Determination of Surfactants in Environmental Samples. Part I. Cationic Compounds / Oznaczanie Surfaktantów W Próbkach Środowiskowych. Część I. Związki Kationowe

• Authors: Ewa Olkowska , Marek Ruman , Anna Kowalska , Żaneta Polkowska
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

Compounds from the group of cationic surfactants are widely applied in household, industrial, cleaning, disinfectant, cosmetic and pharmaceutical products as their specific properties (antimicrobial, emulsifying, anticorrosion, softening). After use, cationic surfactants are disposed to wastewater-treatment plants and finally with effluent water to surface waters due to their incomplete degradation. Moreover, they can freely circulate in different environmental compartments including living organisms. It becomes indispensable to recognize in more detail behavior, fate and biological effects of cationic surfactants. This analytical problem can be solved with use sensitive and reliable analytical techniques at sample preparation step and final determination step. In recent years, during isolation analytes from environmental samples mainly were used liquid-liquid extraction (LLE) - liquid matrices or solid-liquid extraction (SLE) - solid matrices. This technique involves application of toxic solvents (chloroform), is time-consuming and interferences are co-extracted. Nowadays, in scientific centers are carried out research to replace this traditional technique. So far, the following techniques were applied: solid-phase extraction (SPE) or it modification (HF-LPME) - liquid samples; accelerated solvent extraction (ASE) and supercritical fluid extraction (SFE) - solid samples. During the determination of total content of cationic surface active agents in environmental samples were used a traditional spectrophotometry technique and potentiometric titration technique. But those techniques are susceptible of interferences on analysis results (anionic and non-ionic compounds). The chromatographic technique (liquid chromatography) applied at the final determination step gives possibility to determine individual cationic surfactants in solvent extracts of environmental samples. The LC systems coupled with mass spectrometers are most powerful tools during such analysis.

PL

Związki z grupy kationowych surfaktantów ze względu na swoje właściwości (bakteriobójcze, grzybobójcze, emulgujące, antykorozyjne, zmiękczające) są szeroko wykorzystywane w gospodarstwach domowych oraz przemyśle jako środki myjące, dezynfekujące i produkty farmaceutyczne. Po zastosowaniu w różnych dziedzinach działalności człowieka kationowe surfaktanty są kierowane do oczyszczalni ścieków, a następnie do wód powierzchniowych wraz z oczyszczoną wodą (ze względu na ich niecałkowitą degradacją). Ponadto, mogą one swobodnie migrować pomiędzy różnymi elementami środowiska, w tym w żywych organizmach. Zatem istotne staje się poznawanie w sposób bardziej szczegółowy zachowania, losu oraz efektów względem organizmów żywych związków z grupy kationowych surfaktantów. To zagadnienie analityczne może być rozwiązane z użycie czułych i selektywnych technik analitycznych na etapie przygotowania próbek do analizy oraz na etapie oznaczania końcowego. W ciągu ostatnich lat na etapie izolacji analitów z próbek środowiskowych wykorzystywane były głównie techniki ekstrakcji w układzie ciecz-ciecz (LLE) - ciekłe próbki lub ciało stałe-ciecz (SLE) - stałe próbki. Ta technika obejmuje zastosowanie toksycznych rozpuszczalników (chloroformu), jest czasochłonna oraz substancje przeszkadzające są współekstrahowane. Obecnie w wielu ośrodkach naukowych są prowadzone badania mające na celu zastąpienie tych tradycyjnych technik. Jak dotąd wykorzystywano następujące techniki analityczne: ekstrakcja do fazy stałej (SPE) bądź jej modyfikacja (HF-LPME) - ciekłe próbki; przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika (ASE) lub ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika w stanie nadkrytycznym (SFE) - stałe próbki. W celu oznaczenia sumarycznej zawartości surfaktantów w próbkach środowiskowych były najczęściej wykorzystywane tradycyjne techniki: spektrofotometrii oraz miareczkowania potencjometrycznego. Jednak stosowanie tych technik wiąże się z ich podatnością na obecność substancji przeszkadzających (anionowych i niejonowych związków). Zastosowanie na etapie oznaczania końcowego techniki chromatograficznej (chromatografii cieczowej) umożliwia oznaczanie pojedynczych kationowych środków powierzchniowo czynnych w ekstraktach rozpuszczalnikowych przygotowanych z próbek środowiskowych. Chromatografia cieczowa w połączeniu ze spektrometrią mas jest obecnie jednym z najbardziej uniwersalnych narzędzi analitycznych wykorzystywanych podczas tego typu analiz.

