Name: experimental column setup for studying anaerobic biogeochemical interactions between iron (oxy)hydroxides, trace elements, and bacteria
Uploaded: 2017-12-19T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria at JoVE.com

Diese Arbeit wurde vom BRGM, einem Postdoc Stipendium der Conseil Général du Loiret und dem Carnot-Institute mitfinanziert. Wir anerkennen auch dankbar für das Zapfen-Projekt von der Région Centre - Val de Loire geleistete finanzielle Unterstützung.

(1) experimentelle Vorbereitung
<ol>
	<li>Acid-wash alle Materialien (Glas, Polytetrafluorethylen (CF)) in Kontakt mit Proben (5 Tage 20 % Salpetersäure (Druckaufschluss3) V/V) gefolgt von 5 Tagen in Salzsäure (HCl) 10 % V/V). Mehrmals mit hochreinem Wasser abspülen und Trocknen unter eine laminare Strömung Haube vor dem Gebrauch.</li>
	<li>Schutzhandschuhe aus Polyethylen (o.ä.) und einem Abzug für alle Schritte, die mit Chemikalien.</li>
</ol>
2. bereiten Sie Hg und als versetzt...

<ol>
	<li>Oremland, R. S., Stolz, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Ecology+of+Arsenic.">The Ecology of Arsenic.</a> Science. 300 (5621), 939 (2003).</li><li>Silver, S., Phung, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genes+and+enzymes+involved+in+bacterial+oxidation+and+reduction+of+inorganic+arsenic.">Genes and enzymes involved in bacterial oxidation and reduction of inorganic arsenic.</a> Appl Environ Microbiol. 71 (2), 599-608 (2005).</li><li>Compeau, G. C., Bartha, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfate-Reducing+Bacteria:+Principal+Methylators+of+Mercury+in+Anoxic+Estuarine+Sediment.">Sulfate-Reducing Bacteria: Principal Methylators of Mercury in Anoxic Estuarine Sediment.</a> Appl. Environ. Microbiol. 50, (1985).</li><li>Fleming, E. J., Mack, E. E., Green, P. G., Nelson, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mercury+Methylation+from+Unexpected+Sources:+Molybdate-Inhibited+Freshwater+Sediments+and+an+Iron-Reducing+Bacterium.">Mercury Methylation from Unexpected Sources: Molybdate-Inhibited Freshwater Sediments and an Iron-Reducing Bacterium.</a> Appl. Environ. Microbiol. 72 (1), 457-464 (2006).</li><li>Barkay, T., Miller, S., Summers, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+mercury+resistance+from+atoms+to+ecosystems.">Bacterial mercury resistance from atoms to ecosystems.</a> FEMS Microbiol Rev. 27 (2-3), 355-384 (2003).</li><li>Dixit, S., Hering, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+arsenic(V)+and+arsenic(III)+sorption+onto+iron+oxide+minerals:+Implications+for+arsenic+mobility.">Comparison of arsenic(V) and arsenic(III) sorption onto iron oxide minerals: Implications for arsenic mobility.</a> Environ. Sci. Technol. 37, (2003).</li><li>Andersson, H. A., Nriagu, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Biochemistry of Mercury in the Environnment. , 79-112 (1979).</li><li>Khwaja, A., Bloom, P. R., Brezonik, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Binding+Constants+of+Divalent+Mercury+in+Soil+Humic+Acids+and+Soil+Organic.">Binding Constants of Divalent Mercury in Soil Humic Acids and Soil Organic.</a> Environ. Sci. Technol. 40, (2006).</li><li>Neculita, C. M., Zagury, G. J., Deschenes, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mercury+Speciation+in+Highly+Contaminated+Soils+from+Chlor-Alkali+Plants+Using+Chemical+Extractions.">Mercury Speciation in Highly Contaminated Soils from Chlor-Alkali Plants Using Chemical Extractions.</a> J Environ Qual. 34 (1), (2005).</li><li>Schuster, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+behaviour+of+mercury+in+the+soil+with+special+emphasis+on+complexation+and+adsorption+processes+-+a+review+of+the+literature.">The behaviour of mercury in the soil with special emphasis on complexation and adsorption processes - a review of the literature.</a> Water Air Soil pollut. 56 (56), 667-680 (1991).</li><li>Wallschl&#228;ger, D., Desai, M. V. M., Spengler, M., Windm&#246;ller, C. C., Wilken, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+humic+substances+dominate+mercury+geochemistry+in+contaminated+floodplain+soils+and+sediments.">How humic substances dominate mercury geochemistry in contaminated floodplain soils and sediments.</a> J. Environ. Qual. 27 (5), (1998).</li><li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissimilatory+Fe(III)+and+Mn(IV)+reduction.">Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction.</a> Microbiol. Mol. Biol. Rev. 55 (2), 259-287 (1991).</li><li>Lovley, D. R., Kashefi, K., Vargas, M., Tor, J. M., Blunt-Harris, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+humic+substances+and+Fe(III)+by+hyperthermophilic+microorganisms.">Reduction of humic substances and Fe(III) by hyperthermophilic microorganisms.</a> Chem. Geol. 169 (3-4), 289-298 (2000).</li><li>Hansel, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+constraints+of+ferric+(hydr)oxides+on+dissimilatory+iron+reduction+and+the+fate+of+Fe(II).">Structural constraints of ferric (hydr)oxides on dissimilatory iron reduction and the fate of Fe(II).</a> Geochimica Cosmochimica Acta. 68, 3217-3229 (2004).</li><li>Thamdrup, B., Fossing, H., J&#248;rgensen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese,+iron+and+sulfur+cycling+in+a+coastal+marine+sediment+Aarhus+bay,+Denmark.">Manganese, iron and sulfur cycling in a coastal marine sediment Aarhus bay, Denmark.