Determination of Surfactants in Environmental Samples. Part II. Anionic Compounds

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

Abstracts

EN

Surface active agents (SAA) with negative charge of polar group are named as anionic compounds. They are the main constituent of most products containing synthetic surfactants. The linear alkylbenzene sulfonates (LAS), alkyl ethoxysulfates (AES) and alkyl sulfates (AS) are typically applied from this class of compounds. Those surfactants are ingredients of household detergents and cleaners, laundry detergents, cosmetic etc. Moreover they can be applied in the paper, textile and tanning industry as optical brighteners, dispersant, wetting and suspending agents. They can be substrates in the formulation of different products like dyes, pigments, pesticides, exchange resins, plasticizers and pharmaceuticals. Anionic surfactants after use are passed into sewage-treatment plants, where they are partially degraded and adsorbed to sewage sludge (applied in agriculture fields). Finally, the anionic SAA or their degradation products are discharged into surface waters and onto bottom sediments, soils or living organisms. Therefore, it is important (widely application, bioaccumulation, toxicity for living organisms) to investigate the environmental fate of those class of compounds in more details. This research involves determination the concentration of anionic surfactants with use appropriated analytical techniques in environmental samples The official methodology for determination of anionic SAA in liquid samples is based on the ion-pair reaction of these analytes compounds with methylene blue (MB) and an extraction with toxic solvent chloroform. During isolation step of anionic compounds from solid samples are employed Soxhlet and ultrasonic-assisted extraction techniques with use of methanol or mixture of other organic solvents as extraction medium. To overcome disadvantages of those traditional techniques were applied following techniques at sample preparation step from liquid and solid matrices: solid-phase extraction (SPE) and solid-phases microextraction (SPME); accelerated solvent extraction (ASE), microwave-assisted extraction (MAE), supercritical fluid extraction (SFE), respectively. For estimate total concentration of anionic analytes in extracts the spectrophotometric technique is used (as official regulation). For determination concentration of individual analytes were applied gas (derivatization step requires) and liquid chromatography mainly with mass spectrometry technique. The presence of anionic surface active agents was confirmed in various ecosystems (liquid and solid environmental samples).

PL

Związki powierzchniowo czynne (SAA) o ujemnym ładunku polarnej części cząsteczek określane są jako anionowe surfaktanty. Ich wielkość produkcji jest najwyższa wśród syntetycznych związków. Z tej grupy analitów są zazwyczaj stosowane liniowe alkilobenzen sulfoniany (LAS), alkilo etoksysiarczany (AES) oraz alkilo siarczany (AS). Tego typu surfaktanty są składnikami detergentów i produktów czyszczących używanych w gospodarstwach domowych, środkach piorących, kosmetykach. Są one wykorzystywane w przemyśle papierniczym, tekstylnym i garbarskim jako optyczne wybielacze, środki rozpraszające, zwilżające i rozpraszające. Co więcej, są one używane przy wytwarzaniu barwników, pestycydów, żywic jonowymiennych, plastyfikatorów oraz farmaceutyków. Anionowe surfaktanty wraz ze ściekami trafiają do oczyszczalni ścieków, gdzie są poddawane degradacji oraz dochodzi do zjawiska adsorpcji w osadzie czynnym (wykorzystywanym w rolnictwie). Ostatecznie, związki z grupy anionowych SAA lub produkty ich degradacji są emitowane do wód powierzchniowych, a następnie do osadów dennych, gleby i są akumulowane przez organizmy żywe. Stąd istotne staje się poznawanie w sposób bardziej szczegółowy losu środowiskowego tej klasy związków (ze względu na ich szerokie wykorzystywanie, podatność na zjawisko bioakumulacji oraz toksyczności względem organizmów żywych). Tego rodzaju badania obejmują określanie poziomów zawartości surfaktantów w różnego typu próbkach z użyciem odpowiednich narzędzi analitycznych. Oficjalne metodyki analityczne dotyczące określania zawartości anionowych związków w ciekłych próbkach środowiskowych są oparte na reakcji tworzenia par jonowych z błękitem metylenowym (MB), a następnie ekstrakcji do toksycznego rozpuszczalnika chloroformu. Na etapie izolacji anionowych analitów ze stałych próbek stosowane są techniki ekstrakcji za pomocą rozpuszczalnika w aparacie Soxhleta lub ekstrakcji wspomaganej falami ultradźwiękowymi (z użyciem jako medium ekstrakcyjnego metanolu lub mieszaniny z innymi rozpuszczalnikami). By wyeliminować wady tego typu tradycyjnych technik, na etapie przygotowania próbek do analizy stosowane są odpowiednio: ekstrakcja do fazy stałej (SPE) oraz mikroekstrakcja do fazy stałej (SPME) - próbki ciekłe; przyspieszona ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika (ASE), ekstrakcja za pomocą rozpuszczalnika wspomagana promieniowaniem mikrofalowym (MAE) lub ekstrakcja za pomocą płynu w stanie nadkrytycznym (SFE). W celu określenia sumarycznej zawartości anionowych analitów w ekstraktach stosowana jest technika spektrofotometrii (według obowiązujących regulacji prawnych). Określenie poziomów stężeń indywidualnych analitów odbywa się z reguły z użyciem chromatografii gazowej (konieczny etap derywatyzacji analitów) bądź cieczowej w połączeniu ze spektrometrią mas. Obecność anionowych związków powierzchniowo czynnych została potwierdzona w różnorodnych ekosystemach (ciekłych i stałych próbkach środowiskowych).

