Связывающая способность и детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к атразину (1098318), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Массовые доли фракций с различными ММдля приведенных гель-хроматограмм даны в табл. 3.5.89Таблица 3.5Содержание фракций с различными ММ в растворах ОВ ПДЛЕС почвы наразличных этапах выделения суммы ГК и ФК почвенного раствораПрепаратВВРОВпРОВнРОВГК+ФК почвенного р-раСодержание фракций с различными ММ, %16,5-42,0 КДа1,7-16,5 КДа0,1-1,7 КДа177851977419651634382858312На основании представленных гель-хроматограмм можно говорить о том,что только средний пик на гель-хроматограмме пРОВ (1,7-16,5 КДа) (рис. 3.3)отвечает гумусовым кислотам, так как он характеризуется поглощением при254 нм и сорбцией на XAD-2. Так как площадь этого пика составляетприблизительно 65% от общего содержания ОС (табл. 3.5), то можнопредполагать, что собственно гумусовые кислоты в исследованной нами почвесоставляли приблизительно 65 % от общего содержания РОВ.
Эффективностьамберлита XAD-2 для извлечения водорастворимых гумусовых кислот,рассчитанная как доля сорбировавшегося на нем пРОВ по известнымконцентрациям пРОВ и нРОВ, не превышала 40 %.Таблица 3.6Среднепиковые (Mp) и средневесовые (Mw) массы препаратов почвенноговодорастворимого ОВПрепаратMp, КДаПДПАХПДОГВВ7,67,19,6РОВ7,47,19,5пРОВ6,06,06,6нРОВ6,26,4ГК+ФК почвенного р-ра6,27,28,0ФК9,88,011,2ГК16,017,018,3Доверительный интервал Mp и Mw составил ±3 %.ПДЛЕСПДЛЕС18,515,712,86,310,214,5Mw, КДаПДПАХ16,115,912,810,27,28,816,6ПДОГ15,715,411,017,77,911,714,2Среднепиковые и средневесовые ММ водорастворимого ОВ на различныхэтапах выделения суммы ГК и ФК из почвенного раствора исследованных ПДпочв приведены в табл.
3.6. Для сравнения там же указаны характеристики ГК и90ФК, выделенных из этих почв стандартным способом с использованиемщелочной экстракции.Данные, приведенные в табл. 3.6, показывают, что при переходе отраствора ВВ к РОВ происходит небольшое уменьшение Mw за счет отделенияколлоидного ОВ. При этом положение пика незначительно смещается в сторонуменьших ММ. При подкислении РОВ до рН 2 Mw ОВ снижается на 3-4 КДа.На основании близости значений Mp выделенных препаратов гумусовыхкислот водной вытяжки и низкомолекулярного (гумусового) пика исходнойводной вытяжки можно сделать вывод о том, что использованный в работе методвыделения позволяет получать препараты гумусовых кислот близких к реальносуществующим в почвенном растворе.3.2.3.
Распределение углерода в исследованных препаратах гумусовыхкислот по данным 13С ЯМР спектроскопииРаспределениеуглеродапоосновнымисследовали методом количественнойрегистрацииспектровидиапазоны13структурнымфрагментамС ЯМР спектроскопии. Условияотнесений,использованныеприинтегрировании спектров, приведены в экспериментальной части. На основанииполученныхданныхрассчитывалиобщеесодержаниеалифатических(ΣСAlk = CAlk-O+CAlk-H,R) и ароматических (ΣСAr = CAr-O+CAr-H,R) фрагментов. Кромеэтого, было вычислено также отношение ΣСAr/ΣСAlk, характеризующее степеньароматичности гумусовых кислот. Результаты приведены в табл. 3.7.Как видно из табл.
3.7, максимальное содержание ароматическихфрагментов было обнаружено в препаратах ГК углей, минимальное - вгумусовых кислотах природных вод и ОВ водного экстракта торфа. В рядупочвенных препаратов наибольшим содержанием ароматических фрагментовхарактеризовались препараты ГК черноземов, наименьшим - ФК ПД почв.Наименьшее содержание карбоксильных групп и их производных наблюдали впрепаратах гумусовых кислот торфов, наибольшее - в ФК почв. В рядупочвенных препаратов наибольшее содержание карбоксильных групп иалифатического углерода было характерно для ГК и ФК выделенных из ПДПАХпочвы, что свидетельствует о значительном вкладе периферической части в их91структуру.
