Essential oil profile of Origanum vulgare subsp. vulgare native population from Rtanj via chemometrics tools

The aim of this study was to predict the retention indices of chemical compounds found in the aerial parts of Origanum vulgare subsp. vulgare essential oil, obtained by hydrodistillation and analyzed by GC-MS. A total number of 28 compounds were detected in the essential oil. The compounds with the highest relative concentrations were germacrene D (21.5%), 1,8-cineole (14.2%), sabinene (14.0%) and trans-caryophyllene (13.4%). The retention time was predicted by using the quantitative structure–retention relationship, using seven molecular descriptors chosen by factor analysis and genetic algorithm. The chosen descriptors were mutually uncorrelated, and they were used to develop an artificial neural network model. A total number of 28 experimentally obtained retention indices (log RI) were used to set up a predictive quantitative structure-retention relationship model. The coefficient of determination for the training cycle was 0.998, indicating that this model could be used for predicting retention indices for O. vulgare subsp. vulgare essential oil compounds

Non-target and suspect screening strategies for electrodialytic soil remediation evaluation: Assessing changes in the molecular fingerprints and per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs)

Contamination of soils with organic pollutants is an increasing global problem, so novel soil remediation techniques are urgently needed. One such technique is electrokinetic remediation, in which an electric field is applied over the soil to extract contaminants. Previous evaluations of the technique have been limited to a few specific compounds. In this study, we integrated the latest advances in high-resolution mass spectrometry (HRMS) to identify molecular fingerprints, and used the results to improve the mechanistic understanding necessary for successful remediation. A laboratory-scale 0.38 mA cm(-2) electrodialytic treatment was applied for 21 days to a contaminated soil from a firefighter training facility in Sweden. Non-target analysis allowed generic evaluation of changes in the soil organic fraction by tentatively determining the elemental composition of compounds present. The results showed that smaller oxygen-rich molecules were significantly transported to the anode by electromigration, while larger hydrogen-saturated molecules were transported to the cathode by electroosmotic flow. Wide suspect screening with >3000 per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) tentatively identified seven new PFASs in the test soil, including perfluoroheptanesulfonic acid (PFHpS), and PFASs with butoxy, ethoxy, ethanol, and ethylcyclohexanesulfonate functional groups

Software Tools and Approaches for Compound Identification of LC-MS/MS Data in Metabolomics.

The annotation of small molecules remains a major challenge in untargeted mass spectrometry-based metabolomics. We here critically discuss structured elucidation approaches and software that are designed to help during the annotation of unknown compounds. Only by elucidating unknown metabolites first is it possible to biologically interpret complex systems, to map compounds to pathways and to create reliable predictive metabolic models for translational and clinical research. These strategies include the construction and quality of tandem mass spectral databases such as the coalition of MassBank repositories and investigations of MS/MS matching confidence. We present in silico fragmentation tools such as MS-FINDER, CFM-ID, MetFrag, ChemDistiller and CSI:FingerID that can annotate compounds from existing structure databases and that have been used in the CASMI (critical assessment of small molecule identification) contests. Furthermore, the use of retention time models from liquid chromatography and the utility of collision cross-section modelling from ion mobility experiments are covered. Workflows and published examples of successfully annotated unknown compounds are included

Quantitative Structure-Retention Relationship Models to Support Nontarget High-Resolution Mass Spectrometric Screening of Emerging Contaminants in Environmental Samples

