gc ms aula qo 427-marcoseberlin

8/16/2019 Gc Ms Aula Qo 427-MarcosEberlin

1/78

CROMATOGRAFIA GASOSA ACOPLADA A ESPECTROMETRIA DE

MASSAS – GC‐MS

Princí ios e A lica ões

[email protected]@gmail.com

1


2/78

1. Introdução

Instrumentação

Direto EI B Multiplicador e‐

GCHPLC

CIAPCI

Q Tof

MCP

ESI LIT

Orbitrap 2


3/78

1. Introdução

O que é cromatografia??

• 1906 – Botânico russo Mikhail Tswett

3


4/78

1. Introdução

4


5/78

2.Cromatografia Gasosa

O principal mecanismo de separação da Cromatografia Gasosa (CG) está baseadona partição dos componentes de uma amostra entre a fase móvel gasosa e a fase

.

• Alta sensibilidade;

•A amostra e/ou seus componentes devem ser voláteis e termicamenteestáveis!!! (temperaturas até 300 °C);

•

Tempos razoavelmente longos de analise.5


6/78

2.Cromatografia Gasosa

Sinal Registrado

Introduçãode amostra

Conversor

de sinal

Gás de ArrasteColuna Cromato ráfica

e Forno 6


7/78

Instrumentação

Instrumentação

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQ Tof IT

Multiplicador e‐

MCP

Sinal Registrado

Introduçãode amostra

ESIMALDI

LITICROrbitrap

Conversor de sinal

Gás

de

Arraste Coluna Cromatográficae Forno

Detector7


8/78

3. Ionização por Elétrons

8


9/78


Moléculas neutras, na fase gasosa (dessorção térmica), a uma

pressão típica de 10‐5 torr, são bombardeadas por elétrons, com

energ a t p ca e e . corre pr nc pa mente a ret ra a ou captura

de um elétron formando íons M+. ou M‐.. Íons positivos são

predominantes. M‐. se tornam importantes para moléculas com alta

.

M + e‐ (70 eV) →M+. (~ 5‐10 eV) + 2e‐ (~60‐65 eV)

9


10/78


Fonte de EI

10


11/78


12/78


Energia x Fragmentação

12


13/78


xemp os

C7H16 m=100 13


14/78


Características• Processo unimolecular. Os íons formados são rapidamente extraídos da fonte de

ionização pelo eletrodo de repulsão ("repeller“).• ons moleculares são formados com excesso de energia interna e se fragmentamtotal ou parcialmente.

fragmentos (estrutura); espectros reprodutíveis; bibliotecas de espectros de EI a70 eV; estável; fácil de operar; alta sensibilidade.

• Aplica‐se a moléculas de média e baixa polaridade e baixo peso molecular(~500u), voláteis e termo‐estáveis: moléculas orgânicas relativamente pequenas.

• Quando o íon molecular não é observado (devido a dissociação excessiva),existe um processo dissociativo exotérmico e portanto M+. é uma espécie instável.

• ocorre em ‐ s. ma em ca a ‐ mo cu as que en ram na on e e

EI é ionizada. 14


15/78

4. Ionização Química

Munson and Field ‐ 1966

• EI:

–

– Produz extensa fragmentação

– Muitas vezes tem M+.

– Quando não tem M+. ???

15


16/78


Fonte de CI

16


17/78


Ion zaç o

• Pressão ~ 10‐3 mbar;

• Método de ionização indireta e branda;

• Transferência de um róton do ás rea ente à molécula ‐

íon molecular protonado [M‐H]+;

•

íon molecular 17


18/78


CH

Iso‐C4H10

NH3

18


19/78


20/78

Instrumentação

Instrumentação

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQ Tof IT

Multiplicador e‐

MCP

Sinal RegistradoIntroduçãode amostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversor de sinal

Gás de ArrasteColuna Cromatográfica

e FornoDetector

20


21/78

5. Setor Magnético

etor Magn t co

21


22/78

5. Setor Magnético

etor E tr co

passar pelo Setor Magnético 22


23/78

5. Setor Magnético

Dup a Foca zaç o

23


24/78

5. Setor Magnético

Francis Aston

Francis Aston constrói o primeiro espectrógrafo de

massa com focalização de velocidade com poder dereso uç o e .

•1937Aston constrói um espectrógrafo de massa com poderde resolução de 2000

• Descobriu 212 dos 287 isótopos naturais 1922

• "his mass spectrograph, of isotopes, in a large number of non‐radioactive elements, and for his enunciation of the

‐

24


25/78

5. Setor Magnético

Francis Aston

25


26/78

5. Setor Magnético

Miss o Vi ing

26


27/78

5. Setor Magnético

Ca utron

Ma n Ca utron 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)

. . .