</a> Geochim.Cosmochim. Acta. 58 (23), 5115-5129 (1994).</li><li>Planer-Friedrich, B., London, J., McCleskey, R. B., Nordstrom, D. K., Wallschl&#228;ger, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thioarsenates+in+Geothermal+Waters+of+Yellowstone+National+Park:+Determination,+Preservation,+and+Geochemical.">Thioarsenates in Geothermal Waters of Yellowstone National Park: Determination, Preservation, and Geochemical.</a> Environ. Sci. Technol. 41 (15), 5245-5251 (2007).</li><li>Burnol, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decoupling+of+arsenic+and+iron+release+from+ferrihydrite+suspension+under+reducing+conditions:+a+biogeochemical+model.">Decoupling of arsenic and iron release from ferrihydrite suspension under reducing conditions: a biogeochemical model.</a> Geochem. Trans. 8 (1), 12 (2007).</li><li>Kocar, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+biogeochemical+and+hydrologic+processes+driving+arsenic+release+from+shallow+sediments+to+groundwaters+of+the+Mekong+delta.">Integrated biogeochemical and hydrologic processes driving arsenic release from shallow sediments to groundwaters of the Mekong delta.</a> Appl. Geochem. 23 (11), (2008).</li><li>Harris-Hellal, J., Grimaldi, M., Garnier-Zarli, E., Bousserrhine, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mercury+mobilization+by+chemical+and+microbial+iron+oxide+reduction+in+soils+of+French+Guyana.">Mercury mobilization by chemical and microbial iron oxide reduction in soils of French Guyana.</a> Biogeochem. 103 (1), (2011).</li><li>Islam, F. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+metal-reducing+bacteria+in+arsenic+release+from+Bengal+delta+sediments.">Role of metal-reducing bacteria in arsenic release from Bengal delta sediments.</a> Nature. 430, (2004).</li><li>Schultz-Zunkel, C., Rinklebe, J., Bork, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trace+element+release+patterns+from+three+floodplain+soils+under+simulated+oxidized-reduced+cycles.">Trace element release patterns from three floodplain soils under simulated oxidized-reduced cycles.</a> Ecol. Eng. 83, 485-495 (2015).</li><li>Nickson, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+arsenic+release+to+groundwater,+bangladesh+and+West+Bengal.">Mechanisms of arsenic release to groundwater, bangladesh and West Bengal.</a> App. Geochem. 15, 403-413 (2000).</li><li>Varsanyi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arsenic,+iron+and+organic+matter+in+sediments+and+groundwater+in+the+Pannonian+basin,+Hungary.">Arsenic, iron and organic matter in sediments and groundwater in the Pannonian basin, Hungary.</a> App. Geochem. 21, 949-963 (2006).</li><li>Hellal, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mercury+mobilization+and+speciation+linked+to+bacterial+iron+oxide+and+sulfate+reduction:+A+column+study+to+mimic+reactive+transfer+in+an+anoxic+aquifer.">Mercury mobilization and speciation linked to bacterial iron oxide and sulfate reduction: A column study to mimic reactive transfer in an anoxic aquifer.</a> J. Contam. Hydrol. 180, 56-68 (2015).</li><li>Battaglia-Brunet, F., Dictor, M. C., Garrido, F., Crouzet, C., Morin, D., Dekeyser, K., Clarens, M., Baranger, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+arsenic(III)-oxidizing+bacterial+population:+selection,+characterization,+and+performance+in+reactors.">An arsenic(III)-oxidizing bacterial population: selection, characterization, and performance in reactors.</a> J Appl. Microbiol. 93 (2002), 656-667 (2002).</li><li>Salvato, N., Pirola, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+mercury+traces+by+means+of+solid+sample+atomic+absorption+spectrometry.">Analysis of mercury traces by means of solid sample atomic absorption spectrometry.</a> Microchim Acta. 123 (1), 63-71 (1996).</li><li>Huguet, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Caract&#233;risation biog&#233;ochimique et potentiel de m&#233;thylation du mercure de biofilms en milieu tropical (retenue de Petit Saut et estuaire du Sinnamary, Guyane Fran&#231;aise). . , (2009).</li><li>Mamindy-Pajany, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arsenic+in+Marina+Sediments+from+the+Mediterranean+Coast:+Speciation+in+the+Solid+Phase+and+Occurrence+of+Thioarsenates.">Arsenic in Marina Sediments from the Mediterranean Coast: Speciation in the Solid Phase and Occurrence of Thioarsenates.</a> Soil Sed. Contam. 22, 984-1002 (2013).</li><li>dos Santos Afonso, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductive+dissolution+of+iron(III)+(hydro)oxides+by+hydrogen+sulfide.">Reductive dissolution of iron(III) (hydro)oxides by hydrogen sulfide.</a> Langmuir. 8, 1671-1675 (1992).</li><li>Postma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+zonation:+equilibrium+constraints+on+the+Fe(III)/SO4-reduction+interface.">Redox zonation: equilibrium constraints on the Fe(III)/SO4-reduction interface.</a> Geochem Cosmochim. Acta. 60, 3169-3175 (1996).</li><li>Kumar, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur+and+oxygen+isotope+tracing+in+zero+valent+iron+based+In+situ+remediation+system+for+metal+contaminants.">Sulfur and oxygen isotope tracing in zero valent iron based In situ remediation system for metal contaminants.</a> Chemosphere. 90, 1366-1371 (2013).</li></ol>

