आयरन (ऑक्सी) Hydroxides, ट्रेस तत्वों, और बैक्टीरिया के बीच Anaerobic Biogeochemical इंटरैक्शन का अध्ययन करने के लिए प्रायोगिक कॉलम सेटअप
Summary
भाग्य और aquifers में आर्सेनिक और पारा के speciation निकट फिजियो-रासायनिक स्थितियों और माइक्रोबियल गतिविधि से संबंधित हैं । यहां, हम एक मूल प्रयोगात्मक कॉलम सेटअप है कि एक aquifer नकल और anoxic स्थितियों में ट्रेस तत्व biogeochemistry की एक बेहतर समझ में सक्षम बनाता है प्रस्तुत करते हैं । दो उदाहरण प्रस्तुत कर रहे हैं, geochemical और सूक्ष्मजीवविज्ञानी दृष्टिकोण के संयोजन ।
Abstract
भाग्य और speciation तत्वों का पता लगाने (द्वीतीय), जैसे आर्सेनिक (के रूप में) और बुध (पारा), aquifers में redox क्षमता (एह) और पीएच जैसे फिजियो-रासायनिक स्थितियों से निकटता से संबंधित हैं, लेकिन यह भी माइक्रोबियल गतिविधियों है कि एक प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष भूमिका पर खेल सकते हैं speciation and/या गतिशीलता । दरअसल, कुछ बैक्टीरिया सीधे के रूप में ऑक्सीकरण कर सकते है (iii) के रूप में (v) या कम के रूप में (v) को (iii) के रूप में । इसी तरह, बैक्टीरिया दृढ़ता से पारा साइकिल चालन में शामिल हैं, या तो इसके मिथाइल के माध्यम से, neurotoxin monomethyl पारा बनाने, या इसकी कमी के माध्यम से मौलिक पारा डिग्री करने के लिए । दोनों के रूप में और पारा के भाग्य भी दृढ़ता से मिट्टी या aquifer संरचना से जुड़े हुए हैं; वास्तव में, के रूप में और पारा कार्बनिक यौगिकों या (ऑक्सी) hydroxides, जो उनकी गतिशीलता को प्रभावित करेगा को बांध कर सकते हैं । बदले में, बैक्टीरियल गतिविधियों जैसे आयरन (ऑक्सी) हीड्राकसीड कमी या कार्बनिक पदार्थ खनिज परोक्ष रूप से प्रभाव कर सकते है और पारा ज़ब्ती । सल्फेट/सल्फाइड की उपस्थिति भी दृढ़ता से इस तरह के रूप में या metacinnabar पारा के साथ thio-arsenates के रूप में परिसरों के गठन के माध्यम से इन विशेष तत्वों को प्रभावित कर सकते हैं ।
नतीजतन, कई महत्वपूर्ण सवाल भाग्य और पर्यावरण में और पारा के रूप में speciation और कैसे उनकी विषाक्तता सीमा पर उठाया गया है । हालांकि, aquifer घटकों के प्रति उनकी प्रतिक्रिया के कारण, यह स्पष्ट रूप से अलग biogeochemical प्रक्रियाओं है कि और इन ते के भाग्य पर उनके विभिंन प्रभावों को उत्पंन करने के लिए मुश्किल है ।
ऐसा करने के लिए, हम एक मूल, प्रयोगात्मक, कॉलम सेटअप है कि के रूप में या पारा-लौह-ऑक्साइड अमीर क्षेत्रों बनाम लौह समाप्त क्षेत्रों के साथ एक aquifer नकल, anoxic स्थितियों में ते biogeochemistry की एक बेहतर समझ को सक्षम करने विकसित की है । निंनलिखित प्रोटोकॉल स्तंभ सेट अप के लिए या तो के रूप में या पारा, साथ ही साथ एक उदाहरण के लिए कदम निर्देश द्वारा कदम देता है के रूप में आयरन और सल्फेट को कम करने की शर्तों के तहत ।
Introduction
समझ और वातावरण में ट्रेस तत्व (ते) गतिशीलता और biogeochemistry की भविष्यवाणी के क्रम में निगरानी, विकास, और प्रदूषित साइटों के लिए उपयुक्त प्रबंधन निर्णय लागू करने के लिए आवश्यक है । यह विशेष रूप से आर्सेनिक (as) और पारा (पारा) जैसे विषाक्त द्वीतीय के मामले में लागू होता है । भाग्य और मिट्टी या aquifers में इन द्वीतीय के speciation बारीकी से फिजिको-रासायनिक स्थितियों, जैसे एह और पीएच के लिए, लेकिन यह भी माइक्रोबियल गतिविधियों है कि या तो speciation पर प्रत्यक्ष भूमिका या गतिशीलता पर एक अप्रत्यक्ष भूमिका निभा सकते हैं करने के लिए संबंधित हैं ।
