Zagrożenia środowiskowe i toksykologiczne wynikające ze stosowania czwartorzędowych soli amoniowych

• Authors: Arkadiusz Telesiński , Martyna Śnioszek , Robert Biczak , Barbara Pawłowska

Title variants

EN

Environmental and toxicological risk of using quaternary ammonium salts

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Czwartorzędowe ciecze jonowe (CSA), ze względu na ich szerokie zastosowania, głównie jako surfaktanty i środki odkażające, stanowią zagrożenie zarówno dla środowiska, jak i dla zdrowia człowieka. Artykuł przedstawia charakterystykę, zastosowanie i występowanie w środowisku CSA, ich aktywność przeciwdrobnoustrojową, a także toksyczność tych związków dla środowiska i człowieka. Około 25% stosowanych CSA dostaje się do środowiska głownie ze ściekami. Szczególnie wrażliwe na te związki są organizmy wodne, zwłaszcza glony, natomiast ich obecność w glebie powoduje pojawienie się w roślinach stresu oksydacyjnego. Człowiek narażony jest na kontakt z CSA głównie w miejscach ich produkcji i zastosowania. Najczęstszym objawem ekspozycji na CSA jest kontaktowe zapalenie skóry, a także podrażnienie dróg oddechowych oraz alergie. Ponadto istnieją możliwości wywołania przez CSA mutacji prowadzących do zmian nowotworowych.

EN

The wide use of quaternary ammonium compounds (QACs), mostly as surfactants and disinfectants, may cause a threat both to the environment and human health. This article presents characteristics and use of QACs, their occurrence in the environment, antimicrobial activity and toxicity to the environment and the man. Approximately 25% of used QACs enter the environment mainly with sewage. Aquatic organisms, especially algae, are very sensitive to these compounds. The presence of QACs in soil causes oxidative stress in plans. The people are exposed to the contact with these substances mainly in places of their production and usage. The most common symptoms of exposure to QACs are contact dermatitis, irritation of respiratory system and allergies. Furthermore, QACs may induce mutations and becoming cancerogenic.

Keywords

EN

aktywność przeciwdrobnoustrojowa; chlorek benzalkoniowy; czwartorzędowe sole amoniowe; ekotoksyczność

• Journal: Kosmos
• Year: 2016
• Volume: 65
• Issue: 4
• Pages: 495-502

Dates

published

2016

Contributors

author

Arkadiusz Telesiński

• Katedra Fizjologii Roślin i Biochemii, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Słowackiego 17, 71-434 Szczecin, Polska
• Department of Plant Physiology and Biochemistry, West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Słowackiego 17, 71-434 Szczecin, Poland

author

Martyna Śnioszek

• Katedra Fizjologii Roślin i Biochemii, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Słowackiego 17, 71-434 Szczecin, Polska
• Department of Plant Physiology and Biochemistry, West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Słowackiego 17, 71-434 Szczecin, Poland

author

Robert Biczak

• Instytut Chemii, Ochrony Środowiska i Biotechnologii, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa, Polska
• Institute of Chemistry, Environmental Protection and Biotechnology, Jan Długosz University in Częstochowa, Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa, Poland

author

Barbara Pawłowska

• Instytut Chemii, Ochrony Środowiska i Biotechnologii, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa, Polska
• Institute of Chemistry, Environmental Protection and Biotechnology, Jan Długosz University in Częstochowa, Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa, Poland

