Quadrupol GCMS a minőségi azonosításban és mennyiségi értékelésben

Az előadások a következő témára: "Quadrupol GCMS a minőségi azonosításban és mennyiségi értékelésben"— Előadás másolata:

1 Quadrupol GCMS a minőségi azonosításban és mennyiségi értékelésben
Szakay Miklós SIMKON Kft. Tisztelt hölgyeim is uraim Szakay miklós vagyok és a simkon kft-t a shimadzu termékpaletta forgalmazóját képviselem ezen a rendezvényen. Amiről beszélni fogok az a qGCMS szerepe a minőségi azonosításban. Összefoglaló jelleggel, de nem a minta és egyedi komponensek meghatározásának oldaláról, hanem inkább azt lehet mondani, hogy A mérési elv ill. a készülék háttér oldaláról megközelítve. (ami talán természetes is) Illékony, természetben található anyagok pl.: illóolajak, aromák, felsorolás……. az elpárologtathatóság és az elpárologtatás körülményei mellet tanúsított viszonylagos hőstabilitás miatt már régóta GC-vel vizsgálhatók. Vagy követlenül inkektálva vagy valamilyen mintaelőkészítéssel összekötve Pl.: gőztéranalízis, spme. Egyre több komponest kell meghatározni esetenként egyre kisebb koncentrációkban is ezért a rutin GCMS lassan átveszi a GC-FID szerepét.

2 Minőségi azonosítás Mennyiségi értékelés Két lógó.
A céltábla kapcsán a minőségi azonosítás kerül bemutatásra. Micimackó pedig a kvantitatív meghatározás terén lesz segítségünkre, mert elsősorban micimackó Nem azt a kérdést teszi fel, hogy méz-e a méz, mert ezt már megválaszoltuk neki, Ahanem, hogy mennyi van a mézesbödönben….ez egy örök micimackói és környezetanalitikai kérdés. Ezt slidera Mennyiségi értékelés

3 Egy céltábla kapcsán Egy célbalövési gyakorlat sikerességét 3 tényező határozza meg: A céltábla (egyedi komponensek, vizsgálandó mátrix) A célzó technikája (EI, EI/CI, EI/LRI, EI/CI/LRI) - kérdezési mód választása A puska (GCMS QP2010 technikai jellemzők) –műszaki háttér Tekintsük most úgy, hogy ebbe a céltáblába bevitt lövések reprezentálják azt a műveletet, ahogy a minta egy-egy komponensét sikerül eltalálni. És tételezzünk fel egy békés információ-szerző puskát. Egy ilyen célbalődözés sikerességét 3 tényző határozza meg: A céltábla: azaz mire lövünk (a mátrix összetétele, a vizsgálandó komponens) A célzó technikája, alátámasztja a könyökét, lehasal, nem szuszog stb… , vagyis, hogy pl.: melyik, vagy mely ionizációs tecnikákat válsztja. A puska: nem hordhat félre és csütörtököt sem mondhat, ennek kapcsán a GCMS QP2010 qvalitatí analízis szempontjából szemügyre vett technikai megoldásairól fogok beszélni. És e céltábla kapcsán a kvalitatív elemzést befolyásoló tényezőkről Igyekszem kijelentéseket tenni. Bevevezetésként: talált dolog Hogyan lehetne a bemutatáshoz hazsnálni A középhez közeli mező a Library search hasonlósági indexéhez hasonlít. Nekünk nincs ilyen könnyű dolgunk. Cél: a 10-be bevinni a találatot, nem elégszünk meg annyival, hogy ez vagy az a homológsor sőt talán hogy ez vagy az az izomer. Egy ilyen céltábla arra jó már csak, hogy az információkat körészórjuk.

