Размещено на http://www.allbest.ru/

Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки

Фракционный состав фульвокислот

Гасанова Е.С., Котов В.В, Стекольников К.Е.

Фульвокислоты (ФК) являются одним из типов соединений, образующих органическое вещество почв. Некоторые авторы выделяют их в самостоятельный класс природных органических соединений, другие считают смесью ароматических и алифатических аминокислот, третьи - продуктами деструкции гуминовых кислот (ГК), образующимися при щелочной экстракции гуминовых веществ из почв [Орлов Д.С. 1992: 4]. Одним из наиболее распространенных методов фракционирования ФК является метод Форсита, в котором для десорбции ФК с активированного угля последовательно используют воду, ацетон и раствор гидроксида аммония. фульвокислота органический почва фракционный

Следует сказать, что если изучению состава, структуры и свойств ГК посвящено большое количество исследований, то аналогичные сведения для ФК не столь многочисленны и часто противоречивы [Зырин Н.Г. 1980: 1]. Между тем высокая подвижность ФК, более высокая поглотительная способность, чем у ГК [Орлов Д.С. 1992: 4], позволяют считать их важнейшим фактором, определяющим почвенное плодородие. Поэтому расширение знаний о составе и физико-химических свойствах ФК является актуальной задачей.

Целью данной работы было выявление особенностей фракционного состава ФК чернозема выщелоченного.

Объектами исследований были ФК, выделенные из почв пахотного слоя чернозема выщелоченного. Образовавшиеся после фракционирования растворы ФК (водный (фракция А), ацетоновый (фракция В) и аммонийный (фракция Д)) взвешивались и анализировались методами ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) спектроскопии и потенциометрического титрования по стандартным методикам [Зырин Н.Г. 1980: 1].

На рисунке 1 показаны УФ-спектры ФК и их различных фракций. На основании полученных УФ-спектроскопических данных можно предположить, что водная фракция (А) содержит в основном компоненты ФК с преобладанием ароматических фрагментов в их молекулах, а ацетоновая (В) и аммонийная (Д) - алифатических. Водой десорбируются относительно гидрофобные ароматические молекулы, содержащие полярные заместители, ацетоном - более полярные углеводные и белковые фрагменты, а гидроксидом аммония - алифатические соединения, содержащие достаточно сильно диссоциированные карбоксильные группы [Левшин В.Л. 1962: 2]. Полученные результаты позволяют предположить, что ФК являются «осколками», образующимися за счет щелочного гидролиза ГК в процессе извлечения гумусовых кислот из почв.

Рис. 1. Электронные спектры нефракционированных ФК (1), фракций А (2), В (3) и Д (4)

В таблице 1 приведены результаты расчета содержания функциональных групп в исследуемых фракциях и их силовых показателей по данным потенциометрического титрования. Сравнение данных по фракциям показывает, что содержание относительно сильных карбоксильных групп во фракциях А и В близко, а во фракции Д несколько ниже. Наблюдается снижение общего числа карбоксильных групп в ряду фракций А>В>Д. Все фракции содержат сильнодиссоциированные карбоксильные группы с рК 2,5-2,6. Для фракции А это указывает на наличие в структуре молекул ФК фрагментов либо салициловой (рК=2,97), либо ортофталевой (рК₁=3,10) кислот [Лурье Ю.Ю. 1967: 3]. В составе фракций В и Д содержатся фрагменты, аналогичные алифатическим кислотам (например, рК₁ малоновой кислоты равен 2,85). Обращает на себя внимание то, что силовые показатели функциональных групп, нейтрализующихся на второй ступени, близки у ФК всех фракций (6,7-7,2).

Таблица 1. Содержание (Е, ммоль/г) функциональных групп в ФК, рассчитанное из данных алкали- и ацидиметрии, и их силовые показатели (рК)

Содержание слабо диссоциированных протондонорных групп во фракции В гораздо выше, чем в ФК других фракций. Если во фракции А эти группы можно отнести к фенольным гидроксилам, то фракция В содержит очень слабо диссоциированные карбоксильные группы в структуре алифатических молекул. Они характеризуют сильно окисленные углеводные и белковые фрагменты гуминовых кислот, образующихся в результате выделения ФК из почвы.

Результаты исследования ФК методами УФ-спектроскопии и потенциометрии, позволяют судить о химической природе ФК с известной долей приближения. Более четкие представления о строении фракций ФК позволяет выявить метод ИК-спектроскопии.

Полуколичественный анализ ИК-спектров нефракционированных ФК и отдельных фракций был выполнен методом базовой линии [Углянская В.А. 1989: 5]. В качестве стандартной использованы полосы 2914-2927 см^-1, характеризующие колебания СНсвязей в алифатических фрагментах, которые содержатся во всех спектрах. На рисунке 2 показаны относительные высоты пиков, соответствующих колебаниям ОН-связей в воде с разупорядоченной структурой (3607-3567 см^-1), с нормальной сетью водородных связей (3407-3380 см^-1), воде функциональных групп (3140-3114 и 2560-2520 см^-1), колебаниям С=О (1721-1707 см^-1), ароматических (1627-1607 см^-1), алифатических (1380-1401 см^-1) и углеводных (1150-1034 см^-1) фрагментов. Практически во всем интервале частот максимальные значения относительных высот пиков, указывающих на интенсивность колебаний, наблюдаются у ФК фракции А. Обращает на себя внимание явное преобладание h/h_ст этой фракции при частоте 1624 см^-1 и более низкие значения

35 этой величины по сравнению с другими фракциями, при 1400 см^-1 , что еще раз подтверждает преобладание ароматических фрагментов в ФК фракции А и алифатических во фракциях В и Д. Следует подчеркнуть, что по величинам относительных высот пиков в спектре нефракционированные ФК занимают промежуточное положение между фракцией А с одной стороны и фракциями В и Д с другой. При сопоставлении массовых количеств ФК различных фракций выявлено, что они находятся в процентном соотношении 27,1:47,5:25,4 (соответственно фракции А, В и Д). Эти обстоятельства, а также соответствие особенностей спектральных характеристик нефракционированных ФК и фракции А как в ультрафиолетовой, так и в инфракрасной области, позволяют считать фракцию А основным компонентом ФК, определяющим их оптические свойства.

Рисунок 2. Относительные высоты пиков инфракрасных спектров нефракционированных (1), фракций А (2), В (3) и Д (4)

Выводы

1. Методами УФ-, ИК-спектроскопии и потенциометрического титрования выявлены особенности состава фульвокислот чернозема выщелоченного и их отдельных фракций.

2. Установлено, что в строении молекул ФК, десорбируемых водой после сорбции на активированном угле (фракция А), преобладают ароматические фрагменты, а в