Introduction and Removal of Disinfection Byproducts and Mutagenic Activity by Chemical and Photolytic Treatments

La désinfection des eaux de consommation par chloration est connue comme étant à l'origine de la formation de sous-produits organochlorés. Certains de ces sous produits présentent une activité mutagène. Les plus abondants produits organochlorés et les plus fréquemment présents dans les eaux sont les trihalométhanes, les haloacétonitriles, les acides haloacétiques, les chlorocétones et les chlorophénols. En 1981, Holmbom et al ont mentionné l'identification d'une hydroxyfuranone chlorée, le 3-chloro-4-(dichlorométhyl-5-hydroxy-2 (5H)furanone (ou MX), dans des effluents de papeterie.Puis, il a été montré que le MX est un des plus puissants mutagènes, en termes de génotoxicité mesurée par le test d'Ames, avec les souches TA 100. En 1985, le MX a été détecté dans des extraits d'eaux chlorées issues de Finlande. Un peu plus tard, il a été évalué que le MX contribue à plus de 57 % de la génotoxicité des eaux. Le MX a été de nouveau détecté dans des eaux chlorées aux USA, au Canada, au Royaume Uni, au Japon et en Chine.Pendant les deux dernières décennies, les distributeurs d'eau potable ont fait des progrès significatifs dans la diminution des concentrations en organochlorés dans les eaux. Ces améliorations de la qualité des eaux passe par l'utilisation croissante d'eaux brutes de meilleure qualité (eaux souterraines), la surpression de la pré-chloration et l'amélioration du traitement de la coagulation-floculation, de la filtration (en particulier, lente sur sable), de la pré-oxydation (avec d'autres réactifs désinfectants que le chlore) pour conduire à l'utilisation de faibles doses de chlore en désinfection finale. Cependant, il reste des préoccupations d'ordre génotoxique concernant la présence de sous-produits organochlorés dans les eaux de consommation. Cet article est une revue de certains de nos résultats sur la production et l'élimination des Sous-produits de désinfection et l'activité mutagène qu'ils engendrent, après traitement de différentes eaux par le chlore, le dioxyde de chlore, la monochloramine, I'ozone, les radiations W et différents traitements combinés.L'allure de la réponse de mutagénicité et l'identification des sous-produits organochlorés ayant été trouvées similaires pour des solutions de substances humiques chlorées en laboratoire et des eaux potables chlorées, les eaux brutes contenant des substances humiques sont donc tout à fait adaptées aux études de laboratoires sur la formation des sous-produits de désinfection dans les eaux potables. Les eaux étudiées dans ce travail ont été collectées dans le lac Savojärvi situé au sud-ouest de la Finlande, dans l'eau souterraine de St Jansklooster aux Pays Bas et dans les rivières Meuse et Rhin, également aux Pays-Bas. L'eau du lac Savojärvi et celle de St Jansklooster sont des eaux fortement colorées de par la présence de concentrations élevées en substances humiques (COD de 20 mg/l et 6,5 mg/l, respectivement). Les teneurs en COD des eaux de la Meuse et du Rhin étaient de 3,8 mg/l et 4,2 mgA, respectivement. Les prélèvements d'eau ont été filtrés (0,45 µm) et le pH a été ajusté à 7,0 (par une solution de soude et un tampon phosphate) avant toute expérimentation. Les désinfectants et les doses utilisées sont donnés dans Ie tableau 1La MX et autres composés mutagènes ont été extraits des eaux acidifiées (pH 2,1) par extraction liquide-liquide (en 4 fois) par de l'éther éthylique fraîchement distillé. La totalité des extraits ont été déshydratés par congélation à - 20·C. Une partie des extraits a été ensuite évaporée à sec et le résidu a été redis sous dans du diméthyl sulfoxyde et l'activité mutagène a été testée. Une autre partie de l'extrait, dans laquelle a été ajouté l'acide mucobromique comme étalon interne, a été utilisée pour le dosage du MX. Cet extrait a été évaporé à sec, puis méthylé pendant 1 heure à 70 ·C, avec du méthanol en présence de 2 % d'acide sulfurique. Après neutralisation avec 2 % de bicarbonate de sodium et extraction des dérivés methylés par le n-hexane, les extraits ont été analysés par CG/SM.Les produits de réaction volatils, formés pendant l'irradiation UV ont été isolés par la technique de CLSA ("closed-loop stripping apparatus") décrite par Grob et Zurcher en 1976. Une série de 1-chloroalcanes ont été utilisés comme étalons internes.Les acides carboxyliques ont été isolées par extraction liquide-liquide de l'eau acidifié (pH 1) et analyse après estérification par le butanol en milieu acide.Le chloroforme a été extrait de 100 ml de chaque échantillon, par de l'éther de pétrole dopé avec du tetrachloroéthylène comme étalon interne.Les tests de mutagénicité ont été effectués en accord avec la méthode de Ames et al., utilisant la souche TA 100 Salmonella typhimurium, sans activation métabolique. Le 3-chloro-1,2-propanediol a été utilisé comme contrôle positif. La contribution du MX à la mutagénicité de la souche TA 100, a été calculée en multipliant la concentration molaire du MX par la mutagénicite spécifique du MX (5 600 revertants nets/nmol).Le carbone