Name: Experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (Oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 52 s
Description: Leer een experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer(hydro)oxiden, sporenelementen en bacteriën. Deze methode onthult het lot van kwik en arseen in grondwater.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dit werk werd mede gefinancierd door BRGM, een postdoctorale subsidie van de Conseil Général du Loiret en het Carnot-Instituut. We erkennen ook dankbaar de financiële steun aan de PIVOTS-project van de Région Centre - Val de Loire.

1. experimentele voorbereiding
<ol>
	<li>Alle materialen (glas, polytetrafluorethyleen (PFTE)) in contact met monsters (5 dagen in de 20% salpeterzuur (HNO3) v/v) gevolgd door 5 dagen in zoutzuur (HCl) 10% (v/v) Acid-Wash). Meerdere malen met ultra pure water afspoelen en droog onder een laminaire flow hood voorafgaand aan gebruik.</li>
	<li>Gebruik handschoenen polyethyleen (of vergelijkbaar) en een zuurkast voor alle maatregelen met betrekking tot chemicaliën.</li>
</ol>
2. voorbereiding van Hg en als Spiked amorf ijzeroxiden
<ol>
	<li>Ongeveer 20 g ferryhydrate (Fe(OH)3) bereiden: Los 50 g FeCl3-6 H2O in 500 mL ultra pure water (soortelijke weerstand &#62; 18 MΩ cm-1) onder de agitatie in een reactor van glas met een waaier van roestvrij staal of magnetische roerder. Eerste pH is &#60; 2.</li>
	<li>Handmatig toevoegen een oplossing van 10 M NaOH te precipiteren ferryhydrate. Opmerking: Er is ongeveer 50 mL moeten te precipiteren alle ijzer (oxy) hydroxiden. Breng de pH op 6 en onderhouden van agitatie voor 1 h te stabiliseren.<ol>
		<li>Voor Hg-spiked (oxy) hydroxiden: bereiden van 10 HgNO,3 bij 10 g L-1 mL en 350 µL toevoegen aan de natriumhydroxideoplossing (oxy). Opmerking: Dit zal opleveren een definitieve Hg-inhoud in de natte (oxy) hydroxiden van ~ 4 µg g-1 (oxy) hydroxiden.</li>
		<li>Voor (oxy) hydroxiden als-spiked: bereiden van 100 mL als2O325 10 g L-1 en 70 mL toe te voegen aan de ijzer-oxide-oplossing. Dit zal opleveren een definitieve As(III) inhoud van ~ 70 mg/g (oxy) hydroxiden.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Laat onder agitatie met een roestvrij stalen waaier of magneetroerder voor 3 h en vervolgens centrifuge voor 20 min op 2.000 x g. Verwijder supernatant en resuspendeer de (oxy) hydroxiden in 500 mL ultra puur water. Herhaal het centrifugeren en stappen tweemaal spoelen. De vochtige (oxy) hydroxiden (vaste stoffen hebben een vochtgehalte van 85-90% pm) herstellen en bewaren bij 4 ° C tot gebruik.</li>
	<li>Steriliseren vochtige Hg of als-spiked ijzeroxiden in gammastraling, met een minimale geabsorbeerde stralingsdosis van 25 kGy.</li>
	<li>Controle van Hg en als (oxy) hydroxiden inhoud
	<ol>
		<li>Bepalen wat Hg inhoud van de pellet-26. Opmerking: We vonden 3,90 ± 0.08 µg Hg g-1 vaste. Zo was de totale hoeveelheid kwik toegevoegd aan elke kolom in de 18.3 g ijzeroxiden 71,4 ± 1.51 µg.</li>
		<li>Bepalen als de inhoud in de pellet. Hete zure mineralisatie (8 mL 5 N HCl voor 4 uur bij 50 ° C) gebruiken en analyseren door atomaire Adsorption spectrometrie (AAS). Opmerking: We vonden 70 mg als g-1 vaste. Zo was de totale hoeveelheid als toegevoegd aan de kolom in de 18.3 ijzeroxiden g ~1.3 g.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. voorbereiden van Silica Gel en zand Matrix
Opmerking: Een losse silicagel matrix werd gebruikt om te stoppen met de fijne ijzeroxiden migreren van het zand/ijzeroxide mengsel onder de waterstroom. De definitieve gel matrix was 6% silicagel om niet een blok vormen maar gewoon om losjes statistische stikstofoxiden.
<ol>
	<li>Bereiden van een 10% silicagel mengsel door het verhitten van 4 g van silica gel in 40 mL van een oplossing van 7% KOH op een hete plaat, roeren met een bar van de magnetische roer tot het is opgelost.</li>
	<li>Voeg 60 mL ultra pure water dan koel de oplossing voor ~ 20 ° C. Snel Titreer met verdund fosforzuur (20%) op een pH van 7.5. Dan mengen snel de vloeibare silicagel met 320 g steriel zand en de eerder toegevoegde 18.3 g van Hg-spiked of als-spiked ijzeroxiden voordat het stolt.</li>
	<li>Het "jellified" mengsel breken door het te mengen met een spatel en houd steriele vóór gebruik in stap 4.</li>
</ol>
4. setup de kolom
<ol>
	<li>Kolomsgewijs van glas met een jas van de water koeling systeem (inwendige volume = 400 mL, hoogte = 30 cm, diameter 3,5 cm) en vijf silica septa instellen regelmatig (om de 5 cm) langs de kolommen om u om te proeven van alle langs de kolom.</li>
	<li>Snijd de PTFE-buis (PTFE int Ø 3 mm) om ervoor te zorgen voldoende lengte op de kolom inlaat en uitlaat. Sluit de instroom aan peristaltische buis, die op zijn beurt is aangesloten op de levering van water/medium.</li>
	<li>Alle materialen (glas, slangen) steriliseren in autoclaaf (1 h bij 110 ° C).</li>
	<li>Kolom verticaal koppelen.</li>
	<li>De water jas verbinden met een waterkoeling systeem om een gemiddelde temperatuur van 20 ° C.</li>
	<li>Kolom vanaf de top als volgt invullen: -Een laag uit vochtige rotswol om te voorkomen dat solide verlies; -320 g steriel zand (zand van Fontainebleau, D50 = 209 µm); -320 g steriel zand gemengd met 18.3 g gehydrateerd amorf ijzeroxiden verrijkt met Hg of als (zie stap 1) en vaste in een matrix van de silica gel 6% (zie stap 2).</li>
	<li>Kolom verticaal koppelen en verbinden van ascendant stroom continu N2 borrelen ultrazuiver steriel water op lage snelheid (~ 2 mL h-1).</li>
	<li>Dekking van de kolom met aluminiumfolie om te beschermen tegen het licht.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56240/56240fig1v2.jpg"> 
Figuur 1: Sketch en foto van de kolominstelling. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56240/56240fig1v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

