Análisis por dilución isotópica en espectrometría de masas.

Aplicaciones y nuevos desarrollos

Rubén García Especialista ICP-MS Agilent Technologies

Expertos en Aplicaciones

Laboratorios de ensayo. Tendencias actuales

• Legislación (nuevos compuestos, MRLs + bajos)

Instrumentación + sensible MS

• Aumentar productividad Métodos multianalito (MS),

cromatografía más rápida (nuevas columnas)

• Mayor oferta a clientes Variedad muestras y analitos

• Tratamiento muestra sencillo/automatizado QuEChERs, fibras,

twister…

• Métodos acreditados Calidad ensayos, ENAC, alcances abiertos

Métodos MS más rápidos, robustos y fiables

Laboratorios de ensayo. Limitaciones

• Tolerancia a efecto matriz menor (LC-MS)

• NO tiempo/recursos para optimizar metodologías

• Rendimientos bajos, irreproducibilidades…

• Elevado nº validaciones y controles de calidad

Métodos MS más sencillos, robustos y fiables

Espectrometría de masas: Estrategias Analíticas

• «Matrix-matched calibration»

Muestras diferentes calibraciones diferentes

«Calibrators» mismo tratamiento muestras

No corrige fluctuaciones en señal del equipo

• «Surrogates»

Surrogate no compensa irreproducibilidades para

todos analitos

No corrige efecto de matriz en MS

Se usa en combinación con otras estrategias

Espectrometría de masas: Estrategias Analíticas

• «Internal standards» (Dilución isotópica clásica)

Uso como surrogate coste elevado (adición a

calibrados, blancos, QCs, muestras). Proceso

analítico completo

Uso como ISTD NO corrige las

irreproducibilidades ni procesos no cuantitativos del

tratamiento de muestra

QUANTID® Technology

www.isc-science.com

QUANTID® es una solución innovadora desarrollada por

ISC-SCIENCE en colaboración con Agilent Technologies

que, en combinación con espectrometría de masas (GC-

MS, LC-MS & ICP-MS), permite a los laboratorios:

• Resolver problemas instrumentales

• Facilitar la preparación de muestras

• Mejorar la calidad de los resultados obtenidos

• Ahorrar costes

• Aumentar la productividad

Variedad de aplicaciones QUANTID® para los sectores

agroalimentario, medioambiental y clínico.

QUANTID® Technology

QUANTID® usa trazadores marcados con isótopos

estables para cuantificar el contenido de un analito en

cualquier muestra.

Se puede calcular directamente la cantidad del

compuesto en la muestra sin necesidad de calibración

Está considerado como un método absoluto, que

suministra resultados de elevada calidad metrológica.

Método establecido para certificación de CRMs

(excelentes precisión y exactitud)

QUANTID® Technology

Los beneficios de la tecnología QUANTID® vienen de la

combinación de 2 elementos básicos y diferenciadores:

“Non-deuterated Minimal Labelling” y “Isotope Pattern

Deconvolution”.

• Non-deuterated Minimal Labelling Trazadores

marcados en pocos átomos (NO deuterio),

preferiblemente en heteroátomo.

• Isotope Pattern Deconvolution (IPD) Herramienta

quimiométrica/matemática desarrollada por ISC-

SCIENCE para tratamiento de datos MS.

QUANTID® Technology: Características básicas

QUANTID® Technology: Minimal Labelling

I na

t / I e

nr

Nnat / Nenr

I na

t / I e

nr

Nnat / Nenr

Non-linear calibration graphs

No differences in its

physicochemical properties

Isotopic effects

Linear graphs

ma m/z

Ab

un

da

nc

e

Natural compound 13Cx or dx compound

mc m/z

Ab

un

da

nc

e

Δm=X

mb m/z

Ab

un

dan

ce

13C1 compound

Δm=1

No solapamiento de

masas

(Dilución Isotópica

Clásica)

Solapamiento espectral

(QUANTID®)

QUANTID® Technology: Minimal Labelling I n

at / I e

nr

Nnat / Nenr

No differences in its

physicochemical properties

I na

t / I e

nr

Nnat / Nenr

Isotopic effects

Linear graphs

ma m/z

Ab

un

da

nc

e

Natural compound

Δm=X

13Cx or dx compound

mc m/z

Ab

un

da

nc

e

mb m/z

Ab

un

dan

ce

13C1 compound

Δm=1

IPD

No solapamiento de

masas

(Dilución Isotópica

Clásica)

