Διδακτορικός Φοιτητής
ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΟΡΦΑΝΑΚΗΣ
eorfanakis@materials.uoc.gr
Τηλέφωνο
Γραφείο
Προσωπική ιστοσελίδα
Θέμα διδακτορικού
Development of Photonics Based Methodologies for the Assessment of Agricultural Products and Environmental Pollutants
Ανάπτυξη Μεθοδολογιών Φωτονικής για την Αξιολόγηση Αγροτικών Προϊόντων και Περιβαλλοντικών Ρύπων
Επιβλέπων
ΒΕΛΕΓΡΑΚΗΣ ΜΙΧΑΗΛ, Ερευνητής Α΄, ΙΤΕ, Ηράκλειο Κρήτης
Μέλη Επιτροπής
ΠΑΠΑΖΟΓΛΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ, Αναπληρωτής καθηγητής, Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών - ΠΚ
ΣΑΜΑΡΤΖΗΣ ΠΕΤΡΟΣ, Ερευνητής Β΄, ΙΤΕ, Ηράκλειο Κρήτης
Abstract
Quality control and safety of agro-food products is of high importance. These products, due to their high commercial and nutritional value, are prone to fraud. In addition, as a result of poor collection and management practices, there is a possibility of their contamination with various pollutants. These pollutants can be threatening to consumers health and jeopardize the products safety. Detection of adulterants and contaminants in food and the environment is carried out with modern analytical techniques, which are expensive, time consuming and are carried out in laboratories by specialized personnel. In recent years, the application of spectroscopic methods has risen as an alternative approach to the study of agro-food and environmental pollution products. Optical spectroscopic techniques can provide information on the chemical composition and require no or minimal pretreatment of the samples. These methods are rapid, non-destructive to the sample, environmentally friendly and have low cost of analysis. The combination of optical spectroscopic methods with advanced statistical techniques based on machine learning leads to better evaluation of the results. They can provide useful information about the origin (geographical, botanical), quality and the detection of adulteration, as well as the detection of various contaminants in agro-food products. The aim of this doctoral thesis is the development and application of photonics methodologies in olive oil and honey products in order to evaluate and distinguish them in terms of their botanical and geographical origin. At the same time, the detection of environmental pollutants such as pesticides, plasticizers, mineral oils and heavy metals will be examined. The work will be carried out at the Laboratory of Photonics Applications for Agrofood and Environment of the Institute of Electronic Structure and Laser of FORTH. The research will be performed with optical spectroscopy techniques such as Absorption spectroscopy from Ultraviolet to Infrared region, Fluorescence Spectroscopy and, also, with advanced optical spectroscopy techniques such as Raman Spectroscopy, Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy (CARS), Fourier Transform InfraRed spectroscopy (FT-IR) and laser spectroscopy (Laser Induced Fluorescence (LIF), Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) The ultimate goal of this thesis is to develop appropriate methods and devices based on photonics, that could potentially be applied in the field of food products, providing a fast and low-cost alternative methodology to control the origin, the safety and the quality of these products. The implementation and development of new advanced optical spectroscopic methods will be a valuable analytical tool for all those involved in the production, standardization and distribution of food products.
Περίληψη
Ο ποιοτικός έλεγχος και η ασφάλεια των προϊόντων αγροδιατροφής είναι υψίστης σημασίας. Τα προϊόντα αυτά, εξαιτίας της υψηλής εμπορικής και διατροφικής αξίας τους, είναι ευάλωτα σε προσπάθειες νοθείας. Επιπλέον, ως αποτέλεσμα κακών πρακτικών συλλογής και διαχείρισης των προϊόντων υπάρχει η περίπτωση επιμόλυνσης τους με διάφορους ρύπους. Συχνά, στα προϊόντα αυτά ανιχνεύονται ρυπαντές που απειλούν την υγεία των καταναλωτών και καθιστούν έτσι τα προιόντα ανασφαλή. Η ανίχνευση νοθευτών και επιμολυντών στα τρόφιμα και στο περιβάλλον πραγματοποιείται με σύγχρονες αναλυτικές τεχνικές, οι οποίες έχουν μεγάλο κόστος, είναι χρονοβόρες και διεξάγονται εργαστηριακά από εξειδικευμένο προσωπικό. Όπως έχει διαπιστωθεί τα τελευταία χρόνια, η εφαρμογή φασματοσκοπικών μεθόδων αποτελεί μια εναλλακτική προσέγγιση στη μελέτη προϊόντων αγροδιατροφής και περιβαλλοντικών ρύπων. Οι οπτικές αναλύσεις δίνουν πληροφορίες για τη χημική σύσταση των δειγμάτων και απαιτούν ελάχιστη ως καθόλου προεπεξεργασία του δείγματος. Χαρακτηρίζονται από χαμηλό κόστος ανάλυσης , είναι ταχείς, μη καταστρεπτικές ως προς το δείγμα και περιβαλλοντικά φιλικές. Ο συνδυασμός των οπτικών μεθόδων με προηγμένες στατιστικές τεχνικές βασισμένες στη μηχανική μάθηση οδηγεί σε καλύτερη αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Μέσω αυτών εξάγονται χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την προέλευση (π.χ γεωγραφική, βοτανική), την ποιότητα και την ανίχνευση νοθείας, καθώς και την ανίχνευση διαφόρων επιμολυντών στα προϊόντα αγροδιατροφής. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή μεθοδολογιών φωτονικής σε προϊόντα ελαιολάδου και μελιού με στόχο την αξιολόγηση και την διάκριση τους ως προς την βοτανική και γεωγραφική τους προέλευση. Παράλληλα, θα εξεταστεί η ανίχνευση περιβαλλοντικών ρυπαντών όπως φυτοφαρμάκων, πλαστικοποιητών, ορυκτελαίων και βαρέων μετάλλων. Η εργασία θα διεξαχθεί στο Εργαστήριο Εφαρμογών Φωτονικής για την Αγροδιατροφή και το Περιβάλλον του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ. Η έρευνα θα πραγματοποιηθεί με τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας όπως Φασματοσκοπία Απορρόφησης από το υπεριώδες έως το υπέρυθρο και Φασματοσκοπία Φθορισμού, καθώς και με προηγμένες τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας όπως Φασματοσκοπία Raman και Φασματοσκοπία Raman Ενίσχυσης Πεδίου (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS), Φασματοσκοπία σύμφωνης Anti-Stokes σκέδασης Raman (Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy, CARS), Φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR), Φασματοσκοπία laser (π.χ. Φασματοσκοπία Φθορισμού Επαγόμενου από Λέιζερ (Laser Induced Fluorescence, LIF), Φασματοσκοπία Εκπομπής Πλάσματος Επαγόμενου από Λέιζερ (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)). Απώτερος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη κατάλληλων μεθόδων και διατάξεων βασισμένων στη φωτονική, με δυνατότητα εφαρμογής τους στο πεδίο των τροφίμων, παρέχοντας μία γρήγορη και χαμηλού κόστους εναλλακτική μεθοδολογία για έλεγχο ταυτότητας, ποιότητας και ασφάλειας. Η εφαρμογή και ανάπτυξη νέων προηγμένων οπτικών φασματοσκοπικών μεθόδων θα αποτελέσει ένα πολύτιμο αναλυτικό εργαλείο για όλους εκείνους που εμπλέκονται στην αλυσίδα παραγωγής, τυποποίησης και διάθεσης προϊόντων διατροφής.