (1pg OFN in PFTBA Background)
MS
m/z 272
54:1 S/N
MS/MS
272:222
216:1 S/N
Iones del
Analito
Iones de Matriz Iones del Analito con
pocos iones de matriz
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Elucidación estructural por MS/MS.
C16H14O4 (Anillos + Enlaces Dobles = 10)
(M – H)+
269.0802
Estructuras
candidatas m/z
(experimental)
Fórmula Error
(ppm)
Score
269.0802 C16H13O4 2.2 80.7
193.0494 C10H9O4 0.6 96.7
167.0334 C8H7O4 3.0 N/A
166.0259 C8H6O4 0.6 N/A
138.0310 C7H6O3 1.1 98.1
110.0359 C6H6O2 3.0 N/A
95.0127 C5H3O2 0.9 99.5
– CH2=CH–C6H5
– CO
– CH3
– CO
– H
– C6H5
– CH=CH–C6H5
Page 41
Formula Calculator: fórmulas consistentes con
la masa exacta y fórmula del Ión padre
C5H12O2PS3 m/z = 230.9732
Page 42
Herramientas MassHunter para GC/Q-TOF
Cromatogramas de los compuestos
encontrados por deconvolución
Espectro del compuesto
encontrado con la herramienta
Caliper para el calculo de difrencias
entre dos fragmentos
Fórmulas calculadas de la
mólecula y sus fragmentos a través
de la masa exacta
Page 43
Food Testing and Flavors:
Olive Oil Characterization
UC Davis Olive Center
&
Stephan Baumann, Agilent Technologies
• MPP for statistical processing of GC/Q-TOF data
• MS library searching using GC/Q-TOF spectra
• CI data provide accurate mass information for molecular ions
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1. Olive oil samples had been subjected to sensory test and classified as passed or failed
2. GC/Q-TOF data then were acquired in both EI and PCI modes
3. Chromatographic deconvolution was performed with MassHunter Qual, and the data
were exported as CEF files to perform statistical analysis using Mass Profiler
Professional (MPP).
4. MPP was used for statistical evaluation of the data including construction of class
prediction model
5. The model was able to correctly predict whether the sample would pass or fail the
sensory test
Olive Oil Characterization: Workflow
Goals:
- to create a model that could predict whether olive oil sample would pass or
fail sensory test
- to recognize statistically significant olive oil components that are present at
distinct levels depending on whether they passed or failed sensory test
Page 45
Olive Oil Characterization: Data Filtering
442 unique compounds were
distinguished by
chromatographic
deconvolution, most of which
occur only once or twice and
are filtered out by MPP.
The table shows how many of these 442
compounds were actually found in each sample.
Page 46
Olive Oil Characterization: Visualization of Data Clustering
Principal Component Analysis (PCA) of MPP helps to visualize
clustering of the data
failed
passed
Page 47
Olive Oil Characterization: Fold Change Analysis
The Volcano Plot (on the right) shows fold-change for each entity on the x-axis and
significance on the y-axis.
Compounds accumulated
in the samples that failed
the sensory test.
Page 48
Olive Oil Characterization: Compound Identification
1. EI spectra were used to search NIST library to obtain tentative identification of
the compounds
2. PCI data were used to obtain molecular formula for the compounds
3. Further MS/MS experiments allowed to generate „clean‟ spectra in the
presence of matrix interference and could possibly be used for structure
elucidation
Page 49
Olive Oil Characterization: Library Search
Commercial unit mass EI spectral libraries can be searched using accurate mass
EI GC/Q-TOF data to identify compounds
Compound spectrum
NIST library spectrum
Compound spectrum
(accurate mass)
EI
Page 50
Olive Oil Characterization: MS/MS Example
C12H17
5.11 ppm C9H11
-3.58 ppm
C8H9
-2.63 ppm
C10H13
0.93 ppm
α-Cubebene, full scan
C15H24
α-Cubebene: MS/MS
Precursor: 204
CE: 10 eV
(replib) α-Cubebene
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 2300
50
100
41
55
69 77
8191
105
119
133147
161
175 189
204
Accurate masses of ion fragments are consistent with molecular formula
Page 51
Olive Oil Characterization: MPP Results
• The model correctly predicted the pass or fail status of all samples, including
those not used to construct the model.
