Effects of Iron Concentration Level in Extracting Solutions from Contaminated Soils on the Determination of Zinc by Flame Atomic Absorption Spectrometry with Two Background Correctors

Zinc and iron concentrations were determined after digestion, water, and three-step sequential extractions of contaminated soils. Analyses were carried out using flame absorption spectrometry with two background correctors: a deuterium lamp used as the continuum light source (D2 method) and the high-speed self-reversal method (HSSR method). Regarding the preliminary results obtained with synthetic solutions, the D2 method often emerged as an unsuitable configuration for compensating iron spectral interferences. In contrast, the HSSR method appeared as a convenient and powerful configuration and was tested for the determination of zinc in contaminated soils containing high amounts of iron. Simple, fast, and interference-free method, the HSSR method allows zinc determination at the ppb level in the presence of large amounts of iron with high stability, sensitivity, and reproducibility of results. Therefore, the HSSR method is described here as a promising approach for monitoring zinc concentrations in various iron-containing samples without any pretreatment

In vitro investigations of human bioaccessibility from reference materials using simulated lung fluids

An investigation for assessing pulmonary bioaccessibility of metals from reference materials is presented using simulated lung fluids. The objective of this paper was to contribute to an enhanced understanding of airborne particulate matter and its toxic potential following inhalation. A large set of metallic elements (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sr, and Zn) was investigated using three lung fluids (phosphate-buffered saline, Gamble’s solution and artificial lysosomal fluid) on three standard reference materials representing different types of particle sources. Composition of the leaching solution and four solid-to-liquid (S/L) ratios were tested. The results showed that bioaccessibility was speciation- (i.e., distribution) and element-dependent, with percentages varying from 0.04% for Pb to 86.0% for Cd. The higher extraction of metallic elements was obtained with the artificial lysosomal fluid, in which a relative stability of bioaccessibility was observed in a large range of S/L ratios from 1/1000 to 1/10,000. For further investigations, it is suggested that this method be used to assess lung bioaccessibility of metals from smelter-impacted dust

Effects of Iron Concentration Level in Extracting Solutions from Contaminated Soils on the Determination of Zinc by Flame Atomic Absorption Spectrometry with Two Background Correctors

Zinc and iron concentrations were determined after digestion, water, and three-step sequential extractions of contaminated soils. Analyses were carried out using flame absorption spectrometry with two background correctors: a deuterium lamp used as the continuum light source (D 2 method) and the high-speed self-reversal method (HSSR method). Regarding the preliminary results obtained with synthetic solutions, the D 2 method often emerged as an unsuitable configuration for compensating iron spectral interferences. In contrast, the HSSR method appeared as a convenient and powerful configuration and was tested for the determination of zinc in contaminated soils containing high amounts of iron. Simple, fast, and interference-free method, the HSSR method allows zinc determination at the ppb level in the presence of large amounts of iron with high stability, sensitivity, and reproducibility of results. Therefore, the HSSR method is described here as a promising approach for monitoring zinc concentrations in various iron-containing samples without any pretreatment

Speciation of trace metals (Cd, Cu, Pb, Zn) in solutions of an unpolluted planosolic soil (Massif Central, France)

