Anna Kowalska

Determination of Surfactants in Environmental Samples. Part III. Non-Ionic Compounds

Abstract Non-ionic surface active agents are a diverse group of chemicals which have an uncharged polar head and a non-polar tail. They have different properties due to amphiphilic structure of their molecules. Commercial available non-ionic surfactants consist of the broadest spectrum of compounds in comparison with other types of such agents. Typically, non-ionic compounds found applications in households and industry during formulation of cleaning products, cosmetics, paints, preservative coatings, resins, textiles, pulp and paper, petroleum products or pesticides. Their are one of the most common use class of surfactants which can be potential pollution sources of the different compartment of environment (because of they widely application or discharging treated wastewaters to surface water and sludge in agricultural). It is important to investigate the behavior, environmental fate of non-ionic surfactants and their impact on living organisms (they are toxic and/or can disrupt endocrine functions). To solve such problems should be applied appropriated analytical tools. Sample preparation step is one of the most critical part of analytical procedures in determination of different compounds in environmental matrices. Traditional extraction techniques (LLE - for liquid samples; SLE - for solid samples) are time and solvent-consuming. Developments in this field result in improving isolation efficiency and decreasing solvent consumption (eg SPE and SPME - liquid samples or PLE, SFE and MAE - solid samples). At final determination step can be applied spectrophotometric technique, potentiometric titrametration or tensammetry (determination total concentration of non-ionic surfactants) or chromatographic techniques coupled with appropriated detection techniques (individual analytes). The literature data concerning the concentrations of non-ionic surfactants in the different compartments of the environment can give general view that various ecosystems are polluted by those compounds. Abstrakt Niejonowe surfaktanty stanowią zróżnicowaną grupę związków chemicznych, które w swojej budowie zawierają pozbawioną ładunku polarną „głowę” i niepolarny „ogon”. Tego typu związki powierzchniowo czynne ze względu na amfifilową strukturę posiadają różnorodne właściwości. Komercyjnie dostępne produkty zawsze zawierają szerokie spektrum związków o niejonowym charakterze. Niejonowe związki znalazły zastosowanie głównie w gospodarstwach domowych oraz w przemyśle przy wytwarzaniu produktów czyszczących, włókienniczych, celulozowych i papierniczych, kosmetyków, farb, powłok konserwujących, żywic, produktów naftowych i pestycydów. Jest to jedna z najczęściej wykorzystywanych klas surfaktantów, które mogą stanowić potencjalne źródło zanieczyszczenia różnych elementów środowiska (ze względu na ich szerokie zastosowanie lub kierowanie oczyszczonych ścieków do wód powierzchniowych i stosowania osadów czynnych w rolnictwie). Istotne staje się badanie losu środowiskowego substancji powierzchniowo czynnych oraz ich wpływu względem organizmów żywych (ze względu na działanie toksyczne i zdolność do wpływu na funkcje endokrynologiczne). Te zagadnienia mogą być rozwiązywane przez stosowanie odpowiednich narzędzi analitycznych. Etap przygotowania próbek do analizy jest jednym z najważniejszych etapów procedur analitycznych. Tradycyjne techniki ekstrakcji (LLE - dla próbek ciekłych; SLE - dla próbek stałych) cechują się czasochłonnością oraz używaniem dużych ilości rozpuszczalników. Rozwój w tym zakresie doprowadził do poprawy efektywności izolacji analitów oraz zmniejszenia wymaganych objętości rozpuszczalników (np. SPE i SPME - próbki ciekłe lub PLE, SFE i MAE - próbki stałe). Na etapie oznaczania końcowego mogą być wykorzystane: technika spektrofotometryczna, technika miareczkowania potencjometrycznego lub tensammetria (do określania sumarycznego stężenie niejonowych związków powierzchniowoczynnych) oraz techniki chromatograficzne (do określania poziomów stężenie pojedynczych analitów). Analiza danych literaturowych dotyczących stężeń surfaktantów w różnych elementach środowiska pozwala na stwierdzenie, że różne ekosystemy są zanieczyszczone przez związki o charakterze niejonowym.

Data Quality in Laboratories: Methods and Results for Soil, Foliar, and Water Chemical Analyses

Abstract Chemical analyses are an essential part of forest ecosystem monitoring activities. Harmonized, well-defined, and documented analytical methods are an important part of a laboratory Quality Control program and are essential to maximize spatial and temporal comparability of monitoring data. Different quality and data consistency checks, plausible ranges for analytical results, use of reference materials, and control charts are described for internal laboratory Quality Control. On the other side, coordinated ring tests among participating laboratories are an integral part of external Quality Control. Organization of ring tests, evaluation, and the benchmark with tolerable limits are described and specified. Results for water, foliage, and soil ring tests and the evaluation of quality indicators within the European forest ecosystem monitoring program are reported.Chemical analyses are an essential part of forest ecosystem monitoring activities. Harmonized, well-defined, and documented analytical methods are an important part of a laboratory Quality Control program and are essential to maximize spatial and temporal comparability of monitoring data. Different quality and data consistency checks, plausible ranges for analytical results, use of reference materials, and control charts are described for internal laboratory Quality Control. On the other side, coordinated ring tests among participating laboratories are an integral part of external Quality Control. Organization of ring tests, evaluation, and the benchmark with tolerable limits are described and specified. Results for water, foliage, and soil ring tests and the evaluation of quality indicators within the European forest ecosystem monitoring program are reported.

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

Abstract 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. Abstrakt 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.

Precipitation chemistry in a forested study area of the Chojnów Forest District in the years 2004-2007.

Precipitation chemistry in a forested study area of the Chojnów Forest District in the years 2004-2007 Analyses of precipitation in the forest environment were conducted in the years 2004-2007 in a premanent observation plot established in a pine forest stand growing in a mixed fresh coniferous forest habitat in the Chojnów Forest District. The amount and chemistry of atmospheric precipitation in the open field and under canopies were analysed. Electrical conductivity, pH, and concentrations of Ca, Mg, Cl, NO3, SO4, Na, K, Fe, Mn, Al, NH4, PO4, Zn, Cd, Cu and Pb were determined in collected samples. Mean annual precipitation in the open field for the years 2004-2007 was 443 mm. Mean pH (volume weighted) in this period equalled 4.8 and electrical conductivity - 47 μS·cm-1. Mean precipitation under trees crowns (411 mm·y-1) was lower than bulk precipitation. Throughfall was characterised by lower pH (mean 4.2) and higher conductivity (62 μS·cm-1). Throughfall was enriched, mostly in hydrogen ions, Mn, K, Al, Mg, and Ca ions with respective enrichment factors of: 67, 20, 9, 5, 4 and 2. Jakość wód opadowych w środowisku leśnym na stałej powierzchni obserwacyjnej w Nadleśnictwie Chojnów w latach 2004-2007 Badania wód opadowych w środowisku leśnym prowadzono w latach 2004-2007 na stałej powierzchni obserwacyjnej, założonej w drzewostanie sosnowym na siedlisku bór mieszany świezy w Nadleśnictwie Chojnów. Badania te dotyczyły m.in. ilości i składu chemicznego opadów atmosferycznych na otwartej przestrzeni oraz pod okapem drzewostanu. W próbkach oznaczano pH i przewodność elektrycznα właściwα oraz wykonywano analizy zawartości jonów: Ca, Mg, Cl, NO3, SO4, Na, K, Fe, Mn, Al, NH4, PO4, Zn, Cd, Cu i Pb. Wielkość opadu rocznego na otwartej przestrzeni w latach 2004-2007 wyniosła średnio 443 mm. Średnie ważone pH (ważone objętościα) w tym okresie wyniosło 4,8, zaś przewodność elektryczna właściwa wyniosła 47 μS·cm-1. Średni opad pod koronami drzew był mniejszy niż na otwartej przestrzeni (411 mm·rok-1). Jednocześnie opady podkoronowe charakteryzowała niższa wartość pH (średnia 4,2) oraz większa przewodność (średnio 62 μS·cm-1). Opady przechodzαc przez korony drzew ulegały wzbogaceniu - w największym stopniu w protony, jony Mn, K, Al, Mg i Ca (wskaźniki wzbogacenia stężenia średnio w badanym okresie wyniosły odpowiednio: 67, 20, 9, 5, 4 i 2).

Ionic deposition and chemistry of soil solutions in a forested study area in the Chojnow Forest District in the years 2004–2007

Ionic deposition and chemistry of soil solutions in a forested study area in the Chojnów Forest District in the years 2004-2007 The study was carried out in the years 2004-2007 in a permanent observation plot established in a pine tree stand growing in a mixed fresh coniferous forest habitat of the Chojnów Forest District. Analyses pertained to the deposition of mineral compounds delivered to soil with bulk precipitation in the open field and throughfall and to chemical compositions of soil solution at a depth of 25 cm and 50 cm. pH, electrical conductivity and concentrations of Ca, Mg, Cl, NO3, SO4, Na, K, Fe, Mn, NH4, PO4, Zn, Cd, Cu, and Pb were analysed in precipitation and in soil solution samples. Total load of ions under the canopy of pine trees ranged between 47 and 61 kg·ha-1·year-1. Acidifying ions (N + S + Cl) contributed in 51% to the total ionic load (in molc·ha-1·year-1) while base ions (Ca + Mg + Na + K) in only 36%. Respective percentage contribution in bulk precipitation was 69% and 19%. No relationship was found between the chemical composition of soil solutions (at both depths) and the chemical composition of precipitation waters. Analysed soil solutions were acidic (average pH at the depth of 25 cm and 50 cm was 4.3 and 4.4, respectively) and the molar ratio of the sum of base cations (Ca, Mg, and K) to Al in the majority of examined samples from the upper soil layer, was much lower than 1. This is the evidence of low buffering capacities of analysed soil in relation to acidifying loads and indicates a potential threat for the pine stand stability. Kształtowanie się depozytu jonów oraz chemizmu wód glebowych w środowisku leśnym na stałej powierzchni obserwacyjnej w Nadleśnictwie Chojnów w latach 2004-2007 Badania prowadzono w latach 2004-2007 na stałej powierzchni obserwacyjnej, założonej w drzewostanie sosnowym na siedlisku bór mieszany świeży w Nadleśnictwie Chojnów. Badania dotyczyły wielkości ładunku składników mineral-nych docierajαcych do podłoża wraz z opadami atmosferycznymi na otwartej przestrzeni oraz pod okapem drzewostanu, a także składu chemicznego roztworów glebowych na głębokości 25 i 50 cm. W próbkach opadów oraz wód glebowych oznaczano pH i przewodność elektrycznα właściwα oraz wykonywano analizy zawartości jonów: Ca, Mg, Cl, NO3, SO4, Na, K, Fe, Mn, NH4, PO4, Zn, Cd, Cu i Pb. Sumaryczny ładunek jonów pod okapem drzewostanu sosnowego kształtowal się w zakresie od 47 do 61 kg·ha-1 rocznie. Udział jonów zakwaszajαcych (N + S + Cl) w ładunku sumarycznym jonów pod okapem, wyrażonym w molc·ha-1, wyniósł 51%, natomiast udział jonów alkalicznych (Ca + Mg + Na + K) osiαgnαł zaledwie 36%. Wartości te w opadzie na otwartej przestrzeni wyniosły odpowiednio 69 i 19%. Nie stwierdzono silnego zwiαzku składu chemicznego roztworów glebowych (z obu głębokości) z właściwościami chemicznymi wód opadowych. Odczyn bada-nych roztworów glebowych był kwaśny (średnie pH na głębokości 25 i 50 cm wyniosło odpowiednio 4,3 i 4,4), a stosunek molowy sumy kationów zasadowych (Ca, Mg i K) do kationu Al w większości badanych prób z górnego poziomu glebowego był daleko mniejszy od granicznej wartości 1. Świadczy to o niewielkich zdolnościach buforowych gleb w stosunku do ładunku zakwaszajαcego, a także wskazuje na potencjalne zagrożenie stabilności drzewostanu.