Связывающая способность и детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к атразину (1098318), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По сравнению с гумусовыми кислотамипочв ГК угля характеризуются значительно более высокой ароматичностью, иочень низким содержанием углеводных структур.Таким образом, данные по количественному исследованию структурныхфрагментов гумусовых кислот свидетельствуют о том, что все гумусовыекислоты независимо от источника происхождения обладают сходным наборомосновных структурных фрагментов. При этом количественное соотношениеструктурных фрагментов может варьировать в зависимости от источника.Важная информация о строении углеродного скелета хорошо дополняетсяданными о распределении кислорода в структуре гумусовых кислот, получаемыхс помощью функционального анализа.
В настоящее время в гумусовых кислотахобнаруженоболеекарбоксильные,десятифенольныеразличныхитиповспиртовыефункциональныхгидроксильные,групп:карбонильные,хинонные, метоксильные, сложноэфирные, енольные, амино-, амидо- иимидогруппы, сульфогруппы, тиольные и дисульфидные группы (Schnitzer andKhan, 1972). Поскольку суммарное содержание серы и азота в гумусовыхкислотахобычнофункциональныенепревышаетгруппыгумусовых5%(табл. 1.1),кислотможнопредставлены,считать,вчтоосновном,13кислородсодержащими функциональными группами.
Обобщенные сведения ораспределении кислорода по различным функциональным группам в гумусовыхкислот приведены в табл. 1.3.Таблица 1.3Распределение кислорода между функциональными группами в молекулахпочвенных гумусовых кислот(по данным Schnitzer and Khan, 1972; Stevenson, 1982; Орлов, 1992)Общеесодержаниекислорода,%СООН37,236,835,424261847,344,847,7586561ArOHROH% кислородаПочвенные гуминовые кислоты331025153813Почвенные фульвокислоты19121213916C=OУчтенныйкислород,%874757473694959990Как видно из табл. 1.3, около 75% кислорода в молекулах ГК и около 95%– в ФК распределено между четырьмя типами функциональных групп:карбоксильными,фенольнымииспиртовымигидроксильными,икарбонильными, причем вклад этих групп в общее содержание кислородаразличен для гуминовых и фульвокислот.
Доля кислорода, входящего в составкарбоксильных групп, существенно выше для фульвокислот.Обращает внимание тот факт, что в ФК доля кислорода, входящего всостав перечисленных в таблице групп значительно выше, чем в ГК. Это можетбыть связано, с одной стороны, с наличием в структуре ГК большего количествадругихкислородсодержащихсложноэфирных);конформационнымисдругой,групп–со(главнымобразом,значительнымиэфирныхистерическимииэффектами, препятствующими полному определениюкарбоксильных и гидроксильных групп в гуминовых кислотах методамифункционального анализа (Schnitzer and Khan, 1972). До настоящего времениоднозначно не установлено, какая из указанных причин является основной.Величины, приведенные в табл. 1.3 показывают, что преобладающимифункциональными группами гумусовых кислот являются карбоксильные и14фенольные и спиртовые гидроксильные.
Именно этими группами в основномобусловлены их кислотно-основные и комплексообразующие свойства (Орлов,1992).Согласно литературным данным (Драгунов, 1951; Stevenson, 1985; Perdue,1985), содержание функциональных групп в гумусовых кислотах варьирует взависимости от источника происхождения. Препараты водного происхождения,как правило, характеризуются повышенным содержанием карбоксильных групп(Ziechman, 1980). Однако более отчетливо прослеживается уже отмеченнаятенденция: независимо от источника происхождения ФК характеризуются болеевысоким содержанием карбоксильных групп, чем ГК.Молекулярно-массовые характеристики гумусовых кислотМолекулярная масса (ММ) - фундаментальное свойство любого вещества,в том числе ГК и ФК.
От размеров и конфигурации молекул гумусовых кислотзависят их растворимость, способность к миграции, сорбируемость почвеннымиминералами,возможностьпоглощениямикроорганизмамиивысшимирастениями (Орлов, 1992). В отличие от простых органических веществ,характеризующихсяединственнымзначениемММ,гумусовыекислотыполидисперсны, то есть обладают набором молекулярных масс. Поэтому иххарактеризуют молекулярно-массовым распределением (ММР), на основаниикоторого рассчитывают среднюю ММ. В зависимости от способа усредненияполучают три вида средних молекулярных масс: среднечисловую ( M n),средневесовую ( M w) и среднюю ( M z) (Swift, 1989; Орлов, 1992).Среднечисловая ММ - усреднение по числу молекул в полимере рассчитывается как:Mn =∑n M∑nii(1.2)iгде ni - число i-тых молекул с молекулярной массой Mi.Средневесовая ММ - усреднение по массе молекул в полимере - можетбыть рассчитана в соответствии со следующей формулой:Mw∑n M=∑n Mi2iiiСредняя ММ выражается уравнением:(1.3)Mz =15∑ n i M i3∑n Mi(1.4)2iЕсли в монодисперсных системах все способы усреднения приводят кполучению одной и той же величины молекулярной массы, то в полидисперсныхсистемах выполняется соотношение:M z > M w > M n,при этом отношение M w/ M n используется как показатель степениполидисперсности.
Для характеристики гумусовых кислот наиболее частоиспользуют их средневесовую молекулярную массу (Орлов, 1992; Swift, 1989).Вследствие нерегулярности строения, высокой полидисперсности иполиэлектролитныхсвойствгумусовыхкислот,всесуществующиеэкспериментальные методы определения ММ лишь ограниченно применимы дляанализа данных соединений.
