Evaluation and application of micro-sampling system for inductively coupled plasma mass spectrometry

Two Meinhard microconcentric nebulizers, model AR30-07-FM02 and AR 30-07-FM005, were employed as a self-installed micro-sampling system for inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The FM02 nebulizer at 22 muL/min of solution uptake rate gave the relative standard deviations of 7.6%, 3.0%, 2.7%, 1.8% for determinations (n = 10) of 20 mug/L Be, Co, In and Bi, respectively, and the detection limits (3s) of 0.14, 0.10, 0.02 and 0.01 mug/L for Be, Co In and Bi, respectively. The mass intensity of In-115 obtained by this micro-sampling system was 60% of that by conventional pneumatic nebulizer system at 1.3 mL/min. The analytical results for La, Ce, Pr and Nd in 20 muL Wistar rat amniotic fluid obtained by the present micro-sampling system were precisely in good agreement with those obtained using conventional pneumatic nebulization system.

Species of rare earth in rat liver

The metabolic accumulation and species of rare earth in rat liver were investigated by ICP-MS and chromatography after the rats were fed by a low dose of mixed rare earth for a long time or the administration of a high dose of lanthanum for a short time. It was found that the content of rare earth in the liver increased with the arising of dose of drug delivery. Their accumulation rate was different, for example, La>Ce>Nd>Pr. The protein which could combine,with rare earth specially were not gotten through chromatography. It was suggested that rare earth could bind to many proteins voluntarily, such as some important enzymes and it might be separated from the combined proteins under certain conditions.

电感耦合等离子体质谱的微量进样系统分析性能评价及其应用

用2种微量雾化器组装成微量进样系统与常规气动雾化方式的ICP MS的分析性能作了详细比较。FM0 2雾化器在22μL min低提升率下,20μg L的Be、Co、In和Bi进行10次平行测定的RSD分别为7.6%、30%、2.7%和1.8%;检出限分别为0.14、0.10、0.02和0.01μg L;115In的信号强度达到常规气动雾化器1.3mL min提升速率下的60%,显示了良好的分析性能。对20μLWistar鼠的羊水样品中La、Ce、Pr和Nd4种元素的测定结果与常规进样系统的结果完全吻合

稀土在鼠肝中的物种分布

采用 ICP-MS、微量蛋白层析分离技术 ,研究了长时间、低剂量混合稀土及短时间、高剂量硝酸镧分别对大鼠及小鼠作用后 ,稀土在鼠肝中的代谢累积及其物种分布 .结果表明 ,鼠肝中各稀土含量随给药剂量的增加而增大 ,其累积速度大小顺序为 La>Ce>Nd>Pr;经柱层析分离未得到与稀土特异结合的鼠肝蛋白 ;稀土可与多种鼠肝蛋白 (包括多种重要的酶 )结合 ,在一定条件下 ,稀土与其结合蛋白可发生解离

Formation of Fe-oxyhydroxides from the East Pacific Rise near latitude 13 degrees N: Evidence from mineralogical and geochemical data