<ol><li>Oremland, R. S., Stolz, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Ecology+of+Arsenic%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Ecology of Arsenic.</a> Science. 300 (5621), 939(2003).</li>
<li>Silver, S., Phung, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genes+and+enzymes+involved+in+bacterial+oxidation+and+reduction+of+inorganic+arsenic%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Genes and enzymes involved in bacterial oxidation and reduction of inorganic arsenic.</a> Appl Environ Microbiol. 71 (2), 599-608 (2005).</li>
<li>Compeau, G. C., Bartha, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfate-Reducing+Bacteria%3A+Principal+Methylators+of+Mercury+in+Anoxic+Estuarine+Sediment%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Sulfate-Reducing Bacteria: Principal Methylators of Mercury in Anoxic Estuarine Sediment.</a> Appl. Environ. Microbiol. 50, (1985).</li>
<li>Fleming, E. J., Mack, E. E., Green, P. G., Nelson, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mercury+Methylation+from+Unexpected+Sources%3A+Molybdate-Inhibited+Freshwater+Sediments+and+an+Iron-Reducing+Bacterium%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Mercury Methylation from Unexpected Sources: Molybdate-Inhibited Freshwater Sediments and an Iron-Reducing Bacterium.</a> Appl. Environ. Microbiol. 72 (1), 457-464 (2006).</li>
<li>Barkay, T., Miller, S., Summers, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+mercury+resistance+from+atoms+to+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Bacterial mercury resistance from atoms to ecosystems.</a> FEMS Microbiol Rev. 27 (2-3), 355-384 (2003).</li>
<li>Dixit, S., Hering, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+arsenic%28V%29+and+arsenic%28III%29+sorption+onto+iron+oxide+minerals%3A+Implications+for+arsenic+mobility%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Comparison of arsenic(V) and arsenic(III) sorption onto iron oxide minerals: Implications for arsenic mobility.</a> Environ. Sci. Technol. 37, (2003).</li>
<li>Andersson, H. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAndersson%2C+HA+%22The+Biochemistry+of+Mercury+in+the+Environnment%22">The Biochemistry of Mercury in the Environnment</a>. Nriagu, J. O. , Elsevier. Amsterdam. 79-112 (1979).</li>
<li>Khwaja, A., Bloom, P. R., Brezonik, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binding+Constants+of+Divalent+Mercury+in+Soil+Humic+Acids+and+Soil+Organic%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Binding Constants of Divalent Mercury in Soil Humic Acids and Soil Organic.</a> Environ. Sci. Technol. 40, (2006).</li>
<li>Neculita, C. M., Zagury, G. J., Deschenes, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mercury+Speciation+in+Highly+Contaminated+Soils+from+Chlor-Alkali+Plants+Using+Chemical+Extractions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Environ+Qual%22%5BJournal%5D)">Mercury Speciation in Highly Contaminated Soils from Chlor-Alkali Plants Using Chemical Extractions.</a> J Environ Qual. 34 (1), (2005).</li>
<li>Schuster, E. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00342308">The behaviour of mercury in the soil with special emphasis on complexation and adsorption processes - a review of the literature.</a> Water Air Soil pollut. 56 (56), 667-680 (1991).</li>
<li>Wallschläger, D., Desai, M. V. M., Spengler, M., Windmöller, C. C., Wilken, R. D. <a target="_blank" href="https://dl.sciencesocieties.org/publications/jeq/abstracts/27/5/JEQ0270051044?access=0&view=pdf">How humic substances dominate mercury geochemistry in contaminated floodplain soils and sediments.</a> J. Environ. Qual. 27 (5), (1998).</li>
<li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissimilatory+Fe%28III%29+and+Mn%28IV%29+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiol.+Mol.+Biol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction.</a> Microbiol. Mol. Biol. Rev. 55 (2), 259-287 (1991).</li>
<li>Lovley, D. R., Kashefi, K., Vargas, M., Tor, J. M., Blunt-Harris, E. L. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254100002096">Reduction of humic substances and Fe(III) by hyperthermophilic microorganisms.</a> Chem. Geol. 169 (3-4), 289-298 (2000).</li>
<li>Hansel, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703703008457">Structural constraints of ferric (hydr)oxides on dissimilatory iron reduction and the fate of Fe(II).</a> Geochimica Cosmochimica Acta. 68, 3217-3229 (2004).</li>
<li>Thamdrup, B., Fossing, H., Jørgensen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703794902984">Manganese, iron and sulfur cycling in a coastal marine sediment Aarhus bay, Denmark.</a> Geochim.Cosmochim. Acta. 58 (23), 5115-5129 (1994).</li>
<li>Planer-Friedrich, B., London, J., McCleskey, R. B., Nordstrom, D. K., Wallschläger, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thioarsenates+in+Geothermal+Waters+of+Yellowstone+National+Park%3A+Determination%2C+Preservation%2C+and+Geochemical%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Thioarsenates in Geothermal Waters of Yellowstone National Park: Determination, Preservation, and Geochemical.</a> Environ. Sci. Technol. 41 (15), 5245-5251 (2007).</li>