Das experimentelle Spalte Setup erwies sich als eine bequeme Laborgerät, anaerobe biogeochemische Prozesse im kontinuierlichen Bedingungen zu studieren. Kontinuierliche Spalte Systeme ermöglichen arbeiten unter Bedingungen näher, mit denen der realen Aquiferen als Gülle-Batch-Systeme oder Mikrokosmen. Kontinuierliche Systeme simuliert die Bewegung des Grundwassers durch Aquifer Sedimente.
Die wichtigste Schritt im Rahmen des Protokolls bereitet die TE-Eisen (oxy) Hydroxide und die Mischung...

Verstehen und Vorhersagen zu Spurenelement (TE) Mobilität und Biogeochemie in der Umgebung ist unerlässlich, um zu überwachen, entwickeln und anwenden geeigneter Management-Entscheidungen für Altlasten. Dies gilt insbesondere im Falle von toxischen TEs wie Arsen (As) und Quecksilber (Hg). Das Schicksal und Speziation von diesen TEs im Boden oder Grundwasser sind eng verwandt, physikalisch-chemischen Bedingungen, wie Eh und pH-Wert, sondern auch mikrobielle Aktivitäten, die entweder eine direkte Rolle auf Speziation oder eine indirekte Rolle auf Mobilität spielen können.
In der Tat können einige Bakterien direkt oxidieren As(III), As(V) oder As(V), As(III) reduzieren. Dies wirkt sich wie Toxizität, da As(III) die giftigsten Form ist so, und Mobilität, da As(III) ist mobiler als As(V), die ohne weiteres auf Eisen (oxy) Hydroxide oder organische Substanz1,2adsorbieren kann. Ebenso sind Bakterien stark beteiligt Quecksilber Radfahren, entweder durch die Methylierung, hauptsächlich von Sulfat und Eisen reduziert Bakterien3,4, bilden das Nervengift Monomethyl Quecksilber (leicht Probestellen in der Nahrungskette) oder durch seine Reduktion auf flüchtige elementare Hg (Hg °)5.
Sowohl als und Hg Schicksale sind auch eng miteinander verbunden, Boden oder Aquifer Zusammensetzung, da Verbindungen wie organische Substanz oder Eisen (oxy) Hydroxide können Einfluss auf ihre Sequestrierung und Bioverfügbarkeit. As(V) absorbiert gut auf Eisen (oxy) Hydroxide6, während Hg eine sehr hohe Affinität für organische Angelegenheit hat (OM; hauptsächlich für Thiol-Gruppen), aber auch für kolloidales Eisen oder Mangan (oxy) Hydroxide in OM erschöpft Umgebungen7,8 , 9 , 10 , 11.
Bakterielle Aktivitäten beeinflussen dann das Schicksal des TEs (oxy) Hydroxide oder organischer Substanz durch die Reduzierung von Eisen (oxy) Hydroxide oder die Mineralisierung der organischen Substanz adsorbiert. Reduzierung der direkten Eisen durch Bakterien ist, dass die dominante Bahn für Eisen Rückgang der Schwefel erschöpft Zonen12,13, Fe(III) als ein terminal Elektronen-Akzeptor eingesetzt, während indirekt, Fe(III) zu Fe(II) durch Schwefelwasserstoff reduziert werden kann durch eine bakterielle Sulfat-Reduktion14gebildet. Darüber hinaus kann das Vorhandensein von Sulfat Hg auch ändern und als Artbildung durch die Bildung von komplexen wie Thio-Arsenates15 mit als oder metacinnabar mit Hg.
So könnte ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Eisen- und Sulfat Radfahren auf das Schicksal des TE, wie Hg und As, helfen, uns besser verwalten Altlasten und Boden-und Wasserqualität. Daten könnten dazu beitragen, für die Stärkung bestehender Metall-Mobilität-Modelle. Mikrobielle Fe (III)-Reduzierung16,17,18 kann dazu führen, dass die Desorption des TE. Theoretisch könnte die indirekte Reduktion von Eisen (oxy) Hydroxide von Sulfid produziert durch die mikrobielle Reduktion von Sulfat auch TE Mobilität auswirken. Jedoch sind das Ausmaß und die Kinetik der diese Reaktionen in der Regel in Batch homogene Systeme oder Batch Mikrokosmen16,18,19,20studiert. Der Nachteil von Batch-Experimenten ist das Fehlen der Dissoziation der auftretenden Phänomene; in der Tat, Tätigkeit basiert auf und begrenzt durch die Ressourcen in die Partie und einzige gibt ein endgültiges Ergebnis der Verschiebungen in Speziation und Adsorption. Mit einer Spalte Ansatz ermöglicht die Erneuerung der einströmenden Medien und die Überwachung des Schicksals der TE über Zeit und Raum. Diese Bedingungen sind realistischer, im Vergleich zu einem Grundwasserleiter, wo reale Phänomene eng mit kontinuierlichen Versickerung Bedingungen verknüpft sind. Darüber hinaus heterogenen Eisen (oxy) Hydroxid vorkommen in den Aquifer Sedimenten ist gemeinsame21,23, und die räumlichen Veränderungen in der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der festen Phasen fährt sicherlich mikrobielle Aktivitäten .
