D YSKUSJA WYNIKÓW

Dotychczas prowadzone badania w zespole profesora Łukaszewskiego nad biodegradacją niejonowych związków powierzchniowo czynnych z grupy oksyetylatów oparte były na dwóch technikach analitycznych: tensometrycznej oraz LC-MS.

Obie techniki pozwalały monitorować zmiany sumarycznego stężenia poddanego biodegradacji surfaktantu oraz całkowite stężenia poli(etylenowanych glikoli), głównego produktu tego procesu.

Zastosowanie takiego narzędzia jak LC-MS/MS skłoniło do poszukiwań szerszych możliwości obserwacji degradacji biologicznej C₁₂EO₁₀, gdyż podczas wszelkich prac nasuwały się pytania: czy pojawia się wolny alkohol? Czy każdy homolog ulega w tym samym stopniu degradacji? Jak zmienia się stężenie poszczególnych poli(etylenowanych glikoli)? Na te pytania można uzyskać odpowiedzi tylko w przypadku rozwoju metodyki. Tak jak już wcześniej wspomniano zastosowanie rozdzielenia chromatograficznego na kolumnie C18 z jednoczesną detekcją masową pozwoliło jedynie rozdzielić mieszaniną biodegradacyjną na poli(etylenowane glikole) i resztkowy surfaktant (rysunek 37). Na chromatogramach całkowitego pradu jonowego pojawiły się jedynie piki odpowiadające mieszaninom substancji z danej grupy.

Zamysłem prac nad udoskonaleniem narzedzi analitycznych było opracowanie takiej metodyki, aby móc, bezpośrednio po uprzednim wydzieleniu z matrycy wodnej, oznaczyć resztkowy surfaktant tak aby móc monitorować stężenie poszczególnych homologów. Stąd opracowano metodę rozdzielania chromatograficznego na kolumnie amidowej (rozdział 1.1.3. części doświadczalnej) homologów C₁₂EO_x, gdzie x=2-9 idetekcją masową w trybie MRM. W ramach prac określono również granicę wykrywalności i oznaczalności (tabela 10) oraz sprawdzono przydatność tej metody analizując próbki wody rzecznej (Warta) – rozdział 1.5. części wyniki i ich omówienie.

Opracowana metodyka niestety charakteryzuje się pewnymi ograniczeniami: nie jest możliwa detekcja wolnego alkoholu oraz surfaktantu zawierającego w swojej cząsteczce tylko jedną grupę oksyetylenową. Ograniczenie to związane jest z brakiem stabilności indywiduów w żródle ESI stosowanym jako źródło jonizacji. Kolejne ograniczenie to brak możliwości detekcji C₁₂EO_x, dla x>9 ze względu na brak odpowiednich wzorców. Dostępność wzorców C₁₂EO_x, x>9 pozwalałaby poszerzyć spektrum oznaczanych związków.

Biorąc pod uwagę powyższe ograniczenia, zdecydowano się opracować metodyke oznaczania C₁₂OH i C₁₂EO_x, x=1-9 oraz poli(etylenowanych glikoli) EG_n, n=1-5 w postaci pochodnych z izocyjanianem fenylu. W rozdziale 1.2 częsci doświadczalnej zaprezentowano opis metodyki. Zastosowanie pochodnych w technice LC-MS/MS

pozwoliło oznaczyć w jednej analizie zarówno dobrze rozdzielone pochodne poli(etylenowanych glikoli) oraz C₁₂OH i C₁₂EO_x, x=1-9 (załącznik II) Opracowana metodyka rozdzielenia pochodnych na kolumnie C18 z detekcją masową w trybie MRM pozwoliła na jednoczesny monitoring zmian stężenia poszczególnych homologów C12EOx oraz poli(etyleniwanych glikoli) i wolnego alkoholu. Niewątpliwym utrudnieniem, bądź krokiem, który może wnieść dodatkowe błedy w wyznaczanie stężeń jest sam proces derywatyzacji. Tak jak w przypadku wyżej opsanej metodyki oznaczania homologów C₁₂EO_x, x=2-9 tak i w tym przypadku zakres rozdzielanych i oznaczanych homologów oksyetylenowanych alkoholi i poli(etylenowanych glikoli) sciśle związany jest z dostępnością odpowiednich wzorców na rynku. Opracowany sposób oznaczania pochodnych niweluje problem niestabilności cząstek wolnego alkoholu, alkoholu z jedną grupą oksyetylenową i krótkich EG.

