Was zeichnet ein gutes Massenspektrometer aus? - LW

Langenauer Wasserforum 2009:
Workshop Teil 1 (09:10 h - 09:40 h)
Zweckverband
Landeswasserversorgung
Einführungsvortrag:
„Was zeichnet ein gutes Massenspektrometer aus?“
Prof. Dr. Christian Neusüß
Hochschule Aalen
Was zeichnet ein gutes Massenspektrometer aus?
Christian Neusüß
Hochschule Aalen
Langenauer Wasserforum, 9. November 2009
schick
handlich
bequem
GravitationsMS
Aufbau eines Massenspektrometers
Massenanalysator
●
Q
● TOF
●
QqQ
● QqTOF
●
3D ion trap (IT)
● (LIT)Orbitrap
●
linear ion trap (LIT)
● (Qq)(LIT)FTICR
●
QqTrap
● Sektorfeld
Detektor
Ionenquelle
QqTOF MS
Charakteristika MS
●
hochauflösend
●
massengenau
●
isotopengenau
●
selektiv / universell
●
nachweisstark
●
dynamisch
●
schnell
●
flexibel
●
robust
●
bedienerfreundlich
●
preisgünstig
hochauflösend
●
Auflösung von Isotopen
28940.2
Hochauflösung an intaktem Protein mit ESI-TOF MS
28920
28930
28940
Erythropoietin (EPO)
28950
28960
28970
28980
m/z
28940.23
Overlap of two different forms
C809H1301N229O240S5
(C6H10O5)21
(C8H13NO5)18
(C6H10O4)3
(C11H17NO8)11
C809H1301N229O240S5
(C6H10O5)21
(C8H13NO5)18
(C6H10O4)3
(C11H17NO8)11
H2
28920
28925
28930
28935
28940
28945
28950
28955
28960
28965
m/z
Hochauflösung basierend auf Multipol-Geräten (Ionenfalle)
HUPO 2009
hochauflösend
●
isotopenauflösung
●
Anzahl von Verbindungen, die gleichzeitig erfasst werden können
Chloramphenicol in Honig: ESI-TOF
1500
500
328.1537
327.1942
326.1887
325.0297
324.0226
1000
327.0145
2000
C 11 H 13 Cl 2 N 2 O 5 ,323.02
326.0198
0.0
2500
+MS, 10.4-10.6min #(378-385)
325.0169
0.2
324.1672
0.4
323.0213
323.1494
0.6
323.0196
0.8
325.1779
Intens.
x104
326
327
0
323
324
325
328 m/z
Hochauflösung
aus Reemtsma JCA 2009
Anforderungen an das Auflösungsvermögen
aus Reemtsma JCA 2009
Hochauflösung ist aktuell
R=m/Δm
TOF: 5-40k
Orbitrap: 20-100k
ICR: 40 - >1000k
massengenau
 Elementzusammensetzung (keine Struktur!)
ID von Glucosinolaten mit ESI TOF MS
EIE 492.104 ± 0.01
800
600
C16H30NO10S3
Intensity x 102
400
200
0
EIE 492.062 ± 0.01
6
4
C18H22NO11S2
2
0
17
18
19
Time [min]
20
Sebuthylazin, Propazin, Terbuthylazin in Kamille
EIC m/z = 230,117 (C9H16ClN5)
x106
4
Intensität
2
1 Da
x105
4
2
± 0.01 Da
x105
1.0
0.5
± 0.003 Da
10
15
20
25
30
35
40
45Time [min]
Haarextrakt: Morphine?
Intens.
x105
+MS, 4.5-4.5min #(322-326)
1.50
328.1550
Results:
C19H22NO4 is best results:
- mass diff = 2ppm1.00
- isotopic pattern best
- N-rule, electron configuration, double
0.75
bond equivalents apply
1.25
286.1451
0.50
=> Monoacetylmorphine ([M+H]+)
identified
(CE migration time also close to diacetylmorphine)
0.25
145.0082
0.00
50
100
150
200
250
300
350
m/z
isotopengenau
●
zusätzliche Information zum Erhalt der Elementzusammensetzung
(reduziert Anzahl der Möglichkeiten typisch um 1 Größenordnung)
Identifizierung basierend auf genauer Masse + Isotopenmuster
1.2
A
6
436.0398 0.8
4
0.4
437.0425 438.0372
439.0397
440.0369
0.0
2
Experimental
0
1.2
B
436.0400 0.8
6
Intensity x 104
437.0427 438.0376
0.4
4
439.0400
440.0359
Glucoraphanin
0.0
2
C12H22NO10S3
sigma = 0.0167
0
1.2
C
437.0396
Automated
software
438.0351
436.0367 0.8
6
0.4
4
439.0375
0.0
C15H18NO10S2
2
sigma = 0.0231
0
435
436
437
438
439
m/z
440
441
442
Identifizierung basierend auf genauer Masse + Isotopenmuster
+ Trennung
[C12H22NO11S3]A
452.0350
[C16H20NO10S2]m/z = 450.057
450.0517
m/z = 448.076
451.0549
A
B
C
B
448.0762
Glucolesquerellin
[C14H26NO9S3]450.0641
449.0767
17.2
17.4
17.6
Time [min]
17.8
C
451.0640
Glucoalyssin
[C13H24NO10S3]calc m/z=450.0568
450.0563
448.0735
451.0609
449.0789
447
448
449
450
451
m/z
Bringmann, Kajahn, Neusüß et al.; Electrophoresis, 26, (2005) 1513-1522.
