ISO 15473:2002
(Main)Soil quality — Guidance on laboratory testing for biodegradation of organic chemicals in soil under anaerobic conditions
Soil quality — Guidance on laboratory testing for biodegradation of organic chemicals in soil under anaerobic conditions
This International Standard gives guidance on the selection and method of appropriate tests for the determination of biodegradation of organic chemicals in soil samples under anaerobic conditions. NOTE For methods intended for tests in the framework of the registration of chemicals, an OECD Guideline on soil degradation gives useful guidance on additional test requirements.
Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux essais en laboratoire pour la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions anaérobies
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices pour le choix et la conduite d'essais appropriés en vue de déterminer la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions anaérobies. NOTE Si la méthode est utilisée pour des essais dans le cadre de la notification des substances chimiques, une ligne directrice de l'OCDE sur la dégradation dans le sol fournit des recommandations utiles relatives aux exigences d'essais supplémentaires.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15473
First edition
2002-03-15
Soil quality — Guidance on laboratory
testing for biodegradation of organic
chemicals in soil under anaerobic
conditions
Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux essais en laboratoire pour
la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous
conditions anaérobies
Reference number
ISO 15473:2002(E)
©
ISO 2002
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ISO 15473:2002(E)
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ISO 15473:2002(E)
Contents
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Principle.3
5 Materials.3
6 Collection, handling and storage of soil .6
7 Procedure.6
8 Expression of results.9
9 Test report.10
Bibliography.11
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ISO 15473:2002(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15473 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 4, Biological
methods.
iv © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 15473:2002(E)
Introduction
Organic chemicals can be introduced into the soil both intentionally and accidentally, after which they can degrade
as a result of biological action. For chemicals which do degrade, the rate of degradation can vary considerably,
depending not only on the molecular structure of the chemical, but also on soil conditions such as temperature,
water and oxygen availability which influence microbial activity. The activity of microorganisms often plays a major
role in degradative processes.
ISO 11266 [3] gives general guidelines for the selection and method of tests to determine the biodegradation of
organic chemicals in soils under aerobic conditions.
It is necessary to have laboratory tests available to estimate the rate and extent of biodegradation under anaerobic
conditions, and to assess the capability of soil to degrade organic chemicals under these conditions.
This International Standard gives guidance for the method of tests to determine the biodegradation of organic
chemicals in soils under anaerobic conditions.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15473:2002(E)
Soil quality — Guidance on laboratory testing for biodegradation
of organic chemicals in soil under anaerobic conditions
1 Scope
This International Standard gives guidance on the selection and method of appropriate tests for the determination
of biodegradation of organic chemicals in soil samples under anaerobic conditions.
NOTE If the method is intended for tests in the framework of the registration of chemicals, an OECD Guideline on soil
degradation [20] gives useful guidance on additional test requirements.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 10381-6:1993, Soil quality — Sampling — Part 6: Guidance on the collection, handling and storage of soil for
the assessment of aerobic microbial processes in the laboratory
ISO 10390:1994, Soil quality — Determination of pH
ISO 10694:1995, Soil quality — Determination of organic and total carbon after dry combustion (elementary
analysis)
ISO 11260:1994, Soil quality — Determination of effective cation exchange capacity and base saturation level
using barium chloride solution
ISO 11261:1995, Soil quality — Determination of total nitrogen — Modified Kjeldahl method
ISO 11271, Soil quality — Determination of redox potential — Field method
ISO 11274:1998, Soil quality — Determination of the water retention characteristic — Laboratory methods
ISO 11277:1998, Soil quality — Determination of particle size distribution in mineral soil material — Method by
sieving and sedimentation
ISO 14239:1997, Soil quality — Laboratory incubation systems for measuring the mineralization of organic
chemicals in soil under aerobic conditions
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
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ISO 15473:2002(E)
3.1
biodegradation
molecular degradation of an organic substance resulting from the actions of living organisms
[ISO 11266]
3.2
primary biodegradation
the degradation of a substance to an extent sufficient to remove some characteristic property of the parent
molecule. In practice this will be determined by analysis as a loss of parent compound or some specific function of
the parent compound
[ISO 11266]
3.3
ultimate biodegradation
breakdown of an organic compound to carbon dioxide, methane, water, mineral salts of any other elements
present, and products associated with the normal anaerobic processes of microorganisms
3.4
anaerobic transformation
reaction occurring under exclusion of oxygen (reducing conditions)
NOTE Such a reaction generally occurs when the redox potential (E ) is less than 200 mV [17].