4 A célzási mód EI/CI/LRI SEI/SCI/LRI EI/CI ,EI/LRI EI
Minél összetetebb technikát használunk, annál több dimenziós ismeret-mátrix áll a rendelkezésünkre. Pusztán az EI ionizációt használva nem feltétlenül vétjük el a meghatározandó komponest, de ez többnyire csak akkor derül ki, ha már meghatároztuk. Mondok ide egy példát: EI_ Alifás szénhidrogén homológsor majdnem ugynazt a spektrumot adja. EI CI : biztosabb Alifás kapcsán moltömeg dönt. EI CI LRI legbiztosabb Izomerek lri (retenció is kell) , mert nemcsak a móltömeg, de a spektrum is azonos lehet és ilyenkor nincs más csak a retenció ami különbséget tehet (TERPÉNES PÉLDA CIKKBŐL) ÁTVEZETÉS: Nézzük meg, mit kell tudnia az EI-nek a CI-nek és az LRI-nek, valamint ezek kombinációinak. EI

5 EI (elektron ütközéses ionizáció)
Termikus elektronok emittálódnak a filamentről és a gáz fázisú molekuláknak ütköznek. A molekulák ionizálódnak. A moltömeg a molekula ionból következtethető. A kémiai szerkezetre következtetés a fragmens ionokból történik. Lehetőség van minőségi és mennyiségi elemzésre Molekula Ion e- M+ e- e- M F2+ Ionizáció F3+ M Fragmentálódás M Mi történik EI ionizációnál? Megy megy stb… Tipikus elvétés lehet, pl.: szénhidrogén homológ sor EI spektruma: A homológ sor tagjaira ugyanazt vagy majdnem ugyanazt a spektrumot kapjuk. Molekula ion (kb 30%, amikor van ill. pontosabban: amikor megfelelő intenzitással van ahhoz jelen, hogy látszódjék) Ebben az esetben akkor tudunk helyesen dönteni, ha a spektrális információ mellett egy Móltömeg információ is rendelkezésre áll. Móltömeg információ: <20eV-os felvétel ill CI a megoldás. F1+ Fragmens ionok

6 EI -spektrum Fragmens Ionok (kémiai szerkezet) Molekula Ion (moltömeg)
Itt látunk egy EI spektrumot. Fragmens ionokból és molekula ionból áll. Ki meri azt biztosan mondani, hogy a 298-as a molekula ion. A felsorolás a molekula ion hangsúlyosságának sorrendjét mutatja különböző családokra. Aromásoknál egész biztosak lehetünk, míg alifásoknál a homológ sor Tagjainak spektrumai egymáshoz nagyon hasonlíthatnak, mert csak egy kis intenzitású molekulaion megjelenése képezi a különbséget. Ezért itt az a válasz, hogy nem biztos. Ezért lehet ilyenkor azzal própálkozni, hogy nem 70 eV-os elektronokkal vegezzük Az ionizálást, hanem ennél kevésbé rátarti <20eV energiájú emittált elektronokkal. Ekkor mivel a fragmentálódás valamennyire háttérbe szorul, a molekulaion megnő. Ez lehet egy plussz információ. ÁTVEZETŐ: A molekula –ion és ezzel a móltömeg biztos meghatározására a CI alkalmas. Tipikus elvétés lehet, pl.: szénhidrogén homológ sor EI spektruma: A homológ sor tagjaira ugyanazt vagy majdnem ugyanazt a spektrumot kapjuk. Ebben az esetben akkor tudunk helyesen dönteni, ha a spektrális információ mellett egy Móltömeg információ is rendelkezésre áll. Móltömeg információ: <20eV-os felvétel ill CI a megoldás. Molekulaionok megjelenése EI spektrumon? Aromások>konjugált olefinek>olefinek>aliciklikus komponensek>ketonok>normál szénhidrogének>éterek, észterek, karbonsavak, alkoholok>aminok> elágazó szénhidrogének>polialkoholok (cukrok)