Keywords

EN

anionic surfactants; isolation and/or enrichment; final determination stage; environmental samples

PL

anionowe 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: 2
• Pages: 331-342

Dates

published

1 - 06 - 2013

online

29 - 05 - 2013

Contributors

author

Ewa Olkowska

• Gdańsk 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

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

References

• [l] Rosen MJ, Dahanayake M. Industrial Utilization of Surfactants: Principles and Practice, Champaign: AOCS; 2000.
• [2] Thiele B. Surfactants. In: Nollet LML, editor. Chromatographic Analysis of the Environment. Boca Raton: CRC Press; 2005.
• [3] Holmberg K, Jönsson B, Kronberg B, Lindman B. Surfactants and Polymers in Aqueous Solution. The Atrium: John Wiley & Sons; 2003.
• [4] Toedt J, Koza D, Van Cleef-Toedt K. Chemical Composition of Everyday Products. Westport: Greenwood Publishing Group; 2005.
• [5] Lara-Martin P, Gomez-Parra A, Gonzalez-Mazo E. J Chromatogr A. 2006;1114:205-210. DOI: 10.1016/j.chroma.2006.03.014.[Crossref]
• [6] Fendinger NJ, Versteeg DJ, Weeg E, Dyer S, Rapaport RA. Environmental behavior and fate of anionic surfactants. In: Baker LA, editor. Environmental chemistry of lakes and reservoirs. ACS Advances in Chemistry Series No. 237. Washington DC: American Chemical Society; 1994.
• [7] Sütterlin H, Alexy R, Coker A, Kümmerer K. Chemosphere. 2008;72:479-484 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2008.03.008.[PubMed][Crossref]
• [8] Liwarska-Bizukojc E, Miksch K, Malachowska-Jutsz A, Kalka J. Chemosphere. 2005;58:1249-1253. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.10.031.[Crossref]
• [9] Van Ewijk PH, Hoekstra JA. Ecotoxicol Environ Saf. 1993;25:25-32.[PubMed]
• [10] Verge C, Moreno A, Bravo J, Berna JL. Chemosphere. 2001;44:1749-1757. DOI: 10.1016/S0045-6535(00)00574-9.[Crossref][PubMed]
• [11] Utsunomiya A, Watanuki T, Matsushita K, Nishina M, Tomita I. Chemosphere. 1997;35:2479-2490. DOI: 10.1016/S0045-6535(97)00316-0.[Crossref]
• [12] Sandbacka M, Christianson I, Isomaa B. Toxicol Vit. 2000;14:61-68. DOI: 10.1016/S0887-2333(99) 00083-1.[Crossref]
• [13] Singh RP, Gupta N, Singh S, Singh A, Suman R, Annie K. Bull Environ Contam Toxicol. 2002;69:265-270. DOI : 10.1007/s00128-002-0056-z.[PubMed][Crossref]
• [14] Pavlic Z, Vidakovic-Cifrek Z, Puntaric D. Chemosphere. 2005;61:1061-1068. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2005.03.051.[Crossref][PubMed]
• [15] Nomura Y., Ikebukuro K., Yokoyama K., Takeuchi T., Arikawa Y., Ohno S. et al. Biosens Bioelectron. 1998;13:1047-1053. DOI: 10.1016/S0956-5663(97)00077-8.[Crossref]
• [16] Jensen J. Sci Total Environ. 1999;226:93-111. DOI: 10.1016/S0048-9697(98)00395-7.[Crossref]
• [17] Bliefert C. Umweltchemie. Weinheim: VCH; 1994.
• [18] Swisher RD. Surfactant Biodegradation, second ed., Surfactant Science Series, v. 18. New York: Marcel Dekker; 1987.
• [19] Schöberl P. Tenside Surfact Det. 1989;26 :86-94.
• [20] Zhang C, Valsaraj KT, Constant WD, Roy D. Water Res. 1999;33(1):115-124. DOI: 10.1016/S0043-1354(98)00170-5.[Crossref]
• [21] Cavalli L, Gellera A, Landone A. Environ Toxicol Chem. 1993;12:1777-1788.
