Автореферат (1105548), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Сравнительные характеристики (элементный состав и распределениеуглерода по данным ЯМР 13С) исходных препаратов ГФК и продуктов их гидролизаприведены в Табл. 4 и 5, соответственно. Для обозначения нерастворимых и растворимыхпродуктов гидролиза к шифру исходного препарата добавляли одну и две звездочки,соответственно.Таблица 4Элементный состав исходных и нерастворимых продуктов гидролиза препаратов ГФК врасчете на беззольное органическое веществоПрепаратГФКT3T4T5T6T3*T4*T5*T6*ИсточникпроисхожденияНизинныйосоковый торфВерховой сфагнумторфВерховой сфагнумторфВерховойпушициевый торф--“---“---“---“--Содержание элементов (% масс) ЗольностьCHNO%ГК и ГК* торфа52.64.72.441.01.2АтомныесоотношенияH/CO/C1.070.6050.74.92.142.35.71.160.6351.44.92.241.55.81.140.6149.44.61.544.40.01.120.6754.958.157.757.24.24.34.34.11.11.21.00.839.836.437.138.00.01.00.60.40.920.900.890.860.540.470.480.5046.20.01.070.70ФК торфаT4--“--49.34.40.017HSKHSK*Ч типичный--“--ГК и ГК* почв57.73.92.857.12.71.935.738.327.40.00.800.570.460.51Таблица 5Распределение углерода между основными структурными фрагментами в исходныхпрепаратах ГФК и продуктах их гидролиза по данным спектроскопии ЯМР 13СПрепаратГФКСС=ОT3T3*T4T4*T4**T6637546T4T4*T4**244Доля углерода в составе фрагментов, %CCOOH(R) СAr-O CAr-H(R) CAlk-O CAlk-H(R)ГК, ГК*, ГК** торфа132337813152336812172138991318459916173020131218411310ФК и ФК* торфа16133226101422447121317362011∑CAr∑CAr/∑CAlk6059586447582.82.93.23.61.41.94561531.23.21.7Для оценки связывающей способности продуктов гидролиза препаратов ГФК поотношению к ПАУ определяли константы связывания с помощью метода тушенияфлуоресценции.
Эксперименты проводили в условиях, аналогичных для исходныхпрепаратов ГФК. Полученные Кос и их доверительные интервалы приведены вТабл. 6.Таблица 6Константы связывания Py исходными препаратами ГК и продуктами их гидролизаПрепарат ГК**Koc×10-5Koc×10-5л/кг Сл/кг СГК, ГК*, ГК** торфаT3*T3**<0.1**T31.3±0.2*1.2±0.3*T4*T4**<0.1T41.7±0.31.2±0.3T5*T5**<0.1T51.4±0.21.2±0.2T6*T6**<0.1T61.8±0.41.4±0.2ГК, ГК*, ГК** почвHSK*HSK**<0.1HSK3.4±0.42.8±0.3***± доверительный интервал для n = 7, Р = 0.95; минимально определяемое значение КосПрепарат ГКKoc×10-5л/кг СПрепарат ГК*Для всех нерастворимых продуктов гидролиза гуминовых кислот (ГК*) наблюдалосьвозрастание Кос по сравнению с исходными. Увеличение Кос может быть связано с тем, чтоотщепление периферической части облегчает доступ Py к ароматическому каркасу молекулГК и сопровождается возрастанием гидрофобности нерастворимых продуктов гидролиза.
Приэтом значения Кос Py для всех растворимых продуктов гидролиза (ГК**) были нижеминимально определяемой величины 0.1×10-5 л/кг С18Полученные данные являются экспериментальным подтверждением ведущей ролиароматического каркаса в связывании ПАУ гумусовыми кислотами. Учитывая гидрофобныйхарактер ароматического каркаса и наличие в его составе акцепторных фрагментов карбоксил- и карбонилзамещенных ароматических колец можно предположить, что всвязывание ПАУ гумусовыми кислотами вносят вклад как гидрофобные, так и донорноакцепторные взаимодействия. При этом характер зависимости констант связывания отгидрофобности ПАУ (возрастание по мере увеличения lg Kow) и потенциала их ионизации(уменьшение по мере снижения потенциала ионизации) позволяет судить опреимущественном вкладе гидрофобных взаимодействий.
