ISO/TS 16751:2018
(Main)Soil quality — Environmental availability of non-polar organic compounds — Determination of the potential bioavailable fraction and the non-bioavailable fraction using a strong adsorbent or complexing agent
Soil quality — Environmental availability of non-polar organic compounds — Determination of the potential bioavailable fraction and the non-bioavailable fraction using a strong adsorbent or complexing agent
ISO/TS 16751:2018 specifies an extraction method to determine the bioavailable (potential and environmental available) fraction and the non-bioavailable fraction of a contaminant in soil using a "receiver phase" for an organic contaminant with strong sorbing or complexing properties, for example, Tenax®[1] or cyclodextrin, respectively.
Qualité du sol — Disponibilité environnementale des composés organiques non polaires — Détermination de la fraction potentiellement biodisponible et de la fraction non biodisponible en utilisant un agent adsorbant fort ou un agent complexant
ISO/TS 16751:2018 spécifie une méthode d'extraction pour déterminer la fraction biodisponible (disponibilité potentielle et environnementale) et la fraction non biodisponible d'un contaminant dans le sol en utilisant une «phase réceptrice» pour un contaminant organique, phase à fortes propriétés sorbantes ou à propriétés complexantes, par exemple, le Tenax®[1] ou la cyclodextrine, respectivement.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 16751
First edition
2018-04
Soil quality — Environmental
availability of non-polar organic
compounds — Determination of the
potential bioavailable fraction and
the non-bioavailable fraction using a
strong adsorbent or complexing agent
Qualité du sol — Disponibilité environnementale des composés
organiques non polaires — Détermination de la fraction
potentiellement biodisponible et de la fraction non biodisponible en
utilisant un agent adsorbant fort ou un agent complexant
Reference number
ISO/TS 16751:2018(E)
©
ISO 2018
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ISO/TS 16751:2018(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 16751:2018(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Reagents . 3
6 Apparatus . 3
7 Procedure. 4
7.1 Sample preparation . 4
7.2 Determining water content . 5
7.3 Method A: Cyclodextrin . 5
7.3.1 Extraction of the sample . 5
7.3.2 Phase separation . 5
7.3.3 Extraction from receiver phase . 5
7.4 Method B: Tenax® . 5
7.4.1 Extraction of the sample . 5
7.4.2 Phase separation . 6
7.4.3 Extraction from receiver phase . 6
7.5 Measurement . 7
7.5.1 Potential bioavailable fraction . 7
7.5.2 Non-bioavailable fraction . 7
7.6 Blank test . 7
8 Calculation . 7
8.1 Potential bioavailable fraction . 7
8.2 Non-bioavailable fraction . 9
9 Expression of results . 9
10 Validation . 9
11 Test report .10
®
Annex A (informative) Preparation and regeneration of Tenax .11
Annex B (informative) Illustrations.12
Annex C (informative) Validation .15
Bibliography .16
© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO/TS 16751:2018(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7, Soil
and site assessment.
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ISO/TS 16751:2018(E)
Introduction
The solubility of most non-polar organic contaminants is limited and they are sorbed to the soil
matrix. They may desorb and become available for organisms, which may result in an effect (toxicity,
degradation or bioaccumulation). Not all sorbed (adsorbed and absorbed) contaminants will desorb
and become available.
Extractions used in chemical analysis to measure the total concentration, release more contaminants
from the soil than are available. It is however also possible that contaminants are so strongly bounded
by the soil that they will not be released by chemical extraction. This strong sorption may also be
caused by incorporation of the contaminant (or a degradation or reaction product of the contaminant)
in the organic soil structure. The distribution of contaminants over sorption sites of varying sorption
strength is not constant in time and contaminants will shift, with increasing contact time, to the
stronger sorption sites.
Figure 1 shows schematically the differentiation between:
— extractable residues that are also bioavailable (i.e. the potentially bioavailable fraction);
— residues that are extractable by harsher extraction methods but are non-bioavailable;
— residues that are neither extractable nor bioavailable.
If a degradable substance enters a soil, part of it will degrade over time (curve a). The area between
curve a and c is extractable by exhaustive chemical procedures. For risk assessments, this part is
considered as the “total concentration” for which values are defined in many regulations. However
only a part of this amount is bioavailable. The area between curves a and b is the bioavailable fraction
and the area between curves b and c is the non-bioavailable fraction. The method described in this
document enables the measurement of the potential bioavailable and the non-bioavailable fraction of a
contaminant in soil.
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ISO/TS 16751:2018(E)
Key
X time
Y contaminant concentration
1 degradable
2 bioavailable
3 extractable, non-bioavailable
4 non-extractable: persistent residues
5 non-available fraction
NOTE For curves a, b and c see description in text above.
Figure 1 — Temporal changes in extractable/bioavailable fractions, extractable/non-
bioavailable fractions and non-extractable/non-bioavailable fractions of a non-polar organic
contaminant (modified from [1])
In the scientific research to bioavailability a large number of definitions and concepts are in use, which
reflect the discussion in the scientific world. However, for regulatory purposes a more clear and simple
approach is necessary. In regulation, organic contaminants are either bioavailable or non-bioavailable.