<li>Burnol, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoupling+of+arsenic+and+iron+release+from+ferrihydrite+suspension+under+reducing+conditions%3A+a+biogeochemical+model%5BTitle%5D)+AND+%22Geochem.+Trans%22%5BJournal%5D)">Decoupling of arsenic and iron release from ferrihydrite suspension under reducing conditions: a biogeochemical model.</a> Geochem. Trans. 8 (1), 12(2007).</li>
<li>Kocar, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292708002400">Integrated biogeochemical and hydrologic processes driving arsenic release from shallow sediments to groundwaters of the Mekong delta.</a> Appl. Geochem. 23 (11), (2008).</li>
<li>Harris-Hellal, J., Grimaldi, M., Garnier-Zarli, E., Bousserrhine, N. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10533-010-9457-y">Mercury mobilization by chemical and microbial iron oxide reduction in soils of French Guyana.</a> Biogeochem. 103 (1), (2011).</li>
<li>Islam, F. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+metal-reducing+bacteria+in+arsenic+release+from+Bengal+delta+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Role of metal-reducing bacteria in arsenic release from Bengal delta sediments.</a> Nature. 430, (2004).</li>
<li>Schultz-Zunkel, C., Rinklebe, J., Bork, H. R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857415300458">Trace element release patterns from three floodplain soils under simulated oxidized-reduced cycles.</a> Ecol. Eng. 83, 485-495 (2015).</li>
<li>Nickson, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292799000864">Mechanisms of arsenic release to groundwater, bangladesh and West Bengal.</a> App. Geochem. 15, 403-413 (2000).</li>
<li>Varsanyi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292706000813">Arsenic, iron and organic matter in sediments and groundwater in the Pannonian basin, Hungary.</a> App. Geochem. 21, 949-963 (2006).</li>
<li>Hellal, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mercury+mobilization+and+speciation+linked+to+bacterial+iron+oxide+and+sulfate+reduction%3A+A+column+study+to+mimic+reactive+transfer+in+an+anoxic+aquifer%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Contam.+Hydrol%22%5BJournal%5D)">Mercury mobilization and speciation linked to bacterial iron oxide and sulfate reduction: A column study to mimic reactive transfer in an anoxic aquifer.</a> J. Contam. Hydrol. 180, 56-68 (2015).</li>
<li>Battaglia-Brunet, F., Dictor, M. C., Garrido, F., Crouzet, C., Morin, D., Dekeyser, K., Clarens, M., Baranger, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+arsenic%28III%29-oxidizing+bacterial+population%3A+selection%2C+characterization%2C+and+performance+in+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">An arsenic(III)-oxidizing bacterial population: selection, characterization, and performance in reactors.</a> J Appl. Microbiol. 93 (2002), 656-667 (2002).</li>
<li>Salvato, N., Pirola, C. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF01244379">Analysis of mercury traces by means of solid sample atomic absorption spectrometry.</a> Microchim Acta. 123 (1), 63-71 (1996).</li>
<li>Huguet, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Caract%C3%A9risation+biog%C3%A9ochimique+et+potentiel+de+m%C3%A9thylation+du+mercure+de+biofilms+en+milieu+tropical+%28retenue+de+Petit+Saut+et+estuaire+du+Sinnamary%2C+Guyane+Fran%C3%A7aise%29.%22">Caractérisation biogéochimique et potentiel de méthylation du mercure de biofilms en milieu tropical (retenue de Petit Saut et estuaire du Sinnamary, Guyane Française). </a>. , Université Henry Poincaré - Nancy 1, Pages. (2009).</li>
<li>Mamindy-Pajany, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15320383.2013.770441">Arsenic in Marina Sediments from the Mediterranean Coast: Speciation in the Solid Phase and Occurrence of Thioarsenates.</a> Soil Sed. Contam. 22, 984-1002 (2013).</li>
<li>dos Santos Afonso, M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la00042a030">Reductive dissolution of iron(III) (hydro)oxides by hydrogen sulfide.</a> Langmuir. 8, 1671-1675 (1992).</li>
<li>Postma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703796001561">Redox zonation: equilibrium constraints on the Fe(III)/SO4-reduction interface.</a> Geochem Cosmochim. Acta. 60, 3169-3175 (1996).</li>
<li>Kumar, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sulfur+and+oxygen+isotope+tracing+in+zero+valent+iron+based+In+situ+remediation+system+for+metal+contaminants%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Sulfur and oxygen isotope tracing in zero valent iron based In situ remediation system for metal contaminants.</a> Chemosphere. 90, 1366-1371 (2013).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De experimentele kolominstelling bleek te zijn een handige laboratorium apparaat om anaërobe biogeochemische processen in continue voorwaarden te bestuderen. Doorlopende kolom systemen kunnen werken in omstandigheden dichter aan die van echte watervoerende lagen dan drijfmest batch systemen of microkosmos. CONTINUPROCÉDÉ kunnen simuleren de beweging van het grondwater door aquifer sedimenten.
De meest kritische stap in het protocol bereidt de TE-ijzer (oxy) hydroxiden en het mengsel met silica...