• [22] Akyüz M. Talanta. 2007;71:471-478. DOI: 10.1016/j.talanta.2006.06.014.[Crossref][PubMed]
• [23] Sanemasa I., Oota E, Aoi K, Zheng J-Z. Anal Sci. 2002;18:347-350. DOI: 10.2116/analsci.18.347.[PubMed][Crossref]
• [24] Koga M, Yamamichi Y, Nomoto Y, Irie M, Tanimura T, Yoshinaga T. Anal Sci. 1999;5:63-68. DOI: 10.2116/analsci.15.563.[Crossref]
• [25] Sar SK, Verma C, Pandey PK, Bhui A. J Chin Chem Soc. 2009;56:1250-125.
• [26] Di Corcia A, Samperi R, Marcomini A. Environ Sci Technol. 1994;28:850-858.[PubMed]
• [27] Crescenzi C, Di Corcia A, Marchiori E, Samperi R, Marcomini A. Water Res. 1996;30:722-730. DOI: 10.1016/0043-1354(95)00209-X.[Crossref]
• [28] Reiser R, Toljander HO, Giger W. Anal Chem. 1997;69:4923-4930.[PubMed]
• [29] Leon VM, Gonzalez Mazo E, Gomez Parra A. J. Chromatogr A. 2000;889:211-219. DOI: 10.1016/S0021-9673(00)00569-0.[Crossref]
• [30] Trehy ML, Gledhill WE, Orth RG. Anal Chem. 1990;62:2581-2586.
• [31] Riu J, Eichhorn P, Guerrero JA, Knepper ThP, Barceló D. J Chromatogr A. 2000;889:221-229. DOI: 10.1016/S0021-9673(00)00400-3.[Crossref]
• [32] Scullion SD, Clench MR, Cooke M, Ashcroft AE. J Chromatogr A. 1996;733:207-216. DOI: 10.1016/0021-9673(95)01188-9.[Crossref]
• [33] Bradley C, Bérubé PR. J Environ Eng Sci. 2008;7:63-70. DOI: 10.1139/S07-036.[Crossref]
• [34] Tubau I, Vázquez-Suńé E, Carrera J, González S, Petrovic M, de Alda MJL, Barceló D. J Hydrology. 2010;383:83-92. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2009.11.030.[Crossref]
• [35] Sander S, Henze G. Electroanal. 1997;9:619-624.
• [36] Fabios R, Sicilia M.D, Rubio S, Pérez-Bendito D. Anal Chem. 2003;75:6011-6016. DOI: 10.1021/ac030105v.[Crossref][PubMed]
• [37] Alzaga R, Peña A, Ortiz L, Bayona JM. J Chromatogr A. 2003;999:51-60. DOI: 10.1016/ S0021-9673(03)00493-X.[Crossref]
• [38] Pedraza A, Sicilia MD, Rubio S, Pérez-Bendito D. Anal Chim Acta. 2007;588:252-260. DOI: 10.1016/j.aca.2007.02.011.[Crossref]
• [39] Lara-Martin PA, Gomez-Parra A, Gonzalez-Mazo E. Environ Poll. 2008;156:36-45. DOI: 10.1016/j.envpol.2008.01.005.[Crossref]
• [40] Petrovic M, Barcelò D. Anal Chem. 2000;72:4560-4567. DOI: 10.1021/ac000306o.[PubMed][Crossref]
• [41] Rico-Rico A, Droge STJ, Widmer D, Hermes JLM. J Chromatogr A. 2009;1216:2996-3002. DOI: 10.1016/j.chroma.2009.01.090.[Crossref]
• [42] 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]
• [43] Coll C, Ros-Lis JV, Marínez-Máñez R, Marcos MD, Sancenón F, Soto J. J Mater. Chem. 2010;20:1442-1451.
• [44] Coll C, Aznar E, Marínez-Máñez R, Marcos MD, Sancenón F, Soto J, Amorós P, Cano J, Ruiz E. Chem Eur J. 2010;16:10048-10061. DOI: 10.1002/chem.200903125.[Crossref]
• [45] Climent E, Giménez C, Marcos MD, Marínez-Máñez R, Secenón F, Soto J. Chem Commun. 2011;47:6873-6875. DOI: 10.1039/C1CC11393C.[Crossref]
• [46] Heinig K, Vogt C, Werner G. Analyst. 1998;123:349-353. DOI: 10.1039/A705929I.[Crossref]
• [47] Andreu V, Picó Y. Anal Chem. 2004;76:2878-2885. DOI: 10.1021/ac035483e.[PubMed][Crossref]
• [48] Sanderson H, Price BB, Dyer SD, DeCarvalho AJ, Robaugh D, Waite SW. Sci Total Environ. 2006;367:312-323. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2005.11.021.[Crossref]
• [49] Roslan RN, Hanif NM, Otoman MR, Azmi WNFW, Yan XX, Ali MM, Mohamed CAR, Latif MT. Mar Poll Bull. 2010;60:1584-1590. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2010.04.004.[Crossref]