To support decisions, both should be measurable. Therefore, this document follows the approach
[2]
of Ortega-Calvo et al. (2015) as illustrated in Figure 2. In this approach all defined fractions are
measurable as further explained in Clause 4.
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ISO/TS 16751:2018(E)
Figure 2 — Measurement of bioavailability of organic chemicals: a simplified scheme for use in
regulation [Source: Ortega-Calvo et al. (2015)]
The colour boxes at the left of the biological membrane represent the distribution of pollutant molecules
among four classes (non-extractable, very slowly/slowly desorbing, rapidly desorbing and water-
dissolved) in soils and sediments. In the scheme in Figure 2, the bioavailable chemical is represented
by the rapidly desorbing and dissolved concentrations. The chemical methods able to measure the
pollutant present in each specific fraction are given in the grey boxes. The green box to the right of
the cell membrane represents the processes that occur within the organism exposed to the pollutant.
These biological processes can also serve as the basis for standard methods used for bioavailability
measurements.
As presented in Figure 2, the bioavailable fraction can be measured using the method described in this
document.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 16751:2018(E)
Soil quality — Environmental availability of non-polar
organic compounds — Determination of the potential
bioavailable fraction and the non-bioavailable fraction
using a strong adsorbent or complexing agent
1 Scope
This document specifies an extraction method to determine the bioavailable (potential and
environmental available) fraction and the non-bioavailable fraction of a contaminant in soil using a
“receiver phase” for an organic contaminant with strong sorbing or complexing properties, for example,
1)
®
Tenax or cyclodextrin, respectively.
NOTE 1 The bioavailable fraction is defined in ISO 17402 as environmental bioavailability.
The method is applicable for non-polar organic contaminants with an aqueous solubility of <100 mg/l.
The method is applicable for soil and soil-like material including (dredged) sediments.
NOTE 2 The method is theoretically applicable to non-polar organic contaminants with an aqueous solubility
of 1 000 mg/l. The method has been often applied for compounds with a much lower solubility (K > 3) and less
ow
for compounds with a higher solubility. The applicability is therefore defined for compounds with an aqueous
solubility of <100 mg/l.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11074, Soil quality — Vocabulary
ISO 11465, Soil quality — Determination of dry matter and water content on a mass basis —
Gravimetric method
ISO 14507, Soil quality — Pretreatment of samples for determination of organic contaminants
ISO 17402, Soil quality — Requirements and guidance for the selection and application of methods for the
assessment of bioavailability of contaminants in soil and soil materials
ISO 18512, Soil quality — Guidance on long and short term storage of soil samples
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11074, ISO 17402 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
®
1) Tenax is an example of a suitable product available commercially. This information is given for the
convenience of users of this document and does not constitute an endorsement by ISO of this product.
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ISO/TS 16751:2018(E)
3.1
potential bioavailable fraction
amount of contaminant present in the matrix that can be released from the solid phase to the aqueous
phase in a well-mixed water soil mixture and in presence of a receiving phase in a period of 20 h
Note 1 to entry: In ISO 17924 the term bioaccessibility is used, which is the fraction of a substance in soil or soil
material that is liberated in (human) gastrointestinal juices and thus available for absorption. This document
does not distinguish between bioavailability and bioaccessibility and uses the general term bioavailability. The
concept of bioavailability as followed in this document is described in the introduction of this document.
4 Principle
This method gives an estimation of the potential bioavailable and non-bioavailable fraction of organic
contaminants, i.e. the amount of the contaminant in the matrix that is potentially exchangeable with
®
the aqueous phase; specifically that, which is adsorbed/complexed by Tenax /cyclodextrin.
The extractable and non-bioavailable fraction of the contaminant left in the sample following the action
®
of Tenax /cyclodextrin can be subsequently measured with an exhaustive/harsh extraction technique
(designed to measure the total concentration) and in this way the non-bioavailable fraction of the
contaminant is assessed.
Thus, in numerical terms, the total contaminant concentration in a sample is the sum of the bioavailable
concentration (established using a strong sorbent or complexing agent) and the non-bioavailable
concentration (established using a subsequent harsh extraction method performed on the residue that
is left after the matrix has been extracted using a strong sorbent or complexing agent):
cc=+ c (1)
tot,cont bionon-bio
where
c is the total contaminant concentration;
tot,cont
c is the bioavailable concentration;
bio
c is the non-bioavailable concentration.
non-bio
The soil, soil-like material or sediment sample with particle size <2 mm is extracted with water
containing a “receiver phase” for the organic contaminants. This phase is either a complexing agent
®
(cyclodextrin) or a strong adsorbent [Tenax ]. The solubility of non-polar compounds is limited and in
this method the receiver phase acts as an “infinite sink”. The measured amount, which is the amount
that desorbs from the soil material during 20 h, reflects the fraction of contaminant that can have
effects on biotic systems and that can become mobile.