Solapamiento espectral

(QUANTID®)

QUANTID® Technology: IPD

Técnica quimiométrica/matemática que permite

determinar la contribución de distintos compuestos en

espectros de masas complejos - Regresión lineal

múltiple

Isotope Pattern Deconvolution (IPD)

Xnat

Xenr

IPD

n

n

enr

nat

n

enr

n

nat

n

enr

n

nat

enrnat

enrnat

enrnat

n

mix

n

mix

mix

mix

mix

e

e

e

e

e

x

x

AA

AA

AA

AA

AA

A

A

A

A

A

1

3

2

1

11

33

22

11

1

3

2

1

....

.........

enr

natenrnat

X

XCC

Medida de relaciones isotópicas por

Espectrometría de Masas

Relaciones isotópicas elementales.

Relaciones isotópicas en moléculas gaseosas o en sus fragmentos.

Relaciones isotópicas en iones en disolución o sus fragmentos.

Los QUANTID® Kits contienen una guía de usuario con las instrucciones

de uso, mix de trazador de concentración, pureza y abundancias isotópicas

certificadas, nota de aplicación con el método de análisis, herramientas para el

tratamiento de datos y, de manera opcional, incluye 3 días de training para la

implantación y puesta a punto de la tecnología en el laboratorio del cliente.

• PBDE QUANTID® Kit

• Butyltin QUANTID® Kit

• Methylmercury QUANTID® Kit

• BTEX QUANTID® Kit

• β-Agonist QUANTID® Kit

• Inorganic OID® Kit

QUANTID® Kits

PBDE QUANTID® Kit

EU Water Framework priority congeners

Water and fish

sample analysis

BDE28 BDE47 BDE99 BDE100 BDE153 BDE154

81Br labelled PBDEs

• Niveles legislados en aguas muy bajos (0.5 ngL-1).

GC(EI)-MS no se alcanzan.

• Trazadores marcados en 81Br instrumentación +

sensible: GC(CI)-MS, GC-ICP-MS.

• Relación directa 79Br/81Br + fácil, resultados + exactos

y precisos.

PBDE QuantID® Kit: Ventajas

Butyltin QUANTID® Kit 119Sn enriched MBT,DBT,TBT

210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350

5.0E4

1.0E5

Time (s)

118

119120

Sig

nal

(Cou

nts

)

TBT (6.7 ng kg-1)

DBT (3.0 ng kg-1)

MBT (1.4 ng kg-1)

GC/MS, ICP/MS or LC/MS Analysis

of Water Sedimen

t

Biota

• Niveles legislados en aguas muy bajos + problema

de blancos (0.2 ngL-1). No se llega a los límites

establecidos.

• Trazadores enriquecidos en 119Sn ICP-MS

(relación directa 119Sn/120Sn). Especiación con GC o

LC.

• Procesos de preconcentración no cuantitativos;

facilita metodologías de preparación de muestra.

Butyltin QUANTID® Kit: Ventajas

Methylmercury QUANTID® Kit

Analysis of

fish, fish products and clinical samples

ID-GC-ICP-MS Method

CEN European Standard

201Hg enriched Methylmercury

• Se espera legislación en aguas y productos de la

pesca (Hg total).

• Trazadores enriquecidos en 201Hg ICP-MS

(201Hg/202Hg).

• Procesos de preconcentración no cuantitativos;

facilita metodologías de preparación de muestra.

Methylmercury QuantID® Kit: Ventajas

OID® Kit

Disoluciones multielementales

Kits y mezclas

personalizadas

disponibles para los

sectores:

• Medioambiental

• Agroalimentario

• Clínico

Mayor productividad

Mejor funcionamiento

LODs más bajos

ISOTÓPOS ELEMENTALES

Ventajas del análisis por dilución isotópica en ICP-

MS

Page 24

• Acorta tiempos de análisis.

• Evita recalibraciones.

• Elimina problemas de patrones. internos en matrices complejas.

No empleo de calibrados

• Corrección inestabilidades del plasma (Patrón interno ideal).