References

• Anderson D., Faltay B., Haller N.A., 2009. Anaphylaxis with use of eye-drops containing benzalkonium chloride preservative. Clin. Exp. Optom. 92 (5), 444-446.
• Berkel M., Wolff F.A., 1988. Survival after acute benzalkonium chloride poisoning. Human Toxicol. 7, 191-193.
• Biczak R., 2016. Quaternary ammonium salts with tetrafluoroborate anion: Phytotoxicity and oxidative stress in terrestrial plants. J. Hazard. Mat. 304, 173-185.
• Bluzot R., Seuge J. 1981. Effect à long terme de quatre détersifs chez le pulmoné d eau douce Lymnea stagnalis L, intoxication des animaux dés léclasion. Environ. Pollut. 25 (2), 105-111.
• Boethling R.S., 1994. Environmental aspects of cationic surfactants. [W:] Cationic surfactants: Analytical and biological evaluation. Cross J., Singer E.J. (red.), Marcel Dekker, Inc., New York.
• Bragadin M., Dellantone P., 1996. Mitochondrial bioenergetics as affected by cationic detergents. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 30 (2), 280-284.
• Brycki B., Waligórska M., Szulc A., 2014. The biodegradation of monomeric and dimeric alkylammonium surfactants. J. Hazard. Mater. 280, 797-815.
• Chen Y., Geurts M., Sjollema S.B., Kramer N.I., Hermens J.L., Droge S.T., 2014. Acute toxicity of the cationic surfactant C12-benzalkonium in different bioassays: how test design affects bioavailability and effect concentrations. Environ. Toxicol. Chem. 33, 606-615.
• Clara M., Scharf S., Scheffknecht C., Gans O., 2007. Occurrence of selected surfactants in untreated and treated sewage. Water Res. 41, 4339-4348.
• Cvjetko Bubalo M., Hanousek K., Radošević K., Srček V.G., Jakovljević T., Radojčić Redovniković I., 2014. Imidazolium based ionic liquids: Effect of different anions and alkyl chains lengths on the barley seedlings. Ecotox. Environ. Saf. 101, 116-123.
• Cybulski J., Wiśniewska A., Kulig-Adamiak A., Dąbrowski Z., Praczyk T., Michalczyk A., Walkiewicz F., Materna K., Pernak J., 2011. Mandelate and prolinate ionic liquids: synthesis, characterization, catalytic and biological activity. Tetrahedron Lett. 52, 1325-1328.
• Ding W.H., Tsai P.C., 2003. Determination of alkyltrimethylammonium chlorides in river water by gas chromatography/ion trap mass spectrometry with electron impact and chemical ionization. Anal. Chem. 75, 1792-1797.
• Garcia M.T., Campos E., Sanchez-Leal J., Comelles F., 2006. Sorption of alkyl benzyl dimethyl ammonium compounds by activated sludge. J. Dispersion Sci. Technol. 27, 739-744.
• Garcia M.T., Ribosa I., Guindulain T., Sánchez-Leal J., Vives-Rego J., 2001. Fate and effect of monoalkyl quaternary ammonium surfactants in the aquatic environment. Environ. Pollut. 111, 169-175.
• Gilbert P., Moore, L.E., 2005. Cationic antiseptics: diversity of action under a common epithet. J. Appl. Microbiol. 99: 703-715.
• Gonzalez M., Jegu J., Kopferschmitt M.C., Donnay C., Hedelin G., Matzinger F., 2014. Asthma among workers in healthcare settings: Role of disinfection with quaternary ammonium compounds. Clin. Exp. Allergy 44 (3), 393-406.
• Grabińska-Sota E., 1995. Biologiczny rozkład chlorków n-alkilotiometylo pirydyniowych. Chemik 48 (4), 108-111.
• Grabińska-Sota E., 2004. Ocena oddziaływania czwartorzędowych soli amoniowych na środowisko wodne. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, nr 1613.
• Herron J., Reese C. R., Tallman A. K., Narayanaswamy R., Porter A. N., Xu L., 2016. Identification of environmental quaternary ammonium compounds as direct inhibitors of cholesterol biosynthesis. Toxicol. Sci. 151 (2), 261-270
• Holmberg K., Jönsson B., Kronberg B., Lindman B., 2003. Surfactants and polymers in aqueous solution. John Wiley & Sons, Ltd, Chichester.