In the following step, the contaminants adsorbed are extracted from the receiver phase and determined
by appropriate analytical methods. The amount of contaminants left in the soil residue, the non-
bioavailable fraction, can be measured using a subsequent harsh/exhaustive extraction designed to
measure the total concentration. Formula (1) can then be used to determine the total contaminant
concentration in the sample (if desired).
NOTE 1 ISO 13859 and ISO 13876 are examples to measure the total concentration of respectively PAH and
PCB in soil and soil like materials.
NOTE 2 Formula (1) shows the relationship between the “total contaminant concentration” the “bioavailable
concentration” and the “non-bioavailable concentration”. If two of the concentrations are known the third
concentration can be calculated through the use of Formula (1). For example, by measuring the “total
concentration” and the “non-bioavailable concentration”, the “bioavailable concentration” can be calculated.
This is allowed with homogeneous materials. If it is not known whether a material is homogeneous and the
bioavailable concentration is the concentration of interest, the bioavailable concentration needs to be measured.
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ISO/TS 16751:2018(E)
5 Reagents
Reagents used shall be of suitable grade – analytical grade or higher– if not specified otherwise. The
blank value of the reagents (including water) shall be negligible compared to the lowest concentration
of organic contaminants to be determined.
5.1 Water, millipore or nanopure.
If biodegradation of the target compounds is to be expected, add sodium azide (5.2) to water to a final
concentration of 0,2 g/l. This will minimize the biological degradation of the target compounds. If
biodegradation is not to be expected, it is not necessary to add sodium azide. This is the case for some
persistent target compounds, e.g. PCB.
NOTE With some soil samples it can be difficult to obtain a proper separation between the soil, aqueous
®
phase and Tenax . The use of 0,001 mol/l or 0,01 mol/l CaCl (5.9) instead of water can improve this separation.
2
5.2 Sodium azide, [CAS No. 26628-22-8], NaN .
3
WARNING — Attention is drawn to the hazard deriving from the use of the sodium azide which
is acutely toxic.
5.3 Cyclodextrin, (hydroxypropyl-β-cyclodextrin) of >97 % purity of a Food Grade, Medicine Grade or
Pharmaceutical Grade.
NOTE Analytical Grade cyclodextrin is very expensive. For this method Food Grade has shown to be fit for
purpose.
5.4 Extraction solution of cyclodextrin, dissolve 100 mmol (= 146 g) of cyclodextrin (5.3) per litre of
water (5.1).
NOTE If biodegradation of the target compounds is to be expected, add sodium azide (5.2) to this solution
to a final concentration of 0,2 g/l. This will minimize the biological degradation of the target compounds. If
biodegradation is not to be expected, it is not necessary to add sodium azide. This is the case for some persistent
target compounds, e.g. PCB
5.5 2,6-diphenyleneoxide polymer (Tenax® TA), 60 mesh to 80 mesh. See Annex A for the
®
preparation and regeneration of Tenax .
5.6 Petroleum ether, [CAS No. 8032-32-4], boiling range 40 °C to 60 °C.
5.7 Ethanol, [CAS No. 64-17-5], C H O.
2 6
5.8 Acetone, [CAS No. 67-64-1], C H O.
3 6
5.9 Calcium chloride, [CAS no.1035-04-8], CaCl
2.
5.10 Sodium sulfate, [CAS No. 231-820-9], Na SO
2 4.
6 Apparatus
Use the following equipment. All materials that come into contact with the sample (or reagents) shall
not adsorb the contaminant of interest and shall not contaminate the sample. Glass and PTFE are
suitable materials for most contaminants.
6.1 Sieving equipment, with 2 mm nominal screen size.
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ISO/TS 16751:2018(E)
6.2 Balance, accuracy 0,01 g.
6.3 Conical centrifuge tubes, with screwing caps.
6.4 Separation funnel, of suitable size.
®
NOTE The hole in the tap of the separation funnel used for the Tenax extraction needs to be large enough
®
for the soil particles to leave the funnel. Otherwise no separation between Tenax and the sample is possible.
6.5 Shaking machine, which limits breakdown of sample particles, e.g. an end-over-end shaker,
capable of (20 ± 2) r/min or other mild agitation method or a horizontal movement shaker, capable to
have 150 r/min to 180 r/min.
6.6 Centrifuge, capable to centrifuge the centrifuge tubes (6.3).
6.7 Crushing equipment, jaw crusher or cutting device.
6.8 Appropriate glassware and plastic ware.
6.9 Kuderna Danish sample concentrator.
6.10 Collection vessel.
6.11 Folded filter.
7 Procedure
7.1 Sample preparation
The sample shall be pretreated in the laboratory in accordance with ISO 14507, but with the following
restrictions:
— Intensive pretreatment like grinding may have an effect on the environmental availability of
contaminants and therefore grinding is not allowed.
— In general the test portion to be prepared shall have a grain size less than or equal to 2 mm, but on
no account the material shall be ground to reach this grain size.
— Remove stones, shells and any material not representative for the sample.
