Zastosowanie spektroskopii 1H NMR do oceny przebiegu biodegradacji zanieczyszczeń węglowodorowych

• Autorzy: Śliwka E. , Kołwzan B. , Kołodziej K.

Warianty tytułu

EN

Application of 1H NMR spectroscopy in assessment of the course of hydrocarbon contaminant biodegradation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Oceniono przydatność techniki spektroskopii 1H NMR do charakterystyki zmian w strukturze chemicznej substancji naftowych (olej napędowy i ropa naftowa) oraz odpadowej smoły gazowniczej zachodzących w procesie ich biodegradacji. Proces biodegradacji prowadzono przez 14 dób, wykorzystując szczepy bakterii wyizolowane z gleby skażonej produktami naftowymi. Skuteczność biodegradacji była zróżnicowana i w przypadku oleju napędowego wynosiła 89%, ropy naftowej – 45% i smoły gazowniczej – 26%. Analiza widm 1H NMR substratów wykazała duże różnice w rozkładzie protonów alifatycznych i aromatycznych między próbkami naftowymi i smołą gazowniczą. Substraty naftowe charakteryzowały się około 3-krotnie mniejszym współczynnikiem aromatyczności (fA=0,12 i 0,14) oraz wzrostem wartości tego parametru w produktach biodegradacji. Potwierdza to obecność w substancjach naftowych składników alifatycznych, łatwo ulegających biodegradacji. Duże różnice wartości parametru fA wskazują, że może być on wykorzystany do różnicowania źródeł zanieczyszczeń węglowodorowych w próbkach środowiskowych. Dodatkową zaletą techniki 1H NMR jest mała ilość analitów potrzebna do analizy oraz fakt, że należy do grupy badań nieniszczących.

EN

Suitability of 1H NMR spectroscopy for evaluation of changes in chemical structure of petroleum substances (diesel and crude oils) and coal tar waste upon their biodegradation was assessed. Biodegradation was carried out for 14 days using bacterial strains isolated from petroleum-contaminated soil. Biodegradation effectiveness varied, amounting to 89% for diesel oil, 45% for crude oil and 26% for coal tar. 1H NMR spectra analysis demonstrated major differences in the distribution of aliphatic and aromatic protons between petroleum samples and coal tar. The aromaticity factor of petroleum substrates was about 3 times lower (fA=0.12 and 0.14) and it increased in the biodegradation products. This confirms presence of aliphatic components, readily biodegradable, in petroleum substances. Major differences in the fA parameter values indicate that it can be used to differentiate between the sources of hydrocarbon contamination in environmental samples. An additional advantage of the 1H NMR technique is a small amount of analyte required for analysis and the non-destructive character of the technique.

Słowa kluczowe

PL

magnetyczny rezonans jądrowy; produkty naftowe; rozkład biologiczny; oczyszczanie gruntu

EN

nuclear magnetic resonance (NMR); petroleum substances; coal tar; biological degradation; soil treatment

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 37, nr 2
• Strony: 55--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Śliwka E.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

autor

Kołwzan B.

• Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski, ul. marsz. J. Piłsudskiego 74, 50-020 Wrocław