7 Reagens gáz ionizálása
CI (kémiai ionizáció) Termikus elektronok ionizálják a reagens gáz molekuláit. Ion-molekula reakció a minta molekulák és ionok között. A molekulatömeg meghatározására használható. M Ionizálás MH+ e- CH4 CH5+ C2H5+ Reagens gáz ionizálása Pszeudo-molekula ion Mi történik? Az ionforrásba reagens gázt vezetünk. Az elektronok ionizáljak a reagens gázt. A reagens gáz pedig a minta komponenseit. A „spektrumon” pszeudo-molekulaiont figyelhetünk meg. IDE KELL EGY LIB SEARCH ÁBRA Természetesen érdemes itt célszerű megfontolásokat tenni: Az EI és CI is dedikált ionforrások. Az EI mérések után , ugyanezeket a mintákat le kell mérni CI-ben is, ami azt jelenti, hogy ki kell cserélni az ionforrást. A nyagy teljesítményű vákkumrendszer lehetővé teszi ugyan a gyors visszaindulást de ez így is közel fél óra. Ha főleg qvalitatív méréseket kell csinálnunk, akkor érdemes un. Kombi Ionforrással dolgozni. Ez EI-ként és CI-ként is üzemeltethető. A kémai ionizációnál reagens gázt használunk. D1 azokra a komponensekre vagy komponens családra nézve, amelyek szerkezetükből adódóan valószinűleg (ld felsorolás) nem szolgáltatnak anyaiont D2 a ma használatos EI spektrumkönyvtárak 70 eV-on felvett spektrumokat tartalmaznak D3 kevesebb mennyiség fragmentálódik szét, több marad, jobban látszódik

8 Keresés spektrum hasonlóság alapján
EI CI vagy SEI-SCI Hasonlósági indexekkel ellátott találati lista Szűrés: Moltömeg alapján (CI) Mi történik? Az ionforrásba reagens gázt vezetünk. Ez a gyakorlatba úgy néz ki, hogy van egy EI spektrumunk és egy CI spektrumunk. Ha spektrum könyvtárbeli keresést hajtunk végre, az EI spektrum, különböző hasonlósági indexxel ellátott komponenseket fog kiadni, ezek közül a moltömeg ismeretében a találati halmazt drasztikusan csökkenthetjük Ha szerencsénk van 1-re. IDE KELL EGY LIB SEARCH ÁBRA

9 Hasonló spektrumok, ionforrás: EI
16C:1w7 50 100 150 200 250 300 350 0e3 500e3 1000e3 1500e3 74 87 55 143 101 129 227 270 115 97 255 298 199 185 18C:1w9 2000e3 326 283 20:1w11 3.0e6 Nézzünk egy mási megközelítést: A három EI spektrumon egy homológ sor 3 tagja van. Minden látványos különbség nélkül. Ebben az esetben megoldás lehet az EI spektrum és LRI használata is. (ekkor nincs szükség kémiai ionizációra) A minőségi meghatározáshoz szükséges információt a lineáris retenciós index fogja adni. ÁTVEZETŐ: Ennek menete a következő: A GC FID kapcsán bevált azonosítási mód MS hiányos állapotban. Felütés. Mivel kell még egy dimenzió és ez a kromatográfiás oldaltól várható. 2.0e6 1.0e6 0.0e6 Homológ sor tagjai

10 Keresés eredménye Hasonlósági indexekkel ellátott találati lista
LRI szűrés előtt Heptadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhy Hexadecanoic acid, methyl ester (CAS), methyl Octadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhyl Nonadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhyl Pentaadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhy Tridecanoic acid, methyl ester (CAS), methhyl tr Heptadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhyl hexadecanoate Keresünk közkedvelt spektrum könyvtárban,vagy könyvtárakban. Aminek az eredménye egy hasonlósági indexekkel ellátott találati halmaz.