दरअसल, कुछ बैक्टीरिया सीधे के रूप में ऑक्सीकरण कर सकते है (iii) के रूप में (v) या कम के रूप में (v) को (iii) के रूप में । यह विषाक्तता के रूप में प्रभावित करता है, क्योंकि के रूप में (iii) के रूप में सबसे विषाक्त रूप है, और गतिशीलता, के रूप में (iii) से अधिक मोबाइल के रूप में (V), जो आसानी से लौह (ऑक्सी) hydroxides या कार्बनिक पदार्थ1,2adsorb कर सकते हैं । इसी तरह, बैक्टीरिया दृढ़ता से पारा साइकिल चालन में शामिल हैं, या तो इसके मिथाइल के माध्यम से, मुख्य रूप से सल्फेट और आयरन को कम करने बैक्टीरिया3,4, neurotoxin monomethyl पारा बनाने (आसानी से खाद्य श्रृंखला में जमा), या अस्थिर प्राथमिक पारा (पारा °)5के लिए अपनी कमी के माध्यम से ।
दोनों के रूप में और पारा भाग्य भी दृढ़ता से मिट्टी या aquifer संरचना से जुड़े हुए हैं, जैसे कार्बनिक पदार्थ या लौह (ऑक्सी) hydroxides के रूप में यौगिकों उनके ज़ब्ती और जैव उपलब्धता को प्रभावित कर सकते हैं । के रूप में (V) adsorbs अच्छी तरह से आयरन (ऑक्सी) hydroxides6, जबकि पारा कार्बनिक पदार्थ के लिए एक बहुत ही उच्च समानता है (ओम; मुख्य रूप से thiol समूहों के लिए) लेकिन यह भी कोलाइडयन आयरन या मैंगनीज (ऑक्सी) hydroxides के लिए ओम समाप्त वातावरण में7,8 , 9 , 10 , 11.
बैक्टीरियल गतिविधियों तो लौह (ऑक्सी) hydroxides या कार्बनिक पदार्थ की खनिज की कमी के माध्यम से (ऑक्सी) hydroxides या कार्बनिक पदार्थ द्वीतीय adsorbed के भाग्य को प्रभावित कर सकते हैं । प्रत्यक्ष जीवाणुओं द्वारा आयरन की कमी सल्फर समाप्त क्षेत्र में आयरन की कमी के लिए प्रमुख मार्ग है12,13, fe (iii) एक टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता के रूप में इस्तेमाल किया जा रहा है, जबकि परोक्ष रूप से, fe (iii) सल्फाइड द्वारा fe (द्वितीय) को कम किया जा सकता है एक बैक्टीरियल सल्फेट कमी14द्वारा गठित । इसके अलावा, सल्फेट की उपस्थिति भी पारा को संशोधित कर सकते है और इस तरह के thio के रूप में परिसर के गठन के माध्यम से speciation के रूप में-arsenates15 के साथ के रूप में या metacinnabar पारा के साथ ।
इस प्रकार, ऐसे पारा और के रूप में, ते के भाग्य पर लौह और सल्फेट साइकिल चालन के प्रभाव की एक बेहतर समझ हमें दूषित साइटों को बेहतर प्रबंधन और मिट्टी और पानी की गुणवत्ता बनाए रखने में मदद कर सकता है । डेटा मौजूदा धातु-गतिशीलता मॉडल को सुदृढ़ करने में भी योगदान दे सकता है । माइक्रोबियल Fe (III)-कमी16,17,18 ते की desorption पैदा कर सकता है । सैद्धांतिक रूप से, सल्फेट की माइक्रोबियल कमी द्वारा उत्पादित सल्फाइड द्वारा लौह (ऑक्सी) hydroxides की अप्रत्यक्ष कमी भी ते गतिशीलता को प्रभावित कर सकता है । हालांकि, हद और इन प्रतिक्रियाओं की कैनेटीक्स आम तौर पर बैच समरूप सिस्टम या बैच microcosms16,18,19,20में अध्ययन किया जाता है । बैच प्रयोगों की खामी होने से होने वाली घटनाएं पृथक्करण की कमी है; दरअसल, गतिविधि पर आधारित है और बैच में मौजूद संसाधनों द्वारा सीमित है और केवल speciation और सोखना में बदलाव का एक अंतिम परिणाम देता है । एक कॉलम दृष्टिकोण का उपयोग कर प्रवाह मीडिया के नवीकरण और समय और स्थान पर ते के भाग्य की निगरानी में सक्षम बनाता है । इन शर्तों को और अधिक यथार्थवादी जब एक aquifer, जहां असली घटनाएं बारीकी से लगातार चूना की स्थिति से जुड़े हुए है की तुलना में हैं । इसके अलावा, विषम लौह (ऑक्सी) aquifer तलछट में हीड्राकसीड घटना आम है21,23, और ठोस चरणों की mineralogical और रासायनिक संरचना में स्थानिक परिवर्तन निश्चित रूप से माइक्रोबियल गतिविधियों ड्राइव .