Zastosowanie chromatografii w odwróconym układzie faz z detekcją masową wymaga rozpuszczenia analitów w rozpuszczalnikach organicznych, stąd kolejnym zadaniem było opracowanie metodyki ilościowego wydzielenia AE i sprawdzenia jej na próbkach rzeczywistych. Podczas tych prac przebadano możliwośc wykorzystania ekstrakcji do fazy stałej (punkt 1.4. części wyniki i ich omówienie). W tym zakresie sprawdzono przydatnośc takich wypelnień jak C18, HR-X, SDB i naturalnego sorbentu, ziemi okrzemkowej. Poza SPE przebadano również użyteczność klasycznej ekstrakcji ciecz-ciecz (punkt 1.2.1. części wyniki i ich omówienie) stosując chloroform i octan etylu jako ekstrahent. Ze względu na uzyskanie porównywalnych wyników zarówno technika SPE (SDB, wymycie mieszaniną chloroform:metanol) jak i LLE (OE) sprawdzono obie techniki na próbkach rzeczywistych. Ekperyment ten jednoznacznie wskazywał, że w mniejszym stopniu składniki matrycy mają wpływ (obniżają) na ilościowe wydzielanie badanych analitów. Dlatego też ten sposób, ekstrakcję ciecz-ciecz z stasowanie octanu etylu zastosowano w badaniach biodegradacyjnych.

Przebadano również możliwość zastosowania kapilarnej pułapki PTFE jako alternatywnego sposobu przygotowania próbki. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów wyciągnieto wniosek, iż do wydzielania AE z matrycy wodnej najlepszy okazał się metanol. Niestety opracowanej metodyki nie sprawdzono na próbkach biodegradacyjnych, ze względu na to, że prace związane z pułapką PTFE i biodegradacją prowadzone były jednocześnie.

Spośród licznej grupy etoksylatów, które mogą potencjalnie być wprowadzane do środowiska wodnego z pośrednictwem ścieków, aktualnie są tam obecne nieomal wyłącznie oksyetylenowane alkohole. W tej pracy zidentyfikowano 105 indywidualnych oksyetylenowanych alkoholi należących do szeregów C₁₀EO_x, C₁₁EO_x, C₁₂EO_x, C₁₃EO_x, C₁₄EO_x, C₁₆EO_x oraz C₁₈EO_x o x w przedziale 3-23 (rysunki 38-45, tabela 18); ponadto

zidentyfikowano 19 poli(glikoli etylenowych). W surowych ściekach nie zidentyfikowano oksyetylenowanych alkilofenoli. Wyniki te wskazują na istotność zbadania biodegradacji oksyetylenowanych alkoholi: wyizolowania szczepów bakterii degradujących oksyetylenowane alkohole oraz zbadanie ich ścieżek metabolicznych oraz produktów biodegradacji.

Z wody rzecznej wyizolowano dwa szczepy bakterii zdolne do rozszczepiania oksyetylenowanych alkoholi, które zidentyfikowano na podstawie drzewa filogenetycznego jako: Enterobacter sp. Strain Z3 (rysunek 50) oraz Citrobacter freundii (rysunek 51).

Wybrany do szczegółowych badań szczep Enterobacter sp. strain Z3 w obecności typowej pożywki (wg Schöberl’a) degraduje polidyspersyjny oksyetylenowany dodekanol powodując szybki ubytek głównych składników polidyspersyjnej mieszaniny – etoksylatów szeregów C₁₂EO_x, C₁₄EO_x oraz C₁₆EO_x oraz powstawanie metabolitów:

poli(glikoli etylenowych) (rysunek 68) wg reakcji (1) oraz pochodnych karboksylowych w położeniu ω łańcucha oksyetylenowego wg schematu (2).