— Sieve the sample using a sieve (6.1). If necessary press the material by hand through the sieve.
NOTE Instead of using ISO 14507, also freeze drying according ISO 16720 can be used to pretreat the sample.
Some soils (e.g. peat and some sediments) are difficult to sieve. In these cases remove stones, shells and
material not representative for the sample (e.g. plant material) by hand and process the sample without
sieving.
If the sample cannot be sieved at all because of its water content, reduce the water content until the
laboratory sample can be sieved. In the case of drying, the drying temperature shall not exceed 25 °C.
If a rapidly degradable fraction is to be expected, reduction of water content by air drying is not allowed.
In that case the original collected sample shall be forced by hand through a 2 mm sieve or the sample
can be freeze-dried.
4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/TS 16751:2018(E)
If samples shall be stored, store them in accordance with ISO 18512 and in such a way that processes
that have an effect on the bioavailability (biodegradation, change in organic matter composition) are
prevented.
7.2 Determining water content
Determine the water content of the test portion obtained after sample preparation (7.1) as specified in
ISO 11465.
7.3 Method A: Cyclodextrin
7.3.1 Extraction of the sample
Using a balance (6.2) weigh a test portion equivalent to (4 ± 1) g of dry material and place this in an
appropriate centrifuge tube (e.g. 50 ml) (6.3). Add 40 ml of the cyclodextrin extraction solution (5.4).
Place the tubes on the end-over-end shaker or the horizontal shaker (6.5) in the dark for 20 h at a
temperature of (20 ± 2) °C. Use appropriate glassware and plastic ware (6.8) in order to make phase
separation possible.
Use a mild agitation at a frequency that ensures that the ingredients are well mixed and the breakdown
of soil particles is limited (6.5).
7.3.2 Phase separation
Centrifuge the tubes during 15 min at least at 2 000 g to obtain phase separation (clear supernatant).
Remove a portion of the supernatant, by pipetting (e.g. 10 ml) for further analysis.
The residual extraction pellet contains the non-bioavailable fraction of the contaminant. This pellet can
be used for further analysis to determine the non-bioavailable fraction of the contaminant (see 7.5.2).
NOTE Depending on the sample it can be necessary to use a centrifuge with a higher g-value and longer
centrifuge time. It is possible to get the same separation efficiency at other centrifugation conditions (shorter
centrifugation time at higher centrifugation speed or extended centrifugation time at lower centrifugation
speed). ISO 12782-1:2012, Annex A, provides a number of principles that need to be considered in order to ensure
reproducibility of the centrifugation when deviating from the recommended centrifugation procedure.
7.3.3 Extraction from receiver phase
Extract the 10 ml aliquot of the complexing aqueous cyclodextrin phase (see 7.3.2) with 5 ml petroleum
ether (5.6). Shake during at least 1 min. Repeat twice collecting all three aliquots of petroleum ether
into the same flask.
7.4 Method B: Tenax®
7.4.1 Extraction of the sample
Using a balance (6.2) weigh a test portion equivalent to (4 ± 1) g of dry material and place it in the
separation funnel (6.4) or a centrifuge tube (6.3), both of ~100 ml. Add 70 ml water (5.1). Add (1,5 ± 0,1) g
®
Tenax (5.5). Place the separation funnel on a horizontal shaking machine (6.5) in the dark for 20 h at a
temperature of (20 ± 2) °C.
®
1,5 g of Tenax is not sufficient to measure the availability of mineral oil. If it is necessary to measure
®[8]
the availability of mineral oil, use 4 g instead of 1,5 g of Tenax .
NOTE Some soils can obstruct the separation funnel (6.4). In such cases it is preferable to use a centrifuge
tube (6.3).
Use a mild agitation at a frequency that ensures that the ingredients are well mixed and the breakdown
of soil particles is limited, e.g. 150 r/min to180 r/min.
© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO/TS 16751:2018(E)
7.4.2 Phase separation
7.4.2.1 Separation funnel
If a separation funnel is used in 7.4.1, then drain the aqueous phase including soil material carefully
®
from the separation funnel (6.4). Tenax -polymers (beads) are hydrophobic and will float on water and
®
Tenax will be attached to the wall during phase separation. Remove all visible soil material by rinsing
®
the Tenax with water (5.1) and drain the water (see Annex B for an example). Collect the aqueous phase
including soil material in a suitable centrifuge tube. Centrifuge the tubes during 15 min at least at 2 000 g
to obtain the pellet with residual soil, which contains the non-bioavailable fraction. This pe
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 16751
Première édition
2018-04
Qualité du sol — Disponibilité
environnementale des composés
organiques non polaires —
Détermination de la fraction
potentiellement biodisponible et de la
fraction non biodisponible en utilisant
un agent adsorbant fort ou un agent
complexant
Soil quality — Environmental availability of non-polar organic
compounds — Determination of the potential bioavailable fraction
and the non-bioavailable fraction using a strong adsorbent or
complexing agent
Numéro de référence
ISO/TS 16751:2018(F)
©
ISO 2018
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ISO/TS 16751:2018(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO/TS 16751:2018(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Principe . 2
5 Réactifs . 3
6 Appareillage . 4
7 Mode opératoire. 4
7.1 Préparation de l'échantillon . 4
7.2 Détermination de la teneur en eau . 5
7.3 Méthode A: cyclodextrine . 5
7.3.1 Extraction de l'échantillon . 5
7.3.2 Séparation des phases . 5
7.3.3 Extraction à partir de la phase réceptrice . 6
7.4 Méthode B: Tenax® . 6
7.4.1 Extraction de l'échantillon . 6
7.4.2 Séparation des phases . 6
7.4.3 Extraction à partir de la phase réceptrice . 7
7.5 Mesurage . 7
7.5.1 Fraction potentiellement biodisponible . 7
7.5.2 Fraction non biodisponible . 8
7.6 Essai à blanc . 8
8 Calculs . 8
8.1 Fraction potentiellement biodisponible . 8
8.2 Fraction non biodisponible . 9
9 Expression des résultats. 9
10 Validation . 9
11 Rapport d'essai . 9
®
Annexe A (informative) Préparation et régéneration du Tenax .10
Annexe B (informative) Illustrations.11
Annexe C (informative) Validation .14
Bibliographie .15
© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 16751:2018(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7,
Évaluation des sols et des sites.
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ISO/TS 16751:2018(F)
Introduction
La solubilité de la plupart des contaminants organiques non polaires est limitée et ils sont sorbés sur
la matrice sol. Ils peuvent se désorber et devenir disponibles pour les organismes, ce qui peut avoir
des conséquences (toxicité, dégradation ou bioaccumulation). Les contaminants sorbés (adsorbés et
absorbés) ne vont pas tous se désorber et devenir disponibles.
Les extractions réalisées dans le cadre d'analyses chimiques pour mesurer la concentration totale
libèrent plus de contaminants du sol qu'il n'y en a de disponibles. Cependant, il peut arriver également
que des contaminants soient si fortement liés par le sol qu'ils ne sont pas libérés par l'extraction
chimique. Cette forte sorption peut également être causée par l'incorporation du contaminant (ou
d'un produit de dégradation ou de réaction du contaminant) dans la structure organique du sol. La
répartition des contaminants sur des sites de sorption à force de sorption variable n'est pas constante
dans le temps; à mesure que le temps de contact augmente, les contaminants se déplacent vers des sites
où la sorption est plus forte.
La Figure 1 représente de manière schématique la différenciation établie entre:
— les résidus extractibles qui sont également biodisponibles (c'est-à-dire la fraction potentiellement
biodisponible),
— les résidus qui peuvent être extraits par des méthodes d'extraction plus agressives mais qui ne sont
pas biodisponibles,
— les résidus qui ne sont ni extractibles, ni biodisponibles.
Lorsqu'une substance dégradable entre dans un sol, une partie de cette substance se dégrade au fil du
temps (courbe a). La zone située entre la courbe a et la courbe c représente la partie extractible par
des procédés chimiques d'extraction exhaustive. Du point de vue de l'appréciation des risques, cette
partie est considérée comme la «concentration totale», pour laquelle des valeurs sont définies dans de
nombreux règlements. Cependant, une partie seulement de cette quantité est biodisponible. La zone
située entre la courbe a et la courbe b représente la fraction biodisponible et la zone située entre la
courbe b et la courbe c représente la fraction non biodisponible. La méthode décrite dans le présent
document permet de mesurer la fraction potentiellement biodisponible et la fraction non biodisponible
d'un contaminant dans le sol.
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ISO/TS 16751:2018(F)
Légende
X temps
Y concentration en contaminant
1 dégradable
2 biodisponible
3 extractible, non biodisponible
4 non extractible: résidus persistants
5 fraction non disponible
NOTE Pour les courbes a, b et c, voir la description dans le texte ci-dessus.
Figure 1 — Variations temporelles des fractions extractible/biodisponible, extractible/non
biodisponible et non extractible/non biodisponible d'un contaminant organique non polaire
[1]
(modifié par rapport à )
En matière de recherche scientifique sur la biodisponibilité, il est fait usage d’un grand nombre
de définitions et de concepts, qui sont une illustration du débat qui anime le monde scientifique.
Cependant, pour répondre aux exigences réglementaires, une approche plus claire et plus simple est
nécessaire. D'un point de vue réglementaire, les contaminants organiques sont soit biodisponibles, soit
non biodisponibles. Pour aider à la prise de décision, il convient que les deux puissent être mesurés. Par
[2]
conséquent, le présent document suit l’approche proposée par Ortega-Calvo et al. (2015), illustrée
à la Figure 2. Selon cette approche, toutes les fractions définies sont mesurables, comme expliqué en
détail dans l’Article 4.