इन heterogeneities के प्रभाव को भू-माइक्रोबियल संघटना और लौह-संबद्ध ते के भाग्य पर स्पष्ट करने के लिए, हमने एक प्रयोगशाला, एक सरलीकृत मॉडल aquifer का प्रतिनिधित्व करने वाला एक निरंतर-फेड स्तंभ विकसित किया । कॉलम में एक लौह-समाप्त क्षेत्र स्तंभ प्रवेश द्वार और शीर्ष पर एक लौह-समृद्ध क्षेत्र बनाने के लिए भरा है । नियमित नमूना बंदरगाहों प्रत्येक क्षेत्र के रूप में अच्छी तरह से इंटरफेस से जुड़े घटना का अध्ययन करने के लिए हमें सक्षम करें । पारा भाग्य और speciation के अध्ययन के लिए इस प्रायोगिक उपकरण के आवेदन का एक उदाहरण पहले से ही24उपलब्ध है । यहां हम प्रयोगात्मक सेटअप और अपने आवेदन का एक दूसरा उदाहरण दूषित aquifers में के रूप में के व्यवहार पर ध्यान केंद्रित का एक विस्तृत विवरण दे ।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रायोगिक कॉलम सेटअप सतत स्थितियों में anaerobic biogeochemical प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक सुविधाजनक प्रयोगशाला उपकरण साबित हुआ । लगातार कॉलम सिस्टम की स्थिति में काम करने की अनुमति असली aquifers के उन लोगों के…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम BRGM, Conseil Général ड्यू Loiret और कार्नो इंस्टिट्यूट से एक postdoctoral ग्रांट द्वारा वित्त पोषित सह था । हम यह भी कृतज्ञता Région केंद्र द्वारा धुरी परियोजना के लिए प्रदान की वित्तीय सहायता स्वीकार करते है-वैल डी लॉयर ।
Materials
| Glass columns | Beaucaverre, France | Specific request | columns were composed of 3 separate pieces, the main column core with the cooling jacket and the 5 sampling ports (size GL14 with olive) and a top and bottom piece that fits to the main column body and is held in place with a silicone joint and screw (RIN F 40×38 & SVL 42). note: this design was discussed directly with the company. We recommend to find a local glazier. |
| Septa PTFE/silicone diam 20mm | Sigma-Aldrich | 508608 | |
| PTFE tubing ID 3mm | VWR | 228-0745 | |
| Peristaltic pump | Dominique Dutsher SAS | 66493 | |
| Peristaltic pump tubing LMT 55 | VWR | 224-2250 | Tygon® LMT 55 |
| Fontainbleau sand D50=209 µm | SIBELCO, France | ||
| N2 for bubbling | Air Liquide, France | ||
| Gamma iradiation | Ionisos, Dagneux, France | ||
| Automatic Mercury Analyser (AMA 254, ) | Courtage Analyses, France | ||
| Varian SpectrAA 300 Zeeman | Agilent | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| HNO3 Supra pur | VWR | 1.00441.1000 | Producer: Merck |
| HCL 30% Supra pur | VWR | 1.00318.1000 | Producer: Merck |
| Hg(NO3)2 | Merck | 516953 | |
| As2O3 | Merck | 202673 | |
| FeCl3-6H2O | Merck | 207926 | |
| silica gel | Sigma-Aldrich | 336815-500G |
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