Interscience MasterClass MS/MS detectie 16 april 2013

Van 3 naar 1 - Multicomponentanalyse

Cees Bijsterbosch – Het Waterlaboratorium

• Het Waterlaboratorium• Methode ontwikkeling• Validatie: hindernissen en een calamiteit• Resultaten• Tenslotte …

• In 2003 ontstaan door de fusie van de laboratoria van:

- Gemeentewaterleidingen Amsterdam (GWA, nu Waternet)- Provinciaal Waterleidingbedrijf Noord-Holland (PWN)- Duinwaterbedrijf Zuid-Holland (DZH nu Dunea)- Watertransportmaatschappij Rijn-Kennemerland (WRK nu Waternet/PWN)

Anno 2012 ca. 100 medewerkers verdeeld over de afdelingen: Chemie (organisch/anorganisch/metalen), Biologie (microbiologie en hydrobiologie) Advies (o.a. ontzorging Legionella) Logistiek (planning en monsterneming) Ondersteuning (Inkoop, financiële administratie etc).

Wateranalyse van bron (Rijn, Maas, IJsselmeer) tot tap en voor derden.Voor meer informatie: www.hetwaterlaboratorium.nl

Het Waterlaboratorium

• 2008-2009: Begin van een verschuiving binnen ons werkpakket van GC-MS naar UPLC-MS voor polaire verbindingen zoals nieuwe bestrijdingsmiddelen, hormonen, geneesmiddelen en daarnaast ook het overzetten van oude methodes zoals chloorfenoxycarbonzuren, glymes, halogeenazijnzuren etc.

• Het project is in 2010 gestart met een evaluatie van verschillende Triple Quads van 3 verschillende leveranciers op basis van door ons geleverde standaarden en drink- en oppervlaktewaters met representatieve addities.

• Na evalutie bleek dat de TSQ voor HWL de beste keuze was vanwege de hoge gevoeligheid (gem. 50x lager dan de concurrerende systemen).

• De keuze is definitief gemaakt door een FAT en SAT uit te voeren maar nu met een factor 10 lagere addities.

• Installatie TSQ eind april 2011

Het Waterlaboratorium

Methodeontwikkeling – wat wil HWL bereiken?

• Methodeontwikkeling voor NP herbiciden, Trifosfaten, Chloorbenzenen, OCB/PCB en de PAK (!)• Planning oplevering van gevalideerde methoden juni 2012 (rekening gehouden met vertraging voor het leren kennen van de apparatuur, software, vakanties, tegenslagen, optimisme van het leidinggevenden c.q. MT)• Universele voorbewerking m.b.v. automatische SPE (extra ontwikkeling Gilson SPE apparatuur)• Uitgaan van de oplosmiddelen voor de huidige monsteropwerking: - NP/trifosfaten: diethylether - OCB/PCB: pentaan - PAK acetonitril pentaan• Monstername: door de lage detectiegrenzen is in combinatie met groot-volume PTV injectie

minder monster nodig.

Methodeontwikkeling • Universele voorbewerking m.b.v. automatische SPE - Alles met diethylether elueren: werkt niet voor alle componenten

- Alles met pentaan elueren: idem - Eerst elueren met diethylether, daarna met pentaan

werkt …… maar ….

Voor de automatische SPE: eerst alle (‘vuile’) monsters filtreren i.v.m. verstopping van de pompen maar dit werkt niet voor de apolaire verbindingen zoals PAK’s …

Uiteindelijke methoden• NP en trifosfaten m.b.v. SPE 100 ml monster, elutie met diethyleter, 50 µl PTV injectie

• Chloorbenzenen/OCB/PCB/PAK50 ml in vial extractie met pentaan, 50 µl PTV injectie

Componenten extractiemethode1,3-Dichloorbenzeen1,4-Dichloorbenzeen1,2-DichloorbenzeenHexachloorethaan2,4-Dichloortolueen (IS)1,2,3-Trichloorbenzeen1,2,4-Trichloorbenzeen1,3,5-TrichloorbenzeenHexachloorbutadieen 1,2,3,4-Tetrachloorbenzeen1,2,4,5-TetrachloorbenzeenDichlobenilPentachloorbenzeenalfa-HCH beta-HCH gamma-HCH HexachloorbenzeenPCB 28

