Adsorption and Molecular Fractionation of Dissolved Organic Matter on Iron-Bearing Mineral Matrices of Varying Crystallinity

溶解有机碳 化学 分馏 吸附 矿物 有机质 环境化学 结晶度 方位(导航) 矿物学 化学工程 色谱法 有机化学 地图学 工程类 地理 结晶学
作者
Elizabeth K. Coward,Tsutomu Ohno,Alain F. Plante
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:52 (3): 1036-1044 被引量:230
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b04953
摘要

Iron (Fe)-bearing mineral phases contribute disproportionately to adsorption of soil organic matter (SOM) due to their elevated chemical reactivity and specific surface area (SSA). However, the spectrum of Fe solid-phase speciation present in oxidation-reduction-active soils challenges analysis of SOM-mineral interactions and may induce differential molecular fractionation of dissolved organic matter (DOM). This work used paired selective dissolution experiments and batch sorption of postextraction residues to (1) quantify the contributions of Fe-bearing minerals of varying crystallinity to DOM sorption, and (2) characterize molecular fractionation using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS). A substantial proportion of soil SSA was derived from extracted Fe-bearing phases, and FT-ICR-MS analysis of extracted DOM revealed distinct chemical signatures across Fe-OM associations. Sorbed carbon (C) was highly correlated with Fe concentrations, suggesting that Fe-bearing phases are strong drivers of sorption in these soils. Molecular fractionation was observed across treatments, particularly those dominated by short-range-order (SRO) mineral phases, which preferentially adsorbed aromatic and lignin-like formulas, and higher-crystallinity phases, associated with aliphatic DOM. These findings suggest Fe speciation-mediated complexation acts as a physicochemical filter of DOM moving through the critical zone, an important observation as predicted changes in precipitation may dynamically alter Fe crystallinity and C stability.
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