Sample preparation and heavy metal determination by atomic spectrometry /

Microwave digestions of mercury in Standards Reference Material (SRM) coal samples with nitric acid and hydrogen peroxide in quartz vessels were compared with Teflon® vessel digestion by using flow injection cold vapor atomic absorption spectrometry. Teflon® vessels gave poor reproducibiUty and tended to deliver high values, while the digestion results from quartz vessel show good agreement with certificate values and better standard deviations. Trace level elements (Ag, Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Pb, Sn, Ti, V and Zn) in used oil and residual oil samples were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Different microwave digestion programs were developed for each sample and most of the results are in good agreement with certified values. The disagreement with values for Ag was due to the precipitation of Ag in sample; while Sn, V and Zn values had good recoveries from the spike test, which suggests that these certified values might need to be reconsidered. Gold, silver, copper, cadmium, cobalt, nickel and zinc were determined by continuous hydride generation inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. The performance of two sample introduction systems: MSIS™ and gas-liquid separator were compared. Under the respective optimum conditions, MSIS^"^ showed better sensitivity and lower detection limits for Ag, Cd, Cu, Co and similar values for Au, Ni and Zn to those for the gas-liquid separator.

Arsenic and germanium determination by hydride generation in the D.C. plasma optical emission spectrometer

Modifications to the commercial hydride generator, manufactured by Spectrametrics, resulted in improved operating procedure and enhancement of the arsenic and germanium signals. Experiments with arsenic(III) and arsenic(V) showed that identical reiults could be produced from both oxidation states. However, since arsenic(V) is reduced more slowly than arsenic(III), peak areas and not peak heights must be measured when the arsine is immediately stripped from the system (approximately 5 seconds reaction). When the reduction is allowed to proceed for 20 seconds before the arsine is stripped, peak heights may be used. For a 200 ng/mL solution, the relative standard deviation is 2.8% for As(III) and 3.8% for As(V). The detection limit for arsenic using the modified system is 0.50 ng/mL. Studies performed on As(V) standards show that the interferences from 1000 mg/L of nickel(II), cobalt(II), iron(III), copper(II), cadmium(II), and zinc(II) can be eliminated with the aid of 5 M Hel and 3% L-cystine. Conditions for the reduction of germanium to the corresponding hydride were investigated. The effect of different concentrations of HCl on the reduction of germanium to the covalent hydride in aqueous media by means of NaBH 4 solutions was assessed. Results show that the best response is accomplished at a pH of 1.7. The use of buffer solutions was similarly characterized. In both cases, results showed that the element is best reduced when the final pH of the solution after reaction is almost neutral. In addition, a more sensitive method, which includes the use of (NH4)2S208' has been developed. A 20% increase in the germanium signal is registered when compared to the signal achieved with Hel alone. Moreover, under these conditions, reduction of germanium could be accomplished, even when the solution's pH is neutral. For a 100 ng/mL germanium standard the rsd is 3%. The detection limit for germanium in 0.05 M Hel medium (pH 1.7) is 0.10 ng/mL and 0.09 ng/mL when ammonium persulphate is used in conjunction with Hel. Interferences from 1000 mg/L of iron(III), copper(II), cobalt(II), nickel(II), cadmium(II), lead(II), mercury(II), aluminum(III), tin(IV), arsenic(III), arsenic(V) and zinc(II) were studied and characterized. In this regard, the use of (NH4)ZS20S and Hel at a pH of 1.7 proved to be a successful mixture in the sbppression of the interferences caused by iron, copper, aluminum, tin, lead, and arsenic. The method was applied to the determination of germanium in cherts and iron ores. In addition, experiments with tin(IV) showed that a 15% increase in the tin signal can be accomplished in the presence of 1 mL of (NH4)2S20S 10% (m/V).

Investigation into the determination of arsenic by direct current plasma atomic emission spectrometer

