Relative lability of trace metals Complexed in aquatic humic substances using Ion-Exchanger cellulose-hyphan

Abstract

Neste estudo as frações metálicas, complexadas por substâncias húmicas aquáticas (SH) foram caracterizadas como lábeis/inertes em função do pH, tempo de complexação e concentração de SH. As SH foram extraídas por ultrafiltração e complexadas com íons metálicos bivalentes. Essas frações foram caracterizadas por processo de troca iônica utilizando resina celulósica Hyphan e procedimento em batelada. Os metais foram determinados por espectrometria de absorção atômica. Os resultados mostram diminuição dos coeficientes de distribuição (Kd) na presença de SH e que a labilidade relativa das frações metálicas complexadas pelas SH é influenciada pelo tempo de complexação, pH e concentração de SH. Até cerca de 15 min, a troca iônica en tre os metais complexados pela SH e a resina se comporta como reação de 2 a ordem. Após esse período, o processo de troca é mais lento caracterizando uma cinética de 1 a ordem. Os resultados permitem estabelecer a seguinte ordem de labilidade relativa para as frações metálicas complexadas por SH: Pb > Mn > Cd, Ni > Cu.The pur pose of this pa per is to char ac ter ize the lability/in ert ness metal frac tions complexed by aquatic humic sub stances (HS) in re la tion to pH, complexation time, and HS con cen tra tion. HS were preconcentrated by ultrafiltration and complexed with bi va lent metal ions. These frac tions were char ac ter ized by ion ex change with the che lat ing col lec tor cel lu lose Hyphan by ap ply ing batch pro ce dure. The met als were de ter mined by atomic ab sorp tion spec trom e try. The re sults show that the dis tri bu tion co ef fi cients, Kd, de creased with HS pres ence, and that the rel a tive lability of metal frac tions complexed by HS is de pend ent on vari ables such as pH, complexation time, and HS con cen tra tion. Un til c.a. 15 min, the metal change be tween aquatic HS and ion exchanger oc curs fol low ing a 2 nd or der re ac tion. Af ter wards, the re main ing metal frac tion in the HS re acts fol low ing a 1 st or der re ac tion. For traces of metal ions bound to dissolved HS, the lability orderPb > Mn > Cd, Ni > Cu is re vealed. Key words: aquatic humic sub stances, ion-exchange, metal complexation In tro duc tionHS are a com plex mix ture of re lated macromolecules formed by the bi o log i cal de com po si tion of plants in soils, and trans ported to nat u ral wa ters by leach ing. These macromolecules ex hibit a great num ber of func tional groups, par tic u larly phe no lic and carboxylic 1,2 . Metal-organic in ter ac tions, in clud ing complexation re actions of metal ions and HS, are be com ing in creas ingly recog nized as im por tant fac tors in many nat u ral sys tems 3 . The struc ture and chem i cal be hav ior of these funcionalities have been stud ied over the last de cade. The high sta bil ity of metal frac tions when complexed with bi o log i cal or ar ti ficial ligand sources in ter fere di rectly in the trans por ta tion, ac cu mu la tion and bioavailability of met als in the en vi ronment 4 . There is con sid er able ev i dence that the...

Speciation in Freshwaters

“…In general, Cu has been found to form less labile complexes with aquatic humic substances than do Zn, Pb, Cd or Mn, but there is some disparity in the lability order reported by different workers (Burba, 1994;Rocha et al, 1997).…”

Lability of Cd, Cr, Cu, Mn and Pb complexed by aquatic humic substances

“…The HSs standards were prepared from their concentrates by dilution to 0.1 mg mL -1 DOC. To remove the metals occurring naturally in HSs, 1 g (dry weight) of highly pure ion exchange Cellulose-Hyphan ( Riedel-deHaen) was added and the mixture kept under agitation for 72 h at pH = 5.0 13 . After filtration, the pH was adjusted to 4.5, and the HSs standards were stored in polyethylene bottles under refrigeration at +4 o C.…”

Substâncias húmicas aquáticas: fracionamento molecular e caracterização de rearranjos internos após complexação com íons metálicos

“…Entretanto, após 10 dias de complexação, Figura 2c, a distribuição de metais nas três frações de maiores tamanhos moleculares (F 1 -F 3 ) volta a apresentar, características semelhantes àquelas distribuições de metais originalmente complexados pelas SHA, mostradas na Figura 2a. Rocha et al 27,28 , estudando a labilidade relativa de espécies metálicas complexadas com SHA, sugeriram que a diminuição da labilidade em função do tempo pode ser explicada assumindo-se que, quando em contato com as SHA, inicialmente os íons metálicos são complexados preferencialmente por sítios de complexação mais externos, portanto, mais acessíveis. Entretanto, com o passar do tempo, o complexo metal-SHA tende a se estabilizar ocorrendo rearranjos inter e/ou intramoleculares, com a transferên-cia do metal para os sítios de complexação mais internos das macromoléculas húmicas.…”

“…Assim, a espécie metal-SHA tem sua labilidade relativa reduzida em função do tempo e, consequentemente, o íon metálico fica menos disponível para participar de reações no ambiente aquático. A caracterização de mudanças na distribuição de carbono das frações após adição de íons metálicos, corrobora para confirmação da hipótese da existên-cia de rearranjos inter e/ou intramoleculares proposta recentemente por Rocha et al 27,28 . A Tabela 3 lista as ordens decrescentes de complexação de metais originalmente complexados pelas diferentes frações de SHA, após adição de íons metálicos com tempo de complexação de 24 horas (metal-SHA 1D) e 10 dias (metal-SHA 10D).…”