995 resultados para metal speciation


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An automated and semi-intelligent voltammetric system is described for trace metal analysis. The system consists of a voltammeter interfaced with a personal computer, a sample changer, 2 peristaltic pumps, a motor burette and a hanging mercury drop electrode. The system carries out fully automatically approximately 5 metal determinations per hour (including at least 3 repetitive scans and calibration by standard addition) at trace levels encountered in clean sea water. The computer program decides what level of standard addition to use and evaluates the data prior to switching to the next sample. Alternatively, the system can be used to carry out complexing ligand titration with copper whilst recording the labile copper concentration; in this mode up to 8 full titrations are carried out per day. Depth profiles for chromium speciation in the Mediterranean Sea and a profile for copper complexing ligand concentrations in the North Atlantic Ocean measured on board-ship with the system are presented. The chromium speciation was determined using a new method to differentiate between Cr(III) and Cr(VI) utilizing adsorption of Cr(III) on silica particles.

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The free metal ion concentrations obtained by SSCP (stripping chronopotentiometry at scanned deposition potential) and by AGNES (absence of gradients and Nernstian equilibrium stripping) techniques have been compared and the usefulness of the combination of both techniques in the same electrochemical cell for trace metal speciation analysis is assessed. The free metal ion concentrations and the stability constants obtained for lead(II) and cadmium(II) complexation by pyridinedicarboxylic acid, by 40 nm radius carboxylated latex nanospheres and by a humic acid extracted from an ombrotrophic peat bog were determined. Whenever possible, the free metal ion concentrations were compared with the theoretical predictions of the code MEDUSA and with the free metal ion concentrations estimated from ion selective electrodes (ISE). SSCP values were in agreement with the ones obtained by AGNES, and both of them agreed reasonably with the ISE values and the theoretical predictions. For the lead(II)-humic acid, it was not possible to obtain the stability constants by SSCP due to the heterogeneity effect. However, using AGNES it is possible to obtain, for these heterogeneous systems, the free bulk metal concentration, which allows us to retrieve the stability constant at bulk conditions.

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The potential of permeation liquid membrane (PLM) to obtain dynamic metal speciation information for colloidal complexes is evaluated by measurements of lead(II) and copper(II) complexation by carboxyl modified latex nanospheres of different radii (15, 35, 40 and 65 nm). The results are compared with those obtained by a well characterized technique: stripping chronopotentiometry at scanned deposition potential (SSCP). Under the PLM conditions employed, and for large particles or macromolecular ligands, membrane diffusion is the rate-limiting step. That is, the flux is proportional to the free metal ion concentration with only a small contribution from labile complexes. In the absence of ligand aggregation in the PLM channels, good agreement was obtained between the stability constants determined by PLM and SSCP for both metals.

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A lability criterion is developed for dynamic metal binding by colloidal ligands with convective diffusion as the dominant mode of mass transport. Scanned stripping chronopotentiometric measurements of Pb(II) and Cd(II) binding by carboxylated latex core-shell particles were in good agreement with the predicted values. The dynamic features of metal ion binding by these particles illustrate that the conventional approach of assuming a smeared-out homogeneous ligand distribution overestimates the lability of a colloidal ligand system. Due to the nature of the spatial distribution of the binding sites, the change in lability of a metal species with changing ligand concentration depends on whether the ligand concentration is varied via manipulation of the pH (degree of protonation) or via the particle concentration. In the former case the local ligand density varies, whereas in the latter case it is constant. This feature provides a useful diagnostic tool for the presence of geometrically constrained binding sites.

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We investigate the dynamic nature of metal speciation in colloidal dispersions using a recently proposed theory [J.P. Pinheiro, M. Minor, H.P. Van Leeuwen, Langmuir, 21 (2005) 8635] for complexing ligands that are situated on the surface of the particles. The new approach effectively modifies the finite rates of association/dissociation of the colloidal metal complexes, thus invoking consideration of the two basic dynamic criteria: the association/dissociation kinetics of the volume complexation reaction (the ‘‘dynamic’’ criterion), and the interfacial flux of free metal to a macroscopic surface due to dissociation of complex species (the ‘‘lability’’ criterion). We demonstrate that the conventional approach for homogeneous systems that assume a smeared-out ligand distribution, overestimates both the dynamics and the lability of metal complexes when applied to colloidal ligands. It is also shown that the increase of lability with increasing particle radius, as expected for a homogeneous solution, is moderated for spherical microelectrodes and practically eliminated for planar electrodes.