organique dissous (COD) a été dosé par un analyseur de carbone Ionics 555 à la concentration en AOX, avec un analyseur Dohrmann DX 20.L'identification du MX et des autres sous-produits acides a été réalisée par un détecteur de masse HP 5971 couplé à une chromatographie gazeuse HP 5980 (séries 11) et un système de données Vectra 386/25. Les données sur le détermination du MX ont été acquises en mode SlM. L'identification a été basée sur la correspondance des temps de rétention et sur l'intensité relative des pics de fragmentation, en accord avec les données du tableau 2. Les données pour les autres acides ont été acquises en mode ionisation.La séparation a été effectuée sur une colonne capillaire HP 1, de 25 m de longueur et de 20 µm de diamètre intérieur avec une épaisseur de phase stationnaire de 0,33 µm La température du four de chromatographie a été programmée de 50 ac à 270 ·C, à une vitesse de 8 ·C/min. Le spectrophotométre de masse a été réglé en mode impact électronique (70 eV) et la température de la source d'ions, à 140·C. La quantification des acides carboxyliques a été effectuée à l'aide d'une chromatographie gazeuse Varian (modèle 3700) équipée d'un détecteur à ionisation de flamme et d'une station de travail Omega de Perkin Elmere. La quantification du chloroforme a été effectuée avec le même équipement. Les analyses ont été faites en isotherme (50 ·C) et la détection, assurée par un détecteur à capture d'électrons. Les chlorites ont été déterminés par titrage à la DPD-FAS.L'eau du lac riche en substances humiques qui a été traitée par le procédé d'oxydation combinée UV/chlore a été trouvée fortement mutagène et contenant des concentrations de MX et de chloroforme plus élevées que dans l'eau traitée au chlore seul.La même observation a pu être faite concernant la mutagénicité et la concentration en chloroforme des eaux pré-traitées avec des faibles doses d'ozone et par UV/ozone, respectivement.Quand des doses plus élevées de ces oxydants puissants ont été utilisées en prétraitement, I'activité mutagène, les concentrations en MX et chloroforme ont été trouvées plus faibles que dans les eaux chlorées sans pré-traitement.La combinaison UV/ozone a été trouvée être plus efficace que l'ozonation seule dans la destruction des composés précurseurs de mutagénicité et de chloroforme.Plus la teneur en dioxyde de chlore est élevée dans la combinaison chloretdioxyde de chlore, plus les niveaux de mutagénicité et les concentrations de MX, chloroforme et AOX sont faibles. La production de chlorites augmente avec la proportion de dioxyde de chlore.Des aldéhydes, des n-alcanes et des acides carboxyliques de faible masse moléculaire ont été identifiés comme sous-produits du traitement par UV de l'eau de lac riche en substances humiques. L'activité mutagène (rapportée au COD) est approximativement similaire après chloration de l'eau de surface et des eaux souterraines riches en substances humiques, qu'après chloration des eaux des rivières Meuse et Rhin, contenant des faibles teneurs de substances humiques. Toutefois, les précurseurs de MX ont été trouvés être plus abondants dans les eaux riches en substances humiques que dans les eaux de rivières.Samples from four different raw water sources were treated with various disinfectants and subjected to chemical analyses and mutagenicity assays. The following disinfectants were used: chlorine (Cl2), chlorine dioxide (ClO2), monochloramine (NH2Cl), ozone (O3), ultraviolet radiation (UV), and combinations of Cl2/ClO2, O3/Cl2, UV/Cl2, and UV/O3/Cl2. The samples were analysed for adsorbable organic halogens (AOX), chloroform (CHCl3), carboxylic acids, volatile organics, chlorite, the strong mutagen 3-chloro-4 (dichloromethyl)-5-hydroxy-2 (5H)-furanone (MX), and mutagenic activity (as detected by the Ames test).Humic lake water which had been treated with the combination UV/Cl2 exhibited a higher level of mutagenicity and higher concentrations of MX and CHCl3 than water treated with Cl2 alone. The same observation was made for the mutagenicity and the CHCl3 concentration in waters preoxidized with low doses of O3 and UV/O3, respectively. When higher doses of these powerful oxidants were used in the pretreatment step, the level of mutagenicity, MX and CHCI3 were lower than in water chlorinated without pretreatment. The combination UV/O3 was found to be more efficient than O3 alone in destroying the precursor material to the mutagenic compounds and chloroform.The higher the proportion of ClO2 in the combined Cl2/ClO2 process, the lower the levels of mutagenicity, MX, CHCl3, and AOX. The production of inorganic chlorite increased with a higher proportion of ClO2.Aldehydes, n-alkanes, and low molecular-weight carboxylic acids were identified as byproducts following UV treatment of humic lake water.The mutagenic activity (per amount of DOC) was approximately similar after chlorination of humic rich surface- and ground waters as after chlorination of waters from the rivers Meuse and Rhine, containing relatively low amounts of humic matter. The precursors to MX were found to be more abundant in the humic waters than in the river waters

