生物吸附铀和稀土元素使用藻类的生物量

文摘

为了研究稀土元素的行为(REEs)和铀(U)在海洋生物,里斯和U的浓度在某些褐藻样本测定新泻县的海岸。此外,实验室模型试验使用生活和干海藻吸收这些元素(Undaria pinnatifida和海藻hemiphyllum)也进行了调查里斯和U的吸收和生物体内积累机制藻类。因此,下列事项主要澄清。(1)顺序为每个器官里斯的浓度海藻hemiphyllum“主干”>“叶子”>“泡”,然而,对于U,顺序是“叶”> >“泡主要分支。”(2)中稀土元素的浓度海藻hemiphyllum可能会强烈影响海水中悬浮固体。(3)的吸收和/或积累机制REEs在褐藻可能不同。

1。介绍

(Th)和铀钍(U)是天然放射性核素和广泛分布在自然界中由于核能生产以及大量的人类活动(例如,采矿,生产,使用磷酸盐肥料、铜冶金、和军事活动)(1,2]。这些元素是可能的有害污染物在环境中。因此,研究Th和U的浓度环境中从辐射和污染保护的观点是重要的3]。

另一方面,稀土元素测定(REEs)在海藻等海洋生物中重要的学习这些REEs海洋环境的程度。里斯被认为是重要的示踪剂研究材料在生物圈的循环4,5]。我们的知识对稀土元素的环境行为增加了,因为新分析技术的发展。

海洋生物如海藻是众所周知的集中金属和被用作监测海水污染(6- - - - - -9]。此外,使用生活生物质包括海藻吸附重金属的研究被广泛表现在世界的大部分地区,最近(10- - - - - -13]。

众所周知,藻酸盐是一种exopolymer主要从褐藻中提取和各种细菌作为固定化材料和用作biosorbent几个重金属。此外,海藻酸是一种褐藻细胞壁的成分,它由mannuronic和古罗糖醛酸单体。Oligopolymeric古罗糖醛酸块显示重金属离子的高选择性(14,15]。

海岸附近的新泻县(包括佐渡岛)位于地理位置都受到寒冷的海洋和温暖的洋流系统,所以各种各样的海洋生物。然而,在海藻的研究在日本,大多数先前的作品都是在太平洋海岸进行的,和化学数据在日本海沿岸的海藻非常有限(尤其是里斯的确定、Th和U)。

因此,我们已经确定里斯的浓度(16)、Th和U (17在各种各样的海藻在新泻县的海岸,因此下列事项主要澄清。REEs在海藻物种的浓度通常来自新泻县约10²-10年³倍比海水,和稀土元素的富集因素较大的重稀土元素(三个)比光瑞(LREE)。里斯的显著的浓度差,Th,甚至你发现物种间在同一语系。U的浓度高出一般在褐藻,是最高的Undaria pinnatifida。

考虑上述,里斯和U的浓度在某些褐藻样本测定新泻县的海岸在当前工作调查的行为和/或生物浓度里斯更详细地和你在海洋生物。此外,调查里斯和U的吸收和生物体内积累机制藻类,实验室模型试验使用生活和干海藻吸收里斯和U也完成了。在里斯,镧系元素(即。,拉-Lu) were selected in analysis of environmental samples (seaweed and seawater). The lanthanides (La-Lu), particularly, are of great interest because of their similar chemical behavior that allows them to be used as a tracer of a wide variety of geochemical processes. The REE pattern, where the abundance of each lanthanide relative to that of a chondrite or shale is plotted on a logarithmic scale against the atomic number, is therefore regarded as a “finger-print” of a geological sample [18,19]。在实验室模型试验的情况下,洛杉矶,欧盟,和Yb被选为轻稀土元素的代表(LREE),中瑞(MREE)和重稀土元素(三个)想一想基于迪尼斯那样不知满足、和Volesky的工作(11]。两种褐藻:海藻hemiphyllum和Undaria pinnatifida,选择在这个模型实验中,因为他们是在日本一般物种(特别是美国p。作为日常饮食的一部分),在日本,很容易发现在几乎所有的抽样地点在新泻县的海岸。