Over the past decade, the application of liquid chromatography-high resolution mass spectroscopy (LC-HRMS) has been growing extensively due to its ability to analyze a wide range of suspected and unknown compounds in environmental samples. However, various criteria, such as mass accuracy and isotopic pattern of the precursor ion, MS/MS spectra evaluation, and retention time plausibility, should be met to reach a certain identification confidence. In this context, a comprehensive workflow based on computational tools was developed to understand the retention time behavior of a large number of compounds belonging to emerging contaminants. Two extensive data sets were built for two chromatographic systems, one for positive and one for negative electrospray ionization mode, containing information for the retention time of 528 and 298 compounds, respectively, to expand the applicability domain of the developed models. Then, the data sets were split into training and test set, employing k-nearest neighborhood clustering, to build and validate the models' internal and external prediction ability. The best subset of molecular descriptors was selected using genetic algorithms. Multiple linear regression, artificial neural networks, and support vector machines were used to correlate the selected descriptors with the experimental retention times. Several validation techniques were used, including Golbraikh-Tropsha acceptable model criteria, Euclidean based applicability domain, modified correlation coefficient (rm2), and concordance correlation coefficient values, to measure the accuracy and precision of the models. The best linear and nonlinear models for each data set were derived and used to predict the retention time of suspect compounds of a wide-scope survey, as the evaluation data set. For the efficient outlier detection and interpretation of the origin of the prediction error, a novel procedure and tool was developed and applied, enabling us to identify if the suspect compound was in the applicability domain or not. © 2016 American Chemical Society

Quantitative Structure–Retention Relationship Models To Support Nontarget High-Resolution Mass Spectrometric Screening of Emerging Contaminants in Environmental Samples

Over the past decade, the application of liquid chromatography-high resolution mass spectroscopy (LC-HRMS) has been growing extensively due to its ability to analyze a wide range of suspected and unknown compounds in environmental samples. However, various criteria, such as mass accuracy and isotopic pattern of the precursor ion, MS/MS spectra evaluation, and retention time plausibility, should be met to reach a certain identification confidence. In this context, a comprehensive workflow based on computational tools was developed to understand the retention time behavior of a large number of compounds belonging to emerging contaminants. Two extensive data sets were built for two chromatographic systems, one for positive and one for negative electrospray ionization mode, containing information for the retention time of 528 and 298 compounds, respectively, to expand the applicability domain of the developed models. Then, the data sets were split into training and test set, employing <i>k</i>-nearest neighborhood clustering, to build and validate the models’ internal and external prediction ability. The best subset of molecular descriptors was selected using genetic algorithms. Multiple linear regression, artificial neural networks, and support vector machines were used to correlate the selected descriptors with the experimental retention times. Several validation techniques were used, including Golbraikh–Tropsha acceptable model criteria, Euclidean based applicability domain, modified correlation coefficient (<i>r</i>_m²), and concordance correlation coefficient values, to measure the accuracy and precision of the models. The best linear and nonlinear models for each data set were derived and used to predict the retention time of suspect compounds of a wide-scope survey, as the evaluation data set. For the efficient outlier detection and interpretation of the origin of the prediction error, a novel procedure and tool was developed and applied, enabling us to identify if the suspect compound was in the applicability domain or not

Προσδιορισμός βιοφαινολών σε ελαιόλαδο με LC-QTOF/MS και μελέτη επίδρασης παραγόντων ελαιοποίησης στα επίπεδά τους