CH₃(CH₂)_nO(CH₂CH₂O)_mH → CH₃(CH₂)_nOH + HO(CH₂CH₂O)_mH (1)

CH₃(CH₂)_nO(CH₂CH₂O)_mH → CH₃(CH₂)_nO(CH₂CH₂O)_m-1CH₂COOH (2)

Bardziej szczegółowe badania biodegradacji oksyetylenowanych alkoholi przez wybrany szczep bakteryjny były możliwe po udoskonaleniu narzędzi analitycznych oraz przeprowadzeniu badań biodegradacji czystych homogenicznych oksyetylenowanych dodekanoli. Opracowano dwie metody ilościowego oznaczania homologów oksetylenowanego dodekanolu zawierających 1-9 grup oksyetylenowych opartą na chromatogramach z rejestracją MRM. Niestety, wzorce wyższych homologów nie są dostępne. Opracowano także metodę oznaczania glikolu etylenowego oraz poli(glikoli etylenowych) zawierających 2-5 grup oksyetylenowych i w tym przypadku ograniczeniem był brak wzorców zawierających więcej grup oksyetylenowych.

Badaniami objęto biodegradację czystych homogenicznych oksyetylenowanych dodekanoli C12EO4 oraz C12EO9 tj zawierających 4 i 9 grup oksyetylenowych. Badania te pozwoliły na określenie ścieżek metabolicznych tych związków.

Badania prowadzone w warunkach, w których surfaktant C₁₂EO₉ były jedynym źródłem węgla organicznego, doprowadziły do powstawania produktów C₁₂EO₆, C₁₂EO₅, C₁₂EO₈ i C₁₂EO₇ (wg kolejności malejących stężeń) (rysunek 80), świadczących o stopniowym skracaniu substratu C₁₂EO₉, jak i powstania C₁₂EO₁ oraz wolnego alkoholu, co świadczy o centralnym rozszczepieniu C₁₂EO₉ (rysunek 80).

Wskazuje to na dwie różne ścieżki biodegradacyjne: i. stopniowe skracanie (3), oraz centralne rozszczepienie(1).

CH₃(CH₂)₁₁O(CH₂CH₂O)₉H → CH₃(CH₂)₁₁O(CH₂CH₂O)₈H + HOCH₂CH₂OH (3)

Obie ścieżki biegną równolegle, jednak przewaga jednej z nich jest uwarunkowana sposobem namnażania zaszczepki; namnażanie Enterobacter sp. strain Z3 w pożywce wg. wg Schöberl’a prowadzi do dominacji biodegradacji przez stopniowe skracanie, natomiast namnażanie bakterii w autoklawowanej wodzie rzecznej – do centralnego rozszczepienia.

Stopniowe skracanie łańcucha oksyetylenowego znajduje potwierdzenie w obecności stosunkowo wysokich stężeń glikolu etylenowego a także (w mniejszym stopniu) poli(glikolu etylenowego) zbudowanego z 2 grup oksyetylenowych (rysunek 81). Brak możliwości ilościowego oznaczania poli(glikoli etylenowych) zawierających 9-6 grup oksyetylenowych uniemożliwia dokonanie podobnego dowodu w przypadku ścieżki centralnego rozszczepienia. Piki poli(glikoli etylenowych) zawierających 9, 8 i 7 grup oksyetylenowych są jednak wyraźnie widoczne na pikach masowych chromatogramów całkowitego prądu jonowego (piki o m/z = 432, 388 i 344) (rysunek 87). Warto zaobserwować, że w przypadku biodegradacji C₁₂EO₉ zaszczepionego woda rzeczną (zamiast Enterobacter sp. Strain Z3) obserwuje się obecność C₁₂EO1, C₁₂EO₃, C₁₂EO₈ (rysunek 83) oraz dodekanolu (wg malejących stężeń), co świadczy o dominacji centralnego rozszczepienia.

Brak wzorców uniemożliwia ilościowe oznaczanie pochodnych karboksylowych C₁₂EO₉ w położeniu ω łańcucha oksyetylenowego, tworzących się wg. schematu (2).

Jednak pojawianie się takich metabolitów jednak wyraźnie widoczne na pikach masowych chromatogramów całkowitego prądu jonowego (piki o m/z = 614, 570 i 526 odpowiadacące pochodnym karboksylowym zawierającym 8, 7 i 6 grup oksyetylenowych) rysunek 87.