2。实验

2.1。试剂

镧系元素和U标准解决方案用于制作校准曲线是由稀释的标准解决方案(XSTC-1里斯和XSTC-13 31个元素包括U;两个10毫克dm³5% HNO₃解决方案)购买SPEX CertiPrep, Inc .(美国新泽西州)。褐藻胶酸是购自穿越有机物(美国新泽西州)。所有其他化学试剂购自关东大化工有限公司公司(日本东京)。所有试剂均为分析纯,使用和去离子的蒸馏水。

2.2。样品

五种褐藻:海藻hemiphyllum Dictyota dichotoma, Ecklonia多茎目(缩写为s . h。下面),海藻honeri,和Undaria pinnatifida(缩写为美国p。下图),收集一些沿海地区在日本新泻县(图1从2004年到2007年)。所有样本采样岩石珊瑚礁海岸约100。例如,s . h。生长在岩石上的滨海区。另一方面,美国p。长在岩石之间的沿岸带和潮下带区。周围的海水中的每个海藻样品被删除附件采样地点和被过滤后的海水好洗,去离子水在我们实验室工作的概述加藤et al。20.]。

海水也从每个采样点收集样品。0.45每个过滤海水样本μ膜过滤后立即取样。等基本物理参数水温、pH、电导率(EC),氧化还原电位(ORP)和溶解氧(做)的样本来衡量一个方便/电导率和pH / pH值做计(HORIBA、D-24 D-25)在每一个采样点。

3所示。分析方法

3.1。里斯和U测定海水样品中

镧系元素的预浓缩和U是根据Takaku et al。21),过程简述如下。这些元素在海水样品中分离矩阵和集中由一个螯合磁盘(47毫米)(Empore住友3 m公司,东京,日本)。在分离过程中,被放置在一个普通的磁盘。每个样本都是通过磁盘运行调整pH值后用醋酸铵(CH 3₃COONH₄)和硝酸(HNO₃)。然后,镧系元素和U盘被1.5摩尔dm筛选了³HNO₃(20厘米³)。定量恢复里斯和U的海水是由“加法和恢复测试”:subject元素添加已知浓度的样品,和测量元素的浓度在这些额外的样品和nonadditional样本(比较这些额外的样品的分析结果与nonadditional样本)。证实,定量恢复海水样品中镧系元素和U。膜过滤器的悬浮固体溶解10厘米³HNO₃,5厘米³高频,适量的H₂O₂聚四氟乙烯烧杯。抽样方案是蒸发干燥。在那之后,残渣溶解与50厘米³1摩尔dm³HNO₃一次。预浓缩过程后,镧系元素的浓度和U在样本测量icp (HP4500;日本横河分析系统,日本东京)。icp的操作条件(包括测量同位素)是一样的,在我们以前的工作(17]。

3.2。测定海藻里斯和U的样本

每个海藻样品干110^°C 24小时,被烧成灰烬,享年550岁^°C 48小时。此外,干s . h。样本分为不同的器官,如叶、主干和囊泡。火山灰(0.5 g)和各器官的干s . h。(1.0 g)与10厘米溶解³HNO₃,5厘米³高频和适量的H₂O₂聚四氟乙烯烧杯。样品溶液的蒸发干燥。在那之后,50厘米的残渣又解散了³1摩尔dm³HNO₃。海藻是基于过程的分解被傅et al。22)和Sakao et al。6]。上述过程后,镧系元素的浓度和U在这些样本测量icp。

3.3。海藻海藻酸含量测定样品

海藻酸的提取是基于田宫和渡边的工作23),过程简述如下。s . h。和美国p。样本用自来水洗净,然后干50岁^°C 48小时。每个样本(ca。10 g)与1 dm动摇³0.2 N H₂所以₄为24小时。解决方案是透过膜(滤纸定性Advantec)和残留1 dm动摇了³1%的钠₂有限公司₃为24小时。解决方案再次过滤,搅拌1 dm³海藻酸钠的乙醇沉淀海藻酸。悬架与0.2 - -0.3 dm洗³乙醇和乙醚,干30^°C 24小时。干燥的海藻酸钠的重量测量。