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση γεωργικών και τεχνολογικών παραγόντων στις φαινολικές ενώσεις του ελαιολάδου. Τα ελαιόλαδα συλλέχθηκαν από πέντε νησιά της περιφέρειας Βορείου Αιγαίου, τη Λέσβο, τη Σάμο, τη Χίο, την Ικαρία και τους Φούρνους την περίοδο Νοεμβρίου-Μαρτίου 2017-2018. Χρησιμοποιήθηκε εξαιρετικά υψηλής απόδοσης υγροχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μαζών με υβριδικό τετραπολικό-αναλυτή χρόνου πτήσης (UHPLC-QTOF-MS) σε συνδυασμό με στοχευμένη και «ύποπτη» σάρωση. Στα δείγματα που αναλύθηκαν προσδιορίστηκαν συνολικά 19 φαινόλες. Τα αποτελέσματα υποβλήθηκαν σε στατιστική επεξεργασία με χρήση περιγραφικής στατιστικής και πολυπαραμετρικών στατιστικών μεθόδων, προκειμένου να εντοπιστούν διαφορές στο φαινολικό περιεχόμενο και φαινολικό προφίλ των ελαιολάδων με βάση τους διαφορετικούς παράγοντες (γεωγραφική προέλευση, ποικιλία, είδος καλλιέργειας, υψόμετρο, χρήση άρδευσης ή λίπανσης, στάδιο ωρίμανσης ελαιοκάρπου, χρόνος μεταξύ συγκομιδής-ελαιοποίησης, χρήση νερού στη μάλαξη, χρόνος και θερμοκρασία μάλαξης, τύπος ελαιοτριβείου, θερμοκρασία διαχωριστήρα). Συγκεκριμένα, από τις 19 φαινόλες που προσδιορίστηκαν, μελετήθηκαν αναλυτικά τα σεκοϊριδοειδή άγλυκη ελαιοευρωπεΐνη, άγλυκη λινγκστροσίδη, ολεασίνη και η λιγνάνη 1ακετοξυπινορεζινόλη. Τα αποτελέσματα από τη μελέτη των 12 παραγόντων έδειξαν σημαντικές διαφορές για τη γεωγραφική προέλευση και την ποικιλία. Επίσης, παρατηρήθηκαν διαφορές στο υψόμετρο και στο βαθμό ωρίμανσης του καρπού της ελιάς. Όσο αφορά τους τεχνολογικούς παράγοντες που εξετάστηκαν, ο χρόνος και η θερμοκρασία μάλαξης βρέθηκε ότι είχαν σημαντική επίδραση στο φαινολικό περιεχόμενο και στο προφίλ των ενώσεων.The aim of this thesis is to study the effect of agricultural and technological factors on the phenolic compounds of olive oil. The olive oils were collected from five islands in the North Aegean Region, Lesvos, Samos, Chios, Ikaria, and Fourni during the period November - March 2017-2018. An ultra high-performance liquid chromatography coupled to quadruple-time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-QTOF-MS) was used, combined with target and suspect screening. In the analysed samples, 19 phenols were determined. The results were subjected to statistical analysis using descriptive statistics and multivariate statistical methods in order to investigate potential differences in the phenolic content and phenolic profile of olive oils based on the different factors (geographical origin, variety, type of farming, altitude, use of irrigation or fertilizer, ripening stage of olive fruit, time between harvesting and production of olive oil, use of water in malaxation, malaxation duration, malaxation temperature, type of olive oil mill, separator temperature). Specifically, of the 19 phenols determined, the secoiridoids oleuropein aglycone, lingstroside aglycone, oleacein, and the lignan 1-acetoxypinoresinol were studied particularly. The results from the study of the twelve factors showed important differences for the geographical origin and variety. Moreover, differences were found at the altitude and degree of ripening of olive fruit. Regarding the technological factors examined, malaxation duration and temperature had a significant effect on the phenolic content and the profile of compounds

Development of novel methodologies for the identification of unknown compounds in the environment employing non-target screening and high-resolution mass spectrometry