Rysunek 87. Chromatogram całkowitego prądu jonowego otrzymany dla ekstraktu octanowego w 5 dniu testu biodegradacyjnego z zaszczepką Enterobactes sp. strain Z3 hodowanej na wodzie rzecznej oraz widma masowe pików 1,66 min i 7,46 min.

Ścieżka biodegradacyjna przez skracanie jest wyraźnie obserwowalna w przypadku biodegradacji homogenicznego surfaktantu C₁₂EO₄ przez bakterię Enterobacter sp.

strain Z3 namnażaną w pożywce wg. Schöberl’a. W produktach degradacji dominuje surfaktant C₁₂EO₃ (rysunek 77) oraz glikol etylenowy (rysunek 7). W mniejszym stężeniu występuje surfaktant C₁₂EO₂ (rysunek 77) oraz poli(glikol etylenowy) zbudowany z 2 grup oksyetylenowych (rysunek 78).

VII. W

NIOSKI

⇒ Z wody rzecznej (rzeka Warta w Poznaniu) wyizolowano trzy czyste kultury bakterii, które zidentyfkowano na podstawie drzewa filogenetycznego jako:

Enterobacter sp. strain Z3 , Citrobacter freundii oraz Stenotrohomonas sp. strain Z5

⇒ Bakterie Enterobacter sp. strain Z3 i Citrobacter freundii wykazują zdolność centralnego rozszczepienia oksyetylenowanych alkoholi.

⇒ Szczep Enterobacter sp. strain Z3 w obecności pożywki wg Schöberl’a biodegraduje polidyspersyjny surfaktant C₁₂EO₁₀, powodując stopniową biodegradację składników mieszaniny C12EOx, C14EOx, C16EOx oraz powstawanie poli(glikoli etylenowych); jednym z metabolitów są pochodne karboksylowe C12EO(x-1)OCH2COOH.

⇒ Szczep Enterobacter sp. strain Z3 w obecności pożywki wg Schöberl’a biodegraduje homogeniczne surfaktanty C₁₂EO₄ i C₁₂EO₉ stopniowo skracając je o jedną grupę oksyetylenową z powstaniem glikolu etylenowego. W mniejszym stopniu obserwuje się odszczepienie poli(glikoli etylenowych) zawierających 2,3 lub 4 grupy oksyetylenowe.

⇒ Szczep Enterobacter sp. strain Z3. w środowisku wyjałowionej wody rzecznej biodegraduje homogeniczny surfaktant C₁₂EO₉ wg. schematu centralnego rozszczepienia z powstaniem surfaktantu C₁₂EO₁ lub wolnego dodekanolu oraz poli(glikoli etylenowych) zawierających 9, 8, 7 i 6 grup oksyetylenowych.

Jednocześnie obserwuje się powstawanie glikolu etylenowego oraz PEG zawierających 2 lub 3 grupy oksyetylenowe; świadczy to o równolegle przebiegającej degradacji jak w punkcie wyżej.

⇒ Opracowano sposób określania składu stosowanych niejonowych surfaktantów przez identyfikacje ich składników w surowych ściekach.

⇒ Określono, że aktualnie grupą niejonowych surfaktantów zdecydowanie dominującą w zastosowaniach są oksyetylenowane alkohole. Zidentyfikowano 105 indywidualnych oksyetylenowanych alkoholi należących do szeregów C₁₀EO_x, C₁₁EO_x, C₁₂EO_x, C₁₃EO_x, C₁₄EO_x, C₁₆EO_x oraz C₁₈EO_x o x w przedziale 3-23;

ponadto zidentyfikowano 19 poli(glikoli etylenowych).

⇒ Zoptymalizowano rozdzielanie i oznaczanie oksyetylenowanych dodekanoli zawierających od 2 do 9 grup oksyetylenowych w cząsteczce techniką łączoną LC-MS/MS, uzyskując limity detekcji w przedziale 2,2 – 65 ng/L.

