Studio della speciazione del ferro disciolto in acque marine antartiche tramite CLE-AdSV e HPLC-ESI-MS/MS.

Abstract

Recentemente lo studio del Fe, e della sua speciazione, ha suscitato parecchio interesse nelle aree High Nutrient Low Chlorophyll, di cui l’Oceano Meridionale fa parte, caratterizzate da bassi input di ferro che limitano la produttività primaria, ovvero la produzione di materia organica da parte degli organismi fotosintetici. Si stima che circa il 99% del ferro disciolto (Fed) totale in acqua di mare si trovi sotto forma di complessi con ligandi organici, influenzando non soltanto la concentrazione del Fed, ma anche la biodisponibilità. I ligandi organici disciolti sono costituiti da un ampio gruppo di molecole organiche molte delle quali non identificate con concentrazioni variabili nell’ordine del nM. La valutazione del ferro disciolto (Fed), della sua speciazione e della caratterizzazione dei suoi ligandi organici, rappresentano una sfida analitica parecchio complessa per via della complessità della matrice ad alto contenuto di sali disciolti, delle strutture chimiche complesse, e delle concentrazioni tipicamente basse e variabili dei ligandi. Nel presente lavoro di tesi sono stati valutati diversi aspetti dello studio della distribuzione e della speciazione del ferro disciolto in campioni di acqua di mare prelevati nel corso di diverse campagne oceanografiche coordinate dal Programma Nazionale di Ricerche in Antartide nel Mare di Ross. In particolare, lo studio si è articolato in due linee principali: 1. l’applicazione della tecnica voltammetrica di adsorbimento e ridissoluzione catodica (CLE-AdSV) per l’analisi del Fe disciolto totale previa digestione UV e dello studio della sua speciazione nelle acque del settore nordoccidentale del Mare di Ross; 2. l’impiego dell'ICP-MS e di HPLC-ESI-MS/MS previa procedura di estrazione e preconcentrazione del campione con colonnine SPE , per la caratterizzazione di ligandi organici in campioni di acqua di mare prelevata nel settore orientale del Mare di Ross.

Recently the study of Fe, and its speciation, has aroused a lot of interest in the High Nutrient Low Chlorophyll areas, of which the Southern Ocean is part, characterized by low iron inputs which limit primary productivity, i.e. the production of organic matter from part of photosynthetic organisms. It is estimated that approximately 99% of total dissolved iron (Fed) in seawater is found in the form of complexes with organic ligands, influencing not only the concentration of Fed, but also bioavailability. Dissolved organic ligands are made up of a large group of organic molecules, many of which are unidentified, with concentrations varying in the order of nM. The evaluation of dissolved iron (Fed), its speciation and the characterization of its organic ligands, represent a very complex analytical challenge due to the complexity of the matrix with a high content of dissolved salts, the complex chemical structures, and the typically low and ligand variables. In this thesis work, various aspects of the study of the distribution and speciation of dissolved iron in seawater samples taken during various oceanographic campaigns coordinated by the National Antarctic Research Program in the Ross Sea were evaluated. In particular, the study was divided into two main lines: 1. the application of the cathodic adsorption and redissolution voltammetric technique (CLE-AdSV) for the analysis of total dissolved Fe after UV digestion and the study of its speciation in the waters of the north-western sector of the Ross Sea; 2. the use of ICP-MS and HPLC-ESI-MS/MS following a sample extraction and pre-concentration procedure with SPE columns, for the characterization of organic ligands in seawater samples taken in the eastern sector of the Sea of Ross.