The mineralogical and geochemical characteristics of Fe-oxyhydroxide samples from one dredge station (long. 103 degrees 54.48'W, lat. 12 degrees 42.30'N, water depth 2655 m) on the East Pacific Rise near lat 13 degrees N were analyzed by XRD, ICP-AES, and ICP-MS. Most Fe-oxyhydroxides are amorphous, with a few sphalerite microlites. In comparison with Fe-oxyhydroxides from other fields, the variable ranges in the chemical composition of Fe-oxyhydroxide samples are very narrow; their Fe, Si, and Mn contents were 39.90%, 8.92%, and 1.59%, respectively; they have high Cu (0.88%-1.85%) and Co (65x10(-6)-704x10(-6)) contents, and contain Co+Cu+Zn+Ni > 1.01%. The trace-element (As, Co, Ni, Cu, Zn, Ba, Sr) and major-element (Fe, Ca, Al, Mg) contents of these samples are in the range of hydrothermal sulfide from the East Pacific Rise near 13 degrees N, reflecting that this type of Fe-oxyhydroxide constitutes a secondary oxidation product of hydrothermal sulfide. The Fe-oxyhydroxide samples from one dredge station on the East Pacific Rise near 13 degrees N are lower in Sigma REE (5.44x10(-6)-17.01x10(-6)), with a distinct negative Ce anomaly (0.12-0.28). The Fe-oxyhydroxide samples have similar chondrite-normalized rare-earth-element (REE) patterns to that of seawater, and they are very different from the REE composition characteristics of hydrothermal plume particles and hydrothermal fluids, showing that the REEs of Fe-oxyhydroxide are a major constituent of seawater and that the Fe-oxyhydroxides can become a sink of REE from seawater. The quick settling of hydrothermal plume particles resulted in the lower REE content and higher Mn content of these Fe-oxyhydroxides, which are captured in part of the V and P from seawater by adsorption. The Fe-oxyhydroxides from one dredge station on the East Pacific Rise near 13 degrees N were formed by secondary oxidation in a low temperature, oxygenated environment. In comparison with the elemental (Zn, Cd, Pb, Fe, Co, Cu) average content of hydrothermal sulfide samples from the East Pacific Rise near 13 degrees N, the Zn, Cd, and Pb contents of the Fe-oxyhydroxides are lower, and their Fe, Co, and Cu contents are higher.

贵州织金磷矿岩元素地球化学特征

采用电感耦合等离子体．质谱仪（ICP-MS）对贵州织金戈仲伍剖面戈仲伍组磷矿岩样品的微量、稀土元素含量进行了测定。戈仲伍组磷矿岩主要为生物碎屑白云岩、硅质磷块岩，普遍形成生物碎屑结构，以小壳类动物化石及藻类化石为主。分析结果表明，磷矿岩中As、Sb等微量元素富集，Co／Ni的比值为0．14，明显小于1；U／Th比值介于1．27-7．39之间。平均值为3．40；在lgw（U）．lgw（Th）关系图、Cr-Zr的关系图中样品点几乎都落在热水沉积区。表现出热水沉积成因的地球化学特征。磷矿岩中普遍富集稀土元素，含稀土总量∑REE较高。尤其富集Y重稀土元素；磷矿岩具Ce负异常，指示环境处于氧化程度相对较高状态；稀土元素北美页岩标准化模式曲线为帽状形态，指示在磷矿岩形成过程中有生物或有机质参与作用；磷矿岩普遍具Eu正异常、稀土总量较高、∑IREE／∑HREE比值较高的特征，暗示戈仲伍组磷矿岩具有正常海相沉积伴有海相热水沉积混合成因的特征.

老挝Boloven高原玄武岩风化壳中稀土元素富集与主量元素关系

老挝南部Champasak省东北部Boloven高原玄武岩喷发于晚中生代．新生代，在长期热带季风型气候和热带季雨林植被条件下，高原玄武岩上已经发育砖红壤型风化壳。在一条风化壳剖面上采集了11件样品并在室内细碎到200目，使用X射线荧光光谱仪分析了11个样品中的主量元素含量，使用ICP-Ms分析了11件样品REE含量。结果表明，玄武岩风化壳中主量元素Na2O和MgO淋失量最大，K2O和CaO淋失量次之，并在淋失一定程度后淋失速度减慢；样品LR157和LR158中TiO2，P2O5分别为6．07％，1．45％和8．43％，0．82％，为整个剖面中的最高值；CaO的含量是松散风化产物中的最高值。风化玄武岩（LR140，LR141）的∑REE较低，为57．8×10^-6和87．9×10^-6；随着玄武岩风化程度和成壤作用的加强，∑REE逐渐富集，并在风化壳表土下（LR157，LR158）达到最高值1003×10^-6和775×10^-6。风化壳中LREE／HREE值为3．59～14．9，稀土元素分布型式属轻稀土富集型。随着风化程度加深，ce由弱负异常逐渐变为强正异常，而Eu由弱正异常逐渐变小并呈现出强负异常，整个剖面中ce正负异常和Eu正负异常的变化幅度较大。REE在剖面中的分布与含TiO2，P2O5的矿物有明显的相关关系，并且在TiO2，P2O5含量最高的样品LR157和LR158中最为富集。REE富集和Ce正异常出现在pH值为5．23～6．12的酸性和Fe^2＋／Fe^3＋为0．007～0．13的氧化环境下，证明在酸性氧化环境也能出现REE富集.

