Ultrasound assisted extraction for determination of mobile fractions of copper in soil

• Autorzy: Lesniewska B. , Swierad E. , Lukowski A. , Wiater J. , Godlewska-Zylkiewicz B.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. For evaluation of the mobility of metals present in soil various approaches based on sequential extraction procedures (Tessier’s, BCR or modified BCR) have been proposed, but they are very laborious and time-consuming. Objective. The aim of this study was to develop a new fast extraction procedure for the determination of mobile fractions of copper in soil. Material and methods. The samples of soil that vary in terms of physicochemical properties and certified reference material (BCR-701) were used in this study. The three-stage modified BCR procedure used for fractionation of copper in soil was accelerated by ultrasound irradiation using an ultrasonic probe. The content of copper in soil extracts was determined by electrothermal atomic absorption spectrometry (ETAAS). Results. The extraction conditions for separation of mobile fractions of copper from soil with the use of ultrasonic probe were optimized. The working parameters of the probe were as follows: the power was 15 W for all fractions while the sonication time was 7 min, 10 min and 6 min for fraction I, fraction II and fraction III, respectively. The developed procedure was validated; linearity of calibration graphs, limit of detection and limit of quantification, accuracy and repeatability of the procedure were evaluated. The content of copper in fraction I-III in soil samples collected from Podlaskie Voivodeship was at the level of 0.09-1.92 mg·kg-1, whereas its pseudo-total content was in the range 2.75-9.75 mg·kg-1. Conclusions. The developed ultrasound assisted sequential extraction procedure allowed for shortening the total extraction time from 48 h to 27 minutes in comparison to conventional modified BCR procedure. The studied soil contains a low pool of copper bioavailable to plants because a sum of mobile fractions (FI-FIII) represents only 22-46% of its pseudo-total content.

PL

Wprowadzenie. Ocena zawartości mobilnych form metali w glebie najczęściej prowadzona jest z wykorzystaniem praco- i czasochłonnych procedur ekstrakcji sekwencyjnej wg Tessiera, BCR oraz zmodyfikowanej procedury BCR. Cel badań. Opracowanie nowej szybkiej procedury ekstrakcji sekwencyjnej wspomaganej ultradźwiękami do oznaczania mobilnych frakcji miedzi w glebie. Materiały i metody. Badania prowadzono wykorzystując próbki gleb różniące się właściwościami fizykochemicznymi oraz certyfikowany materiał odniesienia (BCR-701). Trójetapowa zmodyfikowana procedura BCR zastosowana do frakcjonowania miedzi w glebie została przyspieszona przez wykorzystanie ultradźwięków. Do oznaczania analitu w otrzymanych ekstraktach zastosowano technikę atomowej spektrometrii absorpcyjnej z atomizacją elektrotermiczną (ETAAS). Wyniki. W pracy zoptymalizowano warunki ekstrakcji mobilnych frakcji miedzi z gleby z wykorzystaniem sondy ultradźwiękowej. Jako optymalne warunki pracy sondy ultradźwiękowej przyjęto: moc sondy 15 W dla wszystkich frakcji oraz czas 7 min dla Frakcji I, 10 min dla Frakcji II i 6 min dla Frakcji III. Opracowaną procedurę zwalidowano wyznaczając: linowość, granice wykrywalności i oznaczalności, dokładność i powtarzalność wyników. Zawartość miedzi we frakcjach I-III wyekstrahowanych z gleb pobranych z terenu województwa podlaskiego była na poziomie 0,09-1,92 mg·kg-1, natomiast jej całkowita zawartość wynosiła od 2,75 do 9,75 mg·kg-1. Wnioski. Opracowana procedura ekstrakcji sekwencyjnej wspomaganej ultradźwiękami pozwala na skrócenie czasu ekstrakcji mobilnych frakcji miedzi z 48 godzin do 27 minut w stosunku do tradycyjnej zmodyfikowanej procedury BCR. Badane gleby zawierają niewiele miedzi biodostępnej dla roślin, a suma mobilnych frakcji miedzi (frakcje I-III) stanowi tylko od 22 do 46% jej całkowitej zawartości.

Słowa kluczowe

EN

soil; copper fraction; determination; ultrasound detector; BCR method; electrothermal atomic absorption spectrometry

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2014
• Tom: 65
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.67-74,fig.,ref.

Twórcy

autor

Lesniewska B.

• Institute of Chemistry, University of Bialystok, Hurtowa street 1, 15-399 Bialystok, Poland

autor

Swierad E.

• Institute of Chemistry, University of Bialystok, Hurtowa street 1, 15-399 Bialystok, Poland

autor

Lukowski A.

• Faculty of Civil and Environmental Engineering, Bialystok University of Technology, Bialystok. Poland

autor

Wiater J.