Begrijpen en voorspellen spoorelement (TE) mobiliteit en biogeochemie in de-omgeving is essentieel om te controleren, ontwikkelen en toepassen van de juiste managementbeslissingen voor grondreiniging. Dit geldt met name in het geval van toxische TEs zoals arsenicum (As) en kwik (Hg). De lot en de speciatie van deze TEs in bodem of watervoerende lagen zijn nauw verbonden aan de fysisch-chemische voorwaarden, zoals Eh en pH, maar ook aan microbiële activiteiten die ofwel een directe rol kunnen spelen op soortvorming of een indirecte rol inzake mobiliteit.
Inderdaad, sommige bacteriën kunnen rechtstreeks As(III) aan As(V) oxideren of As(V) tot As(III) te verminderen. Dit beïnvloedt als toxiciteit, aangezien As(III) de meest giftige vorm van is als, en mobiliteit, aangezien As(III) is mobieler dan As(V), die gemakkelijk aan ijzer (oxy) hydroxiden of organisch materiaal1,2 adsorberen kan. Bacteriën zijn ook nauw betrokken bij kwik fietsen, hetzij via de methylering, voornamelijk door sulfaat en ijzer verminderen van bacteriën3,4, vormen het neurotoxine monomethylether kwik (gemakkelijk bioaccumulated in de voedselketen), of via de beperken tot vluchtige elementaire Hg (Hg °)5.
Beide zoals en Hg lot zijn ook sterk verbonden met de bodem of aquifer samenstelling, sinds verbindingen zoals organische stof of ijzer (oxy) hydroxiden hun sekwestratie en de biologische beschikbaarheid kunnen beïnvloeden. As(V) absorbeert goed aan ijzer (oxy) hydroxiden6, overwegende dat Hg een zeer hoge affiniteit voor organisch materiaal heeft (OM; vooral voor thiol-groepen) maar ook voor colloïdale ijzer of mangaan (oxy) hydroxiden in OM verarmd omgevingen7,8 , 9 , 10 , 11.
Bacteriële activiteiten kunnen dan invloed op het lot van TEs geadsorbeerde (oxy) hydroxiden of organisch materiaal door de reductie van ijzer (oxy) hydroxiden of de mineralisatie van organisch materiaal. Vermindering van de directe ijzer door bacteriën is dat de dominante weg voor ijzer vermindering van zwavel uitgeput zones12,13, Fe(III) wordt gebruikt als een terminal elektron acceptor, overwegende dat indirect, Fe(III) kan worden gereduceerd tot Fe(II) door sulfide gevormd door een bacteriële sulfaat reductie14. Bovendien, de aanwezigheid van sulfaat Hg kunt ook wijzigen en als soortvorming door de vorming van complexen zoals thio-arsenates15 met als of metacinnabar met Hg.
Dus, een beter begrip van de impact van de ijzer- en sulfaat fietsen over het lot van TE, zoals Hg en als, kan ons helpen om beter beheer van verontreinigde locaties en onderhoud van bodem-en waterkwaliteit. Gegevens kunnen ook bijdragen tot de versterking van de bestaande modellen van de metal-mobiliteit. Microbiële Fe (III)-vermindering16,17,18 de desorptie van TE kunnen veroorzaken. Theoretisch, kan de indirecte reductie van ijzer (oxy) hydroxiden door sulfide geproduceerd door de microbiële vermindering van sulfaat ook van invloed TE mobiliteit. De omvang en de kinetiek van deze reacties zijn echter over het algemeen studeerde in batch homogene systemen of batch microkosmos16,18,19,20. Het nadeel van batch experimenten is het ontbreken van dissociatie van de voorkomende verschijnselen; inderdaad, activiteit is gebaseerd op en beperkt door de middelen aanwezig zijn in de partij en enige geeft een eindresultaat van de verschuivingen in speciatie en adsorptie. Met behulp van een kolom aanpak kan de vernieuwing van borrelt media en het toezicht op het lot van TE over tijd en ruimte. Deze voorwaarden zijn realistischer in vergelijking tot een aquifer, waar reële verschijnselen nauw met continue doorsijpeling voorwaarden verbonden zijn. Bovendien is de heterogene ijzer (oxy) hydroxide voorkomt in de aquifer sedimenten gemeenschappelijk21,23, en de ruimtelijke veranderingen in de mineralogische en chemische samenstelling van de vaste fasen rijdt zeker microbiële activiteiten .
Om de invloed van deze heterogeniteiten op geo-microbiële verschijnselen en het lot van ijzer-geassocieerde TE verhelderen, ontwikkelden we een laboratorium, een voortdurend gevoed kolom vertegenwoordigt een vereenvoudigd model aquifer. De kolom is gevuld tot een zone van ijzer-uitgeput aan de ingang van de kolom en een ijzer-rijke zone boven. Regelmatige bemonstering poorten inschakelen dat elke zone afzonderlijk bestuderen evenals de interface-geassocieerde verschijnselen. Een voorbeeld van de toepassing van deze experimentele apparaat voor de studie van Hg lot en soortvorming is reeds beschikbaar24. We geven hier een gedetailleerde beschrijving van de experimentele opstelling en een tweede voorbeeld van de toepassing gericht op het gedrag van zoals in verontreinigde watervoerende lagen.

