Surface Complexation Modeling in Variable Charge Soils: Charge Characterization by Potentiometric Titration

ABSTRACT Intrinsic equilibrium constants of 17 representative Brazilian Oxisols were estimated from potentiometric titration measuring the adsorption of H+ and OH− on amphoteric surfaces in suspensions of varying ionic strength. Equilibrium constants were fitted to two surface complexation models: diffuse layer and constant capacitance. The former was fitted by calculating total site concentration from curve fitting estimates and pH-extrapolation of the intrinsic equilibrium constants to the PZNPC (hand calculation), considering one and two reactive sites, and by the FITEQL software. The latter was fitted only by FITEQL, with one reactive site. Soil chemical and physical properties were correlated to the intrinsic equilibrium constants. Both surface complexation models satisfactorily fit our experimental data, but for results at low ionic strength, optimization did not converge in FITEQL. Data were incorporated in Visual MINTEQ and they provide a modeling system that can predict protonation-dissociation reactions in the soil surface under changing environmental conditions.

Extraction and concentration of vapors from fire debris for forensic purposes: evaluation of the use of Radiello Passive Air Sampler

The Radiello Passive Air Sampler is one of the latest innovations developed for the sampling of pollutants in the air by passive headspace. It has been reported that its properties allow an enhanced sensitivity, reproducibility and adsorption capacity. It therefore appears to be of interest in the extraction of potential residues of ignitable liquids present in fire debris when arson is suspected. A theoretical approach and several laboratory tests have made it possible to precisely characterize in a forensic perspective the potential of the device in extracting and concentrating the vapors of ignitable liquids found in fire debris. Despite some advantages, the Radiello device appears to be less efficient than traditional axial symmetry samplers.

Development and application of a one-step low cost procedure to concentrate viruses from seawater samples

A novel and simple procedure for concentrating adenoviruses from seawater samples is described. The technique entails the adsorption of viruses to pre-flocculated skimmed milk proteins, allowing the flocs to sediment by gravity, and dissolving the separated sediment in phosphate buffer. Concentrated virus may be detected by PCR techniques following nucleic acid extraction. The method requires no specialized equipment other than that usually available in routine public health laboratories, and due to its straightforwardness it allows the processing of a larger number of water samples simultaneously. The usefulness of the method was demonstrated in concentration of virus in multiple seawater samples during a survey of adenoviruses in coastal waters.

Surveillance of adenoviruses and noroviruses in European recreational waters

Exposure to human pathogenic viruses in recreational waters has been shown to cause disease outbreaks. In the context of Article 14 of the revised European Bathing Waters Directive 2006/7/EC (rBWD, CEU, 2006) a Europe-wide surveillance study was carried out to determine the frequency of occurrence of two human enteric viruses in recreational waters. Adenoviruses were selected based on their near-universal shedding and environmental survival, and noroviruses (NoV) selected as being the most prevalent gastroenteritis agent worldwide. Concentration of marine and freshwater samples was done by adsorption/elution followed by molecular detection by (RT)-PCR. Out of 1410 samples, 553 (39.2%) were positive for one or more of the target viruses. Adenoviruses, detected in 36.4% of samples, were more prevalent than noroviruses (9.4%), with 3.5% GI and 6.2% GII, some samples being positive for both GI and GII. Of 513 human adenovirus-positive samples, 63 (12.3%) were also norovirus-positive, whereas 69 (7.7%) norovirus-positive samples were adenovirus-negative. More freshwater samples than marine water samples were virus-positive. Out of a small selection of samples tested for adenovirus infectivity, approximately one-quarter were positive. Sixty percent of 132 nested-PCR adenovirus-positive samples analysed by quantitative PCR gave a mean value of over 3000 genome copies per L of water. The simultaneous detection of infectious adenovirus and of adenovirus and NoV by (RT)PCR suggests that the presence of infectious viruses in recreational waters may constitute a public health risk upon exposure. These studies support the case for considering adenoviruses as an indicator of bathing water quality.

In vivo localisation of radiolabelled antibodies to carcinoembryonic antigen in human colon carcinoma grafted into nude mice.

SEVERAL attempts have been made to show the specific localisation in vivo of anti-tumour antibodies. Most of these studies, however, either in experimental animals1,2 or in humans3 were performed with antibodies obtained by adsorption and elution from poorly characterised crude tumour fractions.

Chemisorption of atomic aluminum on Si(111): Evidence for an adsorbate-induced relaxation based on ab initio cluster-model calculations

Interaction models of atomic Al with Si4H9, Si4H7, and Si6H9 clusters have been studied to simulate Al chemisorption on the Si(111) surface in the atop, fourfold atop, and open sites. Calculations were carried out using nonempirical pseudopotentials in the framework of the ab initio Hartree-Fock procedure. Equilibrium bond distances, binding energies for adsorption, and vibrational frequencies of the adatoms are calculated. Several basis sets were used in order to show the importance of polarization effects, especially in the binding energies. Final results show the importance of considering adatom-induced relaxation effects to specify the order of energy stabilities for the three different sites, the fourfold atop site being the preferred one, in agreement with experimental findings.

Evidence for two different bonding mechanisms of Al on Si(111)

By means of the ab initio cluster-model approach, we present theoretical evidence for two different mechanisms of bonding of atomic Al to Si(111). On the atop site (T1) the interaction of atomic Al to Si(111) is characteristic of an ionic bond whereas interaction above the threefold eclipsed site (T4) leads to the formation of a typical covalent bond. Moreover, both sites have a similar interaction energy if electronic correlation effects are included. While the conclusions regarding the nature of the chemisorption bond in the two sites do not depend either on the cluster-model size, the kind of embedding hydrogen atoms used, or the quality of the wave function (Hartree-Fock or configuration interaction), the chemisorption energy depends strongly on the wave function used. In fact, inclusion of correlation energy is necessary to properly describe the interaction energies.

Comparison between a linear ion trap and a triple quadruple MS in the sensitive detection of large peptides at femtomole amounts on column.

In addition to the importance of sample preparation and extract separation, MS detection is a key factor in the sensitive quantification of large undigested peptides. In this article, a linear ion trap MS (LIT-MS) and a triple quadrupole MS (TQ-MS) have been compared in the detection of large peptides at subnanomolar concentrations. Natural brain natriuretic peptide, C-peptide, substance P and D-Junk-inhibitor peptide, a full D-amino acid therapeutic peptide, were chosen. They were detected by ESI and simultaneous MS(1) and MS(2) acquisitions. With direct peptide infusion, MS(2) spectra revealed that fragmentation was peptide dependent, milder on the LIT-MS and required high collision energies on the TQ-MS to obtain high-intensity product ions. Peptide adsorption on surfaces was overcome and peptide dilutions ranging from 0.1 to 25 nM were injected onto an ultra high-pressure LC system with a 1 mm id analytical column and coupled with the MS instruments. No difference was observed between the two instruments when recording in LC-MS(1) acquisitions. However, in LC-MS(2) acquisitions, a better sensitivity in the detection of large peptides was observed with the LIT-MS. Indeed, with the three longer peptides, the typical fragmentation in the TQ-MS resulted in a dramatic loss of sensitivity (> or = 10x).

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.