• Corrección total de los efectos de matriz (Patrón interno ideal).

Medida de Relaciones Isotópicas

• Método de referencia en el análisis de trazas.

• Alta calidad metrológica (Acreditaciones).

Elevada Precisión y Exactitud

La dilución isotópica en el control medioambiental

La dilución isotópica en muestras biológicas

La dilución isotópica en el análisis de alimentos

La dilución isotópica en la certificación de

materiales de referencia

Instrumentation

Autosampler

Agilent “T”

Agilent 7500ce Sample

Isotopic tracer

Mixture

Sample

Isotopic tracer

Mixture

Time

Standard Samples

Blanc

Isoto

pe

Rati

o C C

R R

R R

R R

R R s st

st n

m n

sp m

sp st

1

1

Matrices tested

Drinking water

River water

Waste water

Sea water

Urine

Blood

Sludge

Bone dust

Water samples Clinical samples Soils

Internal CaOH interference correction on 57Fe

Isotope Dilution in routine analysis

105

Adquisition parameters

Adquisition mode: Helium mode

He Flow: 4 ml min-1

KED: 3V

Integration time: 0.1s

Analysis time per sample: 3 minutes

(20 samples/hour)

OIDA-ICP-MS for Drinking and continental waters

NIST-1643e (μg L-1) SLRS-4 (μg L-1)

Elemento Determinado Certificado Determinado Certificado

B 147 ± 18 157.9 ± 3.9 n.d. n.c.

Al 135 ± 2 141.8 ± 8.6 52.1 ± 0.3 54 ± 4

Cr 20.4 ± 0.2 20.40 ± 0.24 0.36 ± 0.02 0.33 ± 0.02

Mn 38.7 ± 0.2 38.97 ± 0.45 3.24 ± 0.05 3.37 ± 0.18

Fe 96 ± 2 98 .1 ± 1.4 98 ± 2 103 ± 5

Ni 62 ± 1 62.41 ± 0.69 0.64 ± 0.06 0.67 ± 0.08

Cu 21.9 ± 0.6 22.76 ± 0.31 1.9 ± 0.1 1.81 ± 0.08

As 58 ± 2 60.45 ± 0.72 0.68 ± 0.04 0.68 ± 0.06

Se 12 ± 1 11.97 ± 0.14 n.d. n.c.

Cd 6.42 ± 0.09 6.568 ± 0.073 0.010 ± 0.002 0.012 ± 0.002

Sb 59 .1 ± 0.5 58.30 ± 0.61 0.25 ± 0.01 0.23 ± 0.04

Hg* 1.0 μg L-1 R = 97% 1.0 μg L-1 R= 96%

Pb 19.7 ± 0.2 19.63 ± 0.21 < L.D 0.086 ± 0.007

BCR-714 (μg L-1) SPS-WW1 (μg L-1)

Elemento Determinado Certificado Determinado Certificado

Al n.d. n.c. 1965 ± 37 2000 ± 10

Cr 133 ± 5 123 ± 10 195 ± 5 200 ± 1

Mn 117 ± 7 103 ± 10 405 ± 6 400 ± 2

Fe 1108 ± 73 1030 ± 110 1055 ± 179 1000 ± 5

Co n.d. n.c. 61.6 ± 0.9 60.0 ± 0.3

Ni 124 ± 12 108 ± 15 1042 ± 38 1000 ± 5

Cu 285 ± 16 309 ± 23 395 ± 15 400 ± 2

Zn 1015 ± 4 1000 ± 100 605 ± 35 600 ± 6

As 18 .1 ± 0.4 18.3 ± 1.6 96 ± 5 100.0 ± 0.5

Se 9 ± 2 9.8 ± 1.2 n.d. n.c.

Cd 20.8 ± 0.1 19.9 ± 1.6 19 ± 1 20.0 ± 0.1

Pb 161 ± 3 145 ± 11 98 ± 2 100.0 ± 0.5

OIDA-ICP-MS for waste waters

Internal CaOH interference correction on 57Fe

Sea water analysis

105

Dilution

Gas

Acquisition mode: He mode

He flow: 5 ml min-1

KED: 3V

Robusteness: Ultrarobust Medium

Integration time: 0.1s

Analysis time per sample: 3 minutes

20

samples/hour

Agua de Mar: Exactitud en adiciones sobre NASS-5

Elemento Exactitud al 10% V.P.

