LC-HRMS Data Processing Strategy for Reliable Sample Comparison Exemplified by the Assessment of Water Treatment Processes

Abstract

The behavior of micropollutants in water treatment is an important aspect in terms of water quality. Nontarget screening by liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry (LC-HRMS) offers the opportunity to comprehensively assess water treatment processes by comparing the signal heights of all detectable compounds before and after treatment. Without preselection of known target compounds, all accessible information is used to describe changes across processes and thus serves as a measure for the treatment efficiency. In this study, we introduce a novel LC-HRMS data processing strategy for the reliable classification of signals based on the observed fold changes. An approach for filtering detected features was developed and, after parameter adjustment, validated for its recall and precision. As proof of concept, the fate of 411 target compounds in a 0.1 μg/L standard mix was tracked throughout the data processing stages, where 406 targets were successfully recognized and retained during filtering. Potential pitfalls in signal classification were addressed. We found the recursive peak integration to be a key point for the reliable classification of signal changes across a process. For evaluating the repeatability, a combinatorial approach was conducted to verify the consistency of the final outcome using technical replicates of influent and effluent samples taken from an ozonation process during drinking water treatment. The results showed sufficient repeatability and thus emphasized the applicability of nontarget screening for the assessment of water treatment processes. The developed data processing strategies may be transferred to other research fields where sample comparisons are conducted.

Machine learning combined with non-targeted LC-HRMS analysis for a risk warning system of chemical hazards in drinking water: A proof of concept

“…The situation is far from static as the challenges grow and change, and this is evident in the ever evolving water quality monitoring programs across the globe. However, during the past two decades, it has become more and more evident that existing water monitoring strategies are not adequate to address these challenges [26].…”

Österreichs Mineral‐ und Heilwässer

“…The methanolic extracts are measured with negative electrospray ionization using an FTICR mass spectrometer [4]. The mass peaks are assigned to molecular formulas [3,6,7]. While the above mentioned sample preparation, the FTICR-MS measurements and the formula assignment can be read in the literature, the focus of our study is on the comparison of samples with rather similar DOM quality.…”

Überprüfung der Relevanz von Spurenstoffen bei der Trinkwasseraufbereitung am Beispiel der Ozonungsprodukte von Oxipurinol

“…Das Ziel für weitere Projekte ist deshalb, die hier vorgestellte Filtrationsmethode mit einer isothermalen DNA-Detektion zu verknüpfen. Am Lehrstuhl wurde dazu die Mikroarray-basierte heterogene asymmetrische Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (haRPA) etabliert [6,7]. Wird die DNA-Extraktion direkt auf den MAF-Disks durchgeführt, könnte zukünftig ein schnelles und einfaches molekularbiologisches Messsystem entstehen, das es ermöglicht, schnell und mit geringem Aufwand zum Beispiel Wasserzähler direkt auf P. aeruginosa zu untersuchen.…”

“…Um die Übertragbarkeit des Laborversuchs auf eine großtechnische Ozonungsanlage zu überprüfen, wurde die Ozonung mit einer realistischeren Oxipurinol-Konzentration von 1 μg L -1 wiederholt und zugleich der Zu-und Ablauf der großtechnischen Ozonungsanlage des Wasserwerks in Langenau beprobt. Die Proben wurden mit einer aus mehreren Schichten bestehenden Festphase nach Mechelke et al [7] angereichert (Faktor 500) und auf die im Laborversuch bei hoher Ausgangskonzentration detektierten Transformationsprodukte untersucht. Die Prüfung auf den wichtigen toxikologischen Endpunkt Gentoxizität der im Laborversuch und bei der realen Wasseraufbereitung detektierten Transformationsprodukte erfolgte mittels des umu-Assay nach DIN 38415-T3.…”

“…Zum Nachweis der Transformationsprodukte ist eine Probenanreicherung erforderlich. Hierfür wurde eine aus mehreren Schichten bestehende Festphase [7] verwendet. Das Transformationsprodukt…”