Probing the aluminum complexation by Siberian riverine organic matter using solid-state DNP-NMR

• Published in: Chemical Geology
• Main Authors: Pourpoint, Frédérique, Templier, Joëlle, Anquetil, christelle, Vezin, Hervé, Trébosc, Julien, Trivelli, Xavier, Chabaux, François, Pokrovsky, Oleg S., Prokushkin, Anatoly S., Amoureux, Jean-Paul, Lafon, Olivier, Derenne, Sylvie
• Other Authors: Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 (LASIRE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille Institut (CLIL), Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle UMR 8576 (UGSF), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre (EOST), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), V.N. Sukachev Institute of Forest, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2017
• Subjects: Complexation; DOM; NMR; Arctic River; Aluminum; [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry; Arctic
• Online Access: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01507396; https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.02.004

International audience In a Siberian river, the concentrations of chemical species vary with the hydrological regime. Dissolved Organic Matter (DOM) and aluminum ions show a parallel trend in the course of the hydrological year. However, the speciation of aluminum in this natural environment remains an open question. We propose here a combination of spectroscopic techniques to investigate the proximity between the aluminum atoms and DOM. First, one-dimensional (1D) solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and 1D and 2D solution NMR spectra were acquired, providing a clear overview of the DOM composition. Second, the sensitivity enhancement yielded by Dynamic Nuclear Polarization enabled the NMR detection of proximities between the 27 Al and 13 C nuclei. Hence, we show that 8.3 ± 1.3% of the carboxylate groups observed by NMR are connected to the Al 3+ ions in the DOM sample. We here demonstrate for the first time how advanced solid-state NMR methods can provide key information about the localization of aluminum in such complex natural materials.