27

ã ó i


28/78

6. Razão Isotópica

az o so p ca

28

6 R ã I ó i


29/78


az o so p ca

29

6 R ã I tó i


30/78


az o so p ca

30

6 R ã I tó i


31/78


az o so p ca

31

6 Razão Isotópica


32/78


32

6 Razão Isotópica


33/78


33

6 Razão Isotópica


34/78


34

6 Razão Isotópica


35/78


Características

• Alta resolução ~50.000

~ ‐

•

•

Feixe

contínuo

35

7 Quadrupolo


36/78

7. Quadrupolo

uatro ólos aco lados dia onalmente

• Idealmente hiperbólicos

– Substitui‐se por circulares

• Voltagem RF e DC

Para Quadrupolos

Circulares

D/d = 1.148

36

7 Quadrupolo


37/78

7. Quadrupolo

Dimensões

Quadrupolo sintonizado para m/z 200 e íon de m/z 200

Freqüência = 880 kHz

Comprimento = 20 cm

Tempo de permanência aproximado = 64 s

37

7. Quadrupolo


38/78

7. Quadrupolo

arac er s cas

• ~

• Paralelismo é muito im ortante !

• Simples

• Varredura discriminatória

38

7. Quadrupolo


39/78

7. Quadrupolo

spec rome r a e assas

39

7. Quadrupolo


40/78

7. Quadrupolo

Experimentos – Varredura (MS)

–

– SRM / MRM (MS/MS)

–

– Varredura de Íons Precursores (MS/MS)

– arre ura e er a eu ra

40

7. Quadrupolo


41/78

Q p

41

8. Ion Trap


42/78

p

Ion Trap 3D

42

8. Ion Trap


43/78

p

Ion Trap DArmadilha iônica desenvolvida por

Wolf an Paul Nobel de Física de 1989

43

8. Ion Trap


44/78

Ion Trap D

• “ ”

• Conectados à uma voltagem RF/AC

• Segue a equação de Mathieu 44

8. Ion Trap


45/78

Sequência de Eventos (MS)

• A risionamento• Resfriamento

• Varredura

• Detecção (por instabilidade de órbita)

Sequências no Tempo !!! 45

8. Ion Trap


46/78

Desvantagens

Chemical Shift

• Interações entre os íons causam desvio de órbita dentro do trap;

• Provoca um erro de massa em alguns casos.

• Fonte de íons deve ficar afastada do tra

• Possibilidade de reações Íon molécula (CI);

• Usa‐se um guia de íons para fazer a transferência de íons. 46

8. Ion Trap


47/78

Espectrometria de Massas Sequencial no Tem o IT

• Eventos de análise de m z, dissociação e análise de m z ocorrem

no IT;

• Eventos ocorrem no tempo;

• n co ana za or m z, v r os exper men os;

• Dissociação é realizada com He;

• Nova fonte de RF excita os íons axialmente, provocando o

47

8. Ion Trap


48/78

Desvantagens

‐

• Nas condi ões de CID;

• Íons de massa baixa não são estáveis nessas condições;

• Íons com massa


49/78

8. Ion Trap


50/78

MSn

• Experimentos de MS sequencial com n > 2 são possíveissem custo;

• asta repet r os c c os e se eç o, res r amento,dissociação e varredura;

• Limitado pela sensibilidade (somente 1 acumulação !);

• Aplicações c/ n=3, demonstrado c/ n=12.

50

8. Ion Trap


51/78

Ion Trap Linear LIT• Outra forma de “Trap”;

• Várias melhorias em relação ao 3D:

– Maior capacidade

– Menor LMCO

– Menor chemical shifts

• Dois tipos extração:

– Radial (Thermo)

– Axial (Applied Biosystems) 51

8. Ion Trap


52/78

Configurações

Thermo52

8. Ion Trap


53/78

Configurações

AB Sciex

53

8. Ion Trap


54/78

54

9. Time‐of ‐Flight


55/78

Time‐of ‐Flight ‐ TOF

• Princí io mais sim les dos analizadores

• Íons 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.

55



56/78

TOF Linear

• Analisador Pulsado (não‐contínuo)• Grande sensibilidade (Não faz varredura)• Sem limite teórico de massa• a xo us o

•Baixa resolução (100‐400) devido à dispersões56



57/78

TOF Refletor

• Alta resolução (10000‐20000)• Alta exatidão (~ 3‐10 ppm)• Limite de massa (até 8000 a 10000)

• Menor sensibilidade 57

Instrumentação


58/78

Instrumentação

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQ Tof IT

Multiplicador e‐

MCP

Sinal

Registrado

Introdução

de amostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversor de sinal

Gás de Arraste

Coluna

Cromatográficae Forno Detector 58

10. Detectores


59/78

DetectoresO detector tem a função de detectar e amplificar o sinal

a corren e e ons que vem o ana sa or e rans er r osinal para o sistema de processamento de dados.