• The samples that were not used for building the prediction model are listed
with the Training parameter set as „None‟
Page 52
Natural Products:
Structure Elucidation of the
Compound from Kava Extract
Viorica Lopez-Avila, Agilent Labs
• MS/MS for structure elucidation of unknown
Page 53
Precursor-product ion relationship is documented
and ion molecular formula confirmed by accurate mass
Requires multiple analyses and much more sensitive than NMR
Will not replace NMR, but will complement nicely
• Start with full scan EI spectrum
• Use accurate mass to estimate molecular formula
• Perform CID experiments on molecular ion and selected
fragment ions to confirm losses
• Use information from sequence of losses to estimate
reconstructed molecular structure
MS/MS for Structure Elucidation
Page 54
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures
EI Full Scan
The Problem – Confirm Most Likely Structure Kava Extract - Compound “B”, C16H14O4
(Rings + Double Bonds = 10)
Page 55
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures
EI Full Scan
m/z
(experimental)
Formula Error
(ppm)
Score
269.0802 C16H13O4 2.2 80.7
193.0494 C10H9O4 0.6 96.7
167.0334 C8H7O4 3.0 N/A
166.0259 C8H6O4 0.6 N/A
138.0310 C7H6O3 1.1 98.1
110.0359 C6H6O2 3.0 N/A
95.0127 C5H3O2 0.9 99.5
– CH2=CH–C6H5
– CO
– CH3
– CO
– H
– C6H5
– CH=CH–C6H5
MS/MS experimental
measurements
The Problem – Confirm Most Likely Structure Kava Extract - Compound “B”, C16H14O4
(Rings + Double Bonds = 10)
Page 56
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures
EI Full Scan
m/z
(experimental)
Formula Error
(ppm)
Score
269.0802 C16H13O4 2.2 80.7
193.0494 C10H9O4 0.6 96.7
167.0334 C8H7O4 3.0 N/A
166.0259 C8H6O4 0.6 N/A
138.0310 C7H6O3 1.1 98.1
110.0359 C6H6O2 3.0 N/A
95.0127 C5H3O2 0.9 99.5
– CH2=CH–C6H5
– CO
– CH3
– CO
– H
– C6H5
– CH=CH–C6H5
MS/MS experimental
measurements
X
X
The Problem – Confirm Most Likely Structure Kava Extract - Compound “B”, C16H14O4
(Rings + Double Bonds = 10)
Page 57
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures
EI Full Scan
m/z
(experimental)
Formula Error
(ppm)
Score
269.0802 C16H13O4 2.2 80.7
193.0494 C10H9O4 0.6 96.7
167.0334 C8H7O4 3.0 N/A
166.0259 C8H6O4 0.6 N/A
138.0310 C7H6O3 1.1 98.1
110.0359 C6H6O2 3.0 N/A
95.0127 C5H3O2 0.9 99.5
– CH2=CH–C6H5
– CO
– CH3
– CO
– H
– C6H5
– CH=CH–C6H5
MS/MS experimental
measurements
The Problem – Confirm Most Likely Structure Kava Extract - Compound “B”, C16H14O4
(Rings + Double Bonds = 10)
Page 58
c ?
Mass at 138 is consistent with:
loss of COCH=CH-C6H5 (131.04969) from 269.08020
or
loss of C2H4CH=CH-C6H5 (131.086075) from 269.08020.
However, measured value of 269.0802 - 138.0310 = 131.04920 is
consistent only with COCH=CH- C6H5.
The Problem – Confirm Most Likely Structure The Problem – Confirm Most Likely Structure
Page 59
(M – H)+
269.0802
Candidate
structures
EI Full Scan
m/z
(experimental)
Formula Error
(ppm)
Score
269.0802 C16H13O4 2.2 80.7
193.0494 C10H9O4 0.6 96.7
167.0334 C8H7O4 3.0 N/A
166.0259 C8H6O4 0.6 N/A
138.0310 C7H6O3 1.1 98.1
110.0359 C6H6O2 3.0 N/A
95.0127 C5H3O2 0.9 99.5
– CH2=CH–C6H5
– CO
– CH3
– CO
– H
– C6H5
– CH=CH–C6H5
MS/MS experimental
measurements
For the 5 candidate structures, only one fit the losses
identified by CID experiments on multiple precursor ions
The Problem – Confirm Most Likely Structure
Page 60
Photodegradation Products of Beer
Page 61
Problem – identify degradation Products of beer
• Completely untargeted (initially) study of beer
photodegradation
• Method highlights
• 30 min extraction at 30 ˚C using manual
SPME holder and conditioned 50/30 µm
DVB/Carboxen/PDMS StableFlex SPME
fiber (Supelco), no 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
Page 62
Changes in the Chromatogram
No exposure to direct sunlight
3 hours
6 hours
Appears following the exposure of the sample
to direct sunlight. Peak height is dependent on
the duration of exposure to the sun
Molecular ion