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ISO/TS 16751:2018(F)
Figure 2 — Mesurage de la biodisponibilité de substances chimiques organiques: modèle
simplifié destiné à être utilisé dans le cadre réglementaire [Source: Ortega-Calvo et al. (2015)]
Les cases en couleur situées à gauche de la membrane biologique représentent la répartition des
molécules de polluants en quatre classes (non extractibles, à désorption très lente/lente, à désorption
rapide et dissoutes dans l’eau) dans les sols et les sédiments. Dans le modèle de la Figure 2, la fraction
de substances chimiques biodisponibles est représentée par les substances à désorption rapide et les
concentrations dissoutes. Les méthodes chimiques permettant de mesurer le polluant présent dans
chaque fraction spécifique sont indiquées dans les cases en gris. La case en vert à droite de la membrane
cellulaire représente les processus qui se déroulent à l'intérieur de l’organisme exposé au polluant. Ces
processus biologiques peuvent également servir de base aux méthodes normalisées utilisées pour le
mesurage de la biodisponibilité.
Comme le montre la Figure 2, la fraction biodisponible peut être mesurée à l’aide de la méthode décrite
dans le présent document.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 16751:2018(F)
Qualité du sol — Disponibilité environnementale des
composés organiques non polaires — Détermination de
la fraction potentiellement biodisponible et de la fraction
non biodisponible en utilisant un agent adsorbant fort ou
un agent complexant
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie une méthode d'extraction pour déterminer la fraction biodisponible
(disponibilité potentielle et environnementale) et la fraction non biodisponible d'un contaminant dans
le sol en utilisant une «phase réceptrice» pour un contaminant organique, phase à fortes propriétés
1)
®
sorbantes ou à propriétés complexantes, par exemple, le Tenax ou la cyclodextrine, respectivement.
NOTE 1 La fraction biodisponible correspond à la définition de la disponibilité environnementale
dans l'ISO 17402.
Cette méthode est applicable aux contaminants organiques non polaires dont la solubilité dans l'eau
est inférieure à 100 mg/l. Elle s'applique au sol et matériau assimilable au sol incluant des sédiments
(matériau de dragage).
NOTE 2 Cette méthode est en théorie applicable aux contaminants organiques non polaires dont la solubilité
dans l'eau est de 1 000 mg/l. Elle a souvent été appliquée pour des composés de solubilité beaucoup plus
faible (K > 3), moins fréquemment pour des composés de solubilité plus grande. L'applicabilité est donc définie
ow
pour des composés dont la solubilité dans l'eau est inférieure à 100 mg/l.
2 Références normatives
Les documents suivants sont référencés dans le texte de telle manière qu’une partie ou tout leur
contenu constitue des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée
s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence (y compris les
éventuels amendements) s'applique.
ISO 11074, Qualité du sol — Vocabulaire
ISO 11465, Qualité du sol — Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau — Méthode
gravimétrique
ISO 14507, Qualité du sol — Prétraitement des échantillons pour la détermination des contaminants
organiques
ISO 17402, Qualité du sol — Lignes directrices pour la sélection et l'application des méthodes d'évaluation
de la biodisponibilité des contaminants dans le sol et les matériaux du sol
ISO 18512, Qualité du sol — Lignes directrices relatives au stockage des échantillons de sol à long et à
court termes
®
1) Le Tenax est un exemple de produit adéquat disponible dans le commerce. Cette information est donnée par
souci de commodité à l’intention des utilisateurs du présent document et ne saurait constituer un engagement de
l’ISO à l’égard de ce produit.
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ISO/TS 16751:2018(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 11074, l'ISO 17402
ainsi que le suivant s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
fraction potentiellement biodisponible
quantité de contaminant présent dans la matrice pouvant être libérée de la phase solide vers la phase
aqueuse dans un mélange de sol et d’eau bien homogène et en présence d’une phase réceptrice, dans un
laps de temps de 20 h
Note 1 à l'article: Le terme «bioaccessibilité» est utilisé dans l’ISO 17924; il fait référence à la fraction d'une
substance dans un sol ou dans une matrice sol, libérée dans les sucs gastro-intestinaux (humains) et donc
disponible pour absorption. Le présent document ne fait pas de distinction entre la biodisponibilité et la
bioaccessibilité et utilise le terme général «biodisponibilité». Le concept de biodisponibilité suivi dans le présent
document est décrit dans l’introduction du présent document.
4 Principe
La présente méthode donne une estimation de la fraction potentiellement biodisponible et de la fraction
non biodisponible de contaminants organiques, c'est-à-dire la quantité de contaminant présent dans
la matrice potentiellement échangeable avec la phase aqueuse, en particulier celle qui est adsorbée/
®
complexée par le Tenax /la cyclodextrine.
La fraction non biodisponible extractible du contaminant restée dans l'échantillon suite à l'action du
®
Tenax /de la cyclodextrine peut être ensuite mesurée à l'aide d'une technique d'extraction exhaustive/
agressive (conçue pour mesurer la concentration totale), la fraction non biodisponible du contaminant
étant évaluée de cette manière.