Um den Einfluss dieser Heterogenitäten auf Geo-mikrobielle Phänomene und das Schicksal der Eisen-assoziierten TE zu erhellen, entwickelten wir eine Labor, eine kontinuierlich zugeführt Spalte für ein vereinfachtes Modell Aquifer. Die Spalte wird gefüllt, um ein Eisen-abgereicherte Zone am Eingang Spalte und eine eisenreiche Zone an der Spitze zu erstellen. Regelmäßige Stichproben Häfen ermöglichen uns jede Zone einzeln zu untersuchen sowie Schnittstelle verbundenen Phänomene. Ein Beispiel für die Anwendung dieser experimentellen Vorrichtung für das Studium der Hg Schicksal und Artbildung ist bereits24. Hier geben wir eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Aufbaus und ein zweites Beispiel für seine Anwendung konzentrierte sich auf das Verhalten wie in kontaminierten Aquiferen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="991">
	<tbody>
		<tr height="120">
			<td height="120" style="height:120px;width:276px;">Glass columns&#160;</td>
			<td style="width:171px;">Beaucaverre, France</td>
			<td style="width:127px;">Specific request</td>
			<td style="width:417px;">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 40x38 &#38; SVL 42). note: this design was discussed directly with the company. We recommend to find a local glazier.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Septa PTFE/silicone diam 20mm&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>508608</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">PTFE tubing ID 3mm</td>
			<td style="width:171px;">VWR</td>
			<td>228-0745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Peristaltic pump</td>
			<td style="width:171px;">Dominique Dutsher SAS</td>
			<td style="width:127px;">66493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Peristaltic pump tubing LMT 55</td>
			<td style="width:171px;">VWR</td>
			<td>224-2250</td>
			<td>Tygon&#174; LMT 55&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Fontainbleau sand&#160; D50=209 &#181;m</td>
			<td>SIBELCO,&#160; France</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:276px;">N2 for bubbling&#160;</td>
			<td style="width:171px;">Air Liquide, France</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Gamma iradiation</td>
			<td>Ionisos, Dagneux, France</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Automatic Mercury Analyser (AMA 254, )</td>
			<td style="width:171px;">Courtage Analyses, France</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Varian SpectrAA 300 Zeeman</td>
			<td style="width:171px;">Agilent&#160;</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:276px;">Name</td>
			<td style="width:171px;">Company</td>
			<td style="width:127px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Chemicals</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:276px;">HNO3 Supra pur</td>
			<td style="width:171px;">VWR</td>
			<td style="width:127px;">1.00441.1000</td>
			<td>Producer: Merck</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">HCL 30% Supra pur</td>
			<td style="width:171px;">VWR</td>
			<td>1.00318.1000</td>
			<td>Producer: Merck</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:276px;">Hg(NO3)2</td>
			<td style="width:171px;">Merck</td>
			<td>516953</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:276px;">As2O3</td>
			<td style="width:171px;">Merck</td>
			<td style="width:127px;">202673</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:276px;">FeCl3-6H2O</td>
			<td>Merck</td>
			<td>207926</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">silica gel</td>
			<td>Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>336815-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental column setup for studying anaerobic biogeochemical interactions between iron (oxy)hydroxides, trace elements, and bacteria

