Trace Metal Sensors for Coastal Monitoring, Seaside, California, April 11-13, 2005: workshop proceedings

The Alliance for Coastal Technologies (ACT) Workshop on Trace Metal Sensors for Coastal Monitoring was convened April 11-13, 2005 at the Embassy Suites in Seaside, California with partnership from Moss Landing Marine Laboratories (MLML) and the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Trace metals play many important roles in marine ecosystems. Due to their extreme toxicity, the effects of copper, cadmium and certain organo-metallinc compounds (such as tributyltin and methylmercury) have received much attention. Lately, the sublethal effects of metals on phytoplankton biochemistry, and in some cases the expression of neurotoxins (Domoic acid), have been shown to be important environmental forcing functions determining the composition and gene expression in some groups. More recently the role of iron in controlling phytoplankton growth has led to an understanding of trace metal limitation in coastal systems. Although metals play an important role at many different levels, few technologies exist to provide rapid assessment of metal concentrations or metal speciation in the coastal zone where metal-induced toxicity or potential stimulation of harmful algal blooms, can have major economic impacts. This workshop focused on the state of on-site and in situ trace element detection technologies, in terms of what is currently working well and what is needed to effectively inform coastal zone managers, as well as guide adaptive scientific sampling of the coastal zone. Specifically the goals of this workshop were to: 1) summarize current regional requirements and future targets for metal monitoring in freshwater, estuarine and coastal environments; 2) evaluate the current status of metal sensors and possibilities for leveraging emerging technologies for expanding detection limits and target elements; and 3) help identify critical steps needed for and limits to operational deployment of metal sensors as part of routine water quality monitoring efforts. Following a series of breakout group discussions and overview talks on metal monitoring regulatory issues, analytical techniques and market requirements, workshop participants made several recommendations for steps needed to foster development of in situ metal monitoring capacities: 1. Increase scientific and public awareness of metals of environmental and biological concern and their impacts in aquatic environments. Inform scientific and public communities regarding actual levels of trace metals in natural and perturbed systems. 2. Identify multiple use applications (e.g., industrial waste steam and drinking water quality monitoring) to support investments in metal sensor development. (pdf contains 27 pages)

Trace metals -- a potential threat to our fishing industry

Trace metals constitute a major form of water pollutant that can adversely affect fish production. The potentially toxic metals have been identified as lead, zinc, copper, arsenic, antimony, mercury beryllium, barium, cadmium, chromium, nickel, selenium among others. Preliminary laboratory studies have been directed to the determination of traces of lead in the aquatic biota and its toxicity. There are indications that the levels reported in effluents from some of the industries may be above the tolerant limits of local fish species and organisms that make up their food. Metal pollution could become a serious problem to freshwater fisheries in the future as a result of increasing urbanization and industrialization, unless efforts are made to prevent it

Evaluation of the body burdens of heavy metals in five commercially important fishes from different locations in Kainji Lake

