Desenvolupament de mètodes de preconcentració emprant membranes líquides suportades i extracció en fase sòlida per a la determinació de l'herbicida glifosat i el seu metabòlit AMPA en aigües naturals

El glifosat, N-(fosfonometil) glicina, és un dels herbicides més utilitzats arreu del món a causa de la seva baixa toxicitat i al seu ampli espectre d'aplicació. A conseqüència del gran ús que se'n fa, és necessari monitoritzar aquest compost i el seu principal metabòlit, l'àcid aminometilfosfònic (AMPA), en el medi ambient. S'han descrit diversos mètodes instrumentals basats en cromatografia de gasos (GC) i de líquids (HPLC), sent aquesta darrera l'opció més favorable a causa del caràcter polar dels anàlits. Per assolir nivells de concentració baixos cal, però, la preconcentració dels anàlits. En aquest treball s'estudien diferents alternatives amb aquest objectiu. S'ha avaluat la tècnica de membrana líquida suportada (SLM) on la membrana consisteix en una dissolució orgànica, que conté un transportador (en el nostre cas, un bescanviador d'anions comercial, Aliquat 336), que impregna un suport polimèric microporós que se situa entre dues solucions aquoses: la de càrrega, que conté els anàlits inicialment, i la receptora, on es retenen els anàlits després del seu transport a través de la membrana. Les condicions d'extracció més adequades s'obtenen treballant en medi bàsic amb NaOH on els anàlits estan en forma aniònica i les majors recuperacions s'obtenen amb HCl 0,1 M o NaCl 0,5 M, la qual cosa indica que l'ió clorur és la força impulsora del transport. Un cop dissenyat el sistema, es duen a terme experiments de preconcentració amb dues geometries diferents: un sistema de membrana laminar (LSLM) on recircula la fase receptora i un sistema de fibra buida (HFSLM). Els millors resultats s'obtenen amb el mòdul de fibra buida, amb factors de concentració de 25 i 3 per a glifosat i AMPA, respectivament, fent recircular durant 24 hores 100 ml de solució de càrrega i 4 ml de solució receptora. També s'aplica una tècnica més selectiva, la cromatografia d'afinitat amb ió metàl·lic immobilitzat (IMAC), basada en la interacció entre els anàlits i un metall immobilitzat en una resina a través d'un grup funcional d'aquesta. En aquest estudi s'immobilitza pal·ladi al grup funcional 8-hidroxiquinoleïna de la resina amb matriu acrílica Spheron Oxine 1000 i s'avalua per a l'extracció i preconcentració de glifosat i AMPA. Per a ambdós anàlits l'adsorció és del 100 % i les recuperacions són superiors al 80 % i al 60 % per a glifosat i AMPA, respectivament, utilitzant HCl 0,1 M + NaCl 1 M com a eluent. Aquests resultats es comparen amb els obtinguts amb dues resines més, també carregades amb pal·ladi: Iontosorb Oxin 100, que té el mateix grup funcional però matriu de cel·lulosa, i Spheron Thiol 1000, on el grup funcional és un tiol i la matriu també és acrílica. Per al glifosat els resultats són similars amb totes les resines, però per a l'AMPA la resina Spheron Thiol és la única que proporciona recuperacions superiors al 93 %. Finalment, una altra opció estudiada és l'acoblament de dues columnes de cromatografia líquida (LC-LC). En l'estudi l'objectiu és millorar el mètode existent per a glifosat i AMPA en aigües naturals on el LOD era de 0,25 ug/l. El mètode consisteix en la derivatització precolumna amb el reactiu fluorescent FMOC i l'anàlisi amb l'acoblament LC-LC-fluorescència. Variant lleugerament les condicions de derivatització s'aconsegueix quantificar 0,1 ug/l de glifosat i AMPA. Es fortifiquen aigües naturals amb 0,1, 1 i 10 ug/l dels anàlits per validar el mètode. S'obtenen recuperacions d'entre el 85 % i el 100 %, amb desviacions estàndard relatives inferiors al 8 %. Aplicant una tècnica de preconcentració prèvia a la derivatització i anàlisi utilitzant una resina de bescanvi aniònic, Amberlite IRA-900, es millora la sensibilitat del mètode i s'assoleix un LOD per al glifosat de 0,02 ug/l.