Os principais tipos de detectores são:

• Multiplicador de elétrons

‐

59

10. Detectores


60/78

Multiplicador de Elétrons• Dinodo de conversão que é utilizado para converter íons positivosou negativos em elétrons.

• Potencias mais altos nos dinodos de conversão são utilizados paraacelerar íons de massa altas e assim melhorar a sensibilidade

60

10. Detectores


61/78

u p ca or e rons

61

10. Detectores


62/78

MCP• um mu p ca or e e rons mu o r p o

período de 4‐5 ns

62

10. Detectores


63/78

63

Instrumentação


64/78

Instrumentação

DiretoGCHPLC

EICIAPCIAPPI

BQ Tof IT

Multiplicador e‐

MCP

Sinal

Registrado

Introdução

de amostra

ESI

MALDI

LIT

ICROrbitrap

Conversor de sinal

Gás de ArrasteColuna Cromatográfica

e Forno Detector 64

11. Acoplamentos


65/78

cop amen os

65

11. Acoplamentos


66/78

GC/MS: The direct coupling of gas chromatography (GC)and TOF MS was achieved in the mid-1950s by Roland S.Gohlke and McLafferty of Dow Chemical Co., Midland, Mich., inco a ora on w ey, c aren, an an arr ng on aBendix. At about the same time, GC was coupled to amagnetic sector instrument by Joseph C. Holmes and Frank A.Morrell of Phillip Morris, Richmond, Va., among others.Fred McLafferty

Finnigan 1968 – Hewlett‐|Packard 1971

66

11. Acoplamentos


67/78

67

Configurações


68/78

Configurações de Equipamentos

68


69/78

Exemplos

í á


70/78

rocar one os po cí c cos arom

ácos

• Amostra – Matriz simples ou complexa? solo,águas, sedimentos, part

í culas no ar, entreoutros

• Monitorados e re ulamentados 16 HPAs 7

HPAs são classificados comocarcino ênicos ela – IARC

• Otimização da separação cromatográfica

‐

• Limites de detecção

IARC International Agency for Research on Cancer

Exemplos

–


71/78

Exemplos

‐


72/78

100 128

100 152

MW: 128 C10H8 (main lib) Naph tha lene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

50

26 3951 64

77 85 89 97102

113

MW: 152 C12H8 (mainlib) Acenaphthylene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1600

50

14 27 37 44 50 55 63

76

78 84 89 98 109 120126

50

100 153

50

100 166

MW: 154 C12H10 (ma inlib) Ac ena ph thene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 1700

14 27 32 39 51

63

87 98 110 126

139

MW: 166 C13H10 (mainlib ) Fluorene

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 1800

14 26 39 44 51 5663 69

74

82

87 97 115

122139

150

Exemplos

‐


73/78

100 178

100 178

MW: 178 C14H10 (main lib) Anthracene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 10 1 20 1 30 140 1 50 1 60 1 70 1 80 1900

50

27 38 50 63 6976 89

98 110 126 139152

163

MW: 178 C14H10 (ma inlib ) Phenanthrene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 20 1 30 1 40 1 50 160 1 70 180 1900

50

27 39 50 63

7689

98 110 126 139

152

163 184

50

100202

50

100 228

(ma inlib) Fluoranthene

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 2100

39 50 62 74 88101

110 122 150 162 174

MW: 228 C18H12 (mainlib ) Benz[a]anthra cene

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 2400

28 39 50 63 74 88

101114

122 150 163 174 187 200

Exemplos


74/78

• Su stancias entorpecentes psicotrópicas, e seus metabólitos – Anfetaminas e

Metanfetaminas

– Cocaína ‐Metabólitos

– Maconha ‐Canabinoides

Exemplos


75/78

Acidic/neutral drugs resolved to baseline Acidic / neutro drogas resolvidos com a base de referência

1. Methprylon2. Butalbital3. Amobarbital

5. Glutethimide6. Phenobarbital7. Methaqualone

. epro ama e . r m one

Figure 1a Analyze underivatized acidic drugs or basic drugs under the same conditions, using an Rxi™‐5ms column (http://www.restek.com/aoi_forensics_A002.asp)


76/78

Exemplos


77/78

Atividades:


78/78

• Entregar a Atividade 3;

• 28/09 (sexta) – Reservado para Atividade 4:“ ‐

cientifico publicado na Quimica Nova sobre o Uso e em ana ses org n cas

78

gc ms aula qo 427-marcoseberlin

Documents