⇒ Opracowano zoptymalizowano i zwalidowano procedurę przeprowadzania oksyetylenowanych alkoholi (C₁₂OH, C₁₂EO₁-C₁₂EO₉) i poli(glikoli etylenowych) (EG – EG5) w pochodne z użyciem izocyjanianu fenylu. Dla oksyetylenowanych alkoholi uzyskano limity detekcji w przedziale 10 – 50 ng/L a dla glikolu etylenowego i poli(glikoli etylenowych) - w przedziale 0,01 – 1,0 µg/L.

⇒ Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji w układzie ciecz-ciecz. Najlepsze wyniki uzyskano stosując octan etylu.

W warunkach modelowych uzyskano odzyski w przedziale 74,0 – 95,3%, podczas gdy z wody rzecznej – w przedziale 70 - 89%.

⇒ Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji do fazy stałej (wypełnienia C18, SDB-1,HR-X). W warunkach modelowych odzyski w zakresie 72 -100 % uzyskano stosując złoże SDB-1 oraz mieszaninę chloroform-metanol (1:1) jako eluent. Jednak w warunkach wody rzecznej jako matrycy odzyski mieściły się w zakresie 36-57%.

⇒ Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (1-9 grup oksyetylenowych) oraz wolnego dodekanolu z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji do fazy stałej z wypełnieniem ziemi okrzemkowej. W warunkach modelowych uzyskano odzyski w zakresie 92 -115 % dla homologów C₁₂EO₃ – C₁₂EO₉ stosując metanol jako eluent oraz w zakresie 102 -121% dla homologów C₁₂EO₁ - C₁₂EO₃ oraz wolnego dodekanolu stosując chloroform jako eluent.

⇒ Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej w kapilarnej pułapce PTFE. W warunkach elucji metanolem uzyskano odzyski 90 - 95% dla homologów C₁₂EO₅-C₁₂EO₉ oraz odzyski 55 - 70% dla homologów C₁₂EO₂-C₁₂EO₄.

VIII. S

TRESZCZENIE

Surfaktanty, dzięki amfifilowej budowie, umożliwiają zwilżanie powierzchni ciała stałego, mieszanie się nierozpuszczalnych cieczy, ułatwiają procesy prania, czyszczenie itp. Nieomal cały strumień surfaktantów kierowany jest do środowiska wodnego via kolektory i oczyszczalnie ścieków.

Oksyetylenowane alkohole są głównym składnikiem niejonowych związków powierzchniowo-czynnych (niejonowych surfaktantów (NS)) a tym samym głównym składnikiem strumienia surfaktantów. Dlatego biodegradacja oksyetylenowanych alkoholi zasługuje na szerokie badania.

Celem badań tej pracy było dokonanie dalszego postępu w poznaniu biodegradacji oksyetylenowanych alkoholi w środowisku wodnym. Obok badań biodegradacji polidyspersyjnych oksyetylenowanych alkoholi przez konsorcja mikroorganizmów, wyizolowano z wody rzecznej szczepy bakterii zdolne do dokonania centralnego rozszczepienia oksyetylenowanych alkoholi z odłączeniem poli(glikoli etylenowych).

Zidentyfikowano je na podstawie drzewa filogenetycznego jako: Enterobacter sp. strain Z3, Citrobacter freundii oraz Stenotrohomonas sp. strain Z5. Bakterie Enterobacter sp.

Strain Z3 i Citrobacter freundii wykazują zdolność centralnego rozszczepienia oksyetylenowanych alkoholi.

Kontynuacją tego wątku badań było zbadanie modelowego polidyspersyjnego dodekanolu oraz homogenicznych oksyetylenowanych alkoholi C₁₂EO₄ oraz C₁₂EO₉ przez szczep Enterobacter sp. strain Z3 wybrany spośród wyizolowanych szczepów.

Szczep Enterobacter sp. Strain Z3 w obecności pożywki wg Schöberl’a biodegraduje polidyspersyjny surfaktant C₁₂EO₁₀, powodując stopniową biodegradację składników mieszaniny C12EOx, C14EOx, C16EOx oraz powstawanie poli(glikoli etylenowych); jednym z metabolitów są pochodne karboksylowe C₁₂E_(x-1)OCH₂COOH.