<table><tbody><tr><td>Glazuur kolommen</td><td>Beaucaverre, Frankrijk</td><td>Specifiek verzoek</td><td>kolommen werden samengesteld uit 3 afzonderlijke stukken, de hoofdkolomkern met de koelmantel en de 5 monsternemingspoorten (maat GL14 met olijf) en een boven- en onderdeel dat past op de hoofdkolom en op zijn plaats wordt gehouden met een siliconenvoeg en schroef (RIN F 40x38 &amp; SVL 42). opmerking: dit ontwerp werd direct met het bedrijf besproken. We raden aan een lokale glasblazer te zoeken.</td></tr><tr><td>Septa PTFE/silicone diameter 20 mm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>508608</td><td></td></tr><tr><td>PTFE buis ID 3 mm</td><td>VWR</td><td>228-0745</td><td></td></tr><tr><td>Peristaltiekpomp</td><td>Dominique Dutsher SAS</td><td>66493</td><td></td></tr><tr><td>Peristaltiekpomp buis LMT 55</td><td>VWR</td><td>224-2250</td><td>Tygon&reg; LMT 55&nbsp;</td></tr><tr><td>Fontainbleau zand D50=209 &micro;m</td><td>SIBELCO, Frankrijk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>N2 voor bellen</td><td>Air Liquide, Frankrijk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gammabestraling</td><td>Ionisos, Dagneux, Frankrijk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatische kwikanalysator (AMA 254)</td><td>Courtage Analyses, Frankrijk</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Varian SpectrAA 300 Zeeman</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Naam</td><td>Bedrijf</td><td>Catalogusnummer</td><td>Opmerkingen</td></tr><tr><td>Chemicaliën</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO3 Supra pur</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>Fabrikant: Merck</td></tr><tr><td>HCL 30% Supra pur</td><td>VWR</td><td>1.00318.1000</td><td>Fabrikant: Merck</td></tr><tr><td>Hg(NO3)2</td><td>Merck</td><td>516953</td><td></td></tr><tr><td>As2O3</td><td>Merck</td><td>202673</td><td></td></tr><tr><td>FeCl3-6H2O</td><td>Merck</td><td>207926</td><td></td></tr><tr><td>silicagel</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>336815-500G</td><td></td></tr></tbody></table>

experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Lot en speciatie van spoorelementen (TEs), zoals arsenicum (As) en kwik (Hg), in watervoerende lagen zijn nauw verbonden aan fysio-chemische voorwaarden, zoals redox potentiële (Eh) en pH, maar ook aan microbiële activiteiten die een directe of indirecte rol kunnen spelen op soortvorming en/of mobiliteit. Inderdaad, sommige bacteriën kunnen rechtstreeks As(III) aan As(V) oxideren of As(V) tot As(III) te verminderen. Bacteriën zijn ook nauw betrokken bij Hg fietsen, hetzij via de methylering, vormen het neurotoxine monomethylether kwik, of via de beperken tot elementaire Hg °. Het lot van beide als en Hg zijn ook sterk gekoppeld aan de samenstelling van de bodem of aquifer; inderdaad, als en Hg kunt binden aan organische stoffen of (oxy) hydroxiden, die invloed op hun mobiliteit hebben zal. Op zijn beurt, bacteriële activiteiten zoals ijzer (oxy) hydroxide vermindering of organisch materiaal mineralisatie niet indirect kunnen beïnvloeden als en Hg sekwester. De aanwezigheid van sulfaat/sulfide kan ook sterk de invloed van deze bepaalde elementen door de vorming van complexen zoals thio-arsenates met als of metacinnabar met Hg.
Bijgevolg, vele belangrijke kwesties naar voren zijn gebracht over de lot en de speciatie van als en Hg in het milieu en het beperken van hun toxiciteit. Als gevolg van hun reactiviteit naar aquifer onderdelen is het echter moeilijk te duidelijk distantiëren van de biogeochemische processen die zich voordoen en hun verschillende effecten op het lot van deze TE.
Om dit te doen, ontwikkelden we een origineel, experimental, kolominstelling die een aquifer met de rijke gebieden als - of Hg-ijzer-oxide versus ijzer bootst uitgeput gebieden, waardoor een beter begrip van TE biogeochemie in zuurstofvrije omstandigheden. Het volgende protocol geeft stap voor stap instructies voor de kolom set-up voor als of Hg, evenals een voorbeeld met als onder de ijzer- en sulfaat vermindering van voorwaarden.