Для подтверждения данногопредположения нами было определены константы связывания Py, Flt и Anнизкомолекулярнымикарбоновымикислотами,моделирующимипотенциальныереакционные центры ГФК. При этом ожидалось, что в случае преобладания донорноакцепторного механизма взаимодействия между модельными кислотами и ПАУ,соответствующие константы будут определяться величиной потенциала ионизации ПАУ,которые составляют 7.55, 7.81 и 7.41 эВ для Py, Flt и An, а также возрастать по мереувеличения основности ароматических кислот.Исходя из характера замещения ароматических колец в ГФК, в качестве модельныхсоединений были выбраны ароматические карбоновые кислоты, имеющие ОН- и СООНзаместители. Константы связывания Py, Flt и An данными кислотами были определены спомощью метода тушения флуоресценции в условиях аналогичным определению Кос дляГФК. В случае модельных кислот для заметного тушения ПАУ требовались концентрации, напорядок превышающие концентрации ГФК.
Полученные значения Кос и их стандартныеотклонения приведены в Табл. 7.Таблица 7Константы связывания ПАУ модельными кислотамиKoc×10-5 л/кг СМодельные кислотыПиренФлуорантенАнтраценБензойная0.123±0.008*0.068±0.008<0.003**4-ОН-бензойная0.920±0.0040.05±0.01<0.003<0.003<0.003<0.0030.160±0.0030.110±0.003<0.003Терефталевая<0.003<0.003<0.003Меллитовая<0.003<0.003<0.003Пиромеллитовая<0.003<0.003<0.0030.095±0.008<0.0032,4-ди-ОН-бензойнаяФталеваяКоричная*0.120±0.003± доверительный интервал для n = 7, Р = 0.95;**минимально определяемое значение КосКак видно из Табл.
7, тушение флуоресценции ПАУ наблюдалось только для четырехиз восьми модельных кислот. При этом в число соединений, не вызывающих тушенияфлуоресценции ПАУ, вошли все наиболее сильные акцепторы из использованных модельных19соединений, в качестве которых предполагались многоосновные ароматические кислоты. Длякислот, обладающих сродством к ПАУ, связывание наблюдалось только для Py и Flt. В тожевремя константы связывания наиболее донорного из использованных ПАУ - An - всемимодельными кислотами были ниже минимально определяемых значений.
Кроме того,обращает на себя внимание гораздо более низкие значения констант связывания ПАУмодельными индивидуальными кислотами, чем ГФК. Полученные закономерностипоказывают незначительную роль донорно-акцепторных взаимодействий в связывании ПАУгумусовыми кислотами. Дополнительным подтверждением этому могут служить результатыэкспериментов по регистрации комплексов с переносом заряда между Py, Flt и An иразличными препаратами ГФК, проведенные с использованием методов спектрофотометриии спектроскопии ЯМР С13. Эксперименты проводили как в водной среде, так и ворганических растворителях (ДМСО и первичные спирты). Однако искомого результата появления длинноволновой полосы в УФ-спектрах исследованных ПАУ, а также измененияих химических сдвигов в присутствии ГФК зарегистрировано не было.На основании приведенных выше результатов можно сделать вывод опреимущественном вкладе гидрофобных взаимодействий в процессы связывания ПАУгумусовыми кислотами.Влияние рН и ионной силы на связывание ПАУ гумусовыми кислотамиДля изучения влияния рН и ионной силы среды на связывающую способность ГФК поотношению к Py, Flt и An были выбраны препараты различного происхождения, существенноразличающиеся по величине Кос: ГК Aldrich - AHA; ГК почв - HS, HBWN, HGP; ГФК торфа HTL, T4, T6; ГФК природных вод - FMX, WM3X и SWA.
рН растворов устанавливали спомощью НСl и NaOH, ионную силу (I) создавали с помощью 1 М NaCl. Диапазон изменениярН составлял 2.1 - 8.4, ионной силы - 1×10-4 - 2.5×10-1М. Полученные зависимости Кос от рН илогарифма ионной силы приведены на Рис. 4 и 5, соответственно.-5-5ПиренKосx10 , л/кг С3.532.521.51pH0.5T6AHAHSHBWNHGPHTLSWAWM3XФлуорантенKoсx10 , л/кг СT6AHA3.532.521.510.5pHHSHBWNHGPHTLSWAWM3X0023456-5Koсx10 , л/кг С78AHA3HS2.5HBWN2HGP1.5HTL1SWA0.5pH023456783456789T6Антрацен3.5299Рис.
