(オキシ) 鉄の水酸化物、微量元素、細菌の嫌気性生物地球化学的相互作用を研究するため実験的列の設定
Summary
運命とヒ素および水銀の帯水層の生理化学的に密接に関連する条件と微生物活性が。帯水層を模倣して無酸素状態の中微量元素の生物地球化学のより良い理解をしたりできるように元の実験的列の設定を紹介します。地球化学的および微生物学的アプローチを組み合わせる 2 つの例が掲載されています。
Abstract
運命とヒ素 (As) と水銀 (Hg)、帯水層などの微量元素 (TEs) の種分化が密接に関連して pH, 酸化還元電位 (Eh) などの生理化学的条件、直接的または間接的な役割を果たすことができる微生物の活動にも種分化および/または移動します。確かに、いくつかの細菌が酸化ヒ素ヒ素 (v) を直接、またはヒ素、ヒ素 (v) を削減できます。同様に、細菌は神経毒モノメチル水銀を形成、そのメチル化または元素水銀 ° その削減を通じて、サイクリング、Hg に強く関わっています。として両方の運命と Hg も強く土壌または帯水層構成にリンクされます実際には、Hg は有機化合物または彼らの機動性に影響する (酸素) の水酸化物にバインドできます。ターンでは、鉄鉱 (オキシ) 水酸化還元など有機物の無機化細菌の活動は、直接影響ないとして、Hg 隔離。硫酸硫化水素の存在はこれらの特定の要素または Hg と metacinnabar とチオ アルセニウムなど複合体の形成も強く影響を与えます。
その結果、多くの重要な質問は、運命との種分化に提起されているとしておよび水銀環境とその毒性を制限する方法。ただし、帯水層のコンポーネントへの反応のために発生する生物地球化学的プロセスと異なるこれらのテの運命を明確に分離することは困難です。
そう、私たちはオリジナルを開発した、エリア、無酸素条件下で TE を生物地球化学のより良い理解を有効にするを模倣する帯水層として- または Hg-酸化鉄鉄対リッチ領域と列の設定が枯渇した実験的な。次のプロトコル与える列の組み立てのためのステップバイ ステップのインストラクションのいずれかとしての例と同様、またはの Hg、鉄と硫酸塩還元条件下にあるようです。
Introduction
理解と微量元素 (TE) の移動と生物地球化学環境の予測を監視、開発、汚染サイトの適切な経営判断を適用するために不可欠です。これは特にヒ素 (As) と水銀 (Hg) などの有毒な TEs の場合適用されます。運命と土壌や帯水層にこれらの TEs の種分化は Eh ・ pH などの物理化学的条件における微生物活動の種分化や移動に関する間接的な役割のどちらか直接役割を果たすことにも密接に関連します。
確かに、いくつかの細菌が酸化ヒ素ヒ素 (v) を直接、またはヒ素、ヒ素 (v) を削減できます。これはヒ素の最も有害な形態であるので、毒性として影響を与える、およびモビリティ、ヒ素、ヒ素 (v)、鉄 (オキシ) 水酸化物または有機物1,2に容易に吸着することができますよりも携帯から。同様に、細菌は硫酸塩および鉄細菌3,4、神経毒モノメチル水銀 (容易に食物連鎖で bioaccumulated) の形成を減らすことによって主にサイクリング、そのメチル化を通じて水銀に強く関与しています。または揮発性小 Hg (水銀 °)5にその削減を通じた。
両方として Hg 運命が有機物などの化合物から、土壌や帯水層の組成にリンクされても強くや鉄 (オキシ) 水酸化物の隔離とバイオアベイラビリティに影響を与えます。Hg は有機物の親和性が非常に高いに対し、ヒ素 (v) は鉄水酸化物 (オキシ)6によく吸着 (OM; 主にチオール基) もコロイド鉄やマンガンの OM の (酸素) 水酸化物劣化環境7,8が、,9,10,11。
細菌の活動し、TEs (オキシ) 水酸化物または鉄 (オキシ) 水酸化物の削減や有機物の無機化有機物吸着の運命に影響を与えます。直接鉄還元細菌によっては鉄硫黄低減のための支配的な経路枯渇ゾーン12,13, fe (iii) 直接、fe (iii) 減のない鉄 (ii) に硫化物に対し端末電子アクセプターとして使用されています。細菌の硫酸塩減少14によって形成されます。さらに、硫酸の存在も Hg できますチオ アルセニウム15でまたは metacinnabar Hg など複合体の形成によって種分化として。
したがって、鉄と硫酸テ、Hg などとの運命上のサイクリングの影響のより良い理解より汚染されたサイトを管理し、土壌や水質を維持する私たちを助けることができます。データは既存の金属移動モデルの強化にも貢献できます。微生物 Fe (III)-削減16,17,18テの脱離を引き起こすことができます。理論的には、硫酸の微生物還元によって生成される硫化による鉄 (オキシ) 水酸化物の間接還元率はまたテ移動に影響を与える可能性があります。ただし、範囲とこれらの反応の速度論一般にバッチ同質システムまたはバッチ小宇宙16,18,19,20で研究されています。バッチ実験の欠点は、解離現象; の欠如確かに、活動に基づいているが、バッチ内に存在し、唯一のリソースによって制限されます。 は種分化と吸着特性の変化の最終的な結果を与えます。流入媒体の更新との時間と空間を越えたテの運命の監視が可能列のアプローチを使用しています。これらの条件は、現実の事象が連続パーコレーションの条件にリンクされて密接に、帯水層と比較した場合より現実的です。さらに、帯水層堆積物中の異種鉄 (オキシ) 水酸化物の発生は共通21,23, と固相の鉱物・化学組成の空間変化は確かに微生物の活動をドライブ.
