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), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 (LASIRE), Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle - UMR 8576 (UGSF), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS), 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)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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: Aluminum; Arctic River; Complexation; DOM; NMR; [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry; Arctic
• Online Access: https://hal.science/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.