3.4。模型试验使用新鲜和干海藻

样品中使用这个模型实验很新鲜s . h。和美国p。除了海藻酸,干美国p。也用作参考。样本被去离子水清洗,干干48小时50^°c .海藻酸在过滤海水动摇了24小时。海水用于这项研究被过滤Advantec TCW-3N-PPSE过滤器。镧系元素的初始浓度和U在海水中调整大约6磅的通过添加镧系元素和U标准溶液。生物样品(0.8 g干重量)和海藻酸(0.4 g)在200厘米都摇动了³准备海水在规定时间(10年,20年,30、40、50、60、120、360、720、1080、1440和1800分钟)15^°c .后来,矩阵离子钠和钾等,和主题元素镧系元素和U集中利用螯合等阳离子交换树脂(BioRad Chelex 100树脂)。初始和最终的镧系元素浓度与icp和U在溶液中测量。吸收数量(一个)的镧系元素和U由于每个样本被减去估计最终的浓度(C_f从初始浓度(C)_我)在液相中表示为如下方程: 在哪里V解决方案的体积(0.2 dm吗³),米每个元素的原子量,米每个样品的干重。

4所示。结果与讨论

4.1。里斯和U在海洋环境的行为

镧系元素的浓度和U在五种褐藻在海岸的新泻县,如表所示1。相对标准偏差(RSD)三个复制分析每个样本的不到10%。在表1、元素浓度的海藻表达的基础上干重(除了灰重量)。从这个表中,指出美国p。显示你在五个样品的浓度最高。在镧系元素方面,甚至原子序数的元素的浓度(即。,Ce,Nd,Sm,Gd,Dy,呃,和Yb) were generally larger than those of neighboring elements of odd atomic numbers (i.e., La, Pr, Eu, Tb, Ho, Tm, and Lu), obeying Oddo-Harkins’ law.

镧系元素的浓度在每个样本被归一化Leedey球粒状陨石,和相对浓度绘制在对原子序数(即对数刻度。里斯模式)。里斯模式五种褐藻在这项工作图所示2。在这个图中,每个样本的平均浓度。

从这个图中,轻稀土元素的趋势(LREE)浓缩通常被发现对于许多样品除外Dictyota dichotoma。建议这些样本受到地壳源(即影响。在某种程度上,土壤的起源)。此外,欧盟的大偏差Ecklonia多茎目是发现。大部分的镧系元素的化合价+ 3在地球上,只有Ce和欧盟采取不同的微妙;欧盟可能化合价+ 2除了+ 3 (24]。然后,欧盟的偏差Ecklonia多茎目欧盟可能密切相关的异常行为(如溶解度的差异或稳定的化合物)由于不同的微妙,虽然欧盟偏差的原因在此示例中尚未充分阐明我们的工作。

洛杉矶的浓度、欧盟、Yb, Us . h。和美国p。批量样本如图3(一个)。相比美国p。示例中,稀土元素的浓度(即。,洛杉矶,欧盟和Yb)s . h。是相对较高的,虽然U是略小的浓度。

洛杉矶的浓度、欧盟、Yb,每个器官和Us . h。如图3 (b)。从这个图,发现U浓度的顺序是“叶”> >“泡主要分支。“另一方面,稀土元素的浓度(即。拉、欧盟和Yb)是“主干”> >“叶泡。“里斯,器官中积累的差异是显著观察到。建议的程度和/或吸收积累为每个机关强烈依赖于元素的字符。

认为海藻酸是重要的和/或吸收积累的金属在褐藻。因此,海藻酸的含量s . h。和美国p。决心(表2)。

如表所示2海藻酸的内容,没有明确的区别这两种藻类观察,虽然海藻酸的含量美国p。比,在吗s . h。此外,表2表明海藻酸的内容包括褐藻接近一半的代表。

洛杉矶的浓度、欧盟、Yb, U海水样品如图4(一)(溶解部分)和图4 (b)(悬浮固体分数)。从图4(一),发现在海水中U(溶解部分)的浓度大约是10²-10年³镧系元素的倍。另一方面,拉在悬浮固体的浓度比例在欧盟的海水比,Yb,并建议里斯的浓度,特别是LREE光瑞拉等s . h。可能会强烈影响海水中悬浮固体。