Поэтому опубликованные величины ММ гумусовыхкислот колеблются в широких пределах. Так, методы определения ММ,основанные на измерении коллигативных свойств полимера (осмометрия,криоскопия,эбулиоскопия),чрезвычайночувствительныкприсутствиюнизкомолекулярных примесей в анализируемом образце. Поэтому их применениедля анализа препаратов гумусовых кислот, которые практически всегда содержатнизкомолекулярные зольные компоненты, может приводить к существенномузанижению ММ ( M n) (Aiken and Gillam, 1989). Использование методаскоростной седиментации, напротив, приводит к завышенным значениям ММ( M z) (Swift, 1989). На определяемые методом ультрафильтрации величины ММ( M w) большое значение оказывает взаимодействие гумусовых кислот смембранами (De Nobili et al., 1989). При этом следует отметить, что всеуказанные методы позволяют определять либо среднюю молекулярную массуполидисперсного образца, либо распределение массы вещества по фракциям,соответствующим диапазонам пропускания фильтрующих мембран.
В тожевремя гораздо более фундаментальной молекулярно-массовой характеристикойполидисперсноговеществаявляетсякриваяегомолекулярно-массовогораспределения.Наиболее доступным и широко распространенным способом исследованияММР полимеров и гумусовых кислот, в частности, является эксклюзионная гельхроматография. Данный метод основан на различной способности молекул16разного размера проникать в поры неионогенного геля, который служитнеподвижной фазой (Беленький, 1998). При этом эффективным размероммолекулывусловияхгель-хроматографическогогидродинамический радиус.
Однакоанализаявляетсяеевследствие полиэлектролитной природыгумусовых кислот использование гель-хроматографического анализа дляопределения их ММ затрудняется наличием неэксклюзионных эффектов, аименно сверхэксклюзии и адсорбции (Беленький и Виленчик, 1978; De Nobili etal., 1989). Ряд гелей (декстрановые, полиакриламидные) содержат остаточныекарбоксильныегруппы,ионизациякоторыхприводиткобразованиюотрицательного заряда на частицах геля.
Вследствие этого полианион гумусовыхкислот исключается из пор по законам значительно более сильной ионнойэксклюзии. Поэтому при слабой ионной силе молекулы гумусовых кислотвыходят из колонки раньше, чем этого можно было бы ожидать исходя из ихразмера (De Nobili et al., 1989). Этот эффект хорошо изучен для синтетическихполиэлектролитов.Дляегоустранениягель-хроматографическийанализполиэлектролитов обычно проводят в среде низкомолекулярного электролита.Данный прием широко применяется и при анализе гумусовых кислот, однакоиспользование солевых растворов в качестве элюентов приводит к адсорбциигумусовых кислот на геле (Posner, 1963, De Nobili et al., 1989).
Величинауказанного эффекта зависит от свойств геля и анализируемых гумусовых кислот.Влияние рН пробы, вводимой в колонку, на результаты фракционированиягумусовых кислот, а именно, уменьшение объема эксклюзии с возрастанием рН,также было отмечено рядом исследователей (Söchtig, 1972; Sapek, 1973).Наблюдаемый эффект объясняется, с одной стороны, изменением состояниямолекул гумусовых кислот (например их ассоциацией в кислых условиях), а, сдругой, вышеупомянутым влиянием ионной силы. Необходимо также отметить,что при несоответствии ионной силы вводимой пробы и используемого элюентавид получаемой гель-хроматограммы искажается из-за так называемого"солевого пика" (Posner, 1963).Помимо описанного выше влияния неэксклюзионных эффектов нарезультаты фракционирования гумусовых кислот, не менее сложной проблемойявляется отсутствие адекватных стандартных веществ, необходимыхкалибровкигель-хроматографическойколонки.Видеальномдляслучае17калибровочноевеществодолжноиметьтакуюжеструктуру,какианализируемое.
Однако для гумусовых кислот это условие невыполнимо,поэтому в качестве стандартов при анализе гумусовых кислот обычноиспользуют набор полидекстранов (ПД) или полиэтиленгликолей с известнымиММ (Perminova et al., 1998). Некоторые исследователи (Chin et al., 1994)рекомендуют для этих целей использование полистиролсульфоновых кислот(ПССК).Учитывая,чтоПССКпредставляютсобойсинтетическиеполиэлектролиты, их гель-хроматографические характеристики могут такжесущественно меняться под влиянием неэксклюзионных эффектов.
Поэтомунужно проявлять особую осторожность при сопоставлении абсолютных величинММ, рассчитанных при использовании различных калибровочных веществ.Хорошей иллюстрацией данному тезису являются результаты исследования,предпринятого в работе Перминовой с сотр. (Perminova et al., 1998). Авторамипоказано, что абсолютные значения одного и того же препарата гумусовыхкислот, определенные с использованием четырех наборов калибровочныхвеществ(полиакриловые,полиметакриловыеиполистиролсульфоновыекислоты, а также полидекстраны) различались почти на порядок.
При этомопределяемая величина ММ непосредственно зависела от плотности удельногозаряда полимеров, использованных в качестве калибровочных веществ. Так,использованиекалибровочнойкривой,построеннойпополиакриловымкислотам, имеющим максимальную плотность заряда, приводило к получениюминимальных значений ММ. В то же время использование калибровки,построенной по неиногенным полидекстранам, приводило к получениюмаксимальныхзначенийполиметакриловымиММ.ВеличиныММ,полистиролсульфоновымопределенныекислотам,позанималипромежуточное положение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
