Environmental Sorption Behavior of Ionic
and Ionizable Organic Chemicals
Luise Henneberger and Kai-Uwe Goss
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2 Physicochemical Principles of Ion Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 Bioaccumulation and Biosorption of IOCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4 Sorption of IOCs in Soil/Sediment and to Polymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5 Modeling of Ion Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 51
6 Toxicity and Toxicokinetics of IOCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.1 Membrane Sorption and Narcosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2 Membrane Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Keywords Ionizable organic chemicals · Speciation · Sorption · Modelling ·
Bioaccumulation · Intermolecular interactions
1 Introduction
Many chemicals of environmental concern are ionic or ionizable organic chemicals
(IOCs), including various pharmaceuticals, pesticides, surfactants, and ingredients
of personal care products, as well as metabolites and degradation products of the
above-named classes of chemicals (Franco et al. 2010). In principle, two different
L. Henneberger
Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Leipzig, Germany
e-mail: luise.henneberger@ufz.de
K.-U. Goss (*)
Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Leipzig, Germany
Institute of Chemistry, University of Halle-Wittenberg, Halle, Germany
e-mail: kai-uwe.goss@ufz.de
© Springer Nature Switzerland AG 2019
P. de Voogt (ed.), Reviews of Environmental Contamination and Toxicology,
Volume 253, Reviews of Environmental Contamination and Toxicology Volume 253,
https://doi.org/10.1007/398_2019_37
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and Ionizable Organic Chemicals
Luise Henneberger and Kai-Uwe Goss
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2 Physicochemical Principles of Ion Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 Bioaccumulation and Biosorption of IOCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4 Sorption of IOCs in Soil/Sediment and to Polymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5 Modeling of Ion Sorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 51
6 Toxicity and Toxicokinetics of IOCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.1 Membrane Sorption and Narcosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2 Membrane Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Keywords Ionizable organic chemicals · Speciation · Sorption · Modelling ·
Bioaccumulation · Intermolecular interactions
1 Introduction
Many chemicals of environmental concern are ionic or ionizable organic chemicals
(IOCs), including various pharmaceuticals, pesticides, surfactants, and ingredients
of personal care products, as well as metabolites and degradation products of the
above-named classes of chemicals (Franco et al. 2010). In principle, two different
L. Henneberger
Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Leipzig, Germany
e-mail: luise.henneberger@ufz.de
K.-U. Goss (*)
Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Leipzig, Germany
Institute of Chemistry, University of Halle-Wittenberg, Halle, Germany
e-mail: kai-uwe.goss@ufz.de
© Springer Nature Switzerland AG 2019
P. de Voogt (ed.), Reviews of Environmental Contamination and Toxicology,
Volume 253, Reviews of Environmental Contamination and Toxicology Volume 253,
https://doi.org/10.1007/398_2019_37
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