h
3.5
persistence
residence time of a chemical species in a specifically defined compartment of the environment
[ISO 11266]
3.6
DT-50
disappearance time 50
time taken for the concentration of a given compound to be reduced by 50 % of its original value
[ISO 11266]
3.7
DT-90
disappearance time 90
time taken for the concentration of a given compound to be reduced by 90 % of its original value
[ISO 11266]
3.8
bound residue
non-extractable residue
chemical species in soils originating from, for example, organic molecules that are not extracted by methods which
do not significantly change the chemical nature of the residue
NOTE These non-extractable residues are considered to exclude fragments recycled through metabolic pathways leading
to natural products [12].
3.9
soil
upper layer of the earth's crust composed of mineral parts, organic substances, water, air and living matter
[ISO 11074-1]
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ISO 15473:2002(E)
3.10
test substance
chemical substance under investigation added to the test system
3.11
saturated soil
that part of the soil which is completely saturated by water
4 Principle
Two appropriate test methods are described:
a) incubation of a test compound in the soil under methanogenic conditions and monitoring its biodegradation;
b) incubation of a test compound in the soil under water-logged conditions and monitoring its biodegradation.
The latter method simulates conditions under natural anaerobic circumstances, whereas the former method makes
use of chemicals to induce a low redox potential in soil, and is the method of choice to measure the potential for
degradation in soil under methanogenic conditions. In the water-logged soil method, the establishment of a low
redox potential takes more time than under the methanogenic test conditions.
If the water-logged (“flooded”) conditions are chosen, the soil will establish conditions depending on the nature of
the soil. Such conditions can be nitrate-reducing (450 mV to 200 mV, pH 7), Fe-reducing (+ 150 mV to – 100 mV,
pH 7), or sulfate-reducing (– 50 mV to – 200 mV, pH 7). If “methanogenic” conditions are chosen, the redox
potential will be less than – 200 mV.
The water-logging method is more appropriate for aerobic soils that may be transiently anaerobic. The
methanogenic conditions are more appropriate for organic marsh (permanently flooded) surface soils, soils of
landfills and sludge-amended soils.
NOTE Organic soils containing easily degradable organic matter may eventually achieve methanogenic conditions under
water-logged test conditions.
After addition of the test compound to a selected soil (5.1), biodegradation is measured under anaerobic conditions
by following the production of carbon dioxide, methane and other volatiles. If such volatile compounds have to be
14
determined, the use of C (radioactive) substances is highly recommended. The disappearance of the test
compound can also be followed by substance-specific analysis.
It is also possible to use radio-labelled compounds to determine the rate of disappearance of the test compound
and the formation of metabolites and bound non-extractable residues. The metabolites can be identified using
appropriate analytical methods.
5 Materials
5.1 Soil
5.1.1 Selection and sampling
If practical, soils selected for testing should come directly from the site where chemical contact is anticipated.
However, if it is not possible to obtain samples owing to contamination which has already been introduced, the soil
selected should have properties as close as possible to the contaminated soil.
The field history of the soil used should be considered, and recent amendments (e.g. pesticide applications) and
tillage practices noted. Precise data should be provided on the sampling site, its location, its status of aeration (e.g.
colour, water content, smell), the presence of plants or previous crops, the date of removal of the sample from the
field, and the sampling depth.