autor

Kołodziej K.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

Bibliografia

• 1. J. SURYGAŁA, E. ŚLIWKA: Wycieki ropy naftowej. Przemysł Chemiczny 1999, vol. 78, nr 9, ss. 323–325.
• 2. E. ŚLIWKA, B. KOLWZAN, K. GRABAS, J. KLEIN, R. KORZEŃ: Chemical composition and biological properties of weathered drilling wastes. Environment Protection Engineering 2012, Vol. 38, No. 1, pp. 129–138.
• 3. M. WEHRER, T. RENNERT, T. MANSFELD, K.U. TOTSCHE: Contaminants at former manufactured gas plants: Sources, properties, and processes (Review). Critical Reviews in Environmental Science and Technology 2011, Vol. 41, No. 21, pp. 1883–1969.
• 4. E. ŚLIWKA, B. KOLWZAN, K. GRABAS, E. KARPENKO, P. RUTKOWSKI: Influence of rhamnolipids from Pseudomonas PS-17 on coal tar and petroleum residue biodegradation. Environment Protection Engineering 2009, Vol. 35, No. 1, pp. 139–150.
• 5. B. KOŁWZAN: Bioremediacja gleb skażonych produktami naftowymi wraz z oceną ekotoksykologiczną. Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej nr 79, Seria Monografie nr 44, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• 6. E. ŚLIWKA: Oznaczanie zanieczyszczeń naftowych w glebie. W: J. SURYGAŁA [red.]: Zanieczyszczenia naftowe w gruncie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000, ss. 113–160.
• 7. Z. WANG, M. FINGAS, G. SERGY: Study of 22-year-old arrow oil samples using biomarker compounds by GC/MS. Environmental Science and Technology 1994, Vol. 28, No. 9, pp. 1733–1746.
• 8. J. GROS, C.M. REDDY, C. AEPPLI, R.K. NELSON, C.A. CARMICHAEL, J.S. AREY: Resolving biodegradation patterns of persistent saturated hydrocarbons in weathered oil samples from the Deepwater Horizon disaster. Environmental Science & Technology 2014, Vol. 48, No. 3, pp. 1628–1637.
• 9. J. SURYGAŁA [red.]: Vademecum rafinera. Ropa naftowa: Właściwości, przetwarzanie, produkty. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.
• 10. J.K. BROWN, W.R. LADNER: A study of the hydrogen distribution in coal-like materials by high-resolution nuclear magnetic resonance spectroscopy. 2. A comparison with infra-red measurement and the conversion to carbon structure. Fuel 1960, Vol. 39, No. 1, pp. 87–96.
• 11. J.G. SPEIGHT: A structural investigation of the constituents of Athabasca bitumen by proton magnetic resonance spectroscopy. Fuel 1970, Vol. 49, No. 1, pp. 76–90.
• 12. E. ŚLIWKA, J. SURYGAŁA: The chemical structure of low temperature tars obtained from Polish low rank coals. Polish Journal of Applied Chemistry 1994, Vol. 38, No. 1, pp. 101–111.
• 13. S.M. RIOS, N.S. NUDELMAN: Natural attenuation of oil spills in Patagonian soils. Characterization by 1H NMR spectroscopy. Environmental Technology 2008, Vol. 29, No. 1, pp. 23–33.
• 14. K. LEVSEN, A. PREISS, M. SPRAUL: Połączenie HPLC z NMR i MS jako technika pozwalająca na określenie struktury chemicznej nieznanych substancji chemicznych, obecnych w próbkach środowiskowych. W: J. NAMIEŚNIK, W. CHRZANOWSKI, P. SZPINEK [red.]: Nowe horyzonty i wyzwania w analityce i monitoringu środowiskowym. Wydawnictwo CEEAM, Gdańsk 2003, ss. 184–216.
• 15. L.A. CARDOZA, V.K. ALMEIDA, A. CARR, C.K. LARIVE, D.W. GRAHAM: Separations coupled with NMR detection. Trends in Analytical Chemistry 2003, Vol. 22, No. 10, pp. 766–775.
• 16. F.X. PRENAFETA-BOLDU, J. VERVOORT, J.T.C. GROTENHUIS, J.W. van GROENSETIJN: Substrate interactions during the biodegradation of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) hydrocarbons by the fungus Cladophialophora sp. strain T1. Applied and Environmental Microbiology 2002, Vol. 68, No. 6, pp. 2660–2665.
• 17. M.G. VELIEV, B. DANIELSSON, M.A. SALAMONOV, S.R. ALIEVA, N.R. BEKTASHI: Biodegradation of Baku oil and hydrocarbons by micromycetes. Petroleum Chemistry 2008, Vol. 48, No. 1, pp. 56–62.
• 18. K. SUGIURA, M. ISHIHARA, T. SHIMAUCHI, S HARAYAMA: Physicochemical properties and biodegradability of crude oil. Environmental Science & Technology 1997, Vol. 31, No. 1, pp. 45–51.
• 19. L.I. SVAROVSKAYA, D.A. FILATOV, T. GERELMAA, L.K. ALTUNINA: IR and 1H NMR assessments of the biodegradation of oil. Petroleum Chemistry 2009, Vol. 49, No. 2, pp. 136–141.
• 20. E.C. NELSON, S. GHOSHAL, J.C. EDWARDS, G.X. MARSH, R.G. LUTHY: Chemical characterization of coal-tar-water interfacial films. Environmental Science & Technology 1996, Vol. 30, No. 3, pp. 1014–1022.