Angle-Resolved Environmental X-Ray Photoelectron Spectroscopy: A New Laboratory Setup for Photoemission Studies at Pressures up to 0.4 Torr

The paper presents the development and demonstrates the capabilities of a new laboratory-based environmental X-ray photoelectron spectroscopy system incorporating an electrostatic lens and able to acquire spectra up to 0.4 Torr. The incorporation of a two-dimensional detector provides imaging capabilities and allows the acquisition of angle-resolved data in parallel mode over an angular range of 14° without tilting the sample. The sensitivity and energy resolution of the spectrometer have been investigated by analyzing a standard Ag foil both under high vacuum (10−8 Torr) conditions and at elevated pressures of N2 (0.4 Torr). The possibility of acquiring angle-resolved data at different pressures has been demonstrated by analyzing a silicon/silicon dioxide (Si/SiO2) sample. The collected angle-resolved spectra could be effectively used for the determination of the thickness of the native silicon oxide layer

INTEROP deliverable DTG 6.2 : Method repository

This deliverable presents the INTEROP method chunks repository (MCR), its architecture and provided services. It includes the definition of a reusable method chunk, its structure, illustrated with examples of method chunks stored in the repository and guidelines for method chunks definition and characterisation covering tasks TG6.2 and TG6.3 of the work plan of the task group. The main result is the definition of the structure of the method chunk repository emphasizing the link to interoperability. Interoperability is a first-class concept in the structure of the method chunk repository. It not only characterizes method chunks, i.e. procedures to solve interoperability problems, but also interoperability cases, i.e. the presentation of actual problems involving interoperability issues. TG 6 has produced three MCR prototypes. Two experiments were undertaken using the Metis system and one using ConceptBase. The task group attended a two-day intense workshop on Metis. As a result, two experiments with Metis as platform for the method chunk repository are under way and reported in this deliverable. One is realizing the structure of the MCR as specified in this report. The other is an alternative approach that serves as a benchmark and is reported in the appendix. The ConceptBase prototype utilizes the metamodel presented in this deliverable. We have analysed three cases involving various aspects of interoperability. One case is about establishing a broker platform for insurance agents, the second about linking the information systems in the public utility sector, and the third case is establishing the relation of the ATHENA Model-Driven Interoperability Framework to the goals of the MCR. The results of the TG6 have been published at the ISD conference 2006 and the ER conference 2006. Copies of the papers are included in the appendix. The report of the example session with the method chunk repository has been shifted towards deliverable TG6.3 (Tutorial of the MCR). This is the more logical place. We want to emphasize that TG6 was not only busy in drafting concepts, exploring the state of the art, and analyzing cases. We are actually experimenting with a prototype and consider this a valuable contribution to the network. As soon as the prototype is stable, knowledge about interoperability solutions can be coded in this repository and can guide designers of interoperable systems by experience knowledge