Estudi dels carotenoides en espècies marrons de bacteris verds del sofre: diversitat, eco-fisiologia i regulació

El present treball es centra en l'estudi a diferents nivells dels carotenoides de les espècies marrons de Bacteris Verds del Sofre (GSB, de l'anglès Green Sulfur Bacteria). L'objectiu global ha estat el d'esbrinar quina és la funció d'aquests pigments dins l'aparell fotosintètic d'aquests microorganismes i aprofundir en el coneixement de la seva estructura i interaccions amb els altres pigments de l'aparell fotosintètic. En primer lloc es va dissenyar un nou mètode de cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC) per analitzar de manera més ràpida i precisa els carotenoides de diferents soques de GSB (Capítol 3). Aquest mètode es basa en una purificació prèvia dels extractes pigmentaris amb columnes d'alúmina per eliminar les bacterioclorofil·les (BCls). Això va permetre analitzar amb una elevada resolució i en tan sols 45 min de carrera cromatogràfica els diferents carotenoides i els seus precursors, així com les configuracions trans i cis dels seus isòmers. El segon mètode utilitzat va consistir en una modificació del mètode de Borrego i Garcia-Gil (1994) i va permetre la separació precisa de tot tipus de pigments, procedents tant de cultius purs com de mostres de caràcter complex. Un exemple concret foren uns paleosediments de la zona lacustre de Banyoles. En aquests sediments (0,7-1,5 milions d'anys d'antiguitat) es van detectar, entre d'altres pigments, carotenoides específics de les espècies marrons de GSB, la qual cosa va permetre confirmar la presència d'aquests bacteris a la zona lacustre de Banyoles ja des del Pleistocè inferior. En aquest primer capítol també es van analitzar els carotenoides de Chlorobium (Chl.) phaeobacteroides CL1401 mitjançant cromatografia líquida acoblada a espectrometria de masses (LC-MS/MS), amb l'objectiu de confirmar la seva identificació i el seu pes molecular. A més, també es va avaluar l'efecte de la temperatura, la llum i diferents agents oxidants i reductors en la composició quantitativa i qualitativa dels carotenoides i les BCls d'aquesta espècie. Això va permetre confirmar el caràcter fotosensible de les BCls i que els isòmers trans/cis dels diferents carotenoides no són artefactes produïts durant la manipulació de les mostres, sinó que són constitutius de l'aparell fotosintètic d'aquests microorganismes. El Capítol 4 inclou els experiments de fisiologia duts a terme amb algunes espècies de GSB, a partir dels quals es va intentar esbrinar la dinàmica de síntesi dels diferents pigments de l'aparell fotosintètic (BCl antena, BCl a i carotenoides) durant el creixement d'aquestes espècies. Aquestes investigacions van permetre monitoritzar també els canvis en el nombre de centres de reacció (CR) durant el procés d'adaptació lumínica. La determinació experimental del nombre de CR es va realitzar a partir de la quantificació de la BCl663, l'acceptor primari en la cadena de transport d'electrons dels GSB. L'estimació del nombre de CR/clorosoma es va realitzar tant a partir de dades estequiomètriques i biomètriques presents a la bibliografia, com a partir de les dades experimentals obtingudes en el present treball. El bon ajust obtingut entre les diferents estimacions va donar solidesa al valor estequiomètric calculat, que fou, com a promig, d'uns 70 CR per clorosoma. En aquest capítol de fisiologia també es van estudiar les variacions en les relacions trans/cis pels principals carotenoides de les espècies marrons de GSB. Aquestes es van determinar a partir de cultius purs de laboratori i de poblacions naturals de GSB. Pel que fa als valors trobats en cultius de laboratori no es van observar diferències destacades entre el valor calculat a alta intensitat de llum i el calculat a baixa intensitat, essent en ambdós casos proper a 2. En els clorosomes aïllats de diferents soques marrons aquest quocient prengué un valor similar tant pels isòmers de l'isorenieratè (Isr) com pels del -isorenieratè (-Isr). En poblacions naturals de Chl. phaeobacteroides aquesta relació va ser també de 2 isòmers trans per cada isòmer cis, mantenint-se constant tant en fondària com al llarg del temps. Finalment, en el Capítol 5 es presenta un marcador molecular que permet la identificació específica d'espècies marrons de GSB. Malgrat que inicialment aquest marcador fou dissenyat a partir d'un gen implicat en la síntesi de carotenoides (crtY, el qual codifica per a una licopè ciclasa) la seqüència final a partir de la qual s'han aconseguit els encebadors selectius està relacionada amb la família de proteïnes de les Policètid-ceto-sintases (PKT). Tot i així, l'eina dissenyada pot ser de gran utilitat per a la discriminació d'espècies marrons de GSB respecte les verdes en poblacions mixtes com les que es troben en ambients naturals i obre la porta a futurs experiments d'ecologia microbiana utilitzant tècniques com la PCR en temps real, que permetria la monitorització selectiva de les poblacions d'espècies marrons de GSB en ecosistemes naturals.