Τα κέντρα επεξεργασίας λυμάτων (ΚΕΛ) δεν απομακρύνουν αποτελεσματικά τους αναδυόμενους ρύπους. Έτσι, οι αναδυόμενοι ρύποι εισάγονται στο υδατικό περιβάλλον και σχηματίζουν πολύπλοκα μίγματα, τα οποία περιέχουν δεκάδες χιλιάδες χημικές ουσίες. Η ανάλυση αυτών των πολύπλοκων δειγμάτων με τεχνικές υψηλής απόδοσης, όπως υγρoχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μαζών υψηλής διακριτικής ικανότητας, παράγουν ένα μεγάλο αριθμό σημάτων. Για την επιτυχή μετάφραση των πολύπλοκων αυτών δεδομένων αλλά και για να επιτευχθεί ένα ολιστικό πρόγραμμα παρακολούθησης του περιβάλλοντος, απαιτείται ολόπλευρη χημική ανάλυση με εφαρμογή στοχευμένης σάρωσης, σάρωσης ύποπτων ενώσεων και μη στοχευμένης σάρωσης. Ο σκοπός της Διατριβής είναι η ανάπτυξη εργαλείων ολόπλευρης χημικής ανάλυσης και η εφαρμογή τους σε σημαντικά Ευρωπαΐκά οικοσυστήματα όπως η λεκάνη απορροής του Δούναβη και η Μάυρη Θάλασσα. Στα πλαίσια του σκοπού αυτού, στο Κεφάλαιο 1 εισάγονται οι αναδυόμενοι ρύποι προτεραιότητας και οι τεχνικές ταυτοποίησης τους, ακολουθούμενοι από λεπτoμερή περιγραφή των στόχων της Διατριβής στο Κεφάλαιο 2. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται μια πορεία μη στοχευμένης σάρωσης για την προτεραιοποίηση ουσιών που παρουσιάζουν απότομη μεταβολή στην συγκέντρωση ως προς το χρόνο. Η πορεία αυτή χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση φαινομένων απευθείας ρίψης ουσιών στο δίκτυο του ΚΕΛ της Αθήνας. Το Κεφάλαιο 4 περιγράφει την ίδρυση ενός παγκόσμιου δικτύου έγκαιρης προειδοποίησης για την αξιολόγηση της χωρικής και χρονικής κατανομής νέων αναδυόμενων ρύπων. Εξέλιξη αυτού του δικτύου είναι ένα λογισμικό αποθήκευσης δεδομένων LC-HRMS με δυνατότητα εφαρμογής ευρείας αυτόματης σάρωσης ύποπτων ενώσεων, που ενσωματώνει όλα τα έργαλεία που χρησιμοποιούνται στις HRMS μεθόδους (Κεφάλαιο 5). Το λογισμικό χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση αναδυόμενων ρύπων και χημικών ουσιών της βάσης REACH (i) σε δείγματα από τη Μαύρη θάλασσα (ζωντανοί όργανισμοί, ιζήματα και θαλάσσιο νερό), (ii) σε εξερχόμενα λύματα από τη λεκάνη απορροής του Δούναβη (Κεφάλαιο 6) και (iii) σε εξερχόμενα λύματα που συλλέχθηκαν από τη Γερμανία (Κεφάλαιο 7). Καινοτόμα εργαλεία βιοπαρακολούθησης όπως βιοδοκιμασίες και ανάλυση γονιδίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά συμπλήρωνουν τα αποτελέσματα της ανάλυσης αναδυόμενων ρύπων.Wastewater treatment plants (WWTPs) are unable to remove many contaminants of emerging concern (CECs) efficiently, and therefore introduce them into the aquatic environment, where they form complex chemical mixtures containing typically thousands of individual substances. When analysed by liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry (LC-HRMS), these complex mixtures produce a high number of signals. To successfully translate these complex data into information required by environmental monitoring programmes, implementation of wide-scope target, suspect and non-target screening using powerful computational tools and related databases is required. The objective of the thesis was to develop novel workflows employing state-of-the-art target, suspect and non-target screening tools and apply them on samples obtained from important European ecosystems such as the Danube River Basin (DRB) and the Black Sea (BS). In this context, an introduction on CECs, workflows and techniques for their identification is presented in Chapter 1, which is followed by the scope of the thesis in Chapter 2. Chapter 3 describes a non-target screening (NTS) workflow capable to prioritise compounds that exhibit large variation in their signal intensity over time (trend-analysis), which was used to detect events of direct disposal or sudden changes in the use of substances in WWTP of Athens. Chapter 4 describes the establishment of a decentralised global emerging contaminant early-warning network to assess the spatial and temporal distribution using suspect screening. A platform to archive LC-HRMS data and apply wide-scope suspect screening of thousands of CECs, that incorporates all recent development in HRMS screening methods, is presented in Chapter 5. The platform was used to screen antibiotics and REACH chemicals in samples from BS (biota, sediment, seawater), various classes of CECs in wastewater from DRB (Chapter 6) and surfactants in wastewater samples collected within the national monitoring campaign in Germany (Chapter 7). Novel biomonitoring tools such as in vitro bioassays and analysis of antibiotic resistant genes (ARGs) supplemented NTS analyses of wastewater samples