Afin de contribuer à l’évaluation du risque environnemental lié à la contamination des sols par les métaux, la connaissance de leur spéciation, ainsi que des facteurs contrôlant leur mobilité et leur biodisponibilité dans des sols non anthropisés est nécessaire. Ce travail a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques des eaux de subsurface circulant dans un sol non anthropisé de type Planosol (Massif Central, France) et de quantifier les processus de régulation de la mobilité de certains métaux traces (Cd, Cu, Pb, Zn) dans les solutions du sol. Les Planosols se définissent par leur morphologie et leur fonctionnement hydrique particulier où les horizons supérieurs perméables présentent un excès d’eau en hiver et au printemps. Trois stations ont été choisies en fonction de la topographie au niveau desquelles les eaux du sol ont été prélevées, de 2004 à 2006 pendant la période de saturation des sols, dans deux horizons différents : dans l’horizon éluvial appauvri et blanchi et dans l’horizon concrétionné riches en oxyhydroxydes de fer et de manganèse. L’objectif de ce travail était d’étudier, au sein de ces horizons, la distribution de Cd, Cu, Pb et Zn dans les solutions du sol et de déterminer les propriétés de complexation et d’adsorption de la matière organique (MO) et des particules minérales (oxyhydroxydes de fer, de manganèse et d’aluminium, argiles) vis-à-vis de ces métaux. Les ETM sont présents sous différentes espèces dissoutes et particulaires. Cette distribution est le résultat de processus physiques, chimiques et biologiques qui sont contrôlés par de nombreux facteurs (pH, pe, nature et teneur en particules, concentrations en cations majeurs, en ligands inorganiques et organiques dissous, …). Deux approches ont été couplées pour étudier la spéciation des métaux (Cd, Cu, Pb et Zn) dans les solutions du sol : (1) exploitation des données acquises sur le terrain (analyse de leurs concentrations totales dans les fractions dissoute et particulaire) puis recherche de liens avec les autre composés présents dans la solution, et (2) détermination expérimentale de leurs affinités potentielles avec la MO par voltamétrie et potentiométrie afin d’acquérir des grandeurs (constantes de complexation et concentration de sites) permettant de déterminer la spéciation potentielle de ces éléments par calcul thermodynamique (PHREEQCI). L’approche analytique a montré l’importance des particules, notamment dans l’horizon concrétionné, qui constituent un support pour le transfert des métaux. En effet, les ETM sont significativement corrélés aux éléments tels que le fer, l’aluminium, le silicium ainsi qu’au carbone organique particulaire, mettant en évidence plusieurs processus, notamment des réactions d’adsorption sur les argiles ou gels de silice, sur les oxydes ou oxyhydroxydes de fer et d’aluminium et sur la matière organique. Ces composés peuvent être présents sous formes de particules simples ou de particules mixtes car leurs comportements semblent liés. Par contre, pour les espèces métalliques dissoutes, aucun processus prépondérant n’a été mis en évidence, ce qui peut s’expliquer par une compétition entre les différents mécanismes impliqués dans la distribution des éléments en solution, ou bien par un déséquilibre chimique (ou thermodynamique) global du système étudié. L’approche expérimentale a permis de mettre en évidence en solution des réactions potentielles entre les métaux et la matière organique dissoute, notamment des réactions de complexation, dans le cas de Cd, Cu, Pb et Zn, ainsi que des réactions d’adsorption, uniquement dans le cas du cuivre. Le couplage de ces deux approches a permis de mettre en évidence une compétition entre les réactions à l’interface solide-solution et les réactions en solution dans les deux horizons de sol étudiés. Dans l’horizon concrétionné, les métaux (principalement Cu, Pb et Zn) ont des affinités beaucoup plus fortes pour les réactions de surface avec les particules (minérales et/ou organiques) que pour les réactions de complexation en solution. La compétition est donc en faveur des particules qui jouent ici un rôle prépondérant car elles contrôlent la spéciation de ces métaux. La distribution des métaux traces dans les deux horizons étudiés est différent. Les résultats montrent que la composition chimique des solutions est principalement liée à la texture du sol (et donc la porosité) et à l’hydrodynamique du système. En effet, ces deux paramètres vont réguler la distribution des éléments en solutionNo summary avalaibl

Une méthode simplifiée pour estimer la bioaccessibilité orale des polluants métalliques dans les sols

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Speciation of trace metals (Cd, Cu, Pb, Zn) in solutions of an unpolluted planosolic soil (Massif Central, France)