HeptachlorPCB 52AldrinDieldrinEndrintrans-Heptachloorepoxidetrans-HeptachloorepoxidePCB 101 alfa-Endosulfan p,p-DDEPCB 118p,p-DDDPCB 153p,p-DDTPCB 138 PCB 180 Mirex (IS)

D8-Naftaleen (IS)NaftaleenAcenaftyleenAcenafteenFluoreenPhenanthreenAnthraceenFluorantheenPyreenChryseenBenzo(a)antraceenBenzo(b)fluorantheenBenzo(k)fluorantheenBenzo(a)pyreenBenzo(g,h,i)peryleenIndeno(1,2,3-c,d)pyreenDibenzo(a,h)anthraceen

Componenten SPE methodeDichloorvosMevinphos (cis/trans)EthoprophosDesisopropylatrazineDesethylatrazineDimetheoaatSimazineAtrazinePropazineTerbutylazineDiazinonFosfamidon (trans)PirimicarbFosfamidon (cis)DesmetrynMetribuzineParathion-methyl

TolclofosmethylPrometrynParaoxon-ethylTerbutrynBromacilMalathionMetolachloorFenpropimorfCyanazineParathion-ethylTriadimefonChloorfenvinfos (cis)MetazachloorChloorfenvinfos (trans)TriadimenolTetrachloorvinfosMetamitronCarbamazepine

HexazinonAzinphos-methylPyrazofosEdinfenfosTerbutyldesethylazineTriethylfosfaattriisobutylfosfaatTributylfosfaat

1e hindernis – Geen ervaring met MS-MS

• Chromatografie: wennen: geen chromatogram en geen massaspectrum meer. (MS-MS simpel?)

RT: 6.99 - 24.95

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Time (min)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Rel

ative

Abu

ndan

ce

14.17

18.19

12.19

9.9911.97

17.21

14.67

14.8017.7815.6212.88 15.01 24.0416.46 18.9013.76 20.718.60 19.928.51 19.24 24.328.73 23.8512.96 16.76 17.35 21.92 23.4921.579.47 22.7016.04 20.078.97 11.46 13.5411.288.03 10.199.607.89 12.457.13

13.0910.52

NL:2.73E8m/z= 53.93-175.42 MS coppp-2012-0619-01

coppp-2012-0619-01 #185 RT: 8.62 AV: 1 SB: 5 8.57-8.58 , 8.65-8.66 NL: 1.79E6T: + c EI Q1MS [50.000-420.000]

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Relat

ive Abu

ndan

ce

146

148

111

75

74

11315050 73

55 76 93 12111061 1059168 8451 6762 79 114946053 8663 87 107 13670 77 13397 145104 12088 151 165103 127 1379280 100 12282 166 17213958 130 159 169153 161

- Door het ontbreken van een chromatogram en massaspectra veel minder zicht op de injectie en de chromatografie, m.n. de conditie van de kolom.

- Nog geen historie van het instrument. Intern het lab geen vergelijking mogelijk met een zelfde soort instrument.

Oplossing: TSQ historie opbouwen in full scan (Xcalibur) m.b.v. een performance standaard waarvan de historie op een andere GCMS i.c.m.

GV-PTV al bekend is. De TSQ 2-3 per week tunen, kalibreren en een performance injectie doen.

Specifieke massa’s voor componenten en oplosmiddel in 1 chromatogram uitzetten

Performance standaardRT: 8.68 - 20.03

9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0Time (min)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Rel

ativ

e A

bund

ance

RT: 12.45AA: 113755534

RT: 19.07AA: 65129556

RT: 13.54AA: 39166275

RT: 11.62AA: 36518444

RT: 19.63AA: 9206271

RT: 18.08AA: 6628589

RT: 16.88AA: 2989976

RT: 19.00AA: 5149111

RT: 17.82AA: 3807948

RT: 11.87AA: 2012136

RT: 18.56AA: 3203387

RT: 13.19AA: 1276161

RT: 16.37AA: 1797072

RT: 17.47AA: 1210422

RT: 15.63AA: 1329016RT: 10.25

AA: 1164665RT: 14.86AA: 937064

RT: 13.70AA: 354653

RT: 11.12AA: 879975

NL: 5.78E7m/z= 58.50-59.50+73.50-74.50+81.50-82.50+127.50-128.50+135.50-136.50+152.50-153.50+217.50-218.50 MS ICIS pftest2013-0227-05