The level and distribution of some heavy metals viz Cadmium, Lead, Copper Zinc, and Cobalt in five commercially important fishes, water and sediments at three different locations in Kainj Lake were determined using standard methods. The results show that the ranges of heavy metals mu g/g in fishes in Dam site Laotian are: Cd (0.05~c0.01-20~c01), (Pb(ND-1.12 plus or minus )1), Cu (0.81~c25-2.93~c06), Zn (20.89 arrow right .15-36.78~c2.97), Co(0.08~c01-0.27~c02); in cover Dam, the ranges are Cd (0.04~c02-0.16~c0.2), Pb (nd-02~c01), Cu(0.75~c05-2.61~c13), Zn(15.70~c1.55-32.23~c2.70), Co(0.04~c02-0.25~c0.01) and in Yuna they are Cd (0.05~c01-0.14~c02), Pb (nd-0.32~c01), Cu (0.23~c07-2.70~c05), Zn(15.50 plus or minus `.35-25.62~c2.47), Co(0.07~c02-23~c0.01). The metals concentration (mg/l) in the water sample from Dam site, cover dam and Yuna respectively are Cd(0.007~c001,. 004~c001 and 0.005~001), Pb(013~c001, ND and ND), Cu(.055~c008.030~c007, 05 plus or minus .010), Zn(0.13~c01, 0.060 plus or minus .0055) and Co (.026 plus or minus .022 plus or minus .004, .024 plus or minus .004), while the metals concentration ( mu g/g) in sediments sample from Dam site, cover dam and Yuna are respectively Cd(.05 plus or minus .01, .02 plus or minus .01), Pb(16.00~c1.00, ND and 9.33~c1.01), Cu(24.00~c1.34, 4.26 plus or minus .91 and 11.08~c1.32), Zn(42.00~c1.00, 35~c10 and 38.00 plus or minus .45), Co(15.00~c1.17, 8.69~c1.21 and 10.91~c44). The concentrations of the tested heavy metals are within the acceptable standards of WHO (1987a)

Untersuchung von Schwermetallen und Organohalogenen in Miesmuscheln (Mytilus edulis) aus der inneren Deutschen Bucht

Seit mehreren Jahren werden im Labor für Radioökologie der Gewässer regelmäßig Fische aus der Deutschen Bucht auf die Schwermetalle Kupfer, Zink, Cadmium, Blei, Quecksilber sowie auf die Organohalogene Hexachlorbenzol, Hexachlorcyclohexan und polychlorierte Biphenole untersucht. In dieses Untersuchungsspektrum wurden 1990 Miesmuscheln (Mytilus edulis) aus der inneren Deutschen Bucht einbezogen, um im Rahmen eines deutsch-dänischen Gemeinschaftsprogramms weitergehende Informationen über Schadstoffbelastungen küstennaher Areale zu gewinnen.

Niedrige Gehalte an toxischen Schwermetallen in Seefischfilet (Ergebnisse der 81. Reise des FFS "Walther Herwig")

Auf der 81. Reise des FFS "Walther Herwig" im März 1987 in die Gewässer östlich Schottlands, Irlands und Nordfrankreichs wurden auf dem Nord-Süd-Schnitt "Westbritische Gewässer-östlicher Kanalausgang nördliche Biskaya" zahlreiche Einzelfischproben für die spätere spurenanalytische Bestimmung der toxischen Schwermetalle Blei und Cadmium gezogen. Bei den Proben handelt es sich um den verzehrbaren Anteil (Muskel, Filet) von kommerziell genutzten Meeresfischen, die den Hols lebend entnommen wurden.

Heavy metal pollution in sediments at shipbreaking area of Bangladesh

The research was carried out to assess the trace metal concentration in sediments of ship breaking area in Bangladesh. The study areas were separated into Ship breaking Zone and Reference Site for comparative analysis. Metals like Iron ( Fe) was found at 11932 to 41361.71µg.g-1 in the affected site and 3393.37 µg.g-1 in the control site. Manganese (Mn) varied from 2.32 to 8.25 µg.g-1 in the affected site where as it was recorded as 1.8 µg.g-1 in the control area. Chromium(Cr), Nickel (Ni), Zinc(Zn) and Lead (Pb) were also varied from 22.89 to 86.72 µg.g-1; 23.12 to 48.6;83.78 to 142.85 and 36.78 to 147.83 µg.g-1 respectively in the affected site whereas these were recorded as 19; 3.98; 22.22 and 8.82 µg.g-1 in the control site. Copper (Cu); Cadmium (Cd) and Mercury (Hg) concentration were varied from 21.05 to 39.85; 0.57 to 0.94 and 0.05 to 0.11 µg.g-1 in the affected site and 33.0; 0.115 and 0.01 µg.g-1 in the control site. It may conclude that heavy metal pollution in sediments at ship breaking area of Bangladesh is at alarming stage.

Remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos por nanofiltração

O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos através de nanofiltração, com utilização de membrana de poliamida. A membrana utilizada constituída de poliamida apresentou uma boa permeabilidade hidráulica, constatada pela linearidade de fluxo com a variação de pressão de trabalho. Os metais estudados foram cobre, cádmio, zinco, chumbo e níquel com especiação de nitrato e sulfato. O desempenho do sistema foi verificado pela variação dos parâmetros operacionais (pressão e fluxo), associados também com a variação da salinidade e da concentração do metal. Em uma etapa inicial estudou-se a remoção de metais (nitrato e sulfato) isoladamente em uma mesma concentração molar, na pressão de 10 bar, comparando-se as rejeições com e sem agente complexante (EDTA). Em uma segunda etapa, estudou-se o desempenho da membrana, com misturas dos metais (nitrato) e mistura de metais (sulfato), também com e sem agente complexante, os resultados mostraram que a presença de agente complexante melhorou a rejeição dos metais. Nestas misturas estudaram-se os efeitos das concentrações (0,001; 0,0005 e 0,0001mol/L) e das pressões (5; 7; 10 e 12,5 bar) no sistema de remoção, constatou-se que o aumento da concentração e diminuição da pressão afeta a remoção. Em uma terceira etapa, estudou-se a influência da salinidade pela mistura de dois metais de mesma especiação (sulfato), comparando a remoção na pressão de 10 bar. Os resultados atestaram uma rejeição maior que 94 % para todos metais, na pressão de 10 bar, indicando um excelente desempenho e fluxo adequado, daí viabilidade de processo para todas as concentrações testadas. A pertinência do teste se justifica pela adequação do permeado ao atendimento aos padrões ambientais de concentração de metais e confirmam a eficácia do sistema de nanofiltração na remoção de metais pesados

Metallogenic Provinces of the Southwestern United States and Northern Mexico

Some of the metallogenic provinces of the southwestern United States and northern Mexico are defined by the geographic distribution of trace elements in the primary sulfide minerals chalcopyrite and sphalerite. The elements investigated include antimony, arsenic, bismuth, cadmium, cobalt, gallium, germanium, indium, manganese, molybdenum, nickel, silver, tellurium, thallium, and tin. Of these elements, cobalt, gallium, germanium, indium, nickel, silver, and tin exhibit the best defined geographic distribution.

The data indicate that chalcopyrite is the preferred host for tin and perhaps molybdenum; sphalerite is the preferred host for cadmium, gallium, germanium, indium, and manganese; galena is the preferred host for antimony, bismuth, silver, tellurium, and thallium; and pyrite is the preferred host for cobalt, nickel, and perhaps arsenic. With respect to the two minerals chalcopyrite and sphalerite, antimony, arsenic, molybdenum, nickel, silver, and tin prefer chalcopyrite; and bismuth, cadmium, cobalt, gallium, germanium, indium, manganese, and thallium prefer sphalerite. This distribution probably is the result of the interaction of several factors, among which are these: the various radii of the elements, the association due to chemical similarities of the major and trace elements, and the degree of ionic versus covalent and metallic character of the metal-sulfur bonds in chalcopyrite and sphalerite. The type of deposit, according to a temperature classification, appears to be of minor importance in determining the trace element content of chalcopyrite and sphalerite.

A preliminary investigation of large single crystals of sphalerite and chalcopyrite indicates that the distribution within a single crystal of some elements such as cadmium in sphalerite and indium and silver in chalcopyrite is relatively uniform, whereas the distribution of some other elements such as cobalt and manganese in sphalerite is somewhat less uniform and the distribution of tin in sphalerite is extremely erratic. The variations in trace element content probably are due largely to variations in the composition of the fluids during the growth of the crystals, but the erratic behavior of tin in sphalerite perhaps is related to the presence of numerous cavities and inclusions in the crystal studied.