По содержанию карбонильных фрагментов исследованные препаратыне различались. Следует также отметить установленное значительное сходствораспределения углерода в препаратах ФК и ГК, выделенных из одной и той жедерново-подзолистой почвы.Таблица 3.7Распределение углерода в структуре исследованных препаратовгумусовых кислотПрепаратСодержание углерода, % от общего СCC=OCCOO-CAr-OCAr-H,RCAlk-O13CAlk-H,RКомбинированныеС ЯМР дескрипторыΣCArΣCAlkΣCAr/ΣCAlkH,RГумусовые кислоты природных вод и водного экстракта торфаFMX2HTW201911113FBW1FBP1FBG142320251812713251319582415363943460,840,851825192522183426414347370,790,551,11ФК почв221928ГК почвГК дерново-подзолистых почвHBWHBPHBGHBW1HBP1HBG112143217161520211913121397113232332419312021211425141817172625234544463326423838384050371,181,161,210,830,521,1419141312343416181719474633371,421,24911134843321415221413145754452828362,041,931,251717161316454543554417171613402,652,652,694,231,102111586621142,764,71ГК серых лесных почвHGWHGP13ГК черноземовHSHSTSEL231141518HTLTTLT4H8HTO231231515161613Гумусовые кислоты торфов141312181331323137312020241324ГК бурых углейAGKRHA1317181018484843923.2.4.
Содержание кислотных групп в препаратах гумусовых кислотСодержаниекислотныхгруппявляетсяважнойхарактеристикойгумусовых кислот. Кислотные свойства гумусовых кислот имеют особоезначение для их адсорбции на минералах (Greenland, 1971; Inoue and Wada, 1971;Kaiser and Zech, 1997).
Поэтому во всех препаратах гумусовых кислот,использованных для получения адсорбционных комплексов с каолинитом, былоопределено содержание кислотных групп методом потенциометрическоготитрования (Georgi, 1998; Masine et al., 1998). Результаты приведены в табл. 3.8.Таблица 3.8Содержание кислотных групп в исследованных препаратах гумусовых кислотПрепаратCOOHHO13HA3,05FBW1FBG13,43,3HBWHBW1HSHST3,42,93,33,8HTOH81,62,5RHAAGK3,43,4ArOHмг-экв/гГК болотных вод2,22ФК почв1,21,1ГК почв0,20,30,20,4ГК торфов1,00,6ГК бурых углей2,00,2Общая кислотность5,274,64,33,63,13,64,22,53,15,43,6Как видно из табл. 3.8, минимальное содержание карбоксильных групп(1,6 и 2,5 мг-экв/г) было обнаружено в препаратах ГК торфов, остальныепрепараты характеризовались сходным содержанием СООН-групп (2,9-3,8 мгэкв/г).
Максимальное содержание фенольных групп было зафиксировано в ФК,минимальное - в ГК почв. Наибольшая общая кислотность была характерна дляпрепарата ГК бурого угля RHA, наименьшая - для препарата ГК торфа HTO. Какследует из представленных данных, отчетливой взаимосвязи между общейкислотностью препаратов и источником их происхождения не наблюдалось. Повидимому, причиной этого является недоопределение фенольных гидроксилов93вследствие использования прямого потенциометрического титрования в воднойсреде (Piccolo and Camaci, 1990).3.2.5. Классификация исследованных препаратов гумусовых кислот спомощью кластерного анализаКак видно из табл.
3.2, 3.4 и 3.7, исследованные препараты гумусовыхкислот различного происхождения значительно различались по элементномусоставу, молекулярным массам и структурным характеристикам. Для выявлениягрупп препаратов, обладающих набором сходных признаков, использоваликластерный анализ, который применяли к блоку данных по элементному составуи средневесовым молекулярным массам. Выбор этих структурных параметровбыл обусловлен тем, что соответствующие данные были получены для всехисследованных препаратов.