Performance standaard

2e hindernis – keuze overgangen• Geleverde bibliotheek met overgangen is nooit compleet voor jouw

analyse• Laat het denken in massaspectra los: een overgang van massa 200

naar 150 van een molecuul niet wil zeggen dat een eveneens voorkomende massa 202 binnen hetzelfde molecuul een overgang naar 152 heeft

• Lage gevoeligheid ondanks de bibliotheek? Zelf overgangen bepalen.• Nieuwe overgangen gemaakt met standaarden 0,2 µg/l, eis voor elke

overgang voor kwantificering ca. 5*e5 counts • Neem niet teveel nieuwe componenten tegelijk voor nieuwe

overgangen (5-6)• Overgangen bepalen kost tijd, neem er in het begin ook de tijd voor,

speel ermee, hou er rekening mee dat overgangen van een nieuwe verbinding een andere kan verstoren (triazines)

• Hoeveel overgangen per component?

Hoeveel overgangen? • ISO norm in ontwikkeling voor de identificering van

doelstofcomponenten m.b.v. chromatografie en massaspectrometrie dus voor UPLC-MS en GCMS

• NTA (Nederlands Technische Afspraak) (Een NTA kan een prenormatief karakter hebben of voorzien in een dringende behoefte aan snelle branche specifieke oplossingen.

(April 2013 is de laatste bijeenkomst, daarna document klaar)

• 3Q-MS Rt + 2 overgangen- precursor (ion) met 2 overgangen- 2 precursors met elk 1 overgang.

Validatie

• Validatie is uitgevoerd conform NEN 7777 op normniveau drinkwater (0,10 µg/l)

• Planning oplevering van de gevalideerde analyses 1 juni 2012• Vertraging opgelopen door een calamiteit in de

Bommelerwaard (dimethomorf)

Stabiliteit ionvolumes• Serieus probleem, standaard ion volumes soms 20 injecties mee, soms

70 dan weer 10.• Series overmeten• Nieuwe ion volumes besteld , niet veel beter• Nieuwste ion volumes (T-X) waren weer wat beter maar nog niet de

oplossing ….

• Oorzaak: vervuiling van lens 1-1 … (door de lozingmonsters?)

Overview TSQ (geleased uit een powerpoint van Interscience)

Vervuilde lens 1-1

Handmatig optimaliseren van de tuning

Optimalisatie tuning – full instrument control

Optimaliseer de lenzen 1 en 3 van Q1 resp. Q2, daarna de offset voor lens 1-1 optimaliseren

Schone lens 1-1 (±3 V)

Optimizing Lens 1-1 for Q1M S

-15 -12 -10 -7 -5 -2 L e n s 1-1 V o lta ge (V )

0

20

40

60

80

100

Relative Intensity

O ct 15, 2012

P re vio u s S e ttin g = -3.00 Ne w S e ttin g = -3.00

8 % Im pro ve m e nt

Vervuilde lens 1-1Optimizing Lens 1-1 for Q3M S

-15 -12 -10 -7 -5 -2 L e n s 1-1 V o lta ge (V )

0

20

40

60

80

100

Relative Intensity

O c t 1, 2012

P re vio u s S e ttin g = -5.00 Ne w S e ttin g = -6.74

3 % Im pro ve m e n t

Handmatige correctie voor het lens 1-1 offset waarde naar ± 7 V

Resultaat: ionvolume > 250 injecties stabiel

Na schoonmaken lens 1-1 idem.

Tip: check dit regelmatig!

Resultaten

• Alle komende schermafbeeldingen gemaakt van geëxtraheerde standaarden en geëxtraheerde additities aan oppervlaktewater op een niveau van 0,02 µg/l