Schicksal und Speziation von Spurenelementen (VES), Arsen (As) und Quecksilber (Hg), im Grundwasserleiter sind eng verwandt, Physio-chemischen Bedingungen, z. B. Redoxpotential (Eh) und pH-Wert, sondern auch mikrobielle Aktivitäten, die eine direkte oder indirekte Rolle spielen können, auf Artbildung und/oder Mobilität. In der Tat können einige Bakterien direkt oxidieren As(III), As(V) oder As(V), As(III) reduzieren. Ebenso sind Bakterien in Hg Radfahren, entweder durch die Methylierung, bilden das Nervengift Monomethyl Quecksilber, oder durch seine Reduktion auf elementare Hg ° stark engagiert. Die Schicksale der beiden als und Hg sind auch eng miteinander verbunden, Boden oder Aquifer Zusammensetzung; in der Tat als und Hg binden kann organische Verbindungen oder (oxy) Hydroxide, die ihre Mobilität beeinflussen werden. Im Gegenzug können bakterielle Aktivitäten wie Eisen (oxy) Hydroxid Reduktion oder organische Mineralisierung indirekt beeinflussen als und Hg-Sequestrierung. Das Vorhandensein von Sulfat/Sulfid kann diese besondere Elemente durch die Bildung von komplexen wie Thio-Arsenates mit als oder metacinnabar mit Hg auch stark beeinflussen.
Infolgedessen wurden viele wichtige Fragen auf das Schicksal und Speziation von angesprochen als und Hg in der Umwelt und wie ihre Toxizität zu begrenzen. Jedoch aufgrund ihrer Reaktivität gegenüber Aquifer Komponenten ist es schwierig, klar zu distanzieren, die biogeochemischen Prozesse, die auftreten und deren unterschiedlichen Auswirkungen auf das Schicksal dieser TE.
Zu diesem Zweck entwickelten wir ein Original, experimentell, erschöpft Spalte Setup, das einen Aquifer mit als - oder Hg-Eisen-Oxid reiche Gebiete im Vergleich zu Eisen imitiert Bereichen, ermöglicht ein besseres Verständnis der TE Biogeochemie unter anoxischen Bedingungen. Das folgende Protokoll gibt Schritt für Schritt Anleitung für den Aufbau der Spalte entweder als oder Hg sowie ein Beispiel mit wie unter Eisen und Sulfat reduzierenden Bedingungen.