Comparison of stochastic parametrization approaches in a single-column model

We discuss and test the potential usefulness of single-column models (SCMs) for the testing of stchastic physics schemes that have been proposed for use in general circulation models (GCMs). We argue that although single column tests cannot be definitive in exposing the full behaviour of a stochastic method in the full GCM, and although there are differences between SCM testing of deterministic and stochastic methods, nonetheless SCM testing remains a useful tool. It is necessary to consider an ensemble of SCM runs produced by the stochastic method. These can be usefully compared to deterministic ensembles describing initial condition uncertainty and also to combinations of these (with structural model changes) into poor man's ensembles. The proposed methodology is demonstrated using an SCM experiment recently developed by the GCSS community, simulating the transitions between active and suppressed periods of tropical convection.

Comparison of stochastic parameterisation approaches in a single-column model

We discuss and test the potential usefulness of single-column models (SCMs) for the testing of stochastic physics schemes that have been proposed for use in general circulation models (GCMs). We argue that although single column tests cannot be definitive in exposing the full behaviour of a stochastic method in the full GCM, and although there are differences between SCM testing of deterministic and stochastic methods, SCM testing remains a useful tool. It is necessary to consider an ensemble of SCM runs produced by the stochastic method. These can be usefully compared to deterministic ensembles describing initial condition uncertainty and also to combinations of these (with structural model changes) into poor man's ensembles. The proposed methodology is demonstrated using an SCM experiment recently developed by the GCSS (GEWEX Cloud System Study) community, simulating transitions between active and suppressed periods of tropical convection.

Physico-chemical controls on phosphorus cycling in two lowland streams. Part 1 - the water column

This paper investigates phosphorus (P) transport and transformation dynamics in two contrasting sub-catchments of the River Kennel, England. Samples were collected daily under baseflow and hourly under stormflow conditions using autosamplers for 2 years and analysed for a range of determinands (full P fractionation, suspended sediment (SS), cations, pH, alkalinity, temperature and oxygen). Concentrations of SRP, SUP, PP and SS were higher in the flashy River Enborne (means of 0.186, 0.071, 0.101 and 34 mg l(-1), respectively) than the groundwater-fed River Lambourn (0.079, 0.057, 0.028 and 9 mg l(-1), respectively). A seasonal trend in the daily P dataset was evident, with lower concentrations during intermediate flows and the spring (caused by a dilution effect and macrophyte uptake) than during baseflow conditions. However, in the hourly P dataset, highest concentrations were observed during storm events in the autumn and winter (reflecting higher scour with increased capacity to entrain particles). Storm events were more significant in contributing to the total P load in the River Enborne than the River Lambourn, especially during August to October, when dry antecedent conditions were observed in the catchment. Re-suspension of P-rich sediment that accumulated within the channel during summer low flows might account for these observations. It is suggested that a P-calcite co-precipitation mechanism was operating during summer in the River Lambourn, while adsorption by metal oxyhydroxide groups was an important mechanism controlling P fractionation in the River Enborne. The influence of flow conditions and channel storage/release mechanisms on P dynamics in these two lowland rivers is assessed. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Use of bone meal amendments to immobilise Pb, Zn and Cd in soil: A leaching column study