Improvements have been made on the currently available hydride generator system manufactured by SpectraMetrics Incorporated, because the system was found to be unsatisfactory with respect to the following: 1. the drying agent, anhydrous calcium chloride, 2. the special sample tube, 3. the direction of argon flow through the Buchner funnel when it came to dealing with real sample, that is, with reference only to aqueous extracts of soil samples. Changes that were made on the system included the replacement of anhydrous calcium chloride with anhydrous calcium sulphate and the replacement of the special sample tube with a modified one made from silica. Re-directing the flow of argon through the top of the Buchner funnel appeared to make the system compatible with aqueous extracts of soil samples. The interferences from 1000 ~g/mL of nickel(II) , cobalt(II), iron(III), copper(II) have been eliminated with the aid of 1.4 M hydrochloric acid and 1% (weight/volume) L-cystine. Greater than 90% recovery of 0.3 ~g/mL arsenic signal was achieved in each case. Furthermore, 103% of arsenic signal was accomplished in the presence of 1000 ~g/mL cadmium with 5 M Hel. tVhen each of the interferents was present in solution at 1000 ppm, a recovery of 85% was achieved by using 5 M hydrochloric acid and 3% (weight/volume) L-cystine. Without L-cystine and when 1.4 M hydrochloric acid was used, the recoveries were 0% (Ni), 0% (Co), 88% (Fe), 15% (Cu), 18% (Cd). Similarly, a solution containing 1000 ppm of each interferent gave a zero percent recovery of arsenic. The reduction of trivalent and pentavalent arsenic at a pH less than one has also been investigated and shown to be quantitative if peak areas are measured. The reproducibility determination of a 0.3 Vg/mL standard arsenic solution by hydride generation shows a relative standard deviation of 3.4%. The detection limits with and without Porapak Q have been found to be 0.6 ng/mL and 1.0 ng/mL, respectively.

Synthesis of nanoporous materials for preconcentration and determination of trace elements by ICP-AES ; Investigation and elimination of the memory effects of mercury, gold, silver and boron in ICP-AES

Nanoporous materials with large surface area and well-ordered pore structure have been synthesized. Thiol groups were grafted on the materials' surface to make heavy metal ion pre-concentration media. The adsorption properties ofthe materials were explored. Mercury, gold and silver can be strongly adsorbed by these materials, even in the presence of alkaline earth metal ion. Though the materials can adsorb other heavy metal ions such as lead and copper, they show differential adsorption ability when several ions are present in solution. The adsorption sequence is: mercury> == silver> copper » lead and cadmium. In the second part of this work, the memory effects of mercury, gold, silver and boron were investigated. The addition of 2% L-cysteine and 1% thiourea eliminates the problems of the three metal ions completely. The wash-out time for mercury dropped from more than 20 minutes to 18 seconds, and the wash-out time for gold decreased from more than 30 minutes to 49 seconds. The memory effect of boron can be reduced by the use of mannitol.

The band structure of Cd0

The Augmented Pl ane Wave Method has been used to calculate the one-electron energy band structure of CdO. Energy eigenva l ues were calculated along three symmetry lines and for some other general wave-vectors of interest.

The crystal and molecular structure of 18-Crown-6 HgC12 and 18-Crown-6 Cdc12

Hg(18-Crown-6)C12 and Cd(18-Crown-6)C12 are isostructura1, space group Cl~ Z = 2. For the mercury compound, a = 10.444(2) A° , b = 11. 468(1) A° , c = 7.754(1) A° , a = 90.06(1)°, B = 82.20(1)°, Y = 90.07(1)°, Dobs = 1.87, Dca1c = 1.93, V = 920.05 13, R = 4.66%. For the cadmium compound, 000 a = 10.374(1) A, b = 11.419(2) A, c = 7.729(1) A, a = 89.95(1)°, B = 81.86(2)°, Y = 89.99(1)°, Dobs = 1.61, Dcalc = 1.64, V = 906.4613, R = 3.95%. The mercury and cadmium ions exhibit hexagonal bipyramidal coordination, with the metal ion located on a centre of symmetry in the plane of the oxygen atoms. The main differences between the two structures are an increase in the metal-oxygen distance and a reduction in the metalchloride distance when the central ion changes from Cd2+ to Hg2+. These differences may be explained in terms of the differences in hardness or softness of the metal ions and the donor atoms.

Développement d’outils analytiques pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces

Les phytochélatines (PC) sont des polypeptides ayant la structure générale, (alpha-Glu-Cys)n-Gly, où n = 2 à 11. Leur synthèse est induite par un grand nombre de végétaux en réponse à une élévation de la concentration du milieu en métaux, en particulier le cadmium (ci-après, Cd). Le but de cette étude a été de développer un outil pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces. Pour ce faire, une méthode analytique a été réalisée afin de déterminer les phytochélatines induites dans les algues C. reinhardtii. Celle-ci consiste à utiliser la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LCHP-SM/SM) "on-line". L’ionisation des molécules est celle faite par électronébulisation (IEN) (traduction de electrospray ionisation). L’objectif principal de ce mémoire est la validation de cette méthode : la détermination des courbes de calibration et des limites de détection et l'identification d'interférences potentielles. L’utilisation de dithiothreitol (DTT) à une concentration de 25 mM a été nécessaire à la conservation de la forme réduite des phytochélatines. En effet, suite à la validation de la méthode d’analyse des phytochélatines il a été démontré qu’elle représente un potentiel d’application. Ceci dans la mesure où l’induction des phytochélatines (PC2, PC3 et PC4) dans les algues C. reinhardtii a été possible à deux concentrations de Cd (1 x 10-7 M et 1 x 10 6 M) et ce, après plusieurs temps d'induction (1, 2, 4, et 6 h). Ainsi, l’étude de la stabilité des phytochélatines a été réalisée et toutes les températures examinées ont démontré une diminution des phytochélatines analysées par HPLC-ESI-MS/MS. Il se pourrait que la cause de la dégradation des phytochélatines soit physique ou chimique plutôt que bactérienne. Toutefois, un approfondissement au niveau de la purification de la solution d’extraction serait nécessaire à la mise au point de la dite méthode analytique afin de quantifier les phytochélatines dans l’algue C. reinhardtii.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Synthèse et caractérisation de complexes métalliques avec le ligand 2,2'-biimidazole et son dérivé 1,1'-diméthyl-2,2'-biimidazole

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Diffusion dans un hydrogel : applications aux biocapteurs et optimisation de la technique de spectroscopie par corrélation de fluorescence (FCS)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Nanotoxicité des points quantiques : étude in vitro chez les cellules épithéliales alvéolaires humaines A549

Les nanoparticules (NPs) sont définies comme des particules ayant au moins une dimension comprise entre 1 à 100 nanomètres. Plusieurs études in vitro et in vivo indiquent que les NPs pourraient constituer un risque potentiel pour la santé des personnes les synthétisant ou les manipulant lors de leur incorporation dans d’autres matériaux. La nanotoxicologie est un domaine de recherche émergeant. Les propriétés physico-chimiques particulières des NPs sont responsables d’interférences non spécifiques entre les nanomatériaux et certains des composants des essais in vitro pouvant mener à de faux résultats. L’inhalation a été identifiée comme une voie d’exposition présentant un risque important de toxicité. Dans le cadre de ce projet, nous avons utilisé la lignée de cellules épithéliales alvéolaires humaines, A549. Nous avons étudié chez cette lignée les conséquences de l’exposition aux points quantiques (PQs), NPs d’intérêt pour leurs applications potentielles en médecine (nanovecteur ou nanosonde). La mise au point des conditions expérimentales (interférence entre l’essai LDH et le milieu de culture) a permis de valider les essais de cytotoxicité MTS et LDH en présence des PQs. Nous avons montré que les PQs présentaient une cytotoxicité à court et long terme, et nous avons par la suite étudié un des mécanismes de toxicité potentielle, la mesure du cadmium (Cd2+) libéré des PQs. Nous avons déterminé que la mesure du Cd2+ comportait plusieurs interférences qui invalident cet essai. En conclusion, notre étude a permis d’identifier des interférences qui remettent en question plusieurs conclusions d’études publiées qui n’ont pas vérifié l’existence de telles interférences.

AFLATOXICOSIS AND ITS AMELIORATION IN BLACK TIGER SHRIMP,PENAEUS MONODON FABRICIUS

The present study was undertaken to elucidate the nutritional and pathological changes associated with aflatoxin B1 toxicity in Penaeus monodon and to determine the efficacy of vitamins E and K, and Amrita Bindu, herbal mixture in ameliorating the toxicity of AFB1. The main objectives the study is to document the pathological and immunological changes in P.monodon fed with AFB1 incorporated diets and to delineate the histological and ultrastructural changes and determine the presence of AFB1 residue in the shrimp body, to evaluate the growth performance of feed efficiency in P. monodon post larvae fed AFB1 added diets, to assess the interactive effect of heavy metals like copper and cadmium at sub-lethal levels in P. monodon postlarve fed AFB1 added diets, to decipher the ameliorative action of Vitamins E & K and a spicy herbal mixture, Amrita Bindu on AFB1 in P.monodon sub-adults. The study has revealed that Aflatoxin B1 significantly affects protein, lipid and carbohydrate metabolism in the shrimp penaeus monodon. The remarkable effect was observed in the immune system, as AFB1 has elevatod the immune response during initial days of exposure and prolonged exposure to the toxin leads to weakening of the animal’s immunity. Aflatoxin B1 level above 50 ppb severely affected the growth and feed utilization which in turn reflects the damage caused to the hepatopancreas as evident from the histological and ultrastructural observations.