老挝南部Antoun地区花岗闪长岩风化壳中常量和稀土元素分布

应用岩石薄片鉴定、X射线粉晶衍射、X射线荧光光谱和ICP-MS等分析方法，研究了热带季风型气候条件下老挝Attapeu省Antoun地区二叠纪花岗闪长岩上发育的砖红土型风化壳矿物组成、常量元素和稀土元素地球化学特征。结果表明，风化产物呈酸性，风化壳表土上形成薄层硅质壳层，表土中石英含量最高、铁氧化物含量低和高岭石含量低，符合典型的灰化土特征。随着风化作用加强，Fe2O3、TiO2和Al2O3出现富集，K2O、Na2O、CaO和MgO出现淋失。石英出现富集原因可能是雨季降水冲刷和酸性水淋溶掉高岭石等黏土矿物，而旱季SiO2含量上升至地表富集形成硅质薄壳缘故。剖面稀土元素分布型式为轻稀土富集型，∑REE在风化壳中部达到最高值318mg kg^-1，剖面上Ce和Eu均呈正异常-负异常-正异常变化趋势，∑REE最高值出现在Ce和Eu负异常和（Fe^2＋／Fe^3＋）较高层位，∑REE与Fe2O3显著正相关。REE富集与铁铝氧化物和黏土矿物吸附有关，也与相对还原的酸性环境有关.

贵州织金磷矿岩稀土元素地球化学特征研究

贵州织金戈仲伍剖面戈仲伍组磷质岩主要为生物碎屑白云质、硅质磷块岩，普遍形成生物碎屑结构，以小壳类动物化石及藻类化石为主。采用电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)对戈仲伍组磷质岩样品的稀土元素含量进行测定分析，结果表明：磷质岩中普遍富集稀土元素，含稀土总量EREE较高，尤其富集Y重稀土元素；磷质岩具Ce负异常，指示环境处于氧化程度相对较高状态；稀土元素北美页岩标准化模式曲线为帽状形态，指示在磷质岩形成过程中有生物或有机质参与作用；磷质岩普遍具Eu正异常、稀土总量较高、∑LREE／∑HREE比值较高的特征，暗示戈仲伍组磷矿具有正常海相沉积伴有海相热水沉积混合成因的特征。

Mantle flow, volatiles, slab-surface temperatures and melting dynamics in the north Tonga arc-Lau back-arc basin

The Fonualei Spreading Center affords an excellent opportunity to evaluate geochemical changes with increasing depth to the slab in the Lau back-arc basin. We present H2O and CO2 concentrations and Sr, Nd, Pb, Hf and U-Th-Ra isotope data for selected glasses as well as new Hf isotope data from boninites and seamounts to the north of the Tonga arc. The Pb and Hf isotope data are used to show that mantle flow is oriented to the southwest and that the tear in the northern end of the slab may not extend east as far as the boninite locality. Along the Fonualei Spreading Center, key geochemical parameters change smoothly with increasing distance from the arc front and increasing slab surface temperatures. The latter may range from 720 to 866 degrees C, based on decreasing H2O/Ce ratios. Consistent with experimental data, the geochemical trends are interpreted to reflect changes in the amount and composition of wet pelite melts or super-critical fluids and aqueous fluids derived from the slab. With one exception, all of the lavas preserve both U-238 excesses and Ra-226 excesses. We suggest that lavas from the Fonualei Spreading Center and Valu Fa Ridge are dominated by fluid-fluxed melting whereas those from the East and Central Lau Spreading Centers, where slab surface temperatures exceed similar to 850-900 degrees C, are largely derived through decompression. A similar observation is found for the Manus and East Scotia back-arc basins and may reflect the expiry of a key phase such as lawsonite in the subducted basaltic crust.