Szczep Enterobacter sp. strain Z3 w obecności pożywki wg Schöberl’a biodegraduje homogeniczne surfaktanty C₁₂EO₄ i C₁₂EO₉ stopniowo skracając je o jedną grupę oksyetylenową z powstaniem glikolu etylenowego. W mniejszym stopniu obserwuje się odszczepienie poli(glikoli etylenowych) zawierających 2, 3 lub 4 grupy oksyetylenowe.

Enterobacter sp. Strain Z3 w środowisku wyjałowionej wody rzecznej biodegraduje homogeniczny surfaktant C₁₂EO₉ wg. schematu centralnego rozszczepienia z powstaniem surfaktantu C₁₂EO₁ lub wolnego dodekanolu oraz poli(glikoli etylenowych) zawierających 9, 8, 7 i 6 grup oksyetylenowych. Jednocześnie obserwuje się powstawanie glikolu etylenowego oraz PEG zawierających 2 lub 3 grupy oksyetylenowe; świadczy to o równolegle przebiegającej degradacji jak w punkcie wyżej.

Dodatkowym celem badań, niezbędnym dla realizacji głównego celu, było doskonalenie metod wydzielania oksyetylenowanych alkoholi i ich metabolitów z matrycy wodnej oraz rozwój metod oznaczania tych surfaktantów techniką LC-MS-MS .

Zoptymalizowano rozdzielanie i oznaczanie oksyetylenowanych dodekanoli zawierających od 2 do 9 grup oksyetylenowych w cząsteczce techniką łączoną LC-MS/MS, uzyskując limity detekcji w przedziale 2,2 – 65 ng/L.

Opracowano zoptymalizowano i zwalidowano procedurę przeprowadzania oksyetylenowanych alkoholi (C12OH, C12EO1-C12EO9) i poli(glikoli etylenowych) (EG – EG₅) w pochodne z użyciem izocyjanianu fenylu. Dla oksyetylenowanych alkoholi uzyskano limity detekcji w przedziale 10 – 50 ng/L a dla glikolu etylenowego i poli(glikoli etylenowych) - w przedziale 0,01 – 1,0 µg/L.

Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji w układzie ciecz-ciecz. Najlepsze wyniki uzyskano stosując octan etylu. W warunkach modelowych uzyskano odzyski w przedziale 74,0 – 95,3%, podczas gdy z wody rzecznej – w przedziale 70 - 89%.

Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji do fazy stałej (wypełnienia C18, SDB-1, HR-X). W warunkach modelowych odzyski w zakresie 72 -100 % uzyskano stosując złoże SDB-1 oraz mieszaninę chloroform-metanol (1:1) jako eluent. Jednak w warunkach wody rzecznej jako matrycy odzyski mieściły się w zakresie 36-57%.

Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (1-9 grup oksyetylenowych) oraz wolnego dodekanolu z matrycy wodnej na drodze ekstrakcji do fazy stałej z wypełnieniem ziemi okrzemkowej. W warunkach modelowych uzyskano odzyski w zakresie 92 -115 % dla homologów C₁₂EO₃ – C₁₂EO₉ stosując metanol jako eluent oraz w zakresie 102 -121% dla homologów C₁₂EO₁- C12EO3 oraz wolnego dodekanolu stosując chloroform jako eluent.

Zbadano możliwość wydzielania indywidualnych homologów oksyetylenowanego dodekanolu (2-9 grup oksyetylenowych) z matrycy wodnej o w kapilarnej pułapce PTFE. W warunkach elucji metanolem uzyskano odzyski 90-95% dla homologów C₁₂EO₅-C₁₂EO₉ oraz odzyski 55-70% dla homologów C₁₂EO₂-C₁₂EO₄.

Ponadto pracowano sposób określania składu stosowanych niejonowych surfaktantów przez identyfikacje ich składników w surowych ściekach. Określono, że aktualnie grupą niejonowych surfaktantów zdecydowanie dominującą w zastosowaniach są oksyetylenowane alkohole. Zidentyfikowano 105 indywidualnych

oksyetylenowanych alkoholi należących do szeregów C₁₀EO_x, C₁₁EO_x, C₁₂EO_x, C₁₃EO_x, C₁₄EO_x, C₁₆EO_x oraz C₁₈EO_x o x w przedziale 3-23; ponadto zidentyfikowano 19 poli(glikoli etylenowych).