11 LRI-vel támogatott minőségi analízis
Ini. GC MS Kromatogram Átv hogyantudjuk hazsnosítani az LRI-t??? EI ionizációval megmérjuk a mintánkat, Kapunk egy kromatogramot, ami lehet TIC vagy MC, amit LINEÁRIS RETENCIÓS INDEX számításához használunk fel. Majd elvégzünk egy spektrum keresést. Keresés könyvtárban Lineáris Retenciós Index

12 LRI Lineáris Retenciós Index számítása
TIC C10 PARAFINOK 12.5e6 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 10.0e6 7500e3 5000e3 2500e3 0e3 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 MINTA Fent látjuk a paraffin standardot Középen a minta kromatogramját, Lent pedig a kalkulust. Természetesen ez szoftveresen, a minőségi azonosítás párbeszédablakaiban végezzük. LRI = 100×n + 100× (RTT - RTCn) / (RTCn+1 - RTCn)

13 Keresés eredménye Spektrum könyvtár használatával+ LRI szűrő
92 Hexadecanoic acid, methyl ester (CAS), methyl Hexadecanoic acid, methyl ester (CAS), methhyl hexadecanoate Spektrum könyvtár használatával+ LRI szűrő Egy találat! Ezek után mintegy szürőként a saját magunk által létrehozott Lineáris retenciós indexeket tartalmazó Könyvtárban történő kereséssel csökkelntjük a találatok számát. ÁTVEZETÉS:

14 Egy céltábla kapcsán Egy célbalövési gyakorlat sikerességét 3 tényező határozza meg: A céltábla (egyedi komponensek, vizsgálandó mátrix) A célzó technikája (EI, EI/CI, EI/CI/LRI) - kérdezési mód választása A puska (GCMS QP2010 technikai jellemzők) –műszaki háttér Tekintsük most úgy, hogy ebbe a céltáblába bevitt lövések reprezentálják azt a műveletet, ahogy a minta egy-egy komponensét sikerül eltalálni. És tételezzünk fel egy békés információ-szerző puskát. Egy ilyen célbalődözés sikerességét 3 tényző határozza meg: A céltábla: azaz mire lövünk (a mátrix összetétele, a vizsgálandó komponens) A célzó technikája, alátámasztja a könyökét, lehasal, nem szuszog stb… , vagyis, hogy pl.: melyik, vagy mely ionizációs tecnikákat válsztja. A puska: nem hordhat félre és csütörtököt sem mondhat, ennek kapcsán a GCMS QP2010 qvalitatí analízis szempontjából szemügyre vett technikai megoldásairól fogok beszélni. És e céltábla kapcsán a kvalitatív elemzést befolyásoló tényezőkről Igyekszem kijelentéseket tenni. Bevevezetésként: talált dolog Hogyan lehetne a bemutatáshoz hazsnálni A középhez közeli mező a Library search hasonlósági indexéhez hasonlít. Nekünk nincs ilyen könnyű dolgunk. Cél: a 10-be bevinni a találatot, nem elégszünk meg annyival, hogy ez vagy az a homológsor sőt talán hogy ez vagy az az izomer. Egy ilyen céltábla arra jó már csak, hogy az információkat körészórjuk.

15 A puska Cél: jó minőségű spektrum + nagy érzékenység
Technikai megoldások -energetikailag homogén felület -nagy pásztázási sebesség -nagy jelmintázási sebesség -fókuszált ionnyaláb -differenciális vákuum rendszer -detektor-zajcsökkentési technika A puska: Milyen technikai megoldások segítenek abban, hogy a minőségi azonosítás megbízható legyen Direkt, indirekt,összességében tekintett intenzitások nőnek. A puskának nem szabad félrahordania. És a puska nem mondhat csütörtököt. Szerdán főleg nem mondhat csütörtököt. Jobb oldal fent: egy kis összefoglaló arról, hogy mi biztosítja qGCMS rendszernél A jó minőségű spektrum előállítását. felsorolás -az energetikailag homogén felület -az ion fókuszálás (indirekt módon qvanti oldalról) -a vákuumrendszer kialakítása -a zajcsökkentett detektor -a nagy scan speed és jelmintázási sebesség Most végezetül lássunk ezekről egy-egy kockát.