Identification of transformation products of emerging contaminants during tertiary treatment processes and their disposal in the environment by mass spectrometric techniques

Η διαθέσιμη βιβλιογραφία έχει καταδείξει την ατελή απομάκρυνση των αναδυόμενων ρύπων κατά τη βιολογική επεξεργασία που λαμβάνει χώρα στα Κέντρα Επεξεργασίας Λυμάτων (ΚΕΛ). Παρόλο που ο πρωταρχικός ρόλος της τριτοβάθμιας επεξεργασίας είναι η εξάλειψη των μικρορύπων, το παρεχόμενο οξειδωτικό μέσο αντιδρά με τους αναδυόμενους ρύπους, καταλήγοντας στο σχηματισμό άγνωστων προϊόντων μετασχηματισμού. Ο κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης αναδυόμενων ρύπων καθώς και η ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού τους, τα οποία παράγονται κατά τις μεθόδους απολύμανσης που εφαρμόζονται σαν τριτοβάθμια επεξεργασία στα ΚΕΛ. Αρχικά παρουσιάζεται μια εισαγωγή για τους αναδυόμενους ρύπους και τον πιθανό μετασχηματισμό τους κατά τη διάρκεια των διεργασιών που εφαρμόζονται στα ΚΕΛ, και ιδιαιτέρως κατά τη διάρκεια της χλωρίωσης και οζόνωσης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συγκεκριμένες πορείες εργασίας και τεχνικές σχετικές με την ταυτοποίηση αναδυόμενων ρύπων και των προϊόντων μετασχηματισμού τους, οι οποίες βασίζονται σε αναλύσεις φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας. Το πειραματικό μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελείται από τα ακόλουθα τρία μέρη: (α) Χλωρίωση βενζοτριαζολών και βενζοθειαζολών και ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού τους με υγροχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (Κεφάλαιο 3), (β) Οζόνωση ρανιτιδίνης: επίδραση των πειραματικών συνθηκών και ταυτοποίηση προϊόντων μετασχηματισμού (Κεφάλαιο 4) και (γ) Απομάκρυνση και μετασχηματισμός της σιταλοπράμης και τεσσάρων προϊόντων βιομετατροπής της κατά τη διάρκεια πειραμάτων οζόνωσης (Κεφάλαιο 5). Είναι πεποίθησή μας πως οι μελέτες αυτές θα συνεισφέρουν στην περαιτέρω ανάπτυξη της περιβαλλοντικής ανάλυσης, διεγείροντας το ενδιαφέρον των κανονιστικών αρχών, σχετικά με την ενσωμάτωση επιβλαβών προϊόντων μετασχηματισμού, τα οποία παράγονται κατά την τριτοβάθμια επεξεργασία των ΚΕΛ, σε ελέγχους ρουτίνας.The incomplete removal of emerging pollutants during the biological treatment applied in WWTPs is highly indicated by the existing literature. Although the primary purpose of tertiary treatment processes is the elimination of micropollutants, the provided oxidant agent reacts with emerging pollutants, leading to the formation of unknown transformation products. The main objectives of this thesis were the investigation of the removal of emerging pollutants and the identification of their transformation products which are produced during the disinfection methods that are applied as tertiary treatment is WWTPs. Initially, an introduction on emerging pollutants and their probable transformation during the processes that are applied in WWTPs, and especially during chlorination and ozonation, is presented. Specific workflows and techniques for the identification of emerging contaminants and their transformation products, based on high-resolution mass spectrometric analysis, are then presented. The experimental section of this thesis is constituted of the following three parts: (i) Chlorination of benzothiazoles and benzotriazoles and transformation products identification by LC-HR-MS/MS (Chapter 3), (ii) Ozonation of ranitidine: effect of experimental parameters and identification of transformation products (Chapter 4) and (iii) Removal and transformation of citalopram and four of its biotransformation products during ozonation experiments (Chapter 5). It is our strong belief that these studies will constitute a step forward in environmental analysis, by arousing the regulatory authorities concern, regarding that harmful transformation products produced during tertiary treatment processes in WWTPs, should also be incorporated in routine monitoring

