Instalação de coluna experimental para estudar anaeróbicas biogeoquímicas interações entre bactérias, oligoelementos e hidróxidos de ferro (oxi)

O objetivo geral desta configuração experimental é estudar o destino de metais traços sob condições redutoras de sulfato e / ou ferro induzidas por atividades microbianas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da biogeoquímica, como interações entre os principais ciclos biogeoquímicos, como mercúrio e arsênico. A principal vantagem desta técnica é que, devido ao fluxo contínuo de água, a dinâmica das reações biogeoquímicas e a labilidade dos oligoelementos são dissociadas e acessíveis através das portas de amostragem.

E assim, esse método pode fornecer informações sobre o destino do mercúrio e do arsênico, conforme demonstrado aqui, terminando com os óxidos de ferro. Também pode ser aplicado a outros oligoelementos ou substratos transportadores. Demonstrando o procedimento Hafida Tris, um técnico do nosso laboratório.

Para iniciar este procedimento, adicione 500 mililitros de água ultrapura a um reator de vidro equipado com uma barra de agitação magnética. Adicione 50 gramas de cloreto de ferro (III) hexahidratado enquanto mexe. Adicione manualmente aproximadamente 50 mililitros de uma solução de hidróxido de sódio de 10 molares para iniciar a precipitação da ferrihidrita.

Em seguida, ajuste o pH para seis e continue mexendo por uma hora para estabilizar. Para hidróxidos e oxi-hidróxidos enriquecidos com arsênico, prepare 100 mililitros de trióxido de arsênico a uma concentração de 10 gramas por litro. Em seguida, adicione 70 mililitros desta solução à solução de óxido de ferro.

Continue mexendo por três horas. Em seguida, centrifugue a 2.000 g por 20 minutos. Remova o sobrenadante e ressuspenda o pellet com 50 mililitros de água ultrapura.

Repita a centrifugação e a ressuspensão mais duas vezes. Recupere e armazene os hidróxidos e oxihidróxidos úmidos conforme descrito no protocolo de texto. Mantenha quatro gramas de sílica gel em 40 mililitros de hidróxido de potássio a 7% em uma placa quente, mexendo com uma barra de agitação magnética até dissolver.

Adicione 60 mililitros de água ultrapura. Resfrie a solução no gelo a cerca de 20 graus Celsius para evitar que o gel se fixe muito rapidamente. Titular a mistura de sílica gel com ácido fosfórico 20% a pH 7,5.

Em seguida, misture rapidamente o gel de sílica líquido com 320 gramas de areia estéril previamente misturada com 18,3 gramas de óxidos de ferro enriquecidos com mercúrio ou arsênico antes de solidificar. Usando uma espátula, quebre a mistura gelificada. Para começar a configurar as colunas de vidro, conecte as camisas de água a um sistema de resfriamento a água.

Defina o sistema para manter uma temperatura média de 20 graus Celsius. Corte comprimentos de tubos de PTFE com um diâmetro interno de três milímetros, certificando-se de que haja comprimento suficiente para a entrada e saída da coluna. Em seguida, adicione uma camada de lã de rocha úmida à coluna a partir do topo.

Adicione 320 gramas de areia estéril. Adicione a camada final que consiste na areia estéril previamente misturada e óxidos de ferro amorfos hidratados enriquecidos fixados na matriz de sílica gel. Em seguida, conecte o fluxo de entrada à tubulação peristáltica.

Conecte a outra extremidade da tubulação peristáltica ao suprimento de meio de água. Conecte um fluxo ascendente de água estéril ultrapura continuamente borbulhada por gás nitrogênio a baixa velocidade de aproximadamente dois mililitros por hora. Depois disso, cubra a coluna com papel alumínio para bloquear a luz.

Após duas semanas, um precipitado de cor preta é observado na interface entre as duas camadas de areia. Esta zona preta invade progressivamente as zonas superiores enriquecidas com hidróxido de ferro e oxi-hidróxido, com toda a camada superior tornando-se preta no final do experimento. Após 35 dias de funcionamento contínuo, os níveis medidos de sulfato diminuem, seguidos por um aumento transitório no ferro total dissolvido.

A partir do dia 60, o total de arsênico dissolvido aumenta significativamente. No dia 54, os parâmetros físicos e químicos são perfilados. Enquanto o pH permanece próximo ao pH sete ao longo da coluna, o potencial redox muda significativamente com valores próximos a 200 milivolts negativos na zona empobrecida de ferro, onde a redução do sulfato está ocorrendo, e se aproximando de milivolts negativos no topo, onde a redução bacteriana e química do ferro está ocorrendo.

As concentrações de sulfato dissolvido atingem aproximadamente 20 miligramas por litro nas camadas inferiores e diminuem para menos de um miligrama por litro na zona rica em ferro. O sulfato também diminui drasticamente na interface entre as zonas privadas e ricas em ferro, indicando um pico de atividade de redução de sulfato. Enquanto isso, o arsênico é detectado na zona superior, enquanto as espécies de tioarseniato são vistas mais próximas da interface e o tiossulfato está na camada inferior privada de ferro.

Esses perfis de concentração indicam um pico de atividade de redução de sulfato na interface entre as camadas carentes de ferro e ricas em ferro. Após este procedimento, outros métodos como microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman ou ensaios de atividade podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como quais novos minerais são formados ou quais comunidades bacterianas se desenvolveram. Não se esqueça de que trabalhar com mercúrio e arsênico pode ser extremamente perigoso e precauções como luvas e capelas de exaustão devem ser usadas durante a execução deste procedimento.