Гуминовые вещества –
лекарства для больной
природы
В.С. Петросян
профессор Химического факультета МГУ
академик, председатель Секции химии
РАЕН
президент
Центра
«Экология
и
Здоровье»
ректор Открытого Экологического
Университета
Проблемы химической
безопасности
50-е годы: залив Минамата (Япония) - тысячи людей
отравились солями метилртути из морепродуктов;
60-е годы: США – «Безмолвная весна» - гибель
миллионов птиц из-за хлорорганических пестицидов;
70-е годы: авария в Севезо (Италия) – тысячи людей
отравились диоксинами и фуранами;
80-е годы: авария в Чернобыле – рост заболеваний щитовидной
железы в СНГ и Европе;
90-е годы: накопление ПХБ, диоксинов и фуранов
в грудном молоке кормящих матерей.
Стойкие органические
загрязнители - СОЗ
Стокгольмская конвенция 2001 года
определила меры по уменьшению и
ликвидации выбросов и сбросов СОЗ:
1-8) Хлорорганические пестициды: альдрин,
гептахлор, ДДТ, дильдрин, мирекс, токсафен,
хлордан, эндрин;
9-10) Промышленные продукты: ПХБ и
гексахлорбензол;
11-12) Непреднамеренные загрязняющие
вещества: ПХДД и ПХДФ.
Новые стойкие токсичные
вещества - СТВ
1-5) Пестициды: атразин, линдан,
полихлорфенолы, хлордекон, эндосульфан;
6-14) Промышленные продукты: гексабромбифенил,
КЦХУ, нонил- и октилфенолы,
оловоорганические соединения, ПБДЭ,
полифтороктансульфонат (ПФОС),
свинецорганические соединения, фталаты;
15-16) Непреднамеренные загрязняющие вещества: ПАУ и
метилртутные соединения.
Химические спутники Земли и
глобальное загрязнение
биосферы
Попадающие в атмосферу СОЗ и СТВ
совершают с ветром короткие и дальние
(включая кругосветные) маршруты
и, встретившись с дождевым, снежным или
пыльным облаком, выпадают в одном из
регионов Земного шара.
В результате имеем две серьёзных проблемы:
1) Загрязнение почв СОЗ и СТВ и качество
продуктов питания;
2) Загрязнение водоёмов СОЗ и СТВ и качество
питьевой воды.
Химические бумеранги
и здоровье населения
Это такие вещества, которые химики
«запускают в жизнь» для позитивного решения
конкретных проблем. Однако, после решения
проблемы (на 1-й половине петли бумеранга)
они возвращаются (на 2-й половине петли) в
живые организмы (по трофическим цепям),
биоаккумулируются в них и вызывают
серьезные химические стрессы.
За что мы должны быть
благодарны гуминовым
веществам?
За то, что они, благодаря ионным и
донорно-акцепторным взаимодействиям
с «химическими спутниками Земли»
и «химическими бумерангами»,
связывают их в почвах и водоёмах в
объёмные высокомолекулярные комплексы,
неспособные пройти через биомембраны
и, следовательно, бионедоступные
растениям, животным и человеку.
Гумус и плодородие почв
Классическая формулировка
«Наиболее плодородными являются
максимально богатые гумусом почвы»
сегодня может звучать несколько иначе:
«Чем больше в почве гуминовых веществ,
тем эффективнее детоксикация почв и,
следовательно, растения в такой почве,
оптимизированной по другим параметрам,
дадут максимальные урожаи».
Количественные характеристики
связывания гуминовыми веществами
Связывание атразина
HS + ET HS·ET
K OC
HS ET
HS ET
1 / K OC C HS 1
where
ET / C ET
1.4
CA/[A]
1.3
Coal HA
Soil HA
1.2
Soil FA
1.1
1
0.0
0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Concentration of HS, g C/l
0.7
Связывание атразина растворёнными
гуминовыми веществами
800
KOC, l/kg C
600
400
200
0
Soil
Aquatic FA
HS
Atrazine
1.10-5M
Soil
HA
Peat
HS
Coal
HA
Связывание ПАУ растворёнными
гуминовыми веществами
FQ
-5
K OC x10 ,
2.5
l/kg C
2
1.5
1
0.5
0
Aquatic
HS
Soil
FA
Coal
HA
Pyrene
5.0·10-7M
Soil
HA
Peat HS
Кореляционные соотношения
для связывания атразина
KOC, l/kg C
Atrazine
600
r2 = 0.81
400
200
0
20
CAr, %
30
40
50
60
Корреляционные соотношения
для связывания ПАУ
KOC10–5, l/kg C
3
Pyrene
r2 = 0.83
2
Fluoranthene
r2 = 0.82
Anthracene
1
0
20
r2 = 0.74
CAr, %
30
40
50
60
KOC – константа связывания ПАУ ГВ
CAr – ароматичность ГВ
Связывание атразина комплексами
каолина с гуминовыми веществами
+ A
каолин-ГВ
Kd
Каолин-ГВ-А
Связывание атразина
K OC
Kd
OC , %
As, mM/kg
As
Kd
A
5
HS-kaolin clay
4
3
kaolin clay
2
1
0
0
5
10
15
[A], mM/l
20
25
Связывание атразина иммобилизованными
гуминовыми веществами
20
KOC*.10-4, l/kg C
Soil
15
Aquatic FA
HS
10
5
0
Atrazine
(2-20).10-6M
Soil
HA
Peat
HA
Coal
HA
Complexing capacity
mmol/g C
Связывающая способность гуминовых
веществ по отношению к Hg(II)
12
10
8
6
4
2
R = 0.7
2
0
0
20
40
60
Total acidity, mmol/g C
Связывающая способность – сумма сильных и слабых
центров, связывающих Hg(II);
Общая кислотность - сумма групп COOH и ArOH
Корреляционные соотношения
для связывания Hg(II)
lo g K
1 5 .0
BS
c a lc
R
2
= 0 .6 7
n = 16
1 4 .5
1 4 .0
lo g K
1 3 .5
1 3 .5
1 4 .0
1 4 .5
BS
1 5 .0
logKBScalc = 13.9 – 1.9CСОО – 2.2CArO + 2.9CAlk + 9.8(N/C)
CСОО, CArO, CAlk – данные ЯМР 13C, N/C – соотношение атомов
Структурные параметры, определяющие
связывающую активность гуминовых веществ
Ароматичность (CAr) – определяет связывание
гидрофобных токсикантов ГВ;
Суммарное содержание кислотных групп (СК) –
связывающая активность ГВ по отношению к
тяжёлым металлам;
Содержание хелатирующих фрагментов (ХФ) –
связывающая активность ГВ по отношению к
тяжёлым металлам;