Effet du calcium, plomb et cuivre sur la bioaccumulation du cadmium et la production des phytochélatines par Chlamydomonas reinhardtii

Dans les milieux contaminés par les métaux, les organismes vivants sont exposés à plusieurs d’entre eux en même temps. Les modèles courants de prédiction des effets biologiques des métaux sur les organismes (p. ex., modèle du ligand biotique, BLM ; modèle de l’ion libre, FIAM), sont des modèles d’équilibre chimique qui prévoient, en présence d'un deuxième métal, une diminution de la bioaccumulation du métal d’intérêt et par la suite une atténuation de ses effets. Les biomarqueurs de toxicité, tels que les phytochélatines (PCs), ont été utilisés comme étant un moyen alternatif pour l’évaluation des effets biologiques. Les phytochélatines sont des polypeptides riches en cystéine dont la structure générale est (γ-glu-cys)n-Gly où n varie de 2 à 11. Leur synthèse semble dépendante de la concentration des ions métalliques ainsi que de la durée de l’ exposition de l’organisme, aux métaux. L'objectif de cette étude était donc de déterminer, dans les mélanges binaires de métaux, la possibilité de prédiction de la synthèse des phytochélatines par les modèles d’équilibres chimiques, tel que le BLM. Pour cela, la quantité de phytochélatines produites en réponse d’une exposition aux mélanges binaires : Cd-Ca, Cd-Cu et Cd-Pb a été mesurée tout en surveillant l’effet direct de la compétition par le biais des concentrations de métaux internalisés. En effet, après six heures d’exposition, la bioaccumulation de Cd diminue en présence du Ca et de très fortes concentrations de Pb et de Cu (de l’ordre de 5×10-6 M). Par contre, avec des concentrations modérées de ces deux métaux, le Cd augmente en présence de Cu et ne semble pas affecté par la présence de Pb. Dans le cas de la compétition Cd-Cu, une bonne corrélation a été observée entre la production de PC2, PC3 et PC4 et la quantité des métaux bioaccumulés. Pour la synthèse des phytochélatines et la bioaccumulation, les effets étaient considérés comme synergiques. Dans le cas du Cd-Ca, les quantités de PC3 et PC4 ont diminué avec le métal internalisé (effet antagoniste), mais ce qui était remarquable était la grande quantité de cystéine (GSH) et PC2 qui ont été produites à de fortes concentrations du Ca. Le Pb seul n’a pas induit les PCs. Par conséquent, il n’y avait pas de variation de la quantité de PCs avec la concentration de Pb à laquelle les algues ont été exposées. La détection et la quantification des PCs ont été faites par chromatographie à haute performance couplée d’un détecteur de fluorescence (HPLC-FL). Tandis que les concentrations métalliques intracellulaires ont été analysées par spectroscopie d’absorption atomique (AAS) ou par spectrométrie de masse à source plasma à couplage inductif (ICP-MS).