ジオ微生物現象に関するこれらの不均質性の影響と鉄のテの運命を解明、研究室、簡易モデルの帯水層を表す連続供給の列を開発しました。列は、列入口、上部に鉄分豊富なゾーンに鉄枯渇の地帯を作成するされます。通常のサンプリング ポートは、インターフェイス関連の現象と同様に、各ゾーンを個別に研究することを有効にします。この実験装置 Hg 運命と種分化の研究のためのアプリケーションの例は既に利用可能な24です。ここで実験のセットアップと汚染された帯水層とヒ素の挙動に焦点を当て、アプリケーションの 2 番目の例の詳細な説明を与えます。
Protocol
Representative Results
Discussion
実験的列の設定は、連続条件で嫌気性の生物地球化学的プロセスの研究に便利な実験室デバイスことが分かった。連続列システム スラリー バッチ システムや小宇宙よりも実際の帯水層の人に近い状態で使用できるようにします。連続的なシステムは、地下水帯水層堆積物中での動きをシミュレートできます。
プロトコルの中で最も重要なステップは、テ ・鉄 (オキシ) …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業は、共同 BRGM、Conseil 一般デュ ロワレ県とカルノーの研究所からのポスドク助成金によって賄われていた。ヴァル ・ ド ・ ロワール地方中心でピボット プロジェクトの金融支援も感謝します。
Materials
| Glass columns | Beaucaverre, France | Specific request | columns were composed of 3 separate pieces, the main column core with the cooling jacket and the 5 sampling ports (size GL14 with olive) and a top and bottom piece that fits to the main column body and is held in place with a silicone joint and screw (RIN F 40×38 & SVL 42). note: this design was discussed directly with the company. We recommend to find a local glazier. |
| Septa PTFE/silicone diam 20mm | Sigma-Aldrich | 508608 | |
| PTFE tubing ID 3mm | VWR | 228-0745 | |
| Peristaltic pump | Dominique Dutsher SAS | 66493 | |
| Peristaltic pump tubing LMT 55 | VWR | 224-2250 | Tygon® LMT 55 |
| Fontainbleau sand D50=209 µm | SIBELCO, France | ||
| N2 for bubbling | Air Liquide, France | ||
| Gamma iradiation | Ionisos, Dagneux, France | ||
| Automatic Mercury Analyser (AMA 254, ) | Courtage Analyses, France | ||
| Varian SpectrAA 300 Zeeman | Agilent | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| HNO3 Supra pur | VWR | 1.00441.1000 | Producer: Merck |
| HCL 30% Supra pur | VWR | 1.00318.1000 | Producer: Merck |
| Hg(NO3)2 | Merck | 516953 | |
| As2O3 | Merck | 202673 | |
| FeCl3-6H2O | Merck | 207926 | |
| silica gel | Sigma-Aldrich | 336815-500G |
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