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5.1.2 Soil characteristics
A knowledge of soil characteristics is essential for full interpretation of the results of the study. It is therefore
recommended that at least the following tests be performed on the selected soil:
a) physical properties:
1) particle size analysis in accordance with ISO 11277;
2) field water content by an appropriate method;
3) total water-holding capacity and/or water-retention characteristics in accordance with ISO 11274;
b) chemical properties:
1) pH of the soil in accordance with ISO 10390, or the pH in KCl or CaCl solution;
2
2) organic matter content in accordance with ISO 10694;
3) cation exchange capacity (CEC) in accordance with ISO 11260;
4) nitrogen content in accordance with ISO 11261;
5) redox potential in accordance with ISO 11271;
c) biological properties:
It may be useful to determine the microbial biomass of soil. This should be done by an appropriate method,
e.g. the substrate-induced respiration method [4]. However, if anaerobic biodegradation prevails in the
collected soil, the fumigation method [5] should be used.
5.2 Test substance
Ideally, substances to be tested should be pure compounds (chemical purity > 95 % mass fraction). The influence
of any carriers or formulation ingredients should also be considered.
The following data on compounds are important for the interpretation of results:
name (IUPAC);
structure;
relative molecular mass;
data on purity and the chemical nature of major impurities;
stability in water and in organic solvents;
solubilit
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15473
Première édition
2002-03-15
Qualité du sol — Lignes directrices
relatives aux essais en laboratoire pour la
biodégradation de produits chimiques
organiques dans le sol sous conditions
anaérobies
Soil quality — Guidance on laboratory testing for biodegradation of organic
chemicals in soil under anaerobic conditions
Numéro de référence
ISO 15473:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 15473:2002(F)
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ISO 15473:2002(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Principe.3
5 Matériels .4
6 Prélèvement, manipulation et conservation du sol .6
7 Mode opératoire.6
8 Expression des résultats .10
9 Rapport d’essai.11
Bibliographie.12
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ISO 15473:2002(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale 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.
L'ISO 15473 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 4, Méthodes
biologiques.
iv © ISO 2002 – Tous droits réservés
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ISO 15473:2002(F)
Introduction
Les produits chimiques organiques peuvent être introduits dans le sol soit intentionnellement, soit
accidentellement, après quoi ils peuvent se dégrader sous l’effet de l’action biologique. Pour les produits chimiques
qui se dégradent, la vitesse de dégradation peut varier considérablement, en fonction non seulement de la
structure moléculaire du produit chimique, mais également des propriétés du sol telles que la température, la
teneur en eau et la disponibilité en oxygène qui influencent l’activité microbienne. L’activité des micro-organismes
joue souvent un rôle majeur dans les processus de dégradation.
L'ISO 11266 [3] fournit des lignes directrices générales pour le choix et la conduite d’essais appropriés en vue de
déterminer la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions aérobies.
Il est nécessaire de disposer d’essais en laboratoire pour évaluer la vitesse et l’étendue de la biodégradation sous
conditions anaérobies et pour évaluer la capacité des sols à dégrader les produits chimiques organiques dans de
telles conditions.
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices pour le choix et la conduite d’essais appropriés en
vue de déterminer la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions anaérobies.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15473:2002(F)
Qualité du sol — Lignes directrices relatives aux essais en
laboratoire pour la biodégradation de produits chimiques
organiques dans le sol sous conditions anaérobies
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices pour le choix et la conduite d’essais appropriés en
vue de déterminer la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions anaérobies.