Afin de contribuer à l’évaluation du risque environnemental lié à la contamination des sols par les métaux, la connaissance de leur spéciation, ainsi que des facteurs contrôlant leur mobilité et leur biodisponibilité dans des sols non anthropisés est nécessaire. Ce travail a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques des eaux de subsurface circulant dans un sol non anthropisé de type Planosol (Massif Central, France) et de quantifier les processus de régulation de la mobilité de certains métaux traces (Cd, Cu, Pb, Zn) dans les solutions du sol. Les Planosols se définissent par leur morphologie et leur fonctionnement hydrique particulier où les horizons supérieurs perméables présentent un excès d’eau en hiver et au printemps. Trois stations ont été choisies en fonction de la topographie au niveau desquelles les eaux du sol ont été prélevées, de 2004 à 2006 pendant la période de saturation des sols, dans deux horizons différents : dans l’horizon éluvial appauvri et blanchi et dans l’horizon concrétionné riches en oxyhydroxydes de fer et de manganèse. L’objectif de ce travail était d’étudier, au sein de ces horizons, la distribution de Cd, Cu, Pb et Zn dans les solutions du sol et de déterminer les propriétés de complexation et d’adsorption de la matière organique (MO) et des particules minérales (oxyhydroxydes de fer, de manganèse et d’aluminium, argiles) vis-à-vis de ces métaux. Les ETM sont présents sous différentes espèces dissoutes et particulaires. Cette distribution est le résultat de processus physiques, chimiques et biologiques qui sont contrôlés par de nombreux facteurs (pH, pe, nature et teneur en particules, concentrations en cations majeurs, en ligands inorganiques et organiques dissous, …). Deux approches ont été couplées pour étudier la spéciation des métaux (Cd, Cu, Pb et Zn) dans les solutions du sol : (1) exploitation des données acquises sur le terrain (analyse de leurs concentrations totales dans les fractions dissoute et particulaire) puis recherche de liens avec les autre composés présents dans la solution, et (2) détermination expérimentale de leurs affinités potentielles avec la MO par voltamétrie et potentiométrie afin d’acquérir des grandeurs (constantes de complexation et concentration de sites) permettant de déterminer la spéciation potentielle de ces éléments par calcul thermodynamique (PHREEQCI). L’approche analytique a montré l’importance des particules, notamment dans l’horizon concrétionné, qui constituent un support pour le transfert des métaux. En effet, les ETM sont significativement corrélés aux éléments tels que le fer, l’aluminium, le silicium ainsi qu’au carbone organique particulaire, mettant en évidence plusieurs processus, notamment des réactions d’adsorption sur les argiles ou gels de silice, sur les oxydes ou oxyhydroxydes de fer et d’aluminium et sur la matière organique. Ces composés peuvent être présents sous formes de particules simples ou de particules mixtes car leurs comportements semblent liés. Par contre, pour les espèces métalliques dissoutes, aucun processus prépondérant n’a été mis en évidence, ce qui peut s’expliquer par une compétition entre les différents mécanismes impliqués dans la distribution des éléments en solution, ou bien par un déséquilibre chimique (ou thermodynamique) global du système étudié. L’approche expérimentale a permis de mettre en évidence en solution des réactions potentielles entre les métaux et la matière organique dissoute, notamment des réactions de complexation, dans le cas de Cd, Cu, Pb et Zn, ainsi que des réactions d’adsorption, uniquement dans le cas du cuivre. Le couplage de ces deux approches a permis de mettre en évidence une compétition entre les réactions à l’interface solide-solution et les réactions en solution dans les deux horizons de sol étudiés. Dans l’horizon concrétionné, les métaux (principalement Cu, Pb et Zn) ont des affinités beaucoup plus fortes pour les réactions de surface avec les particules (minérales et/ou organiques) que pour les réactions de complexation en solution. La compétition est donc en faveur des particules qui jouent ici un rôle prépondérant car elles contrôlent la spéciation de ces métaux. La distribution des métaux traces dans les deux horizons étudiés est différent. Les résultats montrent que la composition chimique des solutions est principalement liée à la texture du sol (et donc la porosité) et à l’hydrodynamique du système. En effet, ces deux paramètres vont réguler la distribution des éléments en solutionNo summary avalaibl

In Vitro Investigations of Human Bioaccessibility from Reference Materials Using Simulated Lung Fluids

An investigation for assessing pulmonary bioaccessibility of metals from reference materials is presented using simulated lung fluids. The objective of this paper was to contribute to an enhanced understanding of airborne particulate matter and its toxic potential following inhalation. A large set of metallic elements (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sr, and Zn) was investigated using three lung fluids (phosphate-buffered saline, Gamble’s solution and artificial lysosomal fluid) on three standard reference materials representing different types of particle sources. Composition of the leaching solution and four solid-to-liquid (S/L) ratios were tested. The results showed that bioaccessibility was speciation- (i.e., distribution) and element-dependent, with percentages varying from 0.04% for Pb to 86.0% for Cd. The higher extraction of metallic elements was obtained with the artificial lysosomal fluid, in which a relative stability of bioaccessibility was observed in a large range of S/L ratios from 1/1000 to 1/10,000. For further investigations, it is suggested that this method be used to assess lung bioaccessibility of metals from smelter-impacted dusts

Competition between particles and dissolved organic matter for trace metal binding in unpolluted soil solutions: Monitoring and thermodynamic approaches

International audienceIn this study, monitoring and thermodynamic approaches were combined in order to identify the dominant features, which control the speciation of Cd, Cu, Pb, and Zn in solutions from unpolluted planosolic soil (North Massif Central, France). Three sites were selected according to topography and monitored from January to May 2006 using piezometers. The sandy-loam to clay-loam organic-rich horizon (horizon A) and the gravely and concretion-rich horizon (horizon E) were chosen to assess the potential impact of type of horizon on the chemical speciation of metals in the soil solutions. Binding of metals to organic ligands was studied by differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV) in order to acquire experimental data which could be used for the validation of speciation models. These data, together with data from the literature on properties of natural particulate matter, were used to determine the speciation of Cd, Cu, Pb and Zn with a thermodynamic code (PHREEQC). The observed and predicted speciation were compared to estimate the contributions of natural dissolved organic matter and of particles to the binding of metal ions. There was a good match between observed and predicted results, validating the approach used. Results show that particles (mixed iron and aluminium oxides ± clays ± organic matter) play the main role in the speciation of the trace metals in soil waters rather than complexation with dissolved organic matter. Moreover, particles govern speciation to a greater extent in horizon E than in horizon A, which can be linked to hydrodynamics (reaction time between water and soil due to porosity) and chemical reactivity of the solution circulating

Bioaccessibilité orale des métaux dans les sols

International audienc

Bioaccessibilité orale des métaux dans les sols

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