Keywords

EN

cationic surfactants; isolation and/or enrichment; final determination; environmental samples

PL

kationowe surfaktanty; izolacja i/lub wzbogacanie; etap oznaczania końcowego; próbki środowiskowe

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2013
• Volume: 20
• Issue: 1
• Pages: 69-77

Dates

published

1 - 03 - 2013

online

23 - 02 - 2013

Contributors

author

Ewa Olkowska

• Gdansk Univeristy of Technology, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland, phone [phone], fax [phone]

author

Marek Ruman

• Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, ul. Będzińska 60, Sosnowiec 41-200, Poland

author

Anna Kowalska

• Department of Forest Ecology, Forest Research Institute, Sękocin Stary, ul. Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn, Poland

author

Żaneta Polkowska

• Gdansk Univeristy of Technology, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland, phone [phone], fax [phone]

References

• [l] Tadros TF. Applied Surfactants: Principles and Applications. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2005.
• [2] Rosen MJ, Dahanayake M. Industrial Utilization of Surfactants: Principles and Practice. Champaign: AOCS; 2000.
• [3] Tezel U, Pierson JA, Pavlostathis SG. Water Res. 2006;40:3660-3668. DOI: 10.1016/j.watres.2006.06.019.[PubMed][Crossref]
• [4] http://www.scribd.com/doc/74156876/69/Alkyl-ester-ammonium-salts.
• [5] Olkowska E, Polkowska Ż, Namieśnik J. Chem Rev. 2011;111:5667-5700. DOI: 10.1021/cr100107g.[Crossref][PubMed]
• [6] Thiele B. Surfactants. In: Nollet LML, editor. Chromatographic Analysis of the Environment. Boca Raton: CRC Press; 2005.
• [7] Cross J, Singer EJ. Cationic Surfactants - Analytical and Biological Evaluation New York: M. Dekker; 1994.
• [8] Lewis MA, Hamm BG. Water Res. 1986;20:1575-1582.
• [9] Kirk-Otmer Encyclopedia of Chemical Technology. Dialog on Disc. Third Edition. Palo Alto: John Wiley & Sons; 1994.
• [10] Lewis MA, Suprenant D. Ecotoxicol Environ Saf. 1983;7:313-322. DOI : 10.1016/0147-6513(83)90076-3.[Crossref][PubMed]
• [11] Richardson ML. The Dictionary of Substances and Their Effects. Volume 1-7. London: Royal Society of Chemistry; 1992-1994.
• [12] CIRP. Final report on the safety assessment of cetrimonium chloride, cetrimonium bromide, and steartrimonium chloride. Cosmetic Ingredients Review Program, 16, 1997.
• [13] Utsunomiya A, Watanuki T, Matsushita K, Tomita I. Environ Toxicol Chem. 1997;16:1247-1254. DOI: 10.1002/etc.5620160621[Crossref]
• [14] Boethling RS, Lynch DG. Quaternary ammonium surfactants. In: de Oude NT, editor. Detergents, The Handbook of Environmental Chemistry, Volume 3. Part F. Anthropogenic Compounds. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag; 1992.
• [15] Lewis MA, Wee VT. Environ Toxicol Chem. 1983;2:105-108. DOI: 10.1002/etc.5620020112.[Crossref]
• [16] Kappeler TU. Tenside Surf Det. 1982;19:169-176.
• [17] Roghair CJ, Buijze A, Schoon HNP. Chemosphere, 1992;24:599-609. DOI: 10.1016/0045-6535(92)90216- E.[Crossref]
• [18] Lewis RJ. Sax´s Dangerous Properties of Industrial Materials. 9th. Van Nostrand R, editor. New York; 1996.
• [19] Giolando ST, Rapaport RA, Larson RJ, Federle TW. Chemosphere, 1995;30:1067-1083. DOI: 10.1016/0045-6535(95)00005-S.[Crossref]
• [20] Waters J, Kleiser HH, How MJ, Barratt MD, Birch RR, Fletcher RJ, et al. Tenside Surf Det. 1991;28:460-468. DOI: 10.1007/BF00205821.[Crossref]