m/z=165.1120
C10H15NO
Page 63
Summary of MS/MS Experiments Accurate mass measurement of molecular ion and fragments
C4H5
C10H14N
C9H14N C7H8N
C9H11N
C6H7NO
C6H8N C6H6NO
C5H6N
C5H7N
C4H5
C4H6N
(mainlib) 1-Butanamine, N-(2-furanylmethylene)-3-methyl-
50 100 150 200 250 300 350 4000
50
100
39
53
67
81
95
109
122
136
164
O
N
C10H15NO
109 122
C7H8NO 136 C9H14N
148 C10H14N
133 C9H11N
80 C5H6N
94 C6H8N
108 C6H6NO
81 C5H7N
55 C3H5N
53 41 C3H5
66 C4H4N
78 C5H4N
C6H7NO MS
MS/MS
Page 64
Summary of MS/MS Experiments Calculate possible empirical formulas
C4H5
C10H14N
C9H14N C7H8N
C9H11N
C6H7NO
C6H8N C6H6NO
C5H6N
C5H7N
C4H5
C4H6N
(mainlib) 1-Butanamine, N-(2-furanylmethylene)-3-methyl-
50 100 150 200 250 300 350 4000
50
100
39
53
67
81
95
109
122
136
164
O
N
C10H15NO
109 C6H7NO
122 C7H8NO 136
C9H14N
148 C10H14N
133 C9H11N
80 C5H6N
94 C6H8N
108 C6H6NO
81 C5H7N
55 C3H5N
53 41 C3H5
66 C4H4N
78 C5H4N
MS
MS/MS
Page 65
Summary of MS/MS Experiments MS/MS on fragments + accurate mass to find empirical formulas
C4H5
C10H14N
C9H14N C7H8N
C9H11N
C6H7NO
C6H8N C6H6NO
C5H6N
C5H7N
C4H5
C4H6N
(mainlib) 1-Butanamine, N-(2-furanylmethylene)-3-methyl-
50 100 150 200 250 300 350 4000
50
100
39
53
67
81
95
109
122
136
164
O
N
C10H15NO
109 C6H7NO
122 C7H8NO 136
C9H14N
148 C10H14N
133 C9H11N
80 C5H6N
53 78
C5H4N
MS
MS/MS
-OH
-CH3 -C5H8
-CHN -H2
Page 66
Summary of MS/MS Experiments MS/MS on other fragments
C4H5
C10H14N
C9H14N C7H8N
C9H11N
C6H7NO
C6H8N C6H6NO
C5H6N
C5H7N
C4H5
C4H6N
(mainlib) 1-Butanamine, N-(2-furanylmethylene)-3-methyl-
50 100 150 200 250 300 350 4000
50
100
39
53
67
81
95
109
122
136
164
O
N
C10H15NO
109 C6H7NO
122 C7H8NO 136
C9H14N
148 C10H14N
133 C9H11N
80 C5H6N
94 C6H8N
108 C6H6NO
81 C5H7N
55 C3H5N
53 41 C3H5
66 C4H4N
78 C5H4N
MS
MS/MS
Page 67
Identifying and quantification
sulfur-containing compounds
in beverages
In this work, a simple and fast method for
determination of medium volatile
sulfurcompounds, e.g.2-acetylthiazole and
2-formylthiophene, in single malt whiskey
and coffee at low ng/mL level, was
examined by using the direct split injection
or miniaturized LLE and 1DGC-Q-TOF-MS.
Page 68
Problem – compounds affecting taste and flavor Example of complex matrix – coffee extract
• 2-formyl thiophene 2-acetyl thiazole are
common contaminants
• Low sensory threshold and can have negative
effect on product flavor or aroma
• Easy to separate from each other
• Often requires sophisticated extraction/enrichment
procedures and/or powerful 2D GC techniques for
separation from matrix for quantitation
• Method highlights
• For coffee only, simple L/L extraction in
dichloromethane (10:1 enrichment)
• 1:10 split injection with SSL inlet
• DB-5MS column 30 m x 0.25 mm x 0.25 μm
Page 69
Standards at 100 pg On Column
2-formyl thiophene Formula C5H4OS MW: 112
2-acetyl thiazole Formula C5H5NOS MW: 127
111.9983
127.0092
Page 70
Coffee extract has a much more complex matrix although LLE
Page 71
TIC and EICs of Coffee Extract
2-formyl thiophene Extraction window
m/z 111.9983 ± 100 ppm
2-acetyl thiazole Extraction window
m/z 127.0092 ± 100 ppm
Same Scale than Wiskey extract
Page 72
EIC of 2-Formyl thiophene in Coffee extract at different
extraction window
Page 73
EIC of 2-Acetyl Thiazole in Coffee extract at different
extraction window
Page 74
Determination results of 2-Formyl Tiophene and 2-Acetyl
Thiazole in Coffe extract
Page 75
Resumen – Qué recordar
• El GC Q-TOF ofrece la capacidad de
solucionar problemas con nuevas estrategias.
• La Alta Resolución (HR), Mejor Exactitud de
masa (MA) y Alta Velocidad de barrido mejora
los resultados analíticos.
• Los espectros MS/MS con HR y MA hacen
posible la Elucidación Estructural
• Agilent ofrece el portfolio más amplio en
herramientas GC/MS :
SQ, IT, TQ, & Q-TOF
Page 76
C L E A R LY B E T T E R M S S O L U T I O N S
NEW
NEW
¿Preguntas?
C L E A R LY B E T T E R M S S O L U T I O N S
Mass Spectrometry
Technology
Products
Solutions
NEW