Maps of the geographic distribution of trace elements in chalcopyrite and sphalerite exhibit three main belts of greater than average trace element content, which are called the Eastern, Central, and Western belts. These belts are consistent in trend and position with a beltlike distribution of copper, gold, lead, zinc, silver, and tungsten deposits and with most of the major tectonic features. However, there appear to be no definite time relationships, for as many as four metallogenic epochs, from Precambrian to late Tertiary, are represented by ore deposits within the Central belt.

The evidence suggests that the beltlike features have a deep seated origin, perhaps in the sub-crust or outer parts of the mantle, and that the deposits within each belt might be genetically related through a beltlike compositional heterogeneity in the source regions of the ores. Hence, the belts are regarded as metallogenic provinces.

I. Configurational stability and redistribution equilibria in organomagnesium compounds. II. Redistribution equilibria in organocadmium compounds

I. CONFIGURATIONAL STABILITY AND REDISTRIBUTION EQUILIBRIA IN ORGANOMAGNESIUM COMPOUNDS

The dependence of the rate of inversion of a dialkylmagnesium compound on the solvent has been studied.

Examination of the temperature dependence of the nuclear magnetic resonance spectrum of 1-phenyl-2-propylmagnesium bromide in diethyl ether solution indicates that inversion of configuration at the methylene group of this Grignard reagent occurs with an approximate rate of 2 sec^-1 at room temperature. This is the first example of a rapid inversion rate in a secondary Grignard reagent.

The rates of exchange of alkyl groups between dineopentylmagnesium and di-s-butylmagnesium, bis-(2-methylbutyl)-magnesium and bis-(4, 4-dimethyl-2-pentyl)-magnesium respectively in diethyl ether solution were found to be fast on the nmr time scale. However, the alkyl group exchange rate was found to be slow in a diethyl ether solution of dineopentylmagnesium and bis-(2-methylbutyl)-magnesium containing N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine. The unsymmetrical species neopentyl-2-methylbutyl-magnesium was observed at room temperature in the nmr spectrum of the solution containing the diamine.

II. REDISTRIBUTION EQUILIBRIA IN ORGANOCADMIUM COMPOUNDS

The exchange of methyl groups in dimethylcadmium has been studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy. Activation parameters for the methyl group exchange have been measured for a neat sample and for a solution in tetrahydrofuran. The exchange is faster in the basic solvent tetrahydrofuran relative to the neat sample and in tetrahydrofuran solution is retarded by the solvating agent N, N, N’, N’-tetramethylethylenediamine and greatly increased by cadmium bromide. The addition of methanol to a solution of dimethylcadmium in tetrahydrofuran appears to have very little effect on the rate of exchange. The exchange was found to proceed with retention of configuration. The rate-limiting step for the exchange of methyl groups in a basic solvent appears to be the dissociation of coordinating solvent from dimethylcadmium.

The equilibrium between methylcadmium bromide, dimethylcadmium and cadmium bromide in tetrahydrofuran solution has also been studied. At room temperature the interconversion of the species is very fast on the nmr time scale but at -100° distinct absorptions for methylcadmium bromide and imethylcadmium are observed.

The species ethylmethylcadmium has been observed in the nmr spectrum.

The rate of exchange of vinyl groups in a solution of divinylcadmium in tetrahydrofuran has been found to be fast on the nmr time scale.