• [50] Mohd Hanif N, Talib Latif M, Mohd Ali M, Rozali Otoman M. Europ J Sci Res. 2009;32:268-276.
• [51] Olkowska E, Polkowska Ż, Namieśnik J. Chem Rev. 2011;111:5667-5700. DOI: 10.1021/cr100107g.[Crossref][PubMed]
• [52] Gonzalez S, Petrovic M, Barcelo D. J Chromatogr A. 2004;1052:111-120. DOI: 10.1016/j.chroma.2004.08.047.[Crossref]
• [53] Eichhorn P, Lopez O, Barcelo D. J Chromatogr A. 2005;1067:171-179. DOI: 10.1016/j.chroma.2005.01.014.[Crossref]
• [54] Lara Martin PA, Gomez Parra A, Gonzalez Mazo E. Int J Environ Anal Chem. 2005;85:293-303. DOI: 10.1080/03067310412331330785.[Crossref]
• [55] Villar M, Fernández-Torres R, Callejón M, Villar P, Jiménez JC. Microchem J. 2008;90:164-170. DOI: 10.1016/j.microc.2008.05.005.[Crossref]
• [56] Villar M, Callejón M, Jiménez JC, Alonso E, Guiráum A. Anal Chim Acta 2007;599:92-97. DOI: 10.1016/j.aca.2007.07.065.[Crossref]
• [57] Bruno F, Curini R, di Corcia A, Fochi I, Nazzari M, Samperi R. Environ Sci Technol. 2002;36:4156-4761. DOI: 10.1021/es020002e.[PubMed][Crossref]
• [58] Madunic-Cacic D, Sak-Bosnar M, Matešic-Puac R. Int J Electrochem Sci. 2011;6:240-253. DOI: 10.1166/sl.2008.040. [Crossref]
• [59] Szymański A, Wyrwas B, Jesiołowska A, Kazmierczak S, Przybysz T, Grodecka J, Łukaszewski Z, Pol. J Environ Stud. 2001;10:371-376.
• [60] Olkowska E, Polkowska Ż, Namieśnik J. Talanta. 2012;85:1-13. DOI: 10.1016/j.talanta.2011.10.034.[Crossref]
• [61] ISO 16265:2009. Water quality - Determination of the methylene blue active substances (MBAS) index - Method using continuous flow analysis (CFA). International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
• [62] Gavach TC, Bertrand C. Anal Chim Acta. 1971;55:385-393.
• [63] James H, Carmack G, Freiser H. Anal Chem. 1972;44:856-875.[PubMed]
• [64] Birch BJ, Clarke DE. Anal Chim Acta. 1973;67:387-393.
• [65] Fujinaga T, Okazaki S, Freiser H. Anal Chem. 1974;46:1842-1844.
• [66] Sanchez J, del Valle M. Crit Rev Anal Chem. 2005;35:15-29. DOI: 10.1080/10408340590947899.[Crossref]
• [67] Zelenka Lj, Sak-Bosnar M, Marek N, Kovacs B. Anal Lett. 1989;22:2791-2802. DOI: 10.1080/00032718908052395.[Crossref]
• [68] Sak-Bosnar M, Matesic-Puac R, Madunic-Cacic D, Grabaric Z. Tenside Surf Det. 2006;43:82-87.
• [69] Vejrup KV, Wolkoff P. Sci Total Environ. 2002;300:51-58. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/ S0048-9697(02)00280-2.
• [70] Stuart JD, Capulong CP, Launer KD, Pan X. J Chromatogr A. 2005;l1079:136-145.DOI: 10.1016/j.chroma.2005.03.075.[Crossref]
• [71] Selberga A, Budashovaa J, Tennoa T. Proc Estonian Acad Sci Chem. 2007;56:87-97.
• [72] D’Hollander W, Roosens L, Covaci A, Cornelis C, Reynders H, Van Campenhout K et al. Chemosphere. 2010;81:478-487. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2010.07.043.[Crossref]
• [73] Field JA, Miller DJ, Field TM, Hawthorne SB, Gigert W. Anal Chem. 1992;64:3161-3167.[PubMed]
• [74] Pastewski S, Mędrzycka K. Pol J Environ Stud. 2003;12:643-646.
• [75] Clara M, Scharf S, Scheffknecht C, Gans O. Water Res. 2007;41:4339-4348. DOI: 10.1016/j.watres.2007.06.027. [Crossref]

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2013-0024