• Ismail Z.Z., Tezel U., Pavlostathis S.G., 2010. Sorption of quaternary ammonium compounds to municipal sludge. Water Res. 44 (7), 2303-2313.
• Jing G., Zhou Z., Zhuo J., 2012. Quantitative structure-activity relationship (QSAR) study of toxicity of quaternary ammonium compounds on Chlorella pyrenoidosa and Scenedesmus quadricauda. Chemosphere 86, 76-82.
• Knezovich J.P., Inouye L.S., 1993. The influence of sediment and colloid material on the bioavailability of a quaternary ammonium surfactant. Ecotox. Environ. Saf. 26, 253-264.
• Knezovich J.P., Lawton M.P., Inouye L.S., 1989. Bioaccumulation and tissue distribution of a quaternary ammonium surfactant in three aquatic species. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 42, 459-467.
• Kreuzinger N., Fuerhacker M., Scharf S., Uhl M., Gans O., Grillitsch B., 2007. Methodological approach towards the environmental significance of uncharacterized substances - quaternary ammonium compounds as an example. Desalination 215, 209-222.
• Kwabata M., Ohori J., Kurono Y., 2016. Effects of benzalkonium chloride on histamine H1 receptor mRNA expession in nasal epithelial cells. Auris Nasus Larynx doi:10.1016/j.anl.2016.02.003
• Lara-Martín P.A., Li X.L., Bopp R.F., Brownawell B.J., 2010. Occurrence of alkyltrimethylammonium compounds in urban estuarine sediments: behentrimonium as a new emerging contaminant. Environ. Sci. Technol. 44, 7569-7575.
• Li X., Brownawell B.J., 2010. Quaternary ammonium compounds in urban estuarine sediment environments - a class of contaminants in need of increased attention. Environ. Sci. Technol. 44, 7561-7568.
• Lipińska-Ojrzanowska A., Walusiak-Skorupa J., 2014. Czwartorzędowe związki amoniowe - nowe zagrożenie w środowisku pracy. Med. Pr. 65 (5), 675-682.
• Maillard J.Y., 2002. Bacterial target sites for biocide action. J. Appl. Microbiol. 92: 16S-27S.
• Marple B., Roland P., Benninger M., 2004. Safety review of benzalkonium chloride used as a preservative in intranasal solutions: an overview of conflicting data and opinions. Otolaryngol. Head Neck Surg. 130 (1), 131-41.
• Martinez-Carballo E., Sitka A., Gonzalez-Barreiro C., Kreuzinger N., Furhacker M., Scharf S., Gans O., 2007. Determination of selected quaternary ammonium compounds by liquid chromatography with mass spectrometry. Part I. Application to surface, waste and indirect discharge water samples in Austria. Environ. Pollut. 145, 489-496.
• McDonnell G., Russell A.D., 1999. Antiseptics and disinfectants: activity, action, and resistance. Clin. Microbiol. Rev. 12, 147-179.
• Młynarczyk W., Ewertowska M., Włosian D., Zabielska-Matejuk J., 2000. Badania toksykometryczne wybranych czwartorzędowych soli imidazoliowych. Bromat. Chem. Toksykol. 33 (2), 143-150.
• Obłąk E., Lachowicz T.M., Łuczyński J., Witek S., 2001. Comparative studies of the biological activities of lysosomotropic aminoesters and quaternary ammonium salts on the yeast Saccharomyces cerevisiae. Cell. Mol. Biol. Lett. 6, 871-880.
• Obłąk E., Gamian A., 2010. Biologiczna aktywność czwartorzędowych soli amoniowych (CSA). Post. Hig. Med. Dośw. 64, 201-211.
• Obłąk E., Piecucha A., Krasowska A., Łuczyński J., 2013. Antifungal activity of gemini quaternary ammonium salts. Microbiol. Res. 168 (1), 630-638.
• Olkowska E., Polkowska Z., Namieśnik J., 2013. A solid phase extraction-ion chromatography with conductivity detection procedure for determining cationic surfactants in surface water samples. Talanta 116, 210-216.
• Pawłowska B., Biczak R., 2016. Evaluation of the effect of tetraethylammonium bromide and chloride on the growth and development of terrestrial plants. Chemosphere, 149, 24-33.
• Pernak J., 2013. Aktywność biologiczna soli zawierających czwartorzędowy atom azotu. Przem. Chem. 92 (5), 1653-1656.