Processo de separação por membranas para remoção de sulfato de níquel e zinco de efluente sintético de indústrias metal-mecânicas

O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados

Effects of stress on the immune system of fish

The effects of stress on the immune system of various fish species including dab Limanda limanda, flounder Platichthys flesus, sea bass Dicentrarchus labrax and gobies Zosterisessor ophiocephalus, were investigated from laboratory and field experiments, using various assays to measure immunocompetence, correlated with histological and ultrastructural observations. Modulation of the immune system was demonstrated at tissue, cellular and biochemical levels following exposure to various stressors. The spleen somatic index was depressed in dab stressed in the laboratory and gobies collected from polluted sites in the Venice Lagoon. Differential blood cell counts consistently showed an increase in phagocytes and decrease in thrombocytes in fish exposed to various stressors. Phagocytic activity from spleen and kidney adherent cells was stimulated in dab stressed by transportation but depressed in fish exposed to chemical pollutants. Respiratory burst activity in phagocytic cells was also stimulated in stressed dab but depressed in sea bass exposed to cadmium. The results are discussed in relation to current concepts on stress in fish and the regulation of the immune system.

Efeito da temperatura de incubação na cinética e no equilíbrio da biossorção do cádmio por Sargassum filipendula

O uso de biomassas para biossorção de metais pesados é bem documentado na literatura e vários tipos de espécies de microrganismos e algas já foram testados. A maior parte destes trabalhos foi realizada com biomassa seca para prevenir qualquer resposta metabólica indesejável. Vários estudos na literatura sugerem o uso de biomassa seca sobre condições moderadas, tais como secagem ao sol; por outro lado, vários trabalhos recomendam a faixa de 313K a 353K para garantir completa inativação da biomassa. O efeito da biomassa seca ao sol a 303K e seca a 333K em estufa na remoção de Cd2+ é aqui reportado. A avaliação dos resultados foi baseada na cinética e capacidade de remoção do metal pela alga Sargassum filipendula. Os resultados indicam que a adsorção máxima de metal não foi notadamente reduzida quando a biomassa seca em estufa foi usada, para concentrações de cádmio na faixa de 10,0 a 500,0 mg L-1. O estudo cinético realizado indicou que o modelo de pseudo segunda ordem ajustou melhor os dados experimentais, tanto para uma solução diluída (10 mg L-1) quanto para a concentrada (100 mg L-1). Em ambos os casos, os efeitos da secagem em estufa, a 60C refletiu-se suavemente na remoção do metal. Os dados experimentais foram melhor ajustados pelo modelo de Langmuir em comparação com o modelo de Freundlich. Análises termogravimétricas mostraram que não havia dano estrutural no biossorvente devido à secagem em estufa. O espectro de infravermelho não indicou diferença entre a biomassa in natura e seca. O efeito da temperatura na biossorção do metal significativo na faixa de 303K a 328K, refletindo-se na capacidade de remoção do cádmio

Avaliação da remoção do íon cádmio em solução aquosa utilizando processos de osmose inversa e nanofiltração

Os efluentes contendo cádmio podem ser gerados dos por várias indústrias. A aplicação de ambas as tecnologias osmose inversa (OI) e nanofiltração (NF) para o tratamento de efluentes contendo o íon cádmio para reduzir a degradação ambiental foram estudadas no presente trabalho. Amostras sintéticas contendo o íon cádmio em várias concentrações foram preparadas e submetidas aos tratamentos por OI e NF em escala laboratorial. Assim, dividiu-se o processo de remoção em três etapas: 1- analisou-se os processos de osmose inversa e nanofiltração em termos da rejeição do íon cádmio, onde se correlacionou e avaliou os principais parâmetros de processos (concentração da solução alimentação, fluxo de permeado e pressão) e comparou-se os sistemas entre si. Nas etapas 2 e 3 avaliou-se os efeitos da salinidade utilizando os contra-íons zinco e sódio respectivamente, sobre a rejeição do íon cádmio no sistema de osmose inversa em soluções aquosas contendo misturas de sulfato de cádmio e sulfato de zinco, e sulfato de cádmio e sulfato de sódio. Mediu-se as concentrações de cádmio e zinco por espectroscopia de absorção atômica e as concentrações de sulfato e sódio por cromatografia de íons. Os resultados obtidos na primeira etapa dos experimentos mostram que a osmose inversa e nanofiltração são eficientes na remoção de cádmio, onde se obteve as taxas médias de rejeição de 92,4% e 96,6% respectivamente, sendo esses valores iguais em magnitude, tendo em vista os valores da incerteza padrão relativa associada a esses resultados. Em ambos os sitemas, os fluxos de permeado e as rejeições não sofreram influência do aumento da concentração de cádmio na solução alimentação.Na etapa 2, os resultados mostraram a diminuição da rejeição de cádmio com o aumento da concentração de sulfato de zinco na alimentação, sendo esse fenômeno atribuído a semelhança existente entre os íons Cd2+ e Zn2+ associados aos seus raios iônicos de hidratação e as energias de hidratação. Foram observadas as quedas do fluxo de permeado e das rejeições com o aumento da concentração de alimentação provavelmente devido ao efeito da polarização. Na etapa 3, a rejeição do íon cádmio não foi afetada pelo aumento da concentração de sulfato de sódio na alimentação, assim como os fluxos de permeado. Outro aspecto relacionado à rejeição é que a difusão do sódio através da membrana é favorecida frente à difusão do cádmio, sendo atribuído ao menor raio de hidratação do sódio