Beispiel 1. Auswirkungen von Eisen Verringerung der Mobilität und Artbildung
Der As-Spalte direkt mit dem Grundwasser aus einer Website präsentiert eine As-Konzentration höher als der trinkenden Standards geimpft wurde (Bracieux, Loire et Cher, Frankreich). Grundwasser wurde abgetastet in sterile Flaschen und bis zur Verwendung bei 5 ° C gelagert. Die Spalte wurde von unten mit diesem Wasser, enthält natür...

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Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Schicksal und Speziation von Arsen und Quecksilber in Aquiferen sind eng verwandt, Physio-chemischen Bedingungen und mikrobielle Aktivität. Hier präsentieren wir Ihnen eine original experimentelle Spalte-Setup, die imitiert eines Aquifers und ermöglicht ein besseres Verständnis der Spurenelement Biogeochemie unter anoxischen Bedingungen. Zwei Beispiele sind dargestellt, geochemischen und mikrobiologischen Ansätze kombinieren.

Experimentelle Spalte Setup für das Studium der anaerober biogeochemischer Interaktionen zwischen Eisen (Oxy) Hydroxide, Spurenelemente und Bakterien

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

The overall goal of this experimental setup is to study the fate of trace metals under sulfate and/or iron-reducing conditions induced by microbial activities. This method can help answer key questions in the biogeochemistry field such as interactions between key biogeochemical cycles like mercury and arsenic. The main advantage of this technique is that due to the continuous water flow, the dynamics of the biogeochemical reactions and lability of trace elements are dissociated and accessible through the sampling ports.And so, this method can provide insight into the fate of mercury and arsenic as demonstrated here ending to iron oxides. It can also be applied to other trace elements or carrier substrates. Demonstrating the procedure will Hafida Tris, a technician from our laboratory.To begin this procedure, add 500 milliliters of ultrapure water to a glass reactor equipped with a magnetic stir bar. Add 50 grams of iron(III)chloride hexahydrate while stirring. Manually add approximately 50 milliliters of a 10-molar solution of sodium hydroxide to begin precipitation of ferrihydrite.Next, adjust the pH to six and continue stirring for one hour to stabilize. For arsenic-spiked hydroxides and oxyhydroxides, prepare 100 milliliters of arsenic trioxide at a concentration of 10 grams per liter. Then, add 70 milliliters of this solution to the iron oxide solution.Continue stirring for three hours. After this, centrifuge at 2, 000 G for 20 minutes. Remove the supernatant and resuspend the pellet with 50 milliliters of ultrapure water.Repeat the centrifugation ane resuspension two additional times. Recover and store the humid hydroxides and oxyhydroxides as outlined in the text protocol. Keep four grams of silica gel in 40 milliliters of 7%potassium hydroxide on a hot plate stirring with a magnetic stir bar until dissolved.Add 60 milliliters of ultrapure water. Cool the solution on ice to about 20 degrees Celsius to avoid the gel setting too quickly. Titrate the silica gel mixture with phosphoric acid 20%to pH 7.5.Then, quickly mix the liquid silica gel with 320 grams of sterile sand previously mixed with 18.3 grams of either mercury-spiked or arsenic-spiked iron oxides before it solidifies. Using a spatula, break up the gelified mixture. To begin setting up the glass columns, connect the water jackets to a water-cooling system.Set the system to maintain an average temperature of 20 degrees Celsius. Cut lengths of PTFE tubing with a three-millimeter inner diameter making sure there is sufficient length for the column inlet and outlet. Then, add a layer of damp rock wool to the column from the top.Add 320 grams of sterile sand. Add the final layer consisting of the previously mixed sterile sand and spiked hydrated amorphous iron oxides fixed in the silica gel matrix. Next, connect the inflow to peristaltic tubing.Connect the other end of the peristaltic tubing to the water medium supply. Connect an ascendent flow of ultrapure sterile water continuously bubbled by nitrogen gas at low velocity of approximately two milliliters per hour. After this, cover the column with aluminum foil to block out the light.After two