Development of High Resolution Mass Spectrometric Methods for the investigation of food authenticity

Η αυθεντικότητα των τροφίμων αποτελεί ένα ιδαίτερα σημαντικό γεγονός τα τελευταία χρόνια, λόγω των πολλών περιστατικών νοθείας τροφίμων και διακίνησης προϊόντων κατώτερης ποιότητας με παραπλανητικές ετικέτες. Η εξασφάλιση της αυθεντικότητας του ελαιολάδου δημιουργεί μεγάλη ανησυχία λόγω της οργανοληπτικής, θρεπτικής και οικονομικής του σημασίας. Ο κύριος στόχος αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη αναλυτικών μεθόδων υγροχρωματογραφίας φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (LC-HRMS) που θα συμπεριλαμβάνουν στρατηγικές στοχευμένης, «ύποπτης» και «μη στοχευμένης σάρωσης», σε συνδυασμό με προηγμένα χημειομετρικά εργαλεία, για την εύρεση του αποτυπώματος του ελαιολάδου. Aρχικά, αναφέρονται οι βιολογικές δράσεις των ελάσσονων συστατικών του ελαιολάδου, των φαινολικών ενώσεων, και οι επιδράσεις διαφόρων παραγόντων στο φαινολικό προφίλ. Παρουσιάζονται όλες οι σύγχρονες και αναλυτικές μέθοδοι που συνδυάζουν την επιστήμη των τροφίμων με τεχνικές μεταβολομικής, με έμφαση στις μεθόδους HR-MS. Το πειραματικό μέρος της διατριβής αποτελείται από τρία τμήματα: (1) Μελέτες αυθεντικότητας ελαιολάδου με LC-QTOF-MS σε συνδυασμό με στοχευμένη και μη στοχευμένη σάρωση και χημειομετρία για την αναγνώριση δεικτών που κατατάσσουν το ελαιόλαδο ως ελαττωματικό ή έξτρα παρθένο. (Κεφάλαιο 3), (2) Διερεύνηση του βιολογικού και συμβατικού τύπου παραγωγής των έξτρα παρθένων ελαιολάδων με LC-QTOF-MS σε συνδυασμό με στοχευμένη και «ύποπτη» σάρωση, προτείνοντας μια νέα μέθοδο ημι-ποσοτικοποίησης (Κεφάλαιο 4), και (3) Ταξινόμηση έξι ελληνικών ποικιλιών ελαιoλάδου με LC-QTOF-MS μη στοχευμένη στοχευμένη σάρωση και χημειομετρία, για την αναγνώριση δεικτών με προκαθορισμένα όρια συγκέντρωσης, που εγγυώνται την ποικιλιακή και γεωγραφική προέλευση (Κεφάλαιο 5). Πιστεύουμε ότι οι παραπάνω μελέτες έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο στον τομέα της γνησιότητας των τροφίμων με την ανάπτυξη αναλυτικών μεθόδων HR-MS και μέσω της εισαγωγής μιας νέας ολοκληρωμένης ροής εργασιών που περιλαμβάνει στρατηγικές στοχευμένης, «ύποπτης» και μη στοχευμένης σάρωσης HRMS, σε συνδυασμό με, ολοκληρωμένα εργαλεία εξόρυξης, επεξεργασίας δεδομένων και προγνωστικά μοντέλα.Food authenticity has become increasingly important in recent years due to food fraud incidents and the handling of low quality products with misleading labels. The guarantee of the authenticity of olive oil arises great public concern because of its sensory, nutritional and economic importance. The main objective of this thesis is to develop integrated LC-HRMS workflows, including target, suspect and non-target screening strategies, coupled with advanced chemometric tools, for olive oil fingerprinting. First, the biological activities of some minor constituents in olive oil, phenolic compounds, are reported and their occurrence and wide-scope properties in olive matrices, as well as effects of various factors on olive oil phenolic profile, are discussed. The present state of the art for their determination in foodomics science is presented, focusing on target and non-target screening HR-MS workflows coupled to chemometrics. The experimental section of the thesis consists of three sections: (1) Olive oil authenticity studies by target and non-target LC-QTOF-MS combined with advanced chemometrics, for identifying markers that classify olive oil to defective and EVOOs (Chapter 3), (2) Investigating the organic and conventional production type of EVOOs with target and suspect screening by LC-QTOF-MS, a novel semi-quantification method using chemical similarity and advanced chemometris; in order to identify a marker with a concentration threshold, by ACO/RF, that can be used to discriminate organic and conventional EVOOs (Chapter 4), and (3) Classification of Greek olive oil varieties with non-target UHPLC-QTOF-MS and advanced chemometrics; for the investigation of the fingerprints of six greek olive oil varieties and the identification of markers, with post-defined concentration thresholds, that guarantee the varietal and geographical origin (Chapter 5). We believe that these studies have made great progress in the food authenticity field via the introduction of novel integrated HRMS screening workflows which are followed by advanced data processing, comprehensive data mining and predictive modelling tools