Progression of Carotid Artery Intima-Media Thickness During 12 Years in the Diabetes Control and Complications Trial/Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (DCCT/EDIC) Study

OBJECTIVE This study investigated the long-term effects of intensive diabetic treatment on the progression of atherosclerosis, measured as common carotid artery intima-media thickness (IMT). RESEARCH DESIGN AND METHODS A total of 1,116 participants (52% men) in the Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (EDIC) trial, a long-term follow-up of the Diabetes Control and Complications Trial (DCCT), had carotid IMT measurements at EDIC years 1, 6, and 12. Mean age was 46 years, with diabetes duration of 24.5 years at EDIC year 12. Differences in IMT progression between DCCT intensive and conventional treatment groups were examined, controlling for clinical characteristics, IMT reader, and imaging device. RESULTS Common carotid IMT progression from EDIC years 1 to 6 was 0.019 mm less in intensive than in conventional (P < 0.0001), and from years 1 to 12 was 0.014 mm less (P = 0.048); but change from years 6 to 12 was similar (intensive − conventional = 0.005 mm, P = 0.379). Mean A1C levels during DCCT and DCCT/EDIC were strongly associated with progression of IMT, explaining most of the differences in IMT progression between DCCT treatment groups. Albuminuria, older age, male sex, smoking, and higher systolic blood pressure were significant predictors of IMT progression. CONCLUSIONS Intensive treatment slowed IMT progression for 6 years after the end of DCCT but did not affect IMT progression thereafter (6–12 years). A beneficial effect of prior intensive treatment was still evident 13 years after DCCT ended. These differences were attenuated but not negated after adjusting for blood pressure. These results support the early initiation and continued maintenance of intensive diabetes management in type 1 diabetes to retard atherosclerosis

Nickel: A very fast diffuser in silicon

Nickel is increasingly used in both IC and photovoltaic device fabrication, yet it has the potential to create highly recombination-active precipitates in silicon. For nearly three decades, the accepted nickel diffusivity in silicon has been DNi(T)=2.3×10exp−3 exp(−0.47 eV/kBT) cm2/s, a surprisingly low value given reports of rapid nickel diffusion in industrial applications. In this paper, we employ modern experimental methods to measure the higher nickel diffusivity DNi(T)=(1.69±0.74)×10exp−4 exp(−0.15±0.04 eV/kBT)  cm2/s. The measured activation energy is close to that predicted by first-principles theory using the nudged-elastic-band method. Our measured diffusivity of nickel is higher than previously published values at temperatures below 1150 °C, and orders of magnitude higher when extrapolated to room temperature.Peer reviewe

Removing orientation-induced localization biases in single-molecule microscopy using a broadband metasurface mask

Nanoscale localization of single molecules is a crucial function in several advanced microscopy techniques, including single-molecule tracking and wide-field super-resolution imaging. Until now, a central consideration of such techniques is how to optimize the precision of molecular localization. However, as these methods continue to push towards the nanometre size scale, an increasingly important concern is the localization accuracy. In particular, single fluorescent molecules emit with an anisotropic radiation pattern of an oscillating electric dipole, which can cause significant localization biases using common estimators. Here we present the theory and experimental demonstration of a solution to this problem based on azimuthal filtering in the Fourier plane of the microscope. We do so using a high-efficiency dielectric metasurface polarization/phase device composed of nanoposts with subwavelength spacing. The method is demonstrated both on fluorophores embedded in a polymer matrix and in dL5 protein complexes that bind malachite green