Organotin plant uptake from a contaminated soil: phytoaccumulation and biotransformation into cultivated plant

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Fate of organotin compounds in the soil – plant system: soil persistence, plant accumulation and toxicity

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Evaluation of a combined fractionation and speciation approach for study of size-based distribution of organotin species on environmental colloids

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Suivi des éléments traces (Pb, Cd, As, Cu, Zn) dans la filière porcine du Sud-Ouest, du sol au végétal à l’animal

Ce projet a pour objectif de quantifier et de comprendre le transfert et les accumulations potentielles des éléments traces à travers les différentes étapes de la filière agro-alimentaire porcine. Cette étude se place dans le contexte (1) d’une vérification de la qualité sanitaire des produits (teneurs en Cd, Pb, As, Cu et Zn) et (2) de l’acquisition de références sur la teneur naturelle en éléments traces et leurs fréquences dans les différents compartiments de la filière (sol, grains de maïs, soja et tournesol, ration alimentaire des porcs, viande de porc, lisier). Les flux d’éléments traces sont étudiés au sein d’exploitations de polyculture-élevage porcin du Sud-Ouest (Aquitaine, Midi-Pyrénées), avec alimentation des porcs à partir des végétaux produits sur l’exploitation et achetés (tourteaux d’oléagineux). Nos modèles végétaux sont le maïs et le tournesol. Ces deux plantes se caractérisent par des capacités différentes d’accumulation d’éléments traces. Le maïs est une plante faiblement accumulatrice alors que le tournesol est plus fortement accumulateur d’éléments traces (en particulier le cadmium dont les teneurs sont parfois proches des valeurs réglementaires). Dans la première phase du projet, réalisée en 2007-2008, nous avons caractérisé la contamination des sols, lisiers et végétaux dans douze exploitations placées sous démarche qualité. Les parcelles choisies couvrent une large gamme de sols. Nous avons une gamme de sols qui représente bien une contamination diffuse, sans anomalie flagrante. Les teneurs en ETM mesurées dans les lisiers et végétaux sont conformes aux valeurs réglementaires. L’analyse des flux à la parcelle montre une accumulation de Cu et Zn liée à l’apport de lisier. Les parcelles accumulent également Pb, As et Cd mais pour des quantités annuelles beaucoup plus faibles, la source majoritaire pour As et Cd étant les engrais minéraux et pour Pb les retombées atmosphériques. Les pertes en ETM par lessivage/lixiviation n’ont pas été prises en compte dans ce projet par manque de données fiables. Dans le cadre de cette enquête, nous n’avons pas observé d’effet négatif de l’épandage de lisier sur la qualité des récoltes. Au niveau analytique, les travaux ont permis une validation de la méthode d’analyse des éléments en total (comparaison de différentes méthodes de minéralisation) ainsi que la mise au point d’une méthode d’analyse de spéciation de l’arsenic dans les matrices du projet qui est transférable à ces laboratoires de routine. Durant la deuxième phase de l’étude, en 2008-2010, nous avons recherché à quantifier les flux d’ETM le long de la filière porcine en distinguant d’une part le système animal (aliment - organes animaux - lisiers) et d’autre part le système sol-plante. Nous avons suivi les flux d’ETM dans la plante modèle maïs en croissance et à les modéliser sur une base mécaniste prenant en compte le développement de l’organe de prélèvement (système racinaire) et la concentration dans la solution du sol ou le flux de diffusion maximal obtenu par DGT, dans 4 exploitations identifiées durant la première phase d’enquête de terrain (essai « maïs croissance »). Cet essai a notamment montré que les teneurs en ETM dans les grains ne peuvent pas être prédites précisément à partir de variables du sol, et que l’accumulation des ETM dans la plante est liée à la croissance selon un modèle conduisant à une dilution dans la biomasse avec le temps. Une expérimentation en station porcine (station expérimentale IFIP à Villefranche sur Rouergue) a été menée afin de mesurer des flux à l’échelle de l’animal dans des conditions contrôlées, où les lisiers peuvent être récupérés individuellement. Les animaux exposés à des aliments aux teneurs en Pb et Cd élevées (mais respectant la réglementation en alimentation animale) présentent des concentrations en ces éléments plus élevées dans les foies et reins. Elles sont inférieures à la réglementation pour les foies, et pour le Pb dans les reins, mais dépassent la limite réglementaire pour le Cd dans les reins. Par contre, les concentrations en Pb et Cd dans les muscles (jambon) sont très faibles, majoritairement inférieures à la limite de quantification. Une large part des ETM ingérée est excrétée par les déjections. Concernant l’effet du mode de gestion des lisiers sur le flux d’ETM, les simulations réalisées ont permis de pointer que les différentes techniques (techniques séparatives, traitement par nitrification/dénitrification couplé à une simple ou double séparation de phase, traitement par digestion anaérobie) ne modifient pas de façon conséquente les flux d’ETM sur l’exploitation, et conduisent à l’obtention d’un coproduit concentré en Cu et Zn qui ne sont pas exportables car ne répondant pas aux exigences de la norme NF-U44-051

The potential of asymmetric flow field-flow fractionation hyphenated to multiple detectors for the quantification and size estimation of silica nanoparticles in a food matrix

This work represents a first systematic approach tothe size-based elemental quantification and size estimation ofmetal(loid) oxide nanoparticles such as silica (SiO2) in a realfood matrix using asymmetric flow field-flow fractionationcoupled online with inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS) and multi-angle light scattering (MALS)and offline with transmission electron microscopy (TEM)with energy-dispersive X-ray analysis (EDAX). Coffeecreamer was selected as the model sample since it is knownto contain silica as well as metal oxides such as titania at themilligramme per kilogramme levels. Optimisation of samplepreparation conditions such as matrix-to-solvent ratio,defatting with organic solvents and sonication time that mayaffect nanoparticle size and size distribution in suspensionswas investigated. Special attention was paid to the selection ofconditions that minimise particle transformation during samplepreparation and analysis. The coffee creamer matrix componentswere found to stabilise food grade SiO2 particles incomparison with water suspensions whilst no significant effectof defatting using hexane was found. The use of samplepreparation procedures that mimic food cooking in real lifewas also investigated regarding their effect on particle sizeand particle size distribution of silica nanoparticles in theinvestigated food matrix; no significant effect of the watertemperature ranging from ambient temperature to 60 °C wasobserved. Field-flow fractionation coupled to inductivelycoupled plasma-mass spectrometry (FFF-ICP-MS) analysisof extracts of both unspiked coffee creamer and coffee creamerspiked with food grade silicon dioxide, using differentapproaches for size estimation, enabled determination ofSiO2 size-based speciation. Element-specific detection byICP-MS and post-FFF calibration with elemental calibrationstandards was used to determine the elemental composition ofsize fractions separated online by FFF. Quantitative data onmass balance is provided for the size-based speciation ofthe investigated inorganic nano-objects in the complexmatrix. The combination of FFF with offline fractionationby filtration and with detection by ICP-MS and TEM/EDAXhas been proven essential to provide reliable information ofnanoparticle size in the complex food matrix