Les effets de revêtements de surface sur la dissolution et la bioaccumulation de nanoparticules d'oxyde de zinc par l'algue unicellulaire, C. reinhardtii

Au cours de la dernière décennie, les nanoparticules ont connu un essor sans précédent dans plusieurs domaines. On peut retrouver ces nanoparticules dans des secteurs aussi variés tels que la médecine, l’électronique, les écrans solaires, les cosmétiques et les plastiques, pour ne nommer que ceux-là. Cette utilisation massive a eu un effet pervers sur l’environnement, sachant qu’une grande partie de ces produits se sont retrouvés inévitablement dans les milieux naturels. Plusieurs études révèlent qu’autant la présence des nanoparticules que leurs produits de dissolution sont à prendre en considération lorsque des travaux toxicologiques ou le devenir de ces matériaux sont étudiés. Il est désormais clair que les propriétés de surface de ces nanoparticules jouent un rôle central sur leur comportement dans les solutions aqueuses; que ce soit les interactions avec des organismes ou entre les particules elles-mêmes. Afin d’évaluer le devenir de nZnO, une étude sur la dissolution ainsi que la bioaccumulation a été réalisée avec l’algue modèle Chlamydomonas reinhardtii en présence de nanoparticules ayant différents enrobages. Les nanoparticules d’oxyde de zinc suivantes ont été étudiées : (i) nZnO sans enrobage (nZnO); (ii) nZnO avec enrobage d’acide polyacrylique (nZnO-PAA) et (iii) nZnO avec enrobage d’hexamétaphosphate de sodium (nZnO-HMP). La dissolution était mesurée à l’aide de trois techniques : ultrafiltration par centrifugation (CU); technique potentiométrique (scanned stripping chronopotentiometry, SSCP) et spectrométrie de masse – plasma à couplage inductif couplé à une résine échangeuse d’ions (resin-based inductively coupled plasma-mass spectrometry, resin-based ICP-MS). Les résultats obtenus démontrent une grande tendance à la dissolution pour le nZnO (presque totale) tandis que pour le nZnO-PAA et le nZnO-HMP, la dissolution est dépendante de la nature de l’enrobage le composant. Pour la bioaccumulation sur l’algue testée, les données montrent une grande dépendance au zinc libre issu de la dissolution pour nZnO et nZnO-PAA. À l’inverse, le nZnO-HMP démontre une bioaccumulation plus élevée par comparaison aux mêmes concentrations d’expositions du zinc libre, expliquée par la stimulation de l’internalisation du zinc provoqué par la présence de phosphate constituant l’enrobage de nZnO-HMP.

Relargage d’ions métalliques après l’arthroplastie de la hanche à grand diamètre avec couple de frottement métal sur métal

La dégénérescence articulaire sévère de la hanche est une pathologie fréquente et son traitement ultime est le remplacement prothétique. L’arthroplastie la plus répandue au monde est la prothèse totale de hanche (PTH) avec un couple de frottement métal-sur-polyéthylène (MPE). Cependant ce type d’intervention présente une longévité limitée à cause de l’usure de PE et ne convient pas aux patients actifs souffrant de coxarthrose sévère tôt dans leur vie. Afin de palier à ce problème, une nouvelle génération de surfaces de frottement métal-sur-métal (MM) est actuellement employée. Ces surfaces de frottement sont utilisées en PTH avec tête de 28 mm, en resurfaçage (RH) et avec la PTH à tête de grand diamètre. Alors qu’il y a beaucoup d’évidence à l’égard du bon fonctionnement des implants PTH 28 mm et du RH, les données quant aux performances in vivo des PTH MM à grand diamètre manquent. Malgré cela, ces implants sont utilisés à grande échelle. Dans un premier temps, l’objectif de ce travail de recherche était d’évaluer l’effet et de comparer les taux d’ions chrome (Cr) et cobalt (Co) chez des sujets porteurs de PTH MM à grand diamètre à ceux de 64 porteurs de RH, tous deux possédant des surfaces de frottement aux propriétés tribologiques identiques. Dans un deuxième temps, nous avons comparé les taux ioniques (Cr, Co et titane (Ti)) entre quatre PTH MM à grand diamètre provenant de fabricants différents (Zimmer, DePuy, Smith & Nephew et Biomet). Les mesures d’ions étaient effectuées dans le sang entier dans un laboratoire indépendant par la technique de spectrophotométrie de masse à haute résolution HR-ICP-MS, pour l’ensemble de ce travail de recherche. Les deux comparaisons ont démontré le rôle crucial joué par la modularité au niveau de la jonction tête-col des PTH MM à grand diamètre. En effet, des écarts considérables dans les concentrations ioniques de Co ont été retrouvés entre les RH et PTH Durom ayant un couple de frottement identique, ainsi qu’entre les 4 différents designs de PTH MM à grand diamètre comparés entre eux. La PTH MM à grand diamètre Durom était la moins favorable alors que celle de Biomet était la plus performante. Nos observations démontrent que des sources inattendues comme la jonction tête-col de certains implants PTH MM à grand diamètre peuvent contribuer au relargage ionique systémique. Une meilleure compréhension de ce phénomène est indispensable avant l’utilisation clinque de nouveaux implants de ce type.

