Pretreatment of polluted water samples for speciation analysis of As, Cr and Tl

Przygotowanie próbki do analizy specjacyjnej jest trudnym zadaniem, praktycznie każda próbka i każdy analit wymagają osobnych scenariuszy analitycznych. Arsen, chrom oraz tal należą do grupy pierwiastków znajdujących się na liście priorytetów badawczych Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (US EPA). Analiza specjacyjna szeregu pierwiastków jest istotnym elementem nowoczesnego monitoringu środowiska, ponieważ ich toksyczność, mobilność, czy biodostępność zależy od stopnia utlenienia oraz formy chemicznej. Do najbardziej toksycznych form As należą połączenia nieorganiczne, natomiast organiczne związki arsenu są nietoksyczne. Związki Cr(III) są mniej rozpuszczalne i bardziej stabilne w naturalnym wodnym środowisku, podczas gdy związki Cr(VI) są bardziej rozpuszczalne i mobilne. Związki Tl(III) są bardziej toksyczne niż związki Tl(I). Woda, jako abiotyczny element środowiska naturalnego odpowiada za transport zanieczyszczeń oraz zmianę form specjacyjnych pierwiastków. Wodę można podzielić na frakcję rozpuszczoną, która odpowiada za transport zanieczyszczeń oraz fazę zwieszoną (SPM), która jest odpowiedzialna za współstrącanie form chemicznych As, Cr oraz Tl. Zebrano próbki wód zawierających związki powierzchniowo czynne oraz sprawdzono powinowactwo wybranych form As, Cr i Tl do zawiesiny (SPM). Formy specjacyjne rozdzielono i zatężono z wykorzystaniem ekstrakcji do fazy stałej. Zastosowano różne sorbenty m.in. SGX C18 modyfikowany pyrolidynoditiokarbaminanem amonu (APDC) oraz tlenek glinu modyfikowany dodecylosiarczanem sodu (SDS). Sprawdzono możliwość wydzielania As(III), Cr(III) i Tl(III) z wody. Jednak tylko dla Tl(III) zaproponowano kompletną procedurę wydzielenia i zatężenia Tl(III) z matrycy wody. Następnie sprawdzono możliwość wykorzystania fotokatalizatorów tritlenku wolframu oraz tritlenku diżelaza do rozłożenia surfaktantów przed analizą specjacyjną. Zaproponowano różne warstwy aktywne składające się z fotokatalizatorów tlenków wolframu i żelaza. Płytki te oceniono podczas rozkładu SDS oraz Tritonu X-114, gdzie sensorem był układ elektroda rtęciowa i oznaczanie śladowych ilości Pb(II). Wybrane fotowarstwy sprawdzono w degradacji związków organicznych przed analizą specjacyjną arsenu, chromu i talu. Opracowano pełną procedurę od pobrania próbki do analizy związków As i Tl w wodach o dużej zawartości związków powierzchniowo czynnych. Scenariusz analityczny oparty na fotokatalizie mógłby być włączony w nowoczesną analizę środowiskową.Sample preparation for speciation analysis is a difficult task, practically each sample and each analyte requires unique analytical scenarios. As, Cr i Tl belong to the group of elements included in the list of research priorities of the American Environmental Protection Agency (US EPA). Toxicity, mobility, or bioavailability of many elements depend on their oxidation state and chemical form. For this reason speciation analysis is an important element of modern environmental monitoring. The most toxic forms of As are inorganic compounds, while organic arsenic compounds are non-toxic. Cr(III) compounds are less soluble and more stable, while Cr(VI) compounds are more soluble and mobile in the natural aqueous environment. Tl(III) compounds are more toxic than Tl(I) compounds. Water, which is an abiotic element of the environment, is responsible for transport of pollutants and changes of the speciation forms of elements. Water can be divided into two phases: dissolved phase which is responsible for the transport of pollutants and suspended particulate matter (SPM) which is responsible for co-precipitation of chemical forms of As, Cr and Tl. Water samples containing surface active compounds were collected. The affinity of selected As, Cr and Tl forms for SPM was checked. The speciation forms were separated and preconcentrated using solid phase extraction. Various sorbents have been applied, e.g. SGX C18 modified with ammonium pyrolidinedithiocarbamate and alumina modified with sodium dodecyl sulphate (SDS). The possibility of simultaneous separation of As(III), Cr(III) and Tl(III) from water was tested. However, a complete procedure was developed only for separation and preconcentration of Tl(III) from the water matrix. Next, the possibility of application of photocatalysts: tungsten and iron oxides for decomposition of surface-active compounds before the speciation of As, Cr and Tl was tested. Different active layers consisting of tungsten and iron oxides have been proposed. These active layers were evaluated during the decomposition of SDS and Triton X-114. Decomposition efficiency was evaluated on the basis of voltammetric determination of trace amounts of Pb(II) with a mercury electrode, which is very sensitive to interferences from organic compounds. Selected photolayers were tested in the degradation of organic compounds before speciation analysis of arsenic, chromium and thallium. A complete procedure (from sampling to determination) for analysis of As and Tl compounds in waters with high content of surfactants was developed. Analytical scenarios based on photocatalysis could be included in the modern environmental monitoring

Application of Hierarchical Nanostructured WO3 and Fe2O3 Composites for Photodegradation of Surfactants in Water Samples

This study describes the utilization of hierarchical photoactive surface films for the decomposition of surfactants in water samples (with different pH). Photoactive films, containing tungsten (VI) oxide and iron (III) oxide (hematite), were deposited in a systematic and controlled manner using a layer-by-layer method. Physicochemical properties of the photoactive materials were developed and characterized using XRD analysis, Raman spectroscopy, water contact angle, voltammetry, and microscopic (SEM) techniques. The resulting multilayer films showed attractive performances in the photodegradation of the anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the nonionic surfactant (1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol (Triton™ X-144) under solar light irradiation. The efficiency of the surfactants’ photodegradation was evaluated with a “test” based on a method, which is extremely sensitive to surfactants’ interference, with trace analysis of Pb using anodic stripping voltammetry on mercury electrodes (recovery study). The usefulness of hierarchical photoactive systems in the photodegradation of both surfactants is demonstrated in the presence and absence of the applied bias voltage. The maximum decomposition times were 2–3 h and 30 min, respectively. Furthermore, a properly designed layer system may be proposed, matching the pH of the water sample (depending on the treatment on the sampling side)