Dichloorbenzenen, standaard 0,02 µg/l

Dichloorbenzenen, additie ow 0,02 µg/l

Fluoreen, st 0,02 µg/l

Fluoreen, additie ow 0,02 µg/l

Endrin, st 0,02 µg/l

Endrin, additie ow 0,02 µg/l

Benzo[b]fluorantheen, st 0,02 µg/l

Benzo[k]fluorantheen, st 0,02 µg/l

Benzo[b+k]fluorantheen, st 0,02 µg/l

Dimethomorph, st 0,05 µg/l

Dimethomorph, oppervlaktewater 0,05 µg/l

Dichloorvos

Desisopropylatrazine

Klein ‘nadeel’ van de gevoeligheid van de TSQ

Dichloorbenzenen resp 0,3; 1,6 en 2,1 ng/l

De kracht van de TSQ Tolclofos,-methyl en paraoxon,-ethyl in OW

Validatie • Validatie is uitgevoerd conform de NEN7777 • Eisen Waterleidingbesluit: - Norm: 0,1 µg/l voor de OCB, PCB en PAK. - Juistheid 25%, precisie 25% en de AG 25%. - Als additie voor het bepalen van de AG wordt 0,02 µg/l geaddeerd.

• Probleem: - De vorige versie van het Waterleidingbesluit geeft aan dat de AG wordt bepaald op herhaalbaarheidscondities lage spreiding binnen de serie, dus lage ORG (3*AG) - De nieuwe versie van het Waterleidingbesluit (de drinkwaterregeling) verwijst naar de NEN 7777 (2011) welke aangeeft dat de AG wordt bepaald op reproduceerbaarheidcondities

Validatieresultaat• Tijdens de validatie is gebleken dat voor elke component een lage a.g. kan

worden gehaald door het hoge oppervlak van de pieken van de overgangen en de S/N hiervan.

• Chloorbenzenen/OCB/PCB/PAK gevalideerd: Juistheid en precisie voldoen aan de gestelde eisen in het Waterleidingbesluit De gemeten AG’s zijn laag maar door een maximale reproduceerbaarheid van 8 verschillende series door 3 analisten gemaakt en gemeten op 8 verschillende dagen met verschillende tuningen en ion volumes is de spreiding groter

geworden

ORG is gestegen!

• Dit probleem wordt voorgelegd aan de Inspectie Drinkwaterbedrijven, intussen heeft HWL alsnog deze ORG bepaald op herhaalbaarheidscondities, deze zijn inderdaad beter!

Ontwikkeling van nieuwe componenten

1,2-Benzisothiazool-3-on bitertanolbupirimaatchloorprofamchloorpyrifoscyprodinildeltamethrindiethofencarbdimethomorfdiphenylaminedodemorfethofumesaatetridiazoolfenvaleraat (esfenvaleraat)furalaxyliprodionkresoxim-methyl

Lenacil metalaxylo-fenylfenol (2-fenylfenol)paclobutrazoolpiperonylbutoxideprocymidonpropachlorpropyzamideprosulfocarbpyrimethanilsulfotepvinclozolinalachlorß-endosulfandichlofluanidetolylfluanide

Maar ook analyses overzetten van Chloorfenolen, Aromatische amines, VGK ….

Wat betekent het uiteindelijk in de praktijk?

• Van 3 naar 1 …- Het is gelukt om een aantal analyses van GCMS singlequad , GCECD en HPLC over te brengen op de TSQ.

Voordeel 1: De investering in een TSQ < GCMS+GCECD+HPLC.

Voordeel 2: Voor de nieuwe voorbewerkingsmethodes geldt dat er veel minder monster nodig is. I.p.v 3100ml nu naar een vial van 66ml en een flesje van 100ml. Dus lagere kosten,(disposable) glaswerk, eenvoudigere monstername.

Voordeel 3: (Chloorbenzenen, PAK, OCB/PCB): 50x minder extractievolume van oplosmiddel, dus lagere kosten en minder belasting voor het milieu. De voorbewerking is sterk vereenvoudigd en ca. 10x zo snel geworden. De analysetijd is meer dan gehalveerd en teruugebracht naar 30 minuten.

Nadeel: Kwetsbaarheid, apparaat plat, 4 analyses plat … oplossing zoeken in servicecontract of …?

Tenslotte …• Bouw een historie op van je instrument, dit zegt veel over de staat van

het systeem omdat je de chromatografie in full scan mist. Is er eenmaal een historie, hou deze regelmatig bij.

• Neem de tijd om het apparaat in de vingers te krijgen, let op stabiliteit van de ionvolumes, doe af en toe een handmatige optimalisatie ter controle.

• Ervaring is dat MS-MS inderdaad simpel is, de TSQ is een werkpaard …