Voorbeeld 1. Gevolgen van de vermindering van het ijzer van mobiliteit als soortvorming
De As kolom was direct geënt met grondwater van een site presenteren een As-concentratie hoger dan de drinken normen (Bracieux, Loire et Cher, Frankrijk). Grondwater werd bemonsterd in steriele flessen, en bij 5 ° C tot gebruik opgeslagen. De kolom van de bodem werd gevoed met dit water met de natuurlijke endogene microbiële ...

Lot en speciatie van arseen en kwik in watervoerende lagen zijn nauw verbonden aan fysio-chemische voorwaarden en microbiële activiteit. Hier presenteren we een oorspronkelijke experimentele kolominstelling die bootst een aquifer en maakt een beter begrip van het spoorelement biogeochemie in zuurstofvrije omstandigheden. Twee voorbeelden worden gepresenteerd, combinatie van geochemische en microbiologische werkwijzen.

Experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (Oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

Het algemene doel van deze experimentele opstelling is om het lot van sporemetalen te bestuderen onder sulfaat- en/of ijzer-reducerende omstandigheden die door microbiële activiteiten worden geïnduceerd. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van de biogeochemie, zoals interacties tussen belangrijke biogeochemische cycli zoals die van kwik en arseen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat, dankzij de continue waterstroom, de dynamiek van de biogeochemische reacties en de labiliteit van sporenelementen van elkaar gescheiden zijn en toegankelijk zijn via de bemonsteringspoorten.Zo kan deze methode inzicht verschaffen in het lot van kwik en arseen, zoals hier gedemonstreerd door binding aan ijzeroxiden. Het kan ook worden toegepast op andere sporenelementen of dragersubstraten. De procedure zal worden gedemonstreerd door Hafida Tris, een technicus uit ons laboratorium.Om deze procedure te starten, voegt u 500 milliliters ultrapuur water toe aan een glazen reactor die is uitgerust met een magnetische roerstaaf. Voeg 50 gram ijzer(III)chloride-hexahydraat toe onder roeren. Voeg handmatig ongeveer 50 milliliters van een 10-molaire oplossing n

experimental-column-setup-for-studying-anaerobic-biogeochemical

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Begin with a wetland soil-derived enrichment culture containing bacterial communities.The culture exhibits Feammox activity, ammonium oxidation coupled to ferric iron reduction, indicating the enrichment of a bacterium capable of this metabolic process.Serially dilute the culture using media.Streak the diluted samples onto test agar plates supplemented with ferric iron and ammonium.Use control plates that lack either ferric iron or ammonium, or contain ferric iron with organic carbon instead of...

Isolation of Ammonium-Oxidizing Iron Reducers from a Wetland Soil–Derived Enrichment Culture 

Een nieuw reactorontwerp, een zogenaamde bioreactor met hoge dichtheid (HDBR), wordt gepresenteerd voor het kweken en bestuderen van microbiële gemeenschappen met hoge dichtheid. Hier wordt de HDBR met succes toegepast in een fotobioreactor (PBR) configuratie voor de studie van stikstofmetabolisme door een gemengde algengemeenschap met hoge dichtheid.