NOTE Si la méthode est utilisée pour des essais dans le cadre de la notification des substances chimiques, une ligne
directrice de l’OCDE sur la dégradation dans le sol [20] fournit des recommandations utiles relatives aux exigences d’essais
supplémentaires.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 10381-6:1993, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 6: Lignes directrices pour la collecte, la
manipulation et la conservation de sols destinés à une étude en laboratoire des processus microbiens aérobies
ISO 10390:1994, Qualité du sol — Détermination du pH
ISO 10694:1995, Qualité du sol — Dosage du carbone organique et du carbone total après combustion sèche
(analyse élémentaire)
ISO 11260:1994, Qualité du sol — Détermination de la capacité d’échange cationique effective et du taux de
saturation en bases échangeables à l’aide d’une solution de chlorure de baryum
ISO 11261:1995, Qualité du sol — Dosage de l’azote total — Méthode de Kjeldahl modifiée
ISO 11271, Qualité du sol — Détermination du potentiel d’oxydoréduction — Méthode de terrain
ISO 11274:1998, Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention d’eau — Méthodes de
laboratoire
ISO 11277:1998, Qualité du sol — Détermination de la répartition granulométrique de la matière minérale des
sols — Méthode par tamisage et sédimentation
ISO 14239:1997, Qualité du sol — Méthodes de mesure de la minéralisation de produits chimiques organiques
dans le sol sous conditions aérobies, au moyen de systèmes d’incubation de laboratoire
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ISO 15473:2002(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
biodégradation
dégradation moléculaire d’une substance organique résultant de l’action d’organismes vivants
[ISO 11266]
3.2
biodégradation primaire
dégradation d’une substance à un point suffisant pour lui retirer certaines des propriétés caractéristiques de la
molécule parent. En pratique, cela est déterminé par analyse, comme la disparition du composé parent ou la perte
d’une fonction spécifique du composé parent
[ISO 11266]
3.3
biodégradation ultime
dissociation d’un composé organique en dioxyde de carbone, en méthane, en eau, en sels minéraux de tout autre
élément présent et de produits associés aux processus anaérobies normaux des micro-organismes
3.4
transformation anaérobie
réaction se produisant en l’absence d’oxygène (conditions de réduction)
NOTE Ce phénomène se produit généralement lorsque le potentiel d’oxydoréduction (E ) est inférieur à 200 mV [17].
h
3.5
persistance
durée de séjour d’une espèce chimique dans un compartiment spécifiquement défini de l’environnement
[ISO 11266]
3.6
DT-50
durée de disparition
temps nécessaire à la concentration d’un composé donné pour être réduite de 50 % de sa valeur d’origine
[ISO 11266]
3.7
DT-90
durée de disparition
temps nécessaire à la concentration d’un composé donné pour être réduite de 90 % de sa valeur d’origine
[ISO 11266]
3.8
résidus liés
résidus non extractibles
espèces chimiques dans les sols, provenant par exemple de molécules organiques qui ne sont pas extraites par
des méthodes qui ne changent pas de façon significative la nature chimique de ces résidus
NOTE Ces résidus non extractibles sont considérés exclure des fragments recyclés par des voies métaboliques menant
aux produits naturels [12].
2 © ISO 2002 – Tous droits réservés
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ISO 15473:2002(F)
3.9
sol
couche supérieure de la croûte terrestre composée de particules minérales, de matière organique, d’eau, d’air et
d’organismes vivants
[ISO 11074-1]
3.10
substance d’essai
substance d’essai à expérimenter ajoutée au système d’essai
3.11
sol saturé
partie du sol qui est complètement saturée d’eau
4 Principe
Deux méthodes d’essai applicables sont décrites:
a) incubation d'une substance d'essai dans le sol sous conditions méthanogènes et observation de sa
biodégradation;
b) incubation d'une substance d'essai dans le sol sous conditions de sol saturé d’eau et observation de sa
biodégradation.
Cette dernière méthode simule des conditions anaérobies naturelles, tandis que la première méthode utilise des
produits chimiques pour créer un faible potentiel d’oxydoréduction dans le sol et constitue la méthode à utiliser
pour mesurer le potentiel de dégradation dans le sol sous conditions méthanogènes. Avec la méthode d’incubation
sous conditions de sol saturé d’eau, l’obtention d’un faible potentiel d’oxydoréduction demande plus de temps que
sous conditions méthanogènes.
Si les conditions de sol saturé d’eau sont choisies, le sol établira des conditions dépendant de la nature du sol. De
telles conditions peuvent être, entre autres, la réduction des nitrates (de 450 mV à 200 mV, pH 7), la réduction du
fer (de +150 mV à −100 mV, pH 7), ou la réduction des sulfates (de −50 mV à −200 mV, pH 7). Si les conditions
méthanogènes sont choisies, le potentiel d’oxydoréduction sera inférieur à −200 mV.