Development of quantitative structure property relationships to support non-target LC-HRMS screening

Κατά την τελευταία δεκαετία, ένας μεγάλος αριθμός αναδυόμενων ρύπων έχουν ανιχνευθεί και ταυτοποιηθεί σε επιφανειακά ύδατα και λύματα, προκαλώντας ανησυχία για το υδάτινο οικοσύστημα, λόγω της πιθανής χημικής τους σταθερότητας. Η τεχνική της υγροχρωματογραφίας - φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (LC-HRMS) αποτελεί μια αποτελεσματική τεχνική για την ανίχνευση αναδυόμενων ρύπων στο περιβάλλον. Η ταυτόχρονη δε ανάλυση των δειγμάτων με τις συμπληρωματικές τεχνικές της υγροχρωματογραφίας αντίστροφης φάσης (RPLC) και της υγροχρωματογραφίας υδρόφιλων αλληλεπιδράσεων (HILIC), συντελεί στην ταυτοποίηση «ύποπτων» ή και άγνωστων ρύπων με ποικίλες φυσικοχημικές ιδιότητες. Για την ταυτοποίηση τους, απαιτείται να πληρούνται συγκεκριμένα κριτήρια, τα οποία αξιολογούνται με βάση τη χρήση διαγνωστικών εργαλείων, όπως η ακριβής πρόβλεψη του χρόνου ανάσχεσης, η in silico θραυσματοποίηση και η πρόβλεψη της συμπεριφορά τους στον ιοντισμό. Στο 3ο κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής περιγράφεται η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης πορείας εργασίας (workflow) για τη διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν τον χρόνο έκλουσης μεγάλου αριθμού ενώσεων που συγκαταλέγονται στους αναδυόμενους ρύπους. Για τον σκοπό αυτό, πάνω από 2.500 αναδυόμενοι ρύποι χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του μοντέλου πρόβλεψης χρόνου ανάσχεσης για τις 2 υγροχρωματογραφικές τεχνικές (RP- και HILIC-LC-HRMS) και για ηλεκτροψεκασμό τόσο σε θετικό όσο και σε αρνητικό ιοντισμό (+/-ESI). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε εφαρμογή του μοντέλου για την υπολογιστική πρόβλεψη του χρόνου ανάσχεσης, για την ταυτοποίηση 10 νέων προϊόντων μετασχματισμού των φαρμακευτικών ενώσεων (tramadol, furosemide και niflumic acid) ύστερα από επεξεργασία με όζον. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ανάπτυξη ενός καινοτόμου γενικευμένου χημειομετρικού μοντέλου το οποίο είναι ικανό να προβλέπει τον χρόνο έκλουσης κάθε πιθανού ρύπου, ανεξαρτήτου υγροχρωματογραφικής μεθόδου που χρησιμοποιείται, συμβάλλοντας σημαντικά στην σύγκριση αποτελεσμάτων από διαφορετικές LC-HRMS μεθόδους. Το συγκεκριμένο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την ταυτοποίηση «ύποπτων» και άγνωστων ενώσεων σε διεργαστηριακές δοκιμές. Το Κεφάλαιο 5, περιέχει την περιγραφή της ανάπτυξης ενός υπολογιστικού μοντέλου πρόβλεψης τοξικότητας αναδυόμενων ρύπων που ανιχνεύονται στο υδάτινο οικοσύστημα. Το συγκεκριμένο μοντέλο αποσκοπεί στην εκτίμηση του πιθανού περιβαλλοντικού κινδύνου για νέες ενώσεις που ταυτοποιήθηκαν μέσω σάρωσης «ύποπτων» ενώσεων και μη-στοχευμένης σάρωσης, για τις οποίες δεν είναι ακόμα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα τοξικότητας. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται ένας αυτοματοποιημένος και συστηματικός τρόπος σάρωσης «ύποπτων» ενώσεων και μη-στοχευμένης σάρωσης σε δεδομένα από LC-HRMS. Η νέα αυτή αυτοματοποιημένη πορεία εργασίας, αποσκοπεί στην λιγότερο χρονοβόρα επεξεργασία των HRMS δεδομένων, και στην εφαρμογή της μη-στοχευμένης σάρωσης ώστε να είναι δυνατή η εφαρμογή τους σε καθημερινούς ελέγχους ρουτίνας ή/και για χρήση από τις κανονιστικές αρχές.Over the last decade, a high number of emerging contaminants were detected and identified in surface and waste waters that could threaten the aquatic environment due to their pseudo-persistence. As it is described in chapters 1 and 2, liquid chromatography high resolution mass spectroscopy (LC-HRMS) can be used as an efficient tool for their screening. Simultaneously screening of these samples by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and reversed phase (RP) would help with full identification of suspects and unknown compounds. However, to confirm the identity of the most relevant suspect or unknown compounds, their chemical properties such as retention time behavior, MSn fragmentation and ionization modes should be investigated. Chapter 3 of this thesis discusses the development of a comprehensive workflow to study the retention time behavior of large groups of compounds belonging to emerging contaminants. A dataset consisted of more than 2500 compounds was used for RP/HILIC-LC-HRMS, and their retention times were derived in both Electrospray Ionization mode (+/-ESI). These in silico approaches were then applied on the identification of 10 new transformation products of tramadol, furosemide and niflumic acid (under ozonation treatment). Chapter 4 discusses about the development of a first retention time index system for LC-HRMS. Some practical applications of this RTI system in suspect and non-target screening in collaborative trials have been presented as well. Chapter 5 describes the development of in silico based toxicity models to estimate the acute toxicity of emerging pollutants in the aquatic environment. This would help link the suspect/non-target screening results to the tentative environmental risk by predicting the toxicity of newly tentatively identified compounds. Chapter 6 introduces an automatic and systematic way to perform suspect and non-target screening in LC-HRMS data. This would save time and the data analysis loads and enable the routine application of non-target screening for regulatory or monitoring purpose