A Novel Bioreactor voor High Density Teelt van Diverse microbiële gemeenschappen

We gesimuleerd een Precambrium ijzerhoudende marine opwelling systeem in een lab-schaal verticale doorstroom kolom. Het doel was om te begrijpen hoe geochemische profielen van O 2 en Fe (II) evolueren cyanobacteriën produceren O 2. De resultaten tonen de instelling van een chemocline door Fe (II) oxidatie door fotosynthetisch geproduceerde O 2.

Laboratorium Simulatie van een ijzer (II) -rijke Precambrium Marine Upwelling Systeem om Ontdek de groei van de fotosynthetische bacteriën

On-site microbiële verrijking of in situ -teelttechnieken kunnen het vergemakkelijken van het isolement van de microbiële taxa moeilijk-aan-cultuur, vooral uit laag-biomassa of geochemically extreme omgevingen. Hier beschrijven we een elektrochemische opstelling zonder gebruik te maken van een externe krachtbron te verrijken van microbiële stammen die kunnen extracellulaire elektronentransport (EET).

Zichzelf staande elektrochemische Set-up te verrijken Anode-respiring bacteriën ter plaatse

Hier presenteren we de constructie en werking van een experimentele opstelling om minerale verwering te verbeteren door de activiteit van bodemorganismen, terwijl tegelijkertijd abiotische variabelen worden gemanipuleerd waarvan bekend is dat ze verwering stimuleren. Representatieve resultaten uit de werking van de opstelling en steekproefanalyses worden besproken samen met verbeterpunten.

Ontwerp en bouw van een experimentele opstelling om minerale verwering te verbeteren door de activiteit van bodemorganismen

De focus van dit artikel ligt op het beschrijven van best practices voor het maken van media voor veeleisende anaërobe micro-organismen die uit een omgeving zijn verkregen. Deze methoden helpen bij het beheren van anaërobe culturen en kunnen worden toegepast om de groei van ongrijpbare niet-gekweekte micro-organismen, de 'microbiële donkere materie', te ondersteunen.

Een set van in situ geïnformeerde gesimuleerde mediumformaten voor het kweken van milieuvriendelijke anaërobe micro-organismen

Dit protocol biedt gedetailleerde instructies voor het bouwen, steriliseren, assembleren, gebruiken en hergebruiken van de schimmelsnelwegkolommen om bacterie-schimmelparen te verrijken die interageren via schimmelsnelwegen van diverse omgevingssubstraten.

Onderzoek naar bacterie-schimmelinteracties met behulp van schimmelsnelwegkolommen in diverse omgevingen en substraten

Dit protocol presenteert een microfluïdisch systeem voor het bestuderen van de microbiële neerslag van mangaanoxidemineralen. Biomineraalvorming wordt ter plaatse gemeten met optische microscopie en beeldanalyse. Deze benadering kan worden aangepast om de neerslag van andere karakteristiek gekleurde biogene mineralen in poreuze omgevingen te onderzoeken.

Een microfluïdisch platform om microbiële neerslag van metaaloxiden in poreuze media te onderzoeken

We bieden een techniek om intact boomfloëem te behouden en het voor te bereiden op observatie. We creëren een apparaat genaamd een floëemsandwich dat het mogelijk maakt om geleedpotigen, microben en andere organismen die in floëemweefsels leven te introduceren en observeren.

Techniek voor het bestuderen van geleedpotigen en microbiële gemeenschappen binnen Tree Tissues

Een roman Upflow Anaërobe Solid State (UAS) reactor werd gebruikt voor de productie van biogas uit vezelachtige grondstof. Digestaat van UASs reactor werd hydrothermisch verkoold in HTC biochar in een onder druk batchreactor. De integratie van de twee bio-energie concepten werd toegepast in dit onderzoek om de totale productie van bio-energie te verhogen.

Evaluatie van de geïntegreerde anaërobe vergisting en Hydrothermal Carbonisatie voor bio-

Leer een experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer(hydro)oxiden, sporenelementen en bacteriën. Deze methode onthult het lot van kwik en arseen in grondwater.

Experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (Oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën (Video) | JoVE Journal

Experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (Oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën

Meer video's verkennen