• Pernak J., Smiglak M., Griffin S.T., Hough W.L., Wilson T.B., Pernak A., Zabielska-Matejuk J., Fojutowski A., Kitad K., Rogers R.D., 2006. Long alkyl chain quaternary ammonium-based ionic liquids and potential applications. Green Chem. 8, 798-806.
• Przondo J., 2010. Związki powierzchniowo czynne i ich zastosowanie w produktach chemii gospodarczej. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom.
• Quirce S., Barranco P., 2010. Cleaning agents and asthma. J. Invest. Allerg. Clin. 20 (7), 542-550
• Rajkowska K., Koziróg A., Otlewska A., Piotrowska M., Nowicka-Krawczyk P., Brycki B., Kunicka-Styczyńska A., Gutarowska B., 2016. Quaternary ammonium biocides as antimicrobial agents protecting historical wood and brick. Acta Bioch. Pol. 63 (1), 153-159.
• Ren R., Li K., Zhang C., Liu D., Sun J., 2011. Biosorption of tetradecyl benzyl dimethyl ammonium chloride on activated sludge: kinetic, thermodynamic and reaction mechanisms. Bioresour. Technol. 102, 3799-3804.
• Riechelmann H., Deutschle T., Stuhlmiller A., Gronau S., Bürner H. 2004. Nasal toxicity of benzalkonium chloride. Am. J. Rhinol. 18 (5), 291-299
• Ruan T., Song S., Wang T., Liu R., Lin Y., Jiang G., 2014. Identification and composition of emerging quaternary ammonium compounds in municipal sewage sludge in China. Environ. Sci. Technol. 48, 4289-4297.
• Sarkar B., Megharaj M, Xi Y., Krishnamurtia G.S.R., Naidu R., 2010. Sorption of quaternary ammonium compounds in soils: Implications to the soil microbial activities. J. Hazard. Mat. 184 (1-3), 448-456.
• Skała J., Orłowska-Matuszewska G., Misiewicz M., Oświęcimska M., Witek S., Kotylak Z., 1988. Biological effect of alkoxymethylene trimethylammonium chlorides on yeast Saccharomyces cerevisiae. Acta Microbiol. Pol. 37, 271-280.
• Świercz R., Hałatek T., Majcherek W., Grzelińska Z., Wąsowicz W., 2007. Toksyczne działanie chlorku benzalkoniowego na zwierzęta i ludzi. Med. Pr. 58 (2), 139-142.
• Tischer M., Pradel G., Ohlsen K., Holzgrabe U., 2012. Quaternary ammonium salts and their antimicrobial potential: targets or nonspecific interactions? Chem. Med. Chem. 7, 22-31.
• Tubbing D.M.J., Admiraal, W.I.M., 1991. Inhibition of bacterial and phytoplanktonic metabolic-activity in the Lower River Rhine by ditallowdimethylammonium chloride. Appl. Environ. Microbiol. 57: 3616-3622
• Utsunomiya A., Watanuki T., Matsuhita K., Tomita I., 1997. Toxic effects of linear alkylbenzenesulfonate, quaternary alkylammonium chloride and their complexes on Dunaliella sp. and Chlorella pyrenoidosa. Environ. Toxicol. Chem. 16 (6), 1247-1254.
• Van de Voorde A., Lorgeoux C., Gromaire M.C., Chebb, G., 2012. Analysis of quaternary ammoniumcompounds in urban stormwater samples. Environ. Pollut. 164, 150-157.
• Van Wijk D., Gyimesi-van den Bos M., Garttener-Arends I., Geurts M., Kamstra J., Thomas P., 2009. Bioavailability and detoxification of cationics: I. Algal toxicity of alkyltrimethyl ammonium salts in the presence of suspended sediment and humic acid. Chemosphere 75, 303-309.
• Warren C.R., 2013. Quaternary ammonium compounds can be abundant in some soils and are taken up as intact molecules by plants. New Phytol. 198 (2), 476-485.
• Zhang C., Cui F., Zeng G., Jiang M., Yang Z., Yu Z., Zhu M., Shen L., 2015. Quaternary ammonium compounds (QACs): A review on occurrence, fate and toxicity in the environment. Sci. Total Environ. 518-519, 352-362.
• Zhang Q., Gao Z., Xu F., Zou X., 2011. Adsorption and corrosion inhibitive properties of gemini surfactants in the series of hexanediyl-1,6-bis-(diethyl alkyl ammonium bromide) on aluminium in hydrochloric acid solution. Colloids Surf., A 380, 191-200.