452
453
454
selektiv / universell
●
Ionisierung
●
Massenbereich
●
MS/MS
●
hochauflösend
●
ideal: messen universell, Datenauswahl: selektiv
●
sowohl MS als auch MS/MS fähig
nachweisstark
●
Typ Massenanalysator
●
Ionisierung, Ionentransfer, Detektor… (Hersteller Know-How!)
●
Anwendung (Typ Scan, MS-MS/MS, etc)
10 fg Buspiron
auf Säule
dynamisch
●
Peakintensität: Quantifizierbarkeit
●
Massengenauigkeit: Idenfizierbarkeit
Dynamischer Bereich ESI-TOFMS: Glutaminsäure: 0.05-250µM
6.E+06
5.E+06
Signal intensity
4.E+06
3.E+06 0
2
4
50
100
y = 17932x
R2 = 0.9999
6
2.E+06
1.E+06
0.E+00
0
150
200
Concentration [nM]
250
300
Dynamischer Bereich innerhalb eines Spektrums
schnell
●
Quantifizierung: mehrere Spektren pro Sekunde
●
komplexe Gemische, zahlreiche MS/MS-Spektren pro MS, pro
Sekunde
ion trap:
HUPO 2009
flexibel
●
universell oder selektiv
●
Ionisierung
 verschiedene API-Quellen verfügbar (gleichzeitig?)
 schnelles Umschalten ESI positiv ↔ ESI negativ
robust
●
Qualität konstant
●
wenig anfällig gegen Umgebungsbedingungen
●
wenig anfällig für Reparaturen
bedienerfreundlich
●
"1-Klick-Lösungen" ↔ alles möglich
●
intuitive Steuerung
preisgünstig
●
Lohnt sich die Neuanschaffung ?
●
2 Geräte statt einem ?
●
software ?
●
upgrades ?
●
service ?
●
Training ?
Charakteristika MS
●
hochauflösend
●
massengenau
●
isotopengenau
●
selektiv / universell
●
nachweisstark
●
dynamisch
●
schnell
●
flexibel
●
robust
●
bedienerfreundlich
●
preisgünstig
Eigenschaften gleichzeitig?
●
nachweisstark und hochauflösend?
 Linsen: bessere Fokussierung für bessere Auflösung, gleichzeitig geringere
Intensität
 Detektor mit höherer Ausgangsspannung = empfindlicher + geringere
Auflösung
●
hochauflösend und schnell?
 FT-MS (ICR, Orbitrap): längere Messzeit = geringeres Auflösungsvermögen
●
schnell und nachweisstark?
 weniger Summationen im TOF (höhere Messfrequenz) erhöht
Nachweisgrenze (schlechteres S/N-Verhältnis im einzelnen aufgezeichneten
Spektrum)
●
universell und selektiv und nachweisstark
 datenabhängige MS/MS in time (Ionenfalle) erhöht Nachweisgrenze im MS
eierlegende Wollmilchsau ?
Ultra12 – MS ?
wohl kaum!
www.eierlegendewollmilchsau.com
Charakteristika MS
●
hochauflösend
●
massengenau
●
isotopengenau
●
selektiv / universell
●
nachweisstark
●
dynamisch
●
schnell
●
flexibel
●
robust
●
bedienerfreundlich
●
preisgünstig
Hersteller müssen an allem arbeiten!
Anwender muss Prioritäten setzen !
Acknowledgments
●
Angelina Taichrib, Sabrina Vaas, Robin Mende, Svenja Bunz
(Aalen University)
Carolin Huhn (Leiden University Medical Center),
●
Uwe Demelbauer (Sandoz), Matthias Pelzing
(Bruker Daltonik, Bremen)
●
Gerhard Bringmann, Inga Kajahn
(University of Würzburg)
●
Support from various companies:
Alcor Bioseparations, Hexal, Julphar, Merck Serono

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