1. Interscience MasterClass MS/MS detectie 16 april 2013
Van 3 naar 1 - Multicomponentanalyse
Cees Bijsterbosch – Het Waterlaboratorium
2. • Het Waterlaboratorium
• Methode ontwikkeling
• Validatie: hindernissen en een calamiteit
• Resultaten
• Tenslotte …
3. • 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
4. • 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
5. 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.
6. 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 …
7. Uiteindelijke methoden
• NP en trifosfaten m.b.v. SPE
100 ml monster, elutie met diethyleter, 50 µl PTV injectie
• Chloorbenzenen/OCB/PCB/PAK
50 ml in vial extractie met pentaan, 50 µl PTV injectie
11. - 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
14. 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?
15. 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.
16. 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)
17. 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?)
21. Optimalisatie tuning – full instrument control
Optimaliseer de lenzen 1 en 3 van Q1 resp. Q2, daarna de offset voor lens 1-1
optimaliseren
22. Schone lens 1-1 (±3 V)
O p tim iz in g L e n s 1 -1 fo r Q 1 M S
-1 5 -1 2 -1 0 -7 -5 -2
L e n s 1 -1 V o l ta g e (V )
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
RelativeIntensity
O c t 1 5 , 2 0 1 2
P r e v i o u s S e tti n g = -3 . 0 0
N e w S e tti n g = -3 . 0 0
8 % Im p r o v e m e n t
23. Vervuilde lens 1-1
O p tim iz in g L e n s 1 -1 fo r Q 3 M S
-1 5 -1 2 -1 0 -7 -5 -2
L e n s 1 -1 V o l ta g e (V )
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
RelativeIntensity
O c t 1 , 2 0 1 2
P r e v i o u s S e tti n g = -5 . 0 0
N e w S e tti n g = -6 . 7 4
3 % Im p r o v e 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!
24. Resultaten
• Alle komende schermafbeeldingen gemaakt van geëxtraheerde standaarden en
geëxtraheerde additities aan oppervlaktewater op een niveau van 0,02 µg/l
38. Klein ‘nadeel’ van de gevoeligheid van de TSQ
Dichloorbenzenen resp 0,3; 1,6 en 2,1 ng/l
39. De kracht van de TSQ
Tolclofos,-methyl en paraoxon,-ethyl in OW
40. 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
41. 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!
42. Ontwikkeling van nieuwe componenten
1,2-Benzisothiazool-3-on
bitertanol
bupirimaat
chloorprofam
chloorpyrifos
cyprodinil
deltamethrin
diethofencarb
dimethomorf
diphenylamine
dodemorf
ethofumesaat
etridiazool
fenvaleraat (esfenvaleraat)
furalaxyl
iprodion
kresoxim-methyl
Lenacil
metalaxyl
o-fenylfenol (2-fenylfenol)
paclobutrazool
piperonylbutoxide
procymidon
propachlor
propyzamide
prosulfocarb
pyrimethanil
sulfotep
vinclozolin
alachlor
ß-endosulfan
dichlofluanide
tolylfluanide
Maar ook analyses overzetten van Chloorfenolen, Aromatische amines, VGK ….
43. 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 …?
44. 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 …
Editor's Notes
Produktie van ca. 120000 analyseresultaten per jaar
Voornaamste afdelingen: Chemie (organisch/anorganisch/metalen), Biologie (microbiologie en hydrobiologie), Advies (o.a. ontzorging legionella) en Logistiek (planning en monstername)
Een van de resultaten van deze fusie was dat er een grote hoeveelheid apparatuur ter beschikking kwam waardoor de eerste jaren weinig tot geen nieuwe investeringen werden gedaan
De laatste jaren is er een verschuiving begonnen in de vraag om meer polairdere stoffen te analyseren met als gevolg dat er in 2008 een 1e UPLC-MS werd aangeschaft en in 2009 een 2e. Tevens was het idee om GC-MS analyses zoals chloorfenoxycarbozuren en halogeenazijnzuren naar de UPLC MS over te brengen en mogelijk ook andere analyses.
Maar gezien de ontwikkelingen en ervaringen met UPLC-MS blijver er ook nog doelstofanalyses op de GCMS nodig.
Q1 and Q3 are the mass separating quads
Q2 is the collision cell, no mass separation but for high effective collision induced fragmentation to product ions