weeks, a black-colored precipitate is observed at the interface between the two layers of sand. This black zone progressively invades the top iron hydroxide and oxyhydroxide-enriched zones with the entire upper layer becoming black by the end of the experiment. After 35 days of continuous running, the measured levels of sulfate decrease followed by a transient increase in the total dissolved iron.From day 60 onward, the total dissolved arsenic is seen to rise significantly. On day 54, the physical and chemical parameters are profiled. While the pH remains close to pH seven along the column, the redox potential changes significantly with values nearing negative 200 millivolts in the iron-depleted zone where sulfate reduction is occurring and nearing negative millivolts at the top where bacterial and chemical iron reduction is occurring.Dissolved sulfate concentrations reach to approximately 20 milligrams per liter in the bottom layers and decrease to under one milligram per liter in the iron-rich zone. Sulfate also decreases sharply at the interface between iron-deprived and iron-rich zones indicating a peak of sulfate reduction activity. Meanwhile, arsenic is detected in the upper zone while thioarsenate species are seen closer to the interface and thiosulfate is in the bottom iron-deprived layer.These concentration profiles indicate a peak of sulfate reduction activity at the interface between iron-deprived and iron-rich layers. Following this procedure, other methods like scanning electron microscopy, Raman spectroscopy or activity assays can be performed in order to answer additional questions such as which new minerals are formed or which bacterial communities have developed. Don't forget that working with mercury and arsenic can be extremely hazardous and precautions such gloves and fume hoods should be used while performing this procedure.

Research

JoVE Journal

Environment

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Bewertung des integrierten Biogas-und Hydrothermale Karbonisierung für die Bioenergieproduktion

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Forschung

Umwelt

Removal of Trace Elements by Cupric Oxide Nanoparticles from Uranium In Situ Recovery Bleed Water and Its Effect on Cell Viability

Removal of Trace Elements by Cupric Oxide Nanoparticles from Uranium In Situ Recovery Bleed Water and Its Effect on Cell Viability

Die Entfernung der Spurenelemente von Kupferoxid Nanopartikeln aus Uranium<em&gt; In-situ-</em&gt; Wiederherstellung Blutwasser und Auswirkungen auf die Zelllebensfähigkeit

In situ recovery (ISR) is the predominant method of uranium extraction in the United States. During ISR, uranium is leached from an ore body and extracted ...

Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Saubere Probenahme und Analyse von River und Estuarine Waters für Spurenmetallforschung

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

Laboratory Simulation of an IronII-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Determination of Inorganic Arsenic in a Wide Range of Food Matrices using Hydride Generation - Atomic Absorption Spectrometry.

Bestimmung von anorganischem Arsen in einer breiten Palette Essen Matrizen mit Metallhydrid-Generation - Atomic Absorption Spectrometry.

The European Food Safety Authority (EFSA) underlined in its Scientific Opinion on Arsenic in Food that in order to support a sound exposure assessment to ...

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

RGB und spektrale Wurzel Bildgebung für die Pflanze Phänotypisierung und physiologischen Forschung: Versuchsaufbau und Imaging-Protokolle

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

Experimentelle Studie über den Zusammenhang zwischen Korngröße und Methan Sorption Kapazität in Schiefer

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Ein experimentelles Protokoll für die Untersuchung von mineralischen Auswirkungen auf organische hydrothermalen Transformationen

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Eine anaerobe Biosensor-Test zum Nachweis von Quecksilber und Cadmium

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

Anbau von grünen Mikroalgen in Bubble Spalte Photobioreaktoren und ein Test für neutrale Lipide

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...