• [21] Petrovic M, Barcelo D. In: Barcelo D, editor. Emerging Organic Pollutants in Wastewaters and Sludges. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag; 2004.
• [22] Gonzalez S, Petrovic M, Barcelo D, Trend Anal Chem. 2007;26:116-124. DOI:10.1016/j.trac.2006.12.003.[Crossref]
• [23] Madsen T, Boyd BH, Nylén D, Pedersen AR, Petersen GI. Flemming S. Environmental Health Assessment of Substances in Household Detergents and Cosmetic Detergent Products Environmental Project No. 615, Miloprojekt, Danish Environmental Pollution Agency; 2001.
• [24] Ying GG. Environ Int. 2006;32:417-431. DOI: 10.1016/j.envint.2005.07.004.[Crossref][PubMed]
• [25] Lara-Martin PA, Gomez-Parra A, Gonzalez-Mazo E. Trend Anal Chem. 2008;27:641-726. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.trac.2008.05.005[Crossref]
• [26] Web site: http://smartech.gatech.edu/jspui/bitstream/1853/28229/1/tezel_ulas_200905_phd.pdf.
• [27] Olkowska E, Polkowska Ż, Namieśnik J. Talanta 2012;88:1-13. DOI: 10.1016/j.talanta.2011.10.034.[PubMed][Crossref]
• [28] Martinez-Carballo E, Gonzaez-Barreiro C, Sitka A, Kreuzinger N, Scharf S, Gans O. Environ Pollut. 2007;146:543-547. DOI: 10.1016/j.envpol.2006.04.033.[Crossref]
• [29] Ferrer I, Furlong ET. Environ Sci Technol. 2001;35:2583-2588. DOI: 10.1021/es001742v.[PubMed][Crossref]
• [30] Merino F, Rubio S, Pérez-Bendito D. Anal Chem. 2003;75:6799-6806. DOI: 10.1021/ac030224a.[PubMed][Crossref]
• [31] Bassarab P. J Chromatogr A 2011;1218:673-677. DOI: 10.1016/j.chroma.2010.11.088.[Crossref]
• [32] Norberg J, Thordarson E, Mathiasson L, Jönsson JÅ. J Chromatogr A 2000;869:523-529. DOI: 10.1016%2fS0021-9673(99)01219-4.
• [33] Coll C, Marínez-Máñez R, Marcos MD, Sancenón F, Soto J. Angew Chem Int Ed. 2007;46:1675-1678. DOI: 10.1002/anie.200603800.[Crossref]
• [34] Coll C, Ros-Lis JV, Marínez-Máñez R, Marcos MD, Sancenón F, Soto J. J Mater Chem. 2010;20:1442-1451. DOI: 10.1039/B910659F.[Crossref]
• [35] Osburn QW. J Am Oil Chem Soc. 1982;59:453-457. DOI: 10.1007/BF02634433.[Crossref]
• [36] Wee VT. Water Res. 1984;18,223-225. DOI: 10.1016/0043-1354(84)90072-1.[Crossref]
• [37] Gerike P, Klotz H, Kooijman JGA, Matthijs E, Waters J. Water Res. 1994;1,147-154. DOI: 10.1016/0043-1354(94)90128-7.[Crossref]
• [38] Kreuzinger N, Fuerhacker M, Scharf S, Uhl M, Gans O. Grillitsch B. Desalination. 2007;215:209-222. DOI:10.1016/j.desal.2006.10.036.[Crossref]
• [39] Ferrer I, Furlong ET. Anal Chem. 2002;74:1275-1280. DOI: 10.1021/ac010969l.[PubMed][Crossref]
• [40] Fernandez P, Alder CA, Suter, MJ-F, Giger W. Anal Chem. 1996;68:921-929. DOI: 10.1021/ac9505482.[PubMed][Crossref]
• [41] Mohamed GG, Ali TA, El-Shahat MF, Al-Sabagh AM, Migahed MA. Electroanalysis 2010;22:2587-2599. DOI: 10.1002/elan.201000096.[Crossref]
• [42] Patel R, Singh Patel K. Talanta. 1999;48:923-931. DOI: 10.1016/S0039-9140(98)00306-3.[PubMed][Crossref]
• [43] Luque N, Merino F, Rubio S, Pérez-Bendito D. J Chromatogr A. 2005;1094:17-23. DOI: 10.1016/j.chroma.2005.07.102.[Crossref]
• [44] http://www.dionex.com/en-us/products/columns/lc/specialty/acclaim-surfactant/lp-71771.html.
• [45] Nair LM, Saari-Nordhaus R. J Chromatogr A. 1998;804:233-239. DOI: 10.1016/S0021-9673(97)01242-9.[Crossref]
• [46] Idouhar M, Tazerouti A. J Surfact Deterg. 2008;11:263-267. DOI: 10.1007/s11743-008-1079-1.[Crossref]
• [47] Clara M, Scharf S, Scheffknecht C, Gans O. Water Res. 2007;41:4339-4348. DOI: 10.1016/j.watres.2007.06.027 [PubMed][Crossref]

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2013-0005