Contribution of the molecular spectroscopies to the study of the fixing mechanisms by three polluting metal ions with humic substances.
Complexation of Al(III), Pb(II) and Zn(II) by model systems.
Apport des spectroscopies moléculaires à l'étude des mécanismes de fixation d'ions métalliques polluants par les substances humiques.
Complexation de Al(III), Pb(II) et Zn(II) par des systèmes modèles.
Résumé
The humic substances (HS) result from the degradation of organic residues and represent the greatest part of the organic matter of the natural systems. The HS are able to trap many pollutants like heavy metals and play a major role in the metal ions retention. Their chelating properties are due mainly to some recurring functions: carboxylic and phenolic groups.
In a 1st part, the study of the complexation of model molecules involving similar sites to those met in the natural biopolymers makes it possible to know the chelating capacities of the most widespread functions (catechol, hydroxy-carbonyl and carboxylic acid). Spectroscopic techniques combined with quantum chemical calculations provides us the chelating capacities classification of the mono-site compounds toward the metallic ions Al(III), Pb(II) and Zn(II). We show whereas that this type of classification is preserved when the sites are in competition within the same structure.
In a 2nd part, the examination by synchronous fluorescence of the 3 polluting metals complexation by a standard humic acid (HA) made it possible to highlight different behaviors for each one of them, reflecting distinct fixing mechanisms and a specificity of the metal-humic interactions. We have established a classification of the chelating powers of HA towards the 3 cations in agreement with those obtained by the models. Lastly, the competition between HA and two organic molecules of low molecular size have shown that the percentages of pollutants extracted to the humic acid are weak and this one remains a "toxic reservoir" in the natural environments.
In a 1st part, the study of the complexation of model molecules involving similar sites to those met in the natural biopolymers makes it possible to know the chelating capacities of the most widespread functions (catechol, hydroxy-carbonyl and carboxylic acid). Spectroscopic techniques combined with quantum chemical calculations provides us the chelating capacities classification of the mono-site compounds toward the metallic ions Al(III), Pb(II) and Zn(II). We show whereas that this type of classification is preserved when the sites are in competition within the same structure.
In a 2nd part, the examination by synchronous fluorescence of the 3 polluting metals complexation by a standard humic acid (HA) made it possible to highlight different behaviors for each one of them, reflecting distinct fixing mechanisms and a specificity of the metal-humic interactions. We have established a classification of the chelating powers of HA towards the 3 cations in agreement with those obtained by the models. Lastly, the competition between HA and two organic molecules of low molecular size have shown that the percentages of pollutants extracted to the humic acid are weak and this one remains a "toxic reservoir" in the natural environments.
Les substances humiques (SH) sont issues de la dégradation de résidus organiques et représentent la partie la plus importante de la matière organique des systèmes naturels. Les SH sont capables de piéger de nombreux polluants comme les métaux lourds et jouent donc un rôle majeur dans la rétention des ions métalliques. Leurs propriétés complexantes sont dues principalement à certaines fonctions récurrentes : les groupements carboxyliques et phénoliques.
Dans une 1ère partie, l'étude de la complexation de molécules modèles possédant des sites similaires à ceux rencontrés dans les biopolymères naturels a permis d'évaluer les capacités complexantes des fonctions les plus répandues (catéchol, hydroxy-carbonyle et acide carboxylique). L'association de techniques spectroscopiques et de calculs de chimie quantique a permis d'établir un classement des pouvoirs chélatants des composés mono-sites vis-à-vis des ions métalliques Al(III), Pb(II) et Zn(II)), et a montré que ce type de classement est conservé lorsque les sites sont en compétition au sein d'une même structure.
Dans une 2nde partie, l'examen par fluorescence synchrone de la complexation des 3 métaux polluants par un acide humique standard (AH) a mis en évidence des comportements différents pour chacun d'eux, reflétant des mécanismes de fixation distincts et une spécificité des interactions métallo-humiques. Nous avons ainsi pu établir un classement du pouvoir complexant de AH vis à vis des 3 cations, en accord avec celui obtenu pour les modèles. Enfin, la compétition entre AH et deux molécules organiques de faible poids moléculaires a montré que les pourcentages de polluants extraits de l'acide humique sont faibles et que celui-ci reste un véritable « réservoir toxique » au sein des milieux naturels.
Dans une 1ère partie, l'étude de la complexation de molécules modèles possédant des sites similaires à ceux rencontrés dans les biopolymères naturels a permis d'évaluer les capacités complexantes des fonctions les plus répandues (catéchol, hydroxy-carbonyle et acide carboxylique). L'association de techniques spectroscopiques et de calculs de chimie quantique a permis d'établir un classement des pouvoirs chélatants des composés mono-sites vis-à-vis des ions métalliques Al(III), Pb(II) et Zn(II)), et a montré que ce type de classement est conservé lorsque les sites sont en compétition au sein d'une même structure.
Dans une 2nde partie, l'examen par fluorescence synchrone de la complexation des 3 métaux polluants par un acide humique standard (AH) a mis en évidence des comportements différents pour chacun d'eux, reflétant des mécanismes de fixation distincts et une spécificité des interactions métallo-humiques. Nous avons ainsi pu établir un classement du pouvoir complexant de AH vis à vis des 3 cations, en accord avec celui obtenu pour les modèles. Enfin, la compétition entre AH et deux molécules organiques de faible poids moléculaires a montré que les pourcentages de polluants extraits de l'acide humique sont faibles et que celui-ci reste un véritable « réservoir toxique » au sein des milieux naturels.
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