Digestão nitro-sulfúrica de fígado de peixe Mugil liza em forno de micro-ondas com radiação focalizada para determinar elementos de interesse ambiental por ICPMS

O presente estudo propõe uma metodologia para dissolução de tecidos biológicos em sistema de micro-ondas com radiação focalizada e posterior análise elementar por espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (ICPMS). Foram determinados os elementos arsênio (As), cádmio (Cd), cobre (Cu), chumbo (Pb), níquel (Ni), vanádio (V) e zinco (Zn). A matriz nitro-peroxo-sulfúrica foi comparada com outra sem o ácido sulfúrico e apresentou melhor padrão de recuperação (acima de 90%) na quantificação dos elementos certificados no material de referência TORT-2. As interferências causadas pela presença do ácido sulfúrico na matriz digestora foram contornadas com o uso da célula de reação/colisão com gás hélio (He) e adição deste ácido na composição da curva de quantificação. O ganho analítico proporcionado pelo método de digestão em matriz sulfúrica, em sistema não pressurizado, baseia-se no incremento da temperatura reacional e na degradação completa da matéria orgânica. As digestões tradicionalmente realizadas para quantificação por ICPMS, compostas unicamente de ácido nítrico (HNO3) e peróxido de hidrogênio (H2O2), não apresentam a mesma eficiência na degradação da matéria orgânica em sistemas abertos. Por fim, este método foi aplicado satisfatoriamente em amostras de tecido hepático de peixe Mugil liza (tainha), comprovando sua eficiência em monitorar a bioacumulação, utilizando-se da sensibilidade da técnica multielementar de ICPMS

Estudo da reação de modificação química da poliacrilonitrila com grupos 2-oxazolina

Neste trabalho a reação de modificação química da poliacrilonitrila pela incorporação de grupos 2-oxazolina foi estudada através da interação dos grupos nitrila do polímero com 2-amino-etanol catalisada por acetato de cádmio. Os copolímeros foram obtidos em diferentes condições reacionais para alcançar a reação de incorporação do heterocíclico preferencialmente à reação de ciclização dos grupos nitrila que ocorre na presença de catalisador. O grau de modificação química obtido foi relacionado às alterações nas propriedades dos polímeros modificados, que foram caracterizados por espectroscopias na região do infravermelho com transformada de Fourier, do ultravioleta-visível e de ressonância magnética nuclear de hidrogênio, e por calorimetria diferencial de varredura e termogravimetria. As condições ótimas de reação foram alcançadas a 70C após 35h. E o polímero obtido a partir destas condições foi avaliado como inibidor de corrosão para aço-carbono em solução de ácido clorídrico. Sob estas condições experimentais, uma eficiência de inibição de 63 % foi obtida