Predgovor

---

Oznaka: 0098121

FIZIKALNA I BIOGEO-KEMIJA TRAGOVA METALA U VODENIM SUSTAVIMA

PHYSICAL CHEMISTRY AND BIOGEOCHEMISTRY OF TRACE METALS IN AQUATIC SYSTEMS
Voditeljica projekta: dr. sc. Ivanka Pižeta

Tel. ++385 1 4680 231   e-mail: [e-mail]

Suradnici
Vlado Cuculić, doktor kem. znanosti, viši asistent, u zvanju znanstvenog suradnika od 28.10.2005.
Neven Cukrov, magistar geol. znanosti, asistent
Marina Mlakar, doktorica kem. znanosti, viša znanstvena suradnica
Dario Omanović, doktor kem. znanosti, znanstveni suradnik
Ivanka Pižeta, doktorica elektrotehnike, znanstvena savjetnica
Vesna Stipaničev-Žic, doktorica kem. znanosti, viša asistentica (do 30.6.2005.)
Tehnički suradnici
Željko Kwokal
Željko Peharec

Program rada i rezultati na projektu:

Proučavana su fizičko-kemijska svojstva tragova metala, kinetika kao i biogeokemijske ravnoteže, te promjene raspodjele oblika tragova metala u vodenim sustavima uzrokovane prirodnim i antropogenim utjecajima. Istraživani su dominantni biogeokemijski putevi i procesi tragova metala u prirodnim i zagađenim vodenim sustavima. Neki su osnova za održavanje života na zemlji (Fe, Zn, Cu, I) dok su drugi ekotoksični (Hg, Cd, Pb, U). Mjerene su konstante ravnoteže pojedinačnih reakcija, te su izračunavane raspodjele kemijskih vrsta i brzine transformacije metala iz jednih u druge kemijske vrste. Usavršavana je automatizacija postupaka i metoda mjerenja. Provjera rezultata bazirana je na usporedbi s drugim nezavisno dobivenim rezultatima, kao i provjerama na modelnim otopinama i standardima. Istraživane su interakcije iona metala s makro- i mikrokonstituentima vodene faze, sedimentima i biotom u prirodi.

Pojedine specifične aktivnosti:

Otopljeno željezo u vodenom okolišu ima ključnu ulogu u procesima primarne produkcije te su zbog toga istraživani brojni topivi kompleksi željeza. Određen je novi miješani kompleks željezo(III)-glicin-NTA, koji je stabilan u otopljenom stanju preko 24 sata pri pH morske vode (~ 8), pri puno višim koncentracijama željeza od prirodnih, što će pomoći njegovoj boljoj biodostupnosti.

Istraživanja u Rogozničkom jezeru i u vodenom stupcu estuarija rijeke Krke pokazala su da se termodinamički predviđeni odnosi koncentracija jodata i jodida postižu samo u anoksičnim uvjetima.

Dugogodišnja mjerenja koncentracija žive u estuariju rijeke Krke pokazala su da je dominantni put unosa žive u vodeni okoliš preko zraka. Utvrđene su značajne korelacije koncentracija različitih oblika žive s vremenskim uvjetima (kiša, vjetar), protokom slatke vode, količinom organske tvari, godišnjem dobu. Mjerenjem metil-žive u prirodnim vodama, sedimentima, i organima jestivih organizama dobiveni su značajni podaci o njenoj rasprostranjenosti te putovima nastajanja.

Mjerenja urana u širem području terminala za pretovar ruda u Šibenskoj luci (estuarij rijeke Krke) pokazala su značajno povećanje koncentracija u sedimentu i školjkama, dok je koncentracija urana u vodenom stupcu na razini nezagađenog dijela estuarija.

Specijacija tragova metala unaprjeđena je primjenom novih algoritama za fitiranje eksperimentalnih podataka, te izračunavanja parametara kod određivanja kapaciteta kompleksiranja metala u modelnim otopinama i prirodnim vodama.

Primjenom mikroelektroda izrađenih od zlata, srebra i iridija za in-situ mjerenja u sedimentima napravljeni su značajni pomaci u specijaciji tragova metala.

Mnogobrojnim primjerima pokazano je da se pseudopolarografija može uspješno koristiti kako za specijaciju tragova metala, tako i za karakterizaciju elektrokemijskih reakcija.

Research programme and results:

Physico-chemical characteristics of trace metals, their reaction kinetics and biogeochemical equilibria, as well as changes in speciation of trace metals in aquatic systems influenced by natural and anthropogenic processes were studied. The dominant biogeochemical reaction pathways and processes of trace metals were studied in natural and contaminated aqueous environments. Some of these elements are essential to sustain life (Fe, Zn, Cu, I) while others are ecotoxic (Hg, Cd, Pb, U). Equilibrium constants of specific reactions were measured and speciations were calculated including the rates of transformation of metals between different chemical species. Further development of automation processes and measurement methods was done. The data quality assessment is based on their comparison with results obtained by independent methods, as well on studies of model systems and reference standards. Interactions of metal ions with major and minor constitutents of aquatic phases, sediments and biota were studied.

Specific research activities on the project involved also:

Dissolved iron has a crucial role in primary production processes of aquatic environment. Hence, numerous complexes of ionic iron were investigated. New mixed ligand complex iron(III)-glycin-NTA was determined, stable in the solution over 24 hours at seawater pH (~8), with concentration of iron several orders of magnitude higher than in natural waters that secures enhanced iron bioavailability.

Studies in Rogoznica Lake and in waters of Krka River estuary showed that thermodynamically predicted ratio of iodide and iodate concentrations are valid only in anoxic conditions.

Long-term measurements of mercury concentrations in Krka River estuary proved that the predominant way of mercury input was through air. Significant correlations of the mercury specia concentrations with weather conditions (rain, wind), flux of fresh water, content of organic matter, season, etc. were found. The measurements of methyl-mercury in water, sediments and biota provide data useful to explain its distribution and origin.

Measurements of uranium in the area near the transhipment terminal within Šibenik port (Krka river estuary), showed elevated concentrations in sediments and mussels, while its concentrations in water column were on the level of the unpolluted estuary part.

The speciation of trace metals is improved by applying the new algorithms for fitting the experimental data and computing the parameters of the metal complexing capacity determination in model solutions and natural waters.

Important progress in speciation of trace metals is achieved by applying gold, silver and iridium microelectrodes for in-situ measurements.

Pseudopolarographic method could be successfully applied for the trace metal speciation, as well as for the characterization of the electrochemical reactions.