Analytical methodologies based on X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) and Inductively Couple Plasma Spectroscopy (ICP) for the assessment of metal dispersal around mining environments

La investigació que es presenta en aquesta tesi es centra en l'aplicació i millora de metodologies analítiques existents i el desenvolupament de nous procediments que poden ser utilitzats per a l'estudi dels efectes ambientals de la dispersió dels metalls entorn a les zones mineres abandonades. En primer lloc, es van aplicar diferents procediments d'extracció simple i seqüencial per a estudiar la mobilitat, perillositat i bio-disponibilitat dels metalls continguts en residus miners de característiques diferents. Per altra banda, per a estudiar les fonts potencials de Pb en la vegetació de les zones mineres d'estudi, una metodologia basada en la utilització de les relacions isotòpiques de Pb determinades mitjançant ICP-MS va ser avaluada. Finalment, tenint en compte l'elevat nombre de mostres analitzades per a avaluar l'impacte de les activitats mineres, es va considerar apropiat el desenvolupament de mètodes analítics d'elevada productivitat. En aquest sentit la implementació d'estratègies quantitatives així com l'aplicació de les millores instrumentals en els equips de XRF han estat avaluades per a aconseguir resultats analítics fiables en l'anàlisi de plantes. A més, alguns paràmetres de qualitat com la precisió, l'exactitud i els límits de detecció han estat curosament determinats en les diverses configuracions de espectròmetres de XRF utilitzats en el decurs d'aquest treball (EDXRF, WDXRF i EDPXRF) per a establir la capacitat de la tècnica de XRF com a tècnica alternativa a les clàssiques comunament aplicades en la determinació d'elements en mostres vegetals.

Evaluation of sample preparation procedures and krypton as an interference standard probe for arsenic speciation by HPLC-ICP-QMS

Different conditions of extraction using water, a methanol-water mixture and nitric acid solutions were evaluated for speciation of As(iii), As(v), DMA and MMA in plant samples that previously received As(v) after being sown and emergence was investigated. Microwave-assisted extraction (MAE) using diluted nitric acid solutions was also performed for arsenic extraction from chicken feed samples. The separation and determination of arsenic species were performed using HPLC-ICP-MS. The interference standard method (IFS) using 83Kr+ as the IFS probe was employed to minimize spectral interferences caused by polyatomic species, such as 40Ar 35Cl+. The extraction procedures tested presented adequate extraction efficiencies (90%), and the four arsenic species evaluated were found in plant samples. Extractions with diluted nitric acid solution at 90 °C were the most efficient strategy, with quantitative recoveries for all four As species in plant tissues. On the other hand, the methanol-water mixture was the solvent with the lowest extraction efficiency (50-60%). For chicken feed samples, MAE at 100 °C for 30 min resulted in an extraction efficiency of 97% and only As(v) was found, without any species interconversion. The IFS method contributed to improving precision and limits of detection and quantification for all tested extraction procedures. Significant improvements on accuracy were obtained by applying the IFS method and recoveries between 77 and 94%, and 82 and 93% were obtained for plant extracts and chicken feed samples, respectively. This journal is © 2013 The Royal Society of Chemistry.