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Dept. of chemical oceanography, Cochin University of Science and Technology

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This thesis Entitled Trace metal speciation in the cochin estuary.Natural waters provide a favourable environment for speciation studies because of the prevailing variable chemical matrix and the variety of metal forms which may exist there.An estuary is a mixing zone of riverine and oceanic waters with widely varying compositions where end members interact both physically and chemically. The trace element chemistry in the estuarine environment has been an area of considerable research in the past decades. The trace metal distribution in the Cochin estuary is considerably influenced by the tropical features of the location and by human activities. The lower Periyar river and the Cochin estuary have been particularly selected for this investigation in view of the impact of trace metals on the estuarine ecosystem as well as in attempt quantify the phenomenon of metal speciation in the waters of a tropical coastal plain waterbody. If the concentration in the water media is very low, then, many of the fractions that could be estimated by speciation schemes for metals will fall below the detection limits, a factor which is undesirable.The study would also delineate the features of metal speciation which modify the chemical regime of ionic elements that traverse natural boundaries in aquatic environments, especally in those tropical areas prone to multivariate geographical settings.

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Predicting metal bioaccumulation and toxicity in soil organisms is complicated by site-specific biotic and abiotic parameters. In this study we exploited tissue fractionation and digestion techniques, combined with X-ray absorption spectroscopy (XAS), to investigate the whole-body and subcellular distributions, ligand affinities, and coordination chemistry of accumulated Pb and Zn in field populations of the epigeic earthworm Lumbricus rubellus inhabiting three contrasting metalliferous and two unpolluted soils. Our main findings were (i) earthworms were resident in soils with concentrations of Pb and Zn ranging from 1200 to 27 000 mg kg(-1) and 200 to 34 000 mg kg(-1), respectively; (ii) Pb and Zn primarily accumulated in the posterior alimentary canal in nonsoluble subcellular fractions of earthworms; (iii) site-specific differences in the tissue and subcellular partitioning profiles of populations were observed, with earthworms from a calcareous site partitioning proportionally more Pb to their anterior body segments and Zn to the chloragosome-rich subcellular fraction than their acidic-soil inhabiting counterparts; (iv) XAS indicated that the interpopulation differences in metal partitioning between organs were not accompanied by qualitative differences in ligand-binding speciation, because crystalline phosphate-containing pyromorphite was a predominant chemical species in the whole-worm tissues of all mine soil residents. Differences in metal (Pb, Zn) partitioning at both organ and cellular levels displayed by field populations with protracted histories of metal exposures may reflect their innate ecophysiological responses to essential edaphic variables, such as Ca2+ status. These observations are highly significant in the challenging exercise of interpreting holistic biomarker data delivered by "omic" technologies.

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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

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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)

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Devido às actividades antropogénicas várias substâncias químicas têm sido introduzidas no meio ambiente em concentrações que de outro modo não ocorreriam de forma tão elevada naturalmente. Assim, o conhecimento acerca das características de um químico, tais como, o potencial para se acumular em diferentes níveis tróficos, a sua mobilidade dentro do ecossistema, a toxicidade específica e a bioacumulação, é fundamental para compreender os seus efeitos nos ecossistemas. Esta tese investiga a influência de especiação, na biodisponibilidade do cádmio (Cd) para o isópode Porcellio dilatatus, incluindo os efeitos de especiação do metal: (i) na assimilação do Cd, (ii) no modo como o Cd se distribui internamente no organismo, e (iii) como a sobrevivência e a reprodução são afectadas em isópodes terrestres. Num primeiro ensaio laboratorial avaliou-se a importância da transferência trófica na assimilação do Cd em P. dilatatus. Para tal analisou-se a eficiência de assimilação (EA) do Cd em isópodes, adicionado superficialmente ao alimento (alface) na forma de Cd(NO3)2 e contaminando o meio de crescimento da alface. A hipótese era de que a alface contaminada biologicamente através do cultivo em meio hidropónico contaminado teria uma maior proporção de complexos com proteína ou conjugado na forma de Cd (ex. Cd cisteína). A EA de Cd foi maior entre os isópodes que foram alimentados com o sal (71%, SE = 7%), do que entre os isópodes que se alimentaram de alface contaminada biologicamente (52%, SE = 5%), demonstrando-se assim num teste laboratorial que é provável que a especiação do Cd influencie a taxa de assimilação e acumulação do Cd. Na experiência alimentar que se seguiu, estudou-se em detalhe a especiação do metal comparando as EA do Cd conjugado com cisteína (Cd(Cys)2) e na forma de Cd(NO3)2, com os quais se contaminou gelatina com alface. A utilização de Cd-cisteína, proporcionou uma forma experimental para explorar a biodisponibilidade do Cd complexado dentro do tecido biológico. Como esperado, a EA de Cd em isópodes alimentados com nitrato de Cd (64%, SE = 5%) foi maior do que no caso de isópodes alimentados com o conjugado de cisteína (20%, SE = 3%). De seguida estudou-se a distribuição subcelular das espécies de Cd assimilado através de um processo de fraccionamento. Supunha-se que as diferenças de especiação de Cd reflectiria diferentes estratégias de compartimentalização, com consequências ao nível da detoxificação, armazenamento celular e distribuição subcelular do metal. O “sequestro” na forma de metal biologicamente detoxificado (BDM = proteínas estáveis ao calor - HSP e grânulos ricos em metal - RMG) foi maior nos isópodes alimentados com Cd(NO3)2, sugerindo que são mais eficientes na detoxificação de Cd (22%) do que quando alimentados com Cd(Cys)2 (15%). Foi também demonstrado que os isópodes alimentados com Cd(Cys)2 possuíam níveis de armazenamento de Cd superior nas fracções sensíveis ao metal (MSF = organelos e proteínas desnaturadas pelo calor - HDP) consideradas fracções potencialmente vulneráveis e afectando os isópodes em termos de toxicidade. As diferentes distribuições internas que se seguiram à assimilação e detoxificação das diferentes espécies de Cd foram finalmente avaliadas em termos da sobrevivência e reprodução dos isópodes. O tratamento com Cd(Cys)2 teve maior mortalidade, provavelmente devido à maior disponibilidade de Cd ingerido com implicações ao nível dos processos fisiológicos. Os isópodes alimentados com Cd(NO3)2 armazenaram o Cd nos MRG, como estratégia de detoxificação, sendo mais eficientes a detoxificar o Cd ainda que aumentando a concentração total do metal que se tornou menos tóxico para o isópode. Desta forma, o Cd nos grânulos não estava disponível para os processos fisiológicos e deixou de ser tóxico. Isso poderia estar relacionado com a resistência e tolerância aos metais devido à capacidade dos isópodes compartimentalizarem o Cd no hepatopâncreas, que actua como um mecanismo de detoxificação e contribui para a tolerância a altos níveis de cádmio. Em termos de parâmetros reprodutivos, observou-se uma redução de gestações e duração da gestação na presença de ambas as espécies de metal, mas no caso do Cd(Cys)2 as gravidezes não se concluíram. O número de jovens produzido por fêmeas alimentadas com Cd(NO3)2 foi menor do que no controlo, mas os pesos dos juvenis foram superiores. Finalmente sugere-se assim que esta abordagem seja considerada em estudos do movimento trófico de metais nas cadeias alimentares dado que se espera que a especiação de metais implique diferentes fluxos, dentro de uma dada cadeia trófica.