16 Energetikailag homogén felület
Mire jó az energ hom fel,. Hogyan hat? Ami az emberi szemnek fényes, azon a molekula elcsúszik. Az energetikailag homogén felületen adott adszorbeálódni szerető alkotó nem tud mihez kezdeni. Ennek az a jelentőssége, hogy a spektrumunk „szellem” ion mentes legyen. Amire rá lehet mondani hogy karakterisztikus spektrum. Jobb oldalon az ionforrás, Lent és fent a filamentek (duál) Az oszlopról jövő komponensek bejüvési irányához képest 90 fokban dolgozik a repeller lencse és az ionokat A lencserendszer valamint a Pre rod irányába kényszeríti. Cél: adszorpció visszaszorítása (nincs degradáció)

17 Gyors pásztázás (10000 amu/s)

18 Nagy jelmintázási sebesség
50 spectra 1 sec 10000 amu/sec Range: amu Interscan: 0.02 sec (50Hz) TIC Sokat használtam a jó minőségű szót. Mit takar ez? Krakterisztikus, az anyagi minőséget a lehetőségek szerint lehető legjobban reprezentáló spektrumot. Átlagolás Ahhoz hogy átlagolhassunk, a következő 2 feltétel szükséges: Nagy scan speed Nagy jelmintázási sebesség. Sok múlik az átlagoláson. Statisztikailag és valójában is elképzelhető, hogy minél több spektrumból hozzuk létre az átlagspektrumot annál inkább közelít az idealisztikusan karakterisztikus spektrumhoz. A sok spektrum kompromisszum kérdése. Ahhoz, hogy sok spektrumot vehessünk fel, nagy Scan sebességgel kell rendelkezni. (10000 amu/s) Ha ez nem lenne, akkor ugyan nagy scan speed, de nagyon kis tartományban, ami nem informatív, vagy a fordítottja, kevés spektrum, viszonylag nagy tartományban. DE MI TÖRTÉNIK, AMIKOR EGY ILYEN TARTOMÁNYT MEGADUNK? Ld spektum átlagolás leírása

19 Egyezés a spektrum könyvtárral
50 spektrum átlaga Library KÜLÖNBSÉG

20 Shimadzu GCMS QP2010 10000 amu/s 50Hz

21 Micimackó: a kvantitatív!
Semmiből nem lesz semmi! Micimackó a kvantitatív, itt épp azt gondolja, hogy semmiből nem lesz semmi. Ugye MICIMACKÓTÓL mindig azt szoktuk meg, hogy szívózik. Ezért micimackó kérdezget. Mindig csak kérdezget. Analitikailag. Hogy analitikailag hogy kérdezget….? LÁTZSIK, AHOHY PATTAN KI A FEJÉBŐL…. Vagy : és erre micimackó a kvantitatív, azt mondja, hogy semmiből nem lesz semmi.

22 Ananilitikailag hasznosítjuk Micimackó gondolatait
Feladat: Analitikailag hasznos jel növelése + Zaj csökkentése Ha van valami, akkor az legyen mérhető. Ha jelen van az alkotó, akkor legyen jel. + Ha nincs semmi, akkor ne lássunk semmi helyett valamit . Minimalizáljuk a zajt, hogy az ne tűnjön fel jelként. Ananilitikailag továbbgondoljuk micimackó gondolatait Mi játzsódik le micimackó fejében?