Ainsi, du point de vue quantitatif, la concentration totale de contaminant dans un échantillon est
la somme de la concentration biodisponible (déterminée en utilisant un sorbant fort ou un agent
complexant) et de la concentration non biodisponible (déterminée à l'aide d'une méthode d'extraction
agressive mise en œuvre ultérieurement sur le résidu resté dans la matrice après l'extraction au moyen
d'un sorbant fort ou d'un agent complexant):
cc=+ c (1)
tot,cont bionon-bio
où
c est la concentration totale de contaminant;
tot,cont
c est la concentration biodisponible;
bio
c est la concentration non biodisponible.
non-bio
L'échantillon de sol, de matériau assimilable au sol ou de sédiments de granulométrie inférieure à 2 mm
est soumis à une extraction avec de l'eau contenant une «phase réceptrice» pour les contaminants
®
organiques. Cette phase est soit un agent complexant (cyclodextrine), soit un adsorbant fort [Tenax ].
La solubilité des composés non polaires est limitée et, dans cette méthode, la phase réceptrice agit
comme un «puits infini». La quantité mesurée, qui est la quantité se désorbant du matériau du sol
pendant 20 h, rend compte de la fraction de contaminant pouvant avoir des effets sur les systèmes
biotiques et pouvant devenir mobile.
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ISO/TS 16751:2018(F)
Dans l'étape suivante, les contaminants adsorbés sont extraits de la phase réceptrice et mesurés
par des méthodes d'analyse appropriées. La quantité de contaminant restée dans le résidu de sol, la
fraction non biodisponible, peut être mesurée à l'aide d'une extraction agressive/exhaustive ultérieure
conçue pour mesurer la concentration totale. La Formule (1) peut ensuite être utilisée pour déterminer
la concentration totale de contaminant dans l'échantillon (si on le souhaite).
NOTE 1 L'ISO 13859 et l'ISO 13876 sont des exemples de mesure de la concentration totale de HAP et de PCB,
respectivement, dans les matériaux du sol et les matériaux assimilables au sol.
NOTE 2 La Formule (1) montre la relation entre la «concentration totale de contaminant», la «concentration
biodisponible» et la «concentration non biodisponible». Si deux des concentrations sont connues, la troisième
concentration peut être calculée à l’aide de la Formule (1). Par exemple, mesurer la «concentration totale» et la
«concentration non biodisponible» permet de calculer la «concentration biodisponible». Ce calcul est possible
avec des matériaux homogènes. Lorsqu’on ne sait pas si un matériau est homogène ou non, et si la concentration
biodisponible est la concentration étudiée, c’est elle qui doit être mesurée.
5 Réactifs
Les réactifs utilisés doivent être de qualité appropriée (qualité analytique ou supérieure, sauf
spécification contraire). La valeur du blanc des réactifs (y compris l'eau) doit être négligeable par
rapport à la concentration minimale de contaminants organiques à déterminer.
5.1 Eau, ultrapure ou nanopure.
Si l'on doit s'attendre à une biodégradation des composés cibles, ajouter de l'azoture de sodium (5.2) à
l'eau jusqu'à une concentration finale de 0,2 g/l, ce qui inhibera la dégradation biologique des composés
cibles. Dans le cas contraire, l'ajout d'azoture de sodium n'est pas nécessaire; c'est le cas pour certains
composés cibles persistants, par exemple les PCB.
NOTE Pour certains échantillons de sol, il peut être difficile d'obtenir une séparation correcte entre le sol,
®
la phase aqueuse et le Tenax . Remplacer l’eau par une solution de CaCl (5.9) à 0,001 mol/l ou 0,01 mol/l peut
2
améliorer cette séparation.
o
5.2 Azoture de sodium, [n CAS 26628-22-8], NaN .
3
AVERTISSEMENT — L'attention est appelée sur le danger résultant de l'utilisation de l'azoture
de sodium, qui est extrêmement toxique.
5.3 Cyclodextrine, (hydroxypropyl-β-cyclodextrine) de pureté supérieure à 97 %, de qualité
alimentaire, médicale ou pharmaceutique.
NOTE La cyclodextrine de qualité analytique est très onéreuse. Pour cette méthode, une qualité alimentaire
s'est avérée adaptée à l'utilisation prévue.
5.4 Solution de cyclodextrine pour l'extraction, dissoudre 100 mmol (= 146 g) de cyclodextrine (5.3)
par litre d'eau (5.1).
NOTE Si l'on doit s'attendre à une biodégradation des composés cibles, ajouter de l'azoture de sodium (5.2) à
cette solution jusqu'à une concentration finale de 0,2 g/l, ce qui inhibera la dégradation biologique des composés
cibles. Dans le cas contraire, l'ajout d'azoture de sodium n'est pas nécessaire; c'est le cas pour certains composés
cibles persistants, par exemple les PCB.
5.5 Résine polymérique d'oxyde de 2,6-diphénylène (Tenax® TA), taille de maille 60 mesh
à 80 mesh. Voir l'Annexe A pour la préparation et la régénération du Tenax®.
o
5.6 Éther de pétrole, [n CAS 8032-32-4], domaine d'ébullition 40 °C à 60 °C.
o
5.7 Éthanol, [n CAS 64-17-5], C H O.