La méthode avec conditions de sol saturé d’eau est plus appropriée aux sols aérobies qui peuvent transitoirement
être anaérobies. Les conditions méthanogènes sont plus appropriées aux sols organiques marécageux (inondés
en permanence), aux sols de décharge et aux sols amendés avec des boues.
NOTE Les sols organiques contenant des matières organiques facilement dégradables peuvent éventuellement atteindre
des conditions méthanogènes dans des conditions de sol saturé d’eau.
Après ajout de la substance d’essai à un sol choisi (5.1), la biodégradation est mesurée sous conditions
anaérobies en observant la production de dioxyde de carbone, de méthane et d’autres composés volatils. Si de
14
tels composés volatils doivent être déterminés, l’utilisation de substances radiomarquées au C est fortement
recommandée. La disparition du composé d’essai peut également être suivie par une analyse spécifique de la
substance.
Il est également possible d’utiliser des composés radiomarqués pour déterminer le taux de disparition de la
substance d’essai ainsi que la formation de métabolites et de résidus liés non extractibles. Il est possible
d’identifier les métabolites à l’aide de méthodes d’analyse appropriées.
© ISO 2002 – Tous droits réservés 3
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ISO 15473:2002(F)
5 Matériels
5.1 Sol
5.1.1 Sélection et échantillonnage
Si possible, il convient que les sols choisis pour l’essai proviennent directement du site où le produit chimique est
susceptible d’être présent. Cependant, s’il n’est pas possible d’obtenir des échantillons en raison d’un sol
préalablement contaminé, il convient que le sol choisi ait des propriétés aussi proches que possible de celles du
sol contaminé.
Il convient de prendre en compte l’historique du sol utilisé et de noter les amendements récents (par exemple des
applications de pesticides) et les pratiques de culture. Il convient de fournir des données précises sur le site de
prélèvement, son emplacement, ses conditions d’aération (par exemple couleur, teneur en eau, odeur), la
présence de végétaux ou de récoltes précédentes, la date de prélèvement de l’échantillon et la profondeur de
l’échantillonnage.
5.1.2 Caractéristiques du sol
Une connaissance des caractéristiques du sol est essentielle pour une interprétation complète des résultats de
l’étude. Par conséquent, il est recommandé d’effectuer au moins les essais suivants sur le sol choisi.
a) Propriétés physiques
1) analyse granulométrique conformément à l’ISO 11277;
2) teneur en eau du sol, à l’aide d’une méthode appropriée;
3) capacité de rétention d’eau et/ou caractéristiques de rétention d’eau conformément à l’ISO 11274.
b) Propriétés chimiques
1) pH du sol conformément à l’ISO 10390, ou pH dans une solution de KCl ou de CaCl ;
2
2) teneur en matière organique conformément à l’ISO 10694;
3) capacité d’échange cationique (CEC) conformément à l’ISO 11260;
4) teneur en azote conformément à l’ISO 11261;
5) potentiel d’oxydoréduction conformément à l’ISO 11271.
c) Propriétés biologiques
Il peut être utile de déterminer la biomasse microbienne du sol. Il est recommandé d’effectuer cette
détermination à l’aide d’une méthode appropriée, par exemple la méthode par respiration induite par le
substrat [4]. Toutefois, si les transformations anaérobies prédominent dans l’échantillon de sol, il convient
d’utiliser la méthode par fumigation [5].
5.2 Substance d’essai
Idéalement, il convient que les substances soumises à essai soient des composés purs (pureté chimique > 95 %
en masse). Il est également recommandé de prendre en compte l’influence de tous les supports ou ingrédients de
formulation.
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ISO 15473:2002(F)
Les données suivantes concernant les composés sont importantes pour l’interprétation des résultats:
le nom (UICPA);
la structure;
la masse moléculaire relative;
les données sur la pureté et sur la nature chimique des impuretés majeures;
la stabilité dans l’eau et dans les solvants organiques;
la solubilité dans l’eau;
la pression de vapeur;
le coefficient de partage octanol/eau;
la constante de sorption;
la constante de dissociation d’acide;
pour des produits
...
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