Кластерный анализ позволил выделить 4 классапрепаратов со сходными свойствами (рис. 3.4).FMX2WBW1HTWTTWWBP1WBG1FBGFGWFBG1FBW1FBP1HBWHGPHBW1SELHBG1HBPHSTHBP1HBGHGWHSHTLT4H8HTOAGKRHATTLСумма ГК и ФК природных вод, водныхэкстрактов почв и торфовФК почвГК почвСумма ГК и ФК торфов и ГК углей0200040006000800010000120001400016000Рис. 3.4. Распределение препаратов гумусовых кислот по классам на основекластерного анализа.Как видно из рис. 3.4, распределение по классам в основном отражаетразличия входящих в них препаратов гумусовых кислот по источнику94происхождения и соотношению ГК:ФК.
В связи с этим в дальнейшей работебыло уделено внимание специфике связывания и детоксикации атразинагумусовыми кислотами, присущей не только индивидуальным препаратамгумусовых кислот, но и их классам, приведенным на рис. 3.4.3.3. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ГУМУСОВЫХКИСЛОТ С КАОЛИНИТОМВ почвенном профиле подавляющая часть гумусовых кислот находится не врастворенном, а в адсорбированном на минералах состоянии (Орлов, 1993).Поэтому для исследования роли гумусовых кислот в связывании атразина почвойнеобходимо было провести соответствующие модельные эксперименты посвязыванию атразина на адсорбционных комплексах гумусовых кислот сглинистыми минералами.
Получению таких комплексов предшествоваловсестороннее исследование адсорбционного поведения выделенных препаратовгумусовых кислот по отношению к каолиниту. Выбор данного минерала былобусловлентем,чтоонявляетсяпредставителемгруппыглинистыхалюмосиликатов, составляющих значительную часть илистых и коллоидныхфракций почв (Орлов, 1992).Изотермы адсорбции на каолините были получены для 11 препаратовгумусовых кислот. Для этого раствор гумусовых кислот в 0,1 М NaCl приливалик навеске каолинита, предварительно насыщенного натрием. Полученнуюсуспензию встряхивали в течение 12 часов, центрифугировали и измерялиоптическую плотность супернатанта при 240 нм для спектрофотометрическогоопределенияравновеснойконцентрациигумусовыхкислотврастворе.Количество гумусовых кислот, адсорбировавшихся на каолините, определяли поразности общей и равновесной концентраций.
Полученные данные использовалидля построения изотермы адсорбции гумусовых кислот (рис. 3.5). Изотермысорбции препаратов, не приведенных на рисунке, даны в Приложении 3.1.81.5FBG1HSHTOAGK1.20.90.63кислот 10 , кг ОС/кг каолинитаКол-во адсорбированных гумусовых950.3000.020.040.060.083Равновесная концентрация гумусовых кислот×10 , кг ОС/лРис. 3.5. Типичные изотермы адсорбции гумусовых кислот различногопроисхождения на каолините.Как видно из рисунка, наименьшей адсорбционной емкостью поотношению к каолиниту характеризовались ФК, а наибольшей - ГК торфа. ГКбурого угля и почв занимали промежуточное положение. Для количественнойоценки адсорбции гумусовых кислот на каолините изотермы аппроксимировалиуравнением Ленгмюра, позволяющего рассчитать константу адсорбции (K) имаксимальную адсорбцию гумусовых кислот на каолините (b):(3.4)где HSads и [HS] - количество адсорбированных гумусовых кислот(кг ОС/кг каолинита) и их равновесная концентрация (кг ОС/л), соответственно.Вычисленные значения параметров адсорбции приведены в табл.
3.9.В связи с тем, что для проведения экспериментов по взаимодействиюатразина с адсорбционными комплексами гумусовых кислот необходимо былополучить комплексы с прочно связанными гумусовыми кислотами, т. е.недесорбирующимися в условиях эксперимента, то для всех препаратов былиполученысоответствующиеизотермыдесорбции(рис. 3.6).Десорбциюпроводили, приливая к навеске адсорбционного комплекса аликвотную частьраствора 0,1 М NaCl. Содержание десорбировавшихся гумусовых кислотопределяли через 12 часов спектрофотометрически. Процедуру повторяли 8кратно, до достижения постоянной оптической плотности раствора.3кислот 10 , кг ОС/кг каолинитаКол-во адсорбированных гумусовых960.80.60.4изотерма адсорбцииизотерма десорбции0.2000.020.040.060.083Равновесная концентрация гумусовых кислот×10 , кг ОС/лРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