2 6
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o
5.8 Acétone, [n CAS 67-64-1], C H O.
3 6
o
5.9 Chlorure de calcium, [n CAS 1035-04-8], CaCl .
2
o
5.10 Sulfate de sodium, [n CAS 231-820-9], Na SO
2 4.
6 Appareillage
Utiliser l'équipement suivant. Tous les matériaux qui entrent en contact avec l'échantillon (ou les
réactifs) ne doivent ni adsorber le contaminant étudié, ni contaminer l'échantillon. Le verre et le PTFE
sont des matériaux appropriés pour la plupart des contaminants.
6.1 Équipement de tamisage, ouverture de mailles nominale de 2 mm.
6.2 Balance, précise à 0,01 g près.
6.3 Tubes à centrifuger coniques, avec bouchons à vis.
6.4 Ampoule à décanter, de taille appropriée.
®
NOTE Il est nécessaire que la tige de l'ampoule à décanter utilisée pour l'extraction au Tenax comporte un
orifice suffisamment large pour que les particules de sol quittent l’ampoule, à défaut de quoi la séparation entre
®
le Tenax et l'échantillon ne peut pas se produire.
6.5 Agitateur, limitant l'altération des particules d'échantillon, par exemple, un agitateur à
retournement à vitesse de rotation de (20 ± 2) r/min ou toute autre méthode d'agitation douce, ou un
agitateur à mouvement horizontal à vitesse de rotation pouvant atteindre 150 r/min à 180 r/min.
6.6 Centrifugeuse, pouvant centrifuger les tubes à centrifuger (6.3).
6.7 Équipement de concassage, concasseur à mâchoires ou dispositif de coupe.
6.8 Verrerie et matériel en plastique de laboratoire appropriés.
6.9 Concentrateur d'échantillons Kuderna-Danish.
6.10 Récipient de collecte.
6.11 Filtre plissé.
7 Mode opératoire
7.1 Préparation de l'échantillon
L’échantillon doit être prétraité au laboratoire conformément à l'ISO 14507, en tenant compte toutefois
des restrictions suivantes:
— un prétraitement intensif tel que le broyage peut avoir une incidence sur la disponibilité
environnementale de contaminants; par conséquent, le broyage n'est pas autorisé;
— en général, la prise d'essai à préparer doit avoir une granulométrie inférieure ou égale à 2 mm, mais
en aucun cas le matériau ne doit être broyé pour atteindre cette granulométrie;
— retirer les pierres, les coquilles et tout matériau non représentatif pour l'échantillon;
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ISO/TS 16751:2018(F)
— passer l'échantillon au tamis (6.1). Si nécessaire, presser le matériau à la main pour le faire passer à
travers le tamis.
NOTE La lyophilisation selon l'ISO 16720 peut également remplacer les méthodes de prétraitement
selon l'ISO 14507.
Certains sols (par exemple, la tourbe et certains sédiments) sont difficiles à tamiser. Dans ces cas-là,
retirer manuellement les pierres, les coquilles et tout matériau non représentatif pour l'échantillon (par
exemple, matériau d'origine végétale) et traiter l'échantillon sans le tamiser.
Si l'échantillon ne peut pas du tout être tamisé à cause de sa teneur en eau, réduire cette dernière
jusqu'à ce que l'échantillon pour laboratoire puisse être tamisé. En cas de séchage, la température ne
doit pas dépasser 25 °C.
Si une fraction rapidement dégradable est à escompter, la réduction de la teneur en eau par séchage
à l’air n’est pas autorisée. Dans ce cas, l'échantillon prélevé d'origine doit être forcé manuellement à
passer à travers un tamis de 2 mm; sinon, il peut être lyophilisé.
Si des échantillons doivent être stockés, procéder au stockage conformément à l'ISO 18512 et de
façon que les processus ayant une incidence sur la biodisponibilité (biodégradation, changement de
composition de la matière organique) soient empêchés.
7.2 Détermination de la teneur en eau
Déterminer la teneur en eau de la prise d'essai obtenue après la préparation de l'échantillon (7.1)
selon l'ISO 11465.
7.3 Méthode A: cyclodextrine
7.3.1 Extraction de l'échantillon
À l'aide d'une balance (6.2), peser une prise d'essai équivalant à (4 ± 1) g de matériau sec et l'introduire
dans un tube à centrifuger approprié (par exemple, 50 ml) (6.3). Ajouter 40 ml de la solution de
cyclodextrine pour extraction (5.4). Placer les tubes sur l'agitateur à retournement ou l'agitateur
horizontal (6.5) pendant 20 h, dans l'obscurité, à une température de (20 ± 2) °C. Utiliser la verrerie et
le matériel en plastique (6.8) appropriés pour permettre la séparation des phases.
Procéder à une agitation douce à une fréquence garantissant un mélange satisfaisant des composants
et une altération limitée des particules de sol (6.5).
7.3.
...
Questions, Comments and Discussion
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