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No presente trabalho, foi avaliado o desempenho e a aplicabilidade do eléctrodo de filme fino de mercúrio, em estudos de especiação dinâmica de metais vestigiais. Para tal, foram utilizadas duas técnicas electroanalíticas de redissolução: a clássica Voltametria de Redissolução Anódica (ASV) e a recentemente desenvolvida, Cronopotenciometria de Redissolução com varrimento do potencial de deposição (SSCP). As propriedades de troca-iónica e de transporte de massa de películas mistas preparadas a partir de dois polímeros com características distintas, o Nafion (NA) e o 4-Poliestireno sulfonato de sódio (PSS), foram avaliadas, antes da sua aplicação no âmbito da especiação de metais. Estas películas de NA-PSS demonstraram uma elevada sensibilidade, reprodutibilidade, estabilidade mecânica, bem como, propriedades de anti-bloqueio adequadas na modificação química do eléctrodo de filme fino de mercúrio (TMFE) e, na sua aplicação na determinação de catiões metálicos vestigiais em amostras complexas, por ASV. Para além disso, o desempenho de membranas do polielectrólito PSS em estudos de voltametria de troca-iónica (IEV) foi estudado. O objectivo desta investigação foi reunir as condições ideais na preparação de películas de PSS estáveis e com uma densidade de carga negativa elevada, de modo a aumentar a acumulação electrostática de catiões metálicos no filme polimérico e por conseguinte, conseguir incrementos no sinal voltamétrico. O desempenho e aplicabilidade do TMFE em estudos de especiação de metais vestigiais foram extendidos à SSCP como técnica analítica. Dada a elevada sensibilidade e resolução evidenciada pelo TMFE, este revelou ser uma alternativa adequada aos eléctrodos de mercúrio convencionais, podendo ser utilizado durante um dia de trabalho, sem degradação aparente do sinal analítico de SCP. As curvas de SSCP obtidas experimentalmente utilizando o TMFE estavam em concordância com aquelas previstas pela teoria. Para além disso, a constante de estabilidade (K) calculada a partir do desvio do potencial de meia-onda, para dois sistemas metal-complexo lábeis, aproxima-se não só do valor teórico, como também daquele obtido utilizando o eléctrodo de mercúrio de gota suspensa (HMDE). Adicionalmente, o critério experimental de labilidade inerente a esta técnica foi validado e o grau de labilidade para um dado sistema metal-complexo foi determinado, utilizando o filme fino de mercúrio depositado sob um eléctrodo rotativo (TMF-RDE). Este eléctrodo é muito útil na determinação de parâmetros cinéticos, como é o caso da constante de velocidade de associação (ka), uma vez que as condições hidrodinâmicas, durante a etapa de deposição, se encontram bem definidas.