23 Technikai megoldások -Nagy hatékonyságú ionforrás -Ionáram fókuszálás
-DifferenciálisVákuum rendszer -Véletlen zaj csökkentése

24 Nagy hatékonyságú ionforrás
Repeller lencsék Filament Mire jó az energ hom fel,. Hogyan hat? Ami az emberi szemnek fényes, azon a molekula elcsúszik. Az energetikailag homogén felületen adott adszorbeálódni szerető alkotó nem tud mihez kezdeni. Ennek az a jelentőssége, hogy a spektrumunk „szellem” ion mentes legyen. Amire rá lehet mondani hogy karakterisztikus spektrum. Jobb oldalon az ionforrás, Lent és fent a filamentek (duál) Az oszlopról jövő komponensek bejüvési irányához képest 90 fokban dolgozik a repeller lencse és az ionokat A lencserendszer valamint a Pre rod irányába kényszeríti.

25 Fókuszálás: a detektorba jutó mennyiség növelése:
Az ionforrásból kilépő ionáramot egy ionoptika fókuszálja. Minél inkább nyaláb az ionnyaláb, annál nagyobb a detekrorba jutás esélye. Itt a mennyiség közvetett módon a spektrum minőségére is hat a S/N-en keresztül. Fókuszált ionnyaláb

26 Differenciális turbo pumpa rendszer
Vákuum rendszer Detektor 2.Turbomolekuláris pumpa a quadrupol alatt 60L/s 1. Ionforrás alatt elhelyezett nagy teljesítményű 260L/s turbo pumpa. Elszívja, ami nem ionizálódott. A jövőben sem tud így zavarkeltés céljából ionizálódni. 2. A q-tér alatt elhelyezett turbopumpa 60L/s Kevesebb inert molekula a quadrupol térben, nem ütközik semleges (pl. vivőgáz) részekkel, javul az ionátviteli hatásfok, Megint csak az S/N-en keresztül javítja a spektrum minőségét. 1.Turbomolekuláris pumpa az ionforrás alatt 260L/s Differenciális turbo pumpa rendszer

27 Zajcsökkentési technika
EM Konverziós Dinóda Az EM első dinódája Over-drive lencse rendszer Semleges részecskék Ionok Ahhoz, hogy lehetőségekszerint minél karakterisztikusabb spektrumhoz jussunk, Minden olyan hatást ki kell szűrnünk ami a detektor zaját növelné. Erre szolgál az ÁTVEZETŐ lencsrendszer. A q-tér utáni vezetést végzi. Látszik, hogy csak a „sárgák” jutnak át. Majd egy konverziós dinóda, ami elengedhetetlen a detektor hosszú élettartama szempontjából is. Végül az EM. Alacsony zajú detektor egység: a semleges molekulák becsapódnak az over-drive lencserendszerbe, ezzel a véletlen zaj csökken.

28 Érzékenységi adatok EI Scan 1 pg OFN (m/z272.0) SN 60
EI SIM 100 fg OFN (m/z272.0) SN  60 CI Scan 100 pg benzophenone (m/z 183.1) S/N150 CI SIM 10 pg benzophenone (m/z 183.1) S/N150 NCI Scan 100 fg OFN (m/z 272) SN 100 NCI SIM 10 fg OFN (m/z 272) SN 100

29 Shimadzu GCMS QP2010 -energetikailag homogén felület
-nagy pásztázási sebesség -nagy jelmintázási sebesség -fókuszált ionnyaláb -differenciális vákuum rendszer -detektor-zajcsökkentési technika

30 Simkon Kft. www.simkon.hu (1) 403 44 20 Szakay Miklós 30 9 783 901
Két lógó. A céltábla kapcsán a minőségi azonosítás kerül bemutatásra. Micimackó pedig a kvantitatív meghatározás terén lesz segítségünkre, mert elsősorban micimackó Nem azt a kérdést teszi fel, hogy méz-e a méz, mert ezt már megválaszoltuk neki, Ahanem, hogy mennyi van a mézesbödönben….ez egy örök micimackói és környezetanalitikai kérdés. Ezt slidera Szakay Miklós