(%)

Exactitud al V.P

(%)

Exactitud a 2xVP

(%)

Al 6.2 5.5 2.8

Cr 5.2 1.4 2.1

Mn 4.2 3.7 3.3

Fe 3.5 1.2 1.9

Co 3.8 1.8 1.4

Ni 4.9 0.4 1.3

Cu 5.0 3.7 1.6

Zn 5.9 4.4 2.6

As 5.4 4.8 3.4

Se 9.8 6.2 3.1

Cd 6.6 5.6 1.8

Sb -3.5 -7.3 3.3

Hg 7.9 7.1 -3.6

Pb 4.3 3.8 3.1

Clinical samples: Urine

105

Correción CaOH sobre 57Fe interna

Método de Adquisición

Acquisition: He mode

He flow: 5 ml min-1

KED: 3V

Integration time: 0.1s

Analysis time per sample: 3 minutes

(20 samples/hour)

Sample preparation

1) Dilution 1:10 HNO3 1%

2) Dilution 1:5 HNO3 1%

Isotopic Dilution for Clinic Samples

NIST-2670a Low level

Element Dilution

1:5 HNO3

Dilution

1:10 HNO3

Certified value

Mn 2.61 ± 0.08 2.65 ± 0.04 2.6 ± 0.7

Co 0.125 ± 0.008 0.122 ± 0.004 0.166 ± 0.040

Cu n.d. n.d. n.c.

Zn 107 ± 4 108 ± 2 130 ± 30

As n.d. n.d. n.c.

Se 7.5 ± 0.5 7.3 ± 2.6 8 ± 3

Mo n.d. n.d. n.c.

Cd 0.051 ± 0.005 < L.D. 0.0591 ± 0.0034

Sn n.d. n.d. n.c.

Sb 0.98 ± 0.02 1..02 ± 0.07 0.971 ± 0.033

Hg 0.07 ± 0.03 < L.D. 0.0663 ± 0.0058

Pb 0.39 ± 0.03 0.40 ± 0.05 0.49 ± 0.16

Lodo de depuradora: BCR-146R

mg/Kg BCR-146R (Sewage Sludge) Industrial Origin

Elemento Determinado Certificado

Cr 173 ± 8 174 ± 7

Mn 288 ± 2 298 ± 9

Co 6.8 ± 0.2 6.5 ± 0.4

Ni 69 ± 2 65 ± 3

Cu 872 ± 20 838 ± 16

Zn 2959 ± 75 3040 ± 60

Cd 19.2 ± 0.2 18.4 ± 0.4

Hg 8.2 ± 0.2 8.4 ± 0.3

Pb 555 ± 17 583 ± 17

Productivity

Productivity Costs

>20 elements 250 mL/KIT

3 minutes/sample 0.1 mL/sample

20 samples/hour 2500 samples/KIT

500 Euros/KIT or 1000

Euros/KIT

20-40 cents/sample

• Time saving

• No Ar consumption for calibration

No calibrations

Spanish OID-ICP-MS Users

Laboratory Matrices

Soningeo (method recently accredited

according ISO/IEC 17025)

Waste water

Sea water

Guardia Civil Water samples

Iproma S.L. Drinking water

Laboratorio Arbitral

Agroalimentario

Wine samples

Policía Científica Water samples

Acciona Agua Sea water

Posibilita la eliminación de la calibración, lo que se traduce en

reducción de tiempo total de análisis y de tratamiento de datos.

Facilita la preparación de la muestra. Una vez añadido el

trazador, cualquier pérdida de analito será compensada por la

misma pérdida de trazador. No son necesarios rendimientos

cuantitativos.

Se evitan los problemas por efectos de matriz en muestras.

Corrige también las inestabilidades del equipo/cambios de señal.

OID® / QUANTID® Technology: Aportaciones

Se reducen los costes de análisis. Ahorro en consumo de

disolventes y en la preparación de patrones.

Se obtienen resultados de elevada calidad metrológica.

Proporciona exactitud y precisión excelentes.

Permite obtener límites de detección bajos. No son necesarios

procesos de separación/preconcentración conocidos y medibles.

OID® / QUANTID® Technology: Aportaciones