The aim of this study is to test the stabilisation of metals in contaminated soils via the formation of low-solubility metal phosphates. Bone apatite, in the form of commercially available bone meal, was tested as a phosphate source on a mine waste contaminated made-ground with high levels of Pb, Zn and Cd. Triplicate leaching columns were set up at bone meal to soil ratios of 1:25 and 1:10, in addition to unamended controls, and were run for 18 months. The columns were irrigated daily with a synthetic rain solution at pH of 2, 3, and 4.4. After 100 days, the leachate Pb, Zn and Cd concentrations of all amended columns were significantly reduced. For 1:10 treatments, release of these metals was suppressed throughout the trial. For 1:25 treatments, Zn and Cd concentrations in the leachates began to increase after 300 days. DTPA and water extractions showed that Pb and Cd were more strongly held in the amended soils. This study concludes that the complexity of soil processes and the small quantities of metals sequestered precluded determination of a metal immobilisation mechanism. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

An adaptive finite element water column model using the Mellor-Yamada level 2.5 turbulence closure scheme

A one-dimensional water column model using the Mellor and Yamada level 2.5 parameterization of vertical turbulent fluxes is presented. The model equations are discretized with a mixed finite element scheme. Details of the finite element discrete equations are given and adaptive mesh refinement strategies are presented. The refinement criterion is an "a posteriori" error estimator based on stratification, shear and distance to surface. The model performances are assessed by studying the stress driven penetration of a turbulent layer into a stratified fluid. This example illustrates the ability of the presented model to follow some internal structures of the flow and paves the way for truly generalized vertical coordinates. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelling convective processes during the suppressed phase of the a Madden-Julian Oscillation: Comparing single-column models with cloud resolving models

The role of convective processes in moistening the atmosphere during suppressed periods of the suppressed phase of a Madden-Julian oscillation is investigated in cloud-resolving model (CRM) simulations, and the impact of moistening on the subsequent evolution of convection is assessed as part of a Global Energy and Water Cycle Experiment Cloud System Study (GCSS) intercomparison project. The ability of single-column model (SCM) versions of a number of state-of-the-art climate and numerical weather prediction models to capture these convective processes is also evaluated. During the suppressed periods, the CRMs are found to simulate a maximum moistening around 3 km, which is associated with a predominance of shallow convection. All SCMs produce adequate amounts of shallow convection during the suppressed periods, comparable to that seen in CRMs, but the relatively drier SCMs have higher precipitation rates than the relatively wetter SCMs and CRMs. The relatively drier SCMs dry, rather than moisten, the lower troposphere below the melting level. During the transition periods, convective processes act to moisten the atmosphere above the level at which mean advection changes from moistening to drying, despite an overall drying effect for the column. The SCMs capture some essence of this moistening at upper levels. A gradual transition from shallow to deep convection is simulated by the CRMs and the wetter SCMs during the transition periods, but the onset of deep convection is delayed in the drier SCMs. This results in lower precipitation rates for these SCMs during the active periods, although much better agreement exists between the models at this time.

Isolation of lactoperoxidase using different cation exchange resins by batch and column procedures

Lactoperoxidase (LP) was isolated from whey protein by cation-exchange using Carboxymethyl resin (CM-25C) and Sulphopropyl Toyopearl resin (SP-650C). Both batch and column procedures were employed and the adsorption capacities and extraction efficiencies were compared. The resin bed volume to whey volume ratios were 0.96:1.0 for CM-25C and ≤ 0.64:1.0 for SP-650 indicating higher adsorption capacity of SP-650 compared to CM-25C. The effluent LP activity depended on both the enzyme activity in the whey and the amount of whey loaded on the column within the saturation limits of the resin. The percentage recovery was high below the saturation point and fell off rapidly with over-saturation. While effective recovery was achieved with column extraction procedures, the recovery was poor in batch procedures. The whey-resin contact time had little impact on the enzyme adsorption. SDS PAGE and HPLC analyses were also carried out, the purity was examined and the proteins characterised in terms of molecular weights. Reversed phase HPLC provided clear distinction of the LP and lactoferrin (LF) peaks. The enzyme purity was higher in column effluents compared to batch effluents, judged on the basis of the clarity of the gel bands and the resolved peaks in HPLC chromatograms.