Growth and Characterisation of Radio Frequency Magnetron Sputttered Indium Tin Oxide Thin Films

The increasing interest in the interaction of light with electricity and electronically active materials made the materials and techniques for producing semitransparent electrically conducting films particularly attractive. Transparent conductors have found major applications in a number of electronic and optoelectronic devices including resistors, transparent heating elements, antistatic and electromagnetic shield coatings, transparent electrode for solar cells, antireflection coatings, heat reflecting mirrors in glass windows and many other. Tin doped indium oxide (indium tin oxide or ITO) is one of the most commonly used transparent conducting oxides. At present and likely well into the future this material offers best available performance in terms of conductivity and transmittivity combined with excellent environmental stability, reproducibility and good surface morphology. Although partial transparency, with a reduction in conductivity, can be obtained for very thin metallic films, high transparency and simultaneously high conductivity cannot be attained in intrinsic stoichiometric materials. The only way this can be achieved is by creating electron degeneracy in a wide bandgap (Eg > 3eV or more for visible radiation) material by controllably introducing non-stoichiometry and/or appropriate dopants. These conditions can be conveniently met for ITO as well as a number of other materials like Zinc oxide, Cadmium oxide etc. ITO shows interesting and technologically important combination of properties viz high luminous transmittance, high IR reflectance, good electrical conductivity, excellent substrate adherence and chemical inertness. ITO is a key part of solar cells, window coatings, energy efficient buildings, and flat panel displays. In solar cells, ITO can be the transparent, conducting top layer that lets light into the cell to shine the junction and lets electricity flow out. Improving the ITO layer can help improve the solar cell efficiency. A transparent ii conducting oxide is a material with high transparency in a derived part of the spectrum and high electrical conductivity. Beyond these key properties of transparent conducting oxides (TCOs), ITO has a number of other key characteristics. The structure of ITO can be amorphous, crystalline, or mixed, depending on the deposition temperature and atmosphere. The electro-optical properties are a function of the crystallinity of the material. In general, ITO deposited at room temperature is amorphous, and ITO deposited at higher temperatures is crystalline. Depositing at high temperatures is more expensive than at room temperature, and this method may not be compatible with the underlying devices. The main objective of this thesis work is to optimise the growth conditions of Indium tin oxide thin films at low processing temperatures. The films are prepared by radio frequency magnetron sputtering under various deposition conditions. The films are also deposited on to flexible substrates by employing bias sputtering technique. The films thus grown were characterised using different tools. A powder x-ray diffractometer was used to analyse the crystalline nature of the films. The energy dispersive x-ray analysis (EDX) and scanning electron microscopy (SEM) were used for evaluating the composition and morphology of the films. Optical properties were investigated using the UVVIS- NIR spectrophotometer by recording the transmission/absorption spectra. The electrical properties were studied using vander Pauw four probe technique. The plasma generated during the sputtering of the ITO target was analysed using Langmuir probe and optical emission spectral studies.

Structural and Spectral Investigations of Transition Metal Complexes Of Di-2-Pyridyl Ketone N (4), N (4)-Disubstituted Thiosemicarbazones

The study deals with structural and spectral investigations of transition metal complexes of di-2-pyridyl ketone N(4),N(4)-disubstituted thiosemicarbazones. The main objective and scope of the work deals with di-2-pyridyl ketone N(4),N(4)-disubstituted thiosemicarbazones are quardridentate NNNS donor ligands. To chosen this ligand for study because, the ligands are prepared and characterized for the first time, since there are two pyridyl nitorgens, dimmers and polymers of complexes may result leading to interesting structural aspects. The work includes the preparation of the thiosemicarbzones and their structural and spectral studies, synthesis and spectral characterization of complexes of copper(II),,nickel(II),manganese(II), dioxovanadium(V),cobalt(III),zinc(II),cadmium(II) of the ligand HL, synthesis and spectral characterization of complexes of copper(II),manganese(II), of the ligand HL and the development of X-ray quality crystals and its X-ray diffraction studies. The structural characterization techniques are elemental analysis, conductivity measurements, magnetic measurements, electronic spectroscopy, H NMR spectroscopy, Infrared spectroscopy and X-ray crystallography.