Development and Application of Nanoflow Liquid Chromatography and Mass Spectrometry Methods for the Determination of Chemical Contaminants in Food and Environment

Abstract

Šajā promocijas darbā tika izstrādātas jaunas analītiskās metodes, izmantojot nanoplūsmas šķidrumu hromatogrāfiju (nano-LC) un Orbitrap masspektrometriju, lai noteiktu dažādus ķīmiskos piesārņotājus pārtikā un vidē. Tika veikts literatūras apskats par jaunākajiem nano-LC metožu pielietojumiem pārtikas nekaitīguma un vides analīžu jomā, uzsverot analizējamo savienojumu, matricu un analītisko metodoloģiju daudzveidību. Tika izstrādātas kvantitatīvas analītiskās metodes mikotoksīnu, pirolizidīna alkaloīdu, farmaceitisko savienojumu, populācijas veselības stāvokļa biomarķieru un perfluorētu savienojumu noteikšanai. Tika novērtētas dažādas nano-LC instrumentālās konfigurācijas, tostarp šķīdinātāja pievienošana pēc kolonnas. Ir izmantotas dažādas paraugu sagatavošanas pieejas, tostarp cietfāzes ekstrakcija, ātra, viegla, lēta, efektīva, izturīga un droša (QuEChERS) ekstrakcija un dilute-and-shoot pieeja. Tika izstrādāta mērķa jonu skrīninga metode, izmantojot selektīvus fragmentu jonus, kas ir specifiski pirolizidīna alkaloīdiem sadursmju izraisītas disociācijas apstākļos. Uzlabotā polāru savienojumu izdalīšana ar apgrieztās fazes nano-LC kolonnu ir demonstrēta biomarķieru un farmaceitisko savienojumu analīzē, paraugam pievienojot tetrabutilamonija bromīdu kā jonu pāra reaģentu. Izstrādātās nano-LC metodes tika pielietotas mikotoksīnu, pirolizidīna alkaloīdu un perfluorētu savienojumu noteikšanai pārtikas produktos no Latvijas veikaliem, kā arī tika pētīta farmaceitisko vielu un biomarķieru sastopamība notekūdeņos no dažādām Latvijas pilsētām. NANOPLŪSMAS ŠĶIDRUMA HROMATOGRĀFIJA, ORBITRAP MASSPEKTROMETRIJA, ĶĪMISKIE PIESĀRŅOTĀJI, NOTEKŪDEŅU EPIDEMIOLOĢIJA, MĒRĶA JONU SKRĪNINGS.

In this doctoral thesis, novel analytical methods employing nanoflow liquid chromatography (nano-LC) and Orbitrap mass spectrometry were developed to determine various chemical contaminants in food and the environment. A literature review has been conducted on recent applications of nano-LC methods in the field of food safety and environmental analysis, highlighting the variety of analytes, matrices, and analytical methodologies. Quantitative analytical methods for determining mycotoxins, pyrrolizidine alkaloids, pharmaceuticals, population-health related biomarkers, and perfluorinated compounds were developed. Different nano-LC instrumental setups were evaluated, including post-column solvent addition. A variety of sample preparation techniques was applied, including solid-phase extraction, quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) extraction, and dilute-and-shoot approach. A target ion screening approach was developed using selective fragment ions specific to pyrrolizidine alkaloids. Improved retention of ionic and highly polar compounds on reversed-phase nano-LC column has been demonstrated in the analysis of biomarkers and pharmaceuticals by the in-sample addition of tetrabutylammonium bromide as an ion pair reagent. The developed nano-LC methods were applied to study the occurrence of mycotoxins, pyrrolizidine alkaloids, and perfluorinated compounds in food from the Latvian market, and the occurrence of pharmaceuticals and biomarkers in wastewater from the wastewater treatment plants of different cities in Latvia was studied. NANOFLOW LIQUID CHROMATOGRAPHY, ORBITRAP MASS SPECTROMETRY, CHEMICAL CONTAMINANTS, WASTEWATER-BASED EPIDEMIOLOGY, TARGET ION SCREENING