• Faculty of Civil and Environmental Engineering, Bialystok University of Technology, Bialystok. Poland

autor

Godlewska-Zylkiewicz B.

• Institute of Chemistry, University of Bialystok, Hurtowa street 1, 15-399 Bialystok, Poland

Bibliografia

• 1. Arain M.B., Kazi T.G., Jamali M.K., Jalbani N., Afridi H.I., Baig J.A.: Speciation of heavy metals in sediment by conventional, ultrasound and microwave assisted single extraction methods: a comparison with modified sequential extraction procedure. J Hazard Mater 2008; 154:998-1006.
• 2. Bendicho C., De La Calle I., Pena F., Costas M., Cabaleiro ., Lavilla I.: Ultrasound-assisted pre-treatment of solid samples in the context of green analytical chemistry. Trends Anal Chem 2012; 31:50-60.
• 3. Bielecka-Giełdoń A., Ryłko E., Żamojć K.: Distribution, bioavailability and fractionation of metallic elements in allotment garden soils using the BCR sequential extraction procedure. Pol J Environ Stud 2013; 22:1013- 1021.
• 4. Canepari S., Cardarelli E., Silvano G., Scimonelli L.: Ultrasound and microwave-assisted extraction of metals from sediment: a comparison with the BCR procedure. Talanta 2005;66:1122-1130.
• 5. Davidson C.M., Delevoye G.: Effect of ultrasonic agitation on the release of copper, iron, manganese and zinc from soil and sediment using the BCR three stage sequential extraction. J Environ Monit 2001; 3:398-403.
• 6. Fan J., He Z., Ma L.Q., Stoffella P.J.: Accumulation and availability of copper in citrus grove soils as affected by fungicide application. J Soils Sediments 2011;11:639- 648.
• 7. Fernandez-Calvino D., Perez-Novo C., Novoa-Munoz J.C., Arias-Estevez M.: Copper fractionation and release from soils devoted to different crops. J Hazard Mater 2009; 167:797-802.
• 8. Gunkel P., Roth E., Fabre B.: Sequential extraction of copper from soils and relationships with copper in maize. Environ Chem Lett 2004; 2:99-103.
• 9. Kabata-Pendias A., Pendias H.: Biogeochemistry of trace elements. PWN, Warszawa 1999 (in Polish)
• 10. Kabata-Pendias A. et al.: Guidance for assessment of chemical pollution of soils. Heavy metals, sulfur and PAHs. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 1995 (in Polish)
• 11. Krasnodębska-Ostręga B., Kaczorowska M., Golimowski J.: Ultrasound-assisted extraction for the evaluation of element mobility in bottom sediment collected at mining and smelting Pb-Zn ores area in Poland. Microchim Acta 2006;154:39-43.
• 12. Mackie K.A., Müller T., Kandeler E.: Remediation of copper in vineyards - A mini review. Environ Pollution 2012;167:16-26.
• 13. Mossop K.F., Davidson C.M.: Comparison of original and modified BCR sequential extraction procedures for the fractionation of copper, iron, lead, manganese and zinc in soils and sediments. Anal Chim Acta 2003; 478:111-118.
• 14. Mocek A., Spychalski W., Dobek A., Mocek-Płóciniak A.: Comparison of three methods of copper speciation in chemically contaminated soil. Pol J Environ Stud 2012; 21:159-164.
• 15. Pakuła K., Kalembasa D.: Copper fractionation from Cambisols and Luvisols using BCR procedure. Pol J Environ Stud 2013;22:809-817.
• 16. Pérez-Cid B., Lavilla I., Bendicho C.: Speeding up of a three-stage sequential extraction method for metal speciation using focused ultrasound. Anal Chim Acta 1998; 360:35-41.
• 17. Pérez-Cid B., Lavilla I., Bendicho C.: Comparison between conventional and ultrasound accelerated Tessier sequential extraction schemes for metal fractionation in sewage sludge. Fresenius J Anal Chem 1999;363:667-672.
• 18. Pérez G., Valiente M., Bendicho C.: A comparative study of metal readsorption in the application of a three-stage sequential extraction scheme and two accelerated versions (ultrasonic and single extractions). Open Anal Chem J 2008; 2:40-46.
• 19. Regulation of Minister of Environment of 9 September 2002 on standards for soil quality. J Laws of 2002. No. 165, item. 1359 (in Polish).
• 20. Reid M.K., Spencer K.L., Shotbolt L.: An appraisal of microwave-assisted Tessier and BCR sequential extraction methods for the analysis of metals in sediments and soils. J Soils Sediments 2011;11:518-528.
• 21. Wójcikowska-Kapusta A., Niemczuk B.: Copper speciation in different-type soil profiles. J Elementol 2009; 14:815-824.