Advances in mass spectrometry for molecular characterization of oil sands naphthenic acids and process chemicals in wetlands.

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Date: Oct. 2021
From: Canadian Journal of Chemistry(Vol. 99, Issue 10)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 6,571 words
Lexile Measure: 1740L

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Abstract :

Advances in mass spectrometry in the authors' and key collaborators' research are reviewed for analysis of oil sands naphthenic acids fraction compounds (NAFCs) and industrial process chemicals, sulfolane and alkanolamines, in wetlands. Focus is given to developments of analyses of NAFCs in constructed wetland treatment systems and natural wetlands in the Athabasca oil sands region, Alberta, Canada. The analytical developments are applied to show the utility of wetlands to sequester and oxidize oil sands naphthenic acids. The advancements in molecular characterization led to the first application of high-resolution mass spectrometry (Fourier transform ion-cyclotron resonance and Orbitrap mass spectrometry) for elucidation of toxic monoand di-carboxylic NAFCs in oil sands environmental samples. Key findings reveal that oil sands NAFCs are not limited to saturated structures but contain a diverse range of components, many of which contain S, N, heteroatomic species and aromatic species. Other developments of mass spectrometry methods for industrial process chemicals show for the first time that the completely water-miscible chemical, sulfolane, translocate to upper portions of cattails at natural wetland sites in the Canadian environment. Likewise, wetland-plant mediated changes of complex mixtures of alkanolamines were revealed based on the coupling of ion chromatography mass spectrometry and ultrahigh resolution mass spectrometry. The advances in mass spectrometry are of particular benefit to Canada, for development of soil and water quality guidelines for oil sands NAFCs and process chemicals. In turn, the water quality guidelines serve to protect Canadian aquatic environments. Key words: wetlands, naphthenic acid fraction compounds, oil sands, naphthenic acids, natural wetland resilience. Cette revue de la litterature porte sur les progres realises dans le cadre des travaux de recherche des auteurs et de collaborateurs cles dans le domaine de la spectrometrie de masse appliquee a l'analyse des composes de la fraction d'acides naphteniques (CFAN) et de produits chimiques, le sulfolane et les alcanolamines, issus des procedes industriels de traitement des sables bitumineux dans les milieux humides. L'accent est mis sur la mise au point d'analyses des CFAN dans les systemes de traitement des marais artificiels et dans les milieux humides naturels de la region des sables bitumineux de l'Athabasca, en Alberta, au Canada. L'application de ces progres analytiques permet d'illustrer le role des milieux humides dans la sequestration et l'oxydation des acides naphteniques des sables bitumineux. Les progres realises au chapitre de la caracterisation moleculaire ont permis d'appliquer pour la premiere fois la spectrometrie de masse a haute resolution (spectrometrie de masse a resonance cyclotronique des ions et a transformee de Fourier et spectrometrie de masse Orbitrap) a l'elucidation de la structure de CFAN mono et dicarboxyliques toxiques dans des echantillons de sables bitumineux environnementaux. Les principales conclusions revelent que les CFAN des sables bitumineux ne se limitent pas aux structures saturees, mais qu'ils contiennent une variete de composants, dont plusieurs contiennent des especes heteroatomiques de S et de N et des especes aromatiques. D'autres methodes de spectrometrie de masse mises au point pour detecter les produits chimiques de procedes industriels montrent pour la premiere fois que le sulfolane, un compose chimique completement miscible dans l'eau, migre dans les parties superieures des quenouilles des zones humides naturelles dans l'environnement au Canada. De meme, des changements de composition des melanges complexes d'alcanolamines attribuables a des plantes des milieux humides ont ete observes par chromatographie ionique couplee a la spectrometrie de masse et par spectrometrie de masse a tres haute resolution. Ces progres en spectrometrie de masse sont d'un interet particulier pour le Canada, en vue de l'elaboration de lignes directrices sur la qualite du sol et de l'eau portant sur les CFAN et les produits chimiques issus du traitement des sables bitumineux. Ces lignes directrices sur la qualite de l'eau pourront servir a proteger les milieux aquatiques canadiens. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : milieux humides, composes de la fraction d'acides naphteniques, sables bitumineux, acides naphteniques, resilience naturelle des milieux humides.

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Gale Document Number: GALE|A678582825