4. Влияние рН на связывание ПАУгумусовымикислотамиразличногопроисхождения.20Как видно из представленных зависимостей, увеличение рН и ионной силы приводилок уменьшению Кос всех трех ПАУ для всех использованных препаратов ГФК, за исключениемводных. Для водных препаратов ГФК, обладающих самым низким сродством к ПАУ, Кос либоне изменялись вообще, либо весьма несущественно. Наиболее существенное изменение Кос(20-30%) наблюдалось для Py и Flt в интервале рН 2.1- 3.8 и ионной силы 1×10-2 - 1×10-3 М.Дальнейшее увеличение рН до 8.3 и ионной силы до 0.25 М практически не влияло на степеньсвязывания этих ПАУ гумусовыми кислотами.-5Koсx10 , л/кг СAHAHSHBWNHTLFMXWM3XlgI-6-5-4-3-2-1021.81.61.41.210.80.60.40.20AHAHSHBWHTLFMXlgI-6Антрацен-5Koсx10 , л/кг С21.81.61.41.210.80.60.40.20Флуорантен-5ПиренKосx10 , л/кг С1.81.61.41.210.80.60.40.20-5-4-3-2-1WM3X0AHAHSHBWHTLT6Рис. 5.Влияниеионнойсилынасвязывание ПАУ гумусовыми кислотамиразличного происхождения.lgI-6-5-4-3-2-10В случае An снижение Кос наблюдалось по мере увеличения рН и ионной силы во всемисследованном диапазоне значений.Описанный характер зависимости Кос от рН и ионной силы хорошо согласуется спредположением о преобладающем вкладе гидрофобных взаимодействий в связывание ПАУгумусовыми кислотами.
Так, уменьшение рН, в результате которого происходитпротонирование ионогенных групп в молекулах ГФК, приводит к увеличению ихгидрофобности, что сопровождается увеличением сродства ГФК к ПАУ. Возрастание ионнойсилы, вызывающее экранирование заряда гумусового полианиона, способствует принятиюболее компактной конформации макромолекул ГФК. Как следствие, уменьшаетсяэффективная площадь контакта ПАУ-ГФК, что приводит к уменьшению константсвязывания.Полученные экспериментальные зависимости Кoс от рН и ионной силы средыудовлетворительно описывалась следующими двухпараметрическими функциями:KocpH = Koc0 ((1 - b) ⋅ (pH0/pH)c + b)(5)0где Koc - константа связывания ПАУ гумусовыми кислотами при рН 2; KocpH - константасвязывания при заданном рН; b, c- эмпирические коэффициенты: для Py: b = - 0.30;c = 0.50;для Flt: b = 0.20; c = 1.30; для An: b = - 450; c = 0.001.KосI = (1 - b)KосI=0⋅EXP(-c⋅I + b),(6)21I=0где Kос - константа связывания ПАУ гумусовыми кислотами при I = 0; KосI - константасвязывания при заданной ионной силе I; b, c- эмпирические коэффициенты: для Py: b = 0.75; c= 184; для Flt: b = 0.70; c = 102; для An: b = 0.32; c = 38.Уравнения (5 и 6) позволяют аппроксимировать экспериментальные кривые с высокимуровнем статистической достоверности.
Так, рассчитанные r2 для рН зависимостейсоставили, в среднем, 0.92 0.95 и 0.80 для Py, Flt и An, соответственно; для зависимостей отионной силы - 0.83, 0.88 и 0.92 для Py, Flt и An, соответственно. Следовательно, полученныедвухпараметрические зависисмости Kос от рН и ионной силы могут быть использованы длякорректировки значений констант связывания при изменении параметров водной среды.Исследование детоксицирующей способности гумусовых кислот по отношению кПАУДля исследования детоксицирующей способности ГФК по отношению к ПАУ былиспользован метод биотестирования. В качестве тест-объекта использовали Daphnia magna.Тест-откликом (R) служила активность питания дафний.
Активность питания регистрировалипо изменению интенсивности флуоресценции хлорофилла, входящего в состав водорослиChlorella pyrenoidosa, которая служила пищей для дафний. Концентрация ПАУ втестируемых растворах составляла (5, 7 и 1.7)×10-7 M для Py, Flt и An, соответственно.Данные концентрации были максимально достигнутыми при приготовлении водныхрастворов ПАУ и вызывали уменьшение R дафний на 54 ± 8%, 52 ± 7% и 50 ± 9 % (P=0.95,n=3) для Py, Flt и An, соответственно. Концентрация ГФК в тестируемых растворахсоставляла 1 - 25 мг С/л.Токсический эффект ПАУ (TПАУ) оценивали как относительное уменьшение тестотклика в присутствии ПАУ (RПАУ) по сравнению с тест-откликом в контрольном растворе(R0):R − R ПАУTПАУ = 0(7)R0Экспериментальные зависимости «концентрация - токсический эффект» в указанномдиапазоне концентраций были линейными для всех модельных ПАУ и аппроксимировалисьуравнением прямой:TПАУ = k×CПАУ(8)2с коэффициентами корреляции (r ) 0.96, 0.98 и 0.97 для Py, Flt и An, соответственно.Изменение уровня токсичности ПАУ в присутствии ГФК может быть обусловлено какизменением концентрации свободной формы ПАУ в результате химического связываниямежду ПАУ и ГФК, так и собственным воздействием ГФК на тест-объект.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