在这部作品中,集中系数被定义为“元素的浓度比在海藻等样本(ngg¹)”、“元素的浓度在海水中(μg dm³)“基于工作的小山et al。7]。洛杉矶的平均浓度因素、欧盟、Yb,或者Us . h。和美国p。表所示3。

对藻类、镧系元素的浓度因素(La、欧盟、Yb)是比美国更大的此外,值得注意的是镧系元素的浓度因素更大s . h。比在美国p。,而你是较小的s . h。

4.2。里斯和U模型试验的行为

时间依赖的里斯(即。拉、欧盟和Yb)吸附干燥美国p。如图5。从这个图,发现需要12小时达到平衡。吸附量的变化取决于每个元素,和吸附能力的顺序是欧盟≥La > Yb。这个顺序是按照想一想的迪尼斯那样不知满足、工作(11]。他们认为它可能是由于生物量的分配系数和亲和力。然而,三个元素之间的吸附行为是相似的。基于这个结果,洛杉矶被用作REEs在模型实验中以下的代表。

的吸附量或U到每个示例如图6(一)和图6(b)图6(一)改建在对数刻度,直到达到平衡(图6(c))。吸附类似于拉上的生物量干重。然而,反应速率的差异之间的生活生物量干重明显观察到。另一方面,被要求24小时达到吸附的平衡,以防U(图6(b))。图6(b)也在改建对数刻度,直到达到平衡(图6(d))。从这个图中,反应速率的差异在这些样本略发现,然而里斯不是一样大的差异。

洛杉矶的吸附能力和U在每个样本如表所示4。没有大区别之间的吸附能力s . h。和美国p。观察两种元素,虽然s . h。表明吸附能力略高于美国p。如图3(一个)洛杉矶的浓度s . h。是比美国p。然而,大不同的两个物种之间的吸附能力没有被观察到在这个模型实验。

在这个模型的实验中,采用过滤海水。换句话说,悬浮固体的影响(大)的浓度。这可能是检测无大的差异的一个原因两个物种之间的吸附能力。

从表4,它还可以观察到U的吸附能力都高于洛杉矶两种藻类。据报道,藻酸盐吸附二价金属离子选择性[14,25]。众所周知,你存在于不同形式取决于pH值,在pH值≤4.3,U存在主要作为单体的物种,和少量的UO₂(哦)⁺。在pH值≥5、胶体或低聚物的物种,也就是说,,,,,形成1,26- - - - - -28]。另一方面,认为REEs通常存在三价离子在环境水和有机复合物控制pH值从4到8,而碳酸盐复合物主要物种在碱性pH值≥8和里斯相对倾向于沉淀在更高的pH值(29日,30.]。

因此,高吸附容量U(比REEs)特别是在海藻酸可能是由于在溶液中化学元素的行为(例如,pH-dependence元素或化合物的稳定性),虽然元素的吸收机理的进一步研究是必要的。

从这个工作,里斯的行为(或吸收法)和U海藻可以在一定程度上澄清了。获得的数据和方法可以用于海洋环境调查工作。

5。结论

里斯和U的浓度在某些褐藻样本测定新泻县的海岸。此外,每个器官进行化学分析海藻hemiphyllum(s . h。)。因此,它是发现稀土元素的浓度(即。,洛杉矶,欧盟和Yb)s . h。相对高于在吗Undaria pinnatifida(美国p。),尽管你的浓度s . h。是略小。镧系元素浓度的顺序s . h。“主干”>“叶子”>“泡”,然而,对于U,顺序是“叶”> >“泡主要分支。“里斯如洛杉矶的浓度s . h。可能会强烈影响海水中悬浮固体。

此外,实验室模型试验使用生活和干海藻吸收这些元素(s . h。和美国p。)也进行了调查里斯和U的吸收和生物体内积累机制藻类。因此,建议的吸收和/或积累机制REEs在褐藻可能不同于U由于化学元素的行为。

确认

目前的工作是部分支持的科研补助金日本促进社会科学。作者要感谢新泻县渔业和海洋研究所提供过滤海水。他们感谢k .加藤先生的新泻县卫生和环境研究实验室和m .爸爸海洋生态研究所的博士给予有用的建议关于采样和海藻的识别。他们也感谢k博士Satoh新泻大学理学院的允许使用设施和icp和测量提供有用的建议。

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