IX. S

UMMARY

Surfactants, due to thier amphiphilic structure, allow to moisten solid surface, stir the insoluble liquid and make washing and cleaning processes much more easier. Almost the entire flow of surfactant is directed to the aquatic environment via sewage collectors and drains.

Alcohol ethoxylates are a major component of non-ionic surfactants (non-ionic surfactants (NS)) and, thus, the main component of the stream of surfactants.

Therefore, biodegradation of alcohol ethoxylates deserves an extensive study.

The aim of this research was to make further progress in understanding biodegradation process of alcohol ethoxylates in the aquatic environment. In addition to biodegradation tests with polydisperse alcohol ethoxylate by consortia of microorganisms, the bacterial strains, capable of making the central fission of alcohol ethoxylates with cut poly(ethylene glycols), were isolated from river water. These microorganisms were identified, on the basis of the phylogenetic tree, as: Enterobacter sp. Strain Z3, Citrobacter freundii and Stenotrohomonas sp. strain Z5. The bacteria Enterobacter sp. Strain Z3 and Citrobacter freundii demonstrate the ability to divide centrally alcohol ethoxylates.

The continuation of this research thread was to examine a model of polydisperse dodecanol and homogeneous alcohol ethoxylate C₁₂EO₄ and C₁₂EO₉ by Enterobacter sp. Strain Z3 selected from isolated strains.

Enterobacter sp. Strain Z3 in the presence of the medium by Schöberl biodegradate polydisperse surfactant C12EO10, causing a gradual biodegradation components of the mixture C₁₂EO_x, C₁₄EO_x, C₁₆EO_x and the formation of poly (ethylene glycols); one metabolite is a carboxylic acid derivative C₁₂E_(x-1)OCH₂COOH.

Enterobacter sp. Strain Z3 in the presence of medium by Schöberl biodegradate homogeneous surfactants C12EO4 and C12EO9, progressively reducing it by one oxyethylene group with formation of the ethylene glycol. To a lesser extent, the cleavage of poly(ethylene glycol) containing 2, 3 or 4 oxyethylene groups is observed.

Enterobacter sp. Strain Z3 in the environment of sterile river water biodegradate homogeneous surfactant C₁₂EO₉ by the pattern of central cleavage of C₁₂EO₁ surfactant and formation of free dodecanol and poly (ethylene glycol) containing 9, 8, 7 and 6 oxyethylene groups. Simultaneously, the formation of ethylene glycol and a PEG having 2 or 3 oxyethylene groups; indicates that the degradation goes parallel as it was mentioned above.

The additional objective of the research, and indispensable for achieving the main objective, was to improve the methods of extracting alcohol ethoxylates and their

metabolites from aqueous matrix and the development of methods for the determination of these surfactants technique LC-MS/MS.

Separation and determination of dodecanol ethoxylates containing from 2 to 9 ethylene oxide groups per molecule using LC-MS / MS technique were optimized in order to give the detection limits in the range of 2.2 - 65 ng/L.

The derivatization procedure with phenyl isocyanate was developed and validated for the ethoxylated alcohols (C12OH, C12EO1-C12EO9) and poly(ethylene glycol) (EG - EG₅). For the ethoxylated alcohols obtained detection limits in the range of 10 - 50 ng/L and the ethylene glycol and poly (ethylene glycol) - in the range of 0.01 - 1.0 mg/L.

The liquid-liquid extraction procedure of the individual homologs dodecanol ethoxylate (2-9 oxyethylene) from the water matrix was optimized. Best results were obtained with ethyl acetate. Under the model obtained recoveries in the range of 74.0 - 95.3%, while the river water - in the range of 70 - 89%.

The possibility of extracting the individual homologs dodecanol ethoxylate (2-9 oxyethylene subunits) from aqueous matrix by using solid extraction phase (C18, SDB-1, HR-X) were investigated. Under the model, recoveries, in the range of 72 -100%, was achieved using a of SDB-1 srobent and a mixture of chloroform-methanol (1: 1) as eluent. However, in river water as matrix, the recoveries were in the range 36-57%.

The possibility of extracting the individual homologs dodecanol ethoxylate (1-9 oxyethylene) and free dodecanol alcohol from water matrix by using a solid extraction phase and packed with diatomaceous earth was investigated. Under the model obtained recoveries in the range of 92 -115% for homologs C₁₂EO₃ - C₁₂EO₉ using methanol as eluent, and 102 in the range of -121% to C₁₂EO₁- C₁₂EO₃ homologs and free dodecanol alcohol using chloroform as eluent.

The possibility of extraction the individual homologs dodecanol ethoxylate (2-9 oxyethylene) from water matrix using PTFE capillary trap was investigated. The conditions of elution with methanol gave recoveries in range of 90-95% for homologs C₁₂EO₅-C₁₂EO₉ and recoveries in range of 55-70% for homologs C₁₂EO₂-C₁₂EO₄.

In addition, worked on a way of determining the composition of nonionic surfactants in raw sewage used for identification of the components. It was determined that the current group of dominant applications of non-ionic surfactants are the alcohol ethoxylates. 105 individual alcohol ethoxylates belonging to the series of C₁₀EO_x, C₁₁EO_x, C₁₂EO_x, C₁₃EO_x, C₁₄EO_x, C₁₆EO_x and C₁₈EO_x the x range 3-23 were indentified. There were also identified 19 homologs of poly(ethylene glycols).

X. Literatura

[1] European Committee of Surfactants and their Organic Intermediates (CESIO),

"Cesio Surfactants Statistic for Wester Europe," 2012.

[2] R. Swisher, Surfactants Biodegradation, second edition, Nowy Jork: Marcel Dekker, 1987.

[3] Patterson S. J., Scott C. C., Tucker K. B. "Nonionic Detergent Degradation: III Initial Mechanizm of the Degradation," Journal of the American Oil Chemists' Society, 47, 37-41, 1970.

[4] Frańska M., Frański R., Szymański A., Łukaszewski Z. "A central fission pathway in alkylophenol ethoxylate biodegradation," Water Research, 37,. 1005-1014, 2003.

[5] Nowicka D., Ginter-Kramarczy D., Hołderna-Odachowska A., Budnik I., Kaczorek E., Łukaszewski Z. "Biodegradation of oxyethylated fatty alcohols by bacteria Microbacterium strain E19," Ecotoxicology and Environmental Safety, 91, 32-38, 2013.

[6] Zieliński R., Surfaktanty. Towaroznawcze i ekeologiczne aspekty ich

stosowania., Poznań: Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, 2000.

[7] J. Przodo J., Związki powierzchniowo czynne i ich zastosowanie w produktach chemii gospodarczej, Radom: Politechnika Radomska, 2010.

[8] R. Zieliński R., Surfaktanty: budowa, właściwości, zastosowanie, Poznań:

Wydawnicto Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, 2009.

[9] Klimiuk E. Łebkowska M. Biotechnologia w ochronie Środowiska, Warszawa:

Wydawnictwo naukowe PWN, 2003.

[10] "Chemia i Biznes," 28 04 2014. [Online].:

http://www.chemiaibiznes.com.pl/artykuly/pokaz/9rynek_produkt%C3%B3w_che mii_gospodarczej_osiagnie_2012_64_mld_dol_Raport.html.

[11] Nalepa W., Artykuły przemysłowe, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Przemysłowe, 1986.

[12] Anastasiu S., Jelescu E. Środki powierzchniowo czynne, Warszawa:

Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1973.

[13] Scott M., Jones M. "The biodegradation of surfactants in the environment,"

Biochumica et Biophysica Acta, 1508, 235-251, 2000.

[14] Sparham C. J., Bormilow I. D., Dean J. R. "SPE/LC/ESI/MS with phthalic

[14] Sparham C. J., Bormilow I. D., Dean J. R. "SPE/LC/ESI/MS with phthalic

W dokumencie IKROBIOLOGICZNE CENTRALNE ROZSZCZEPIENIE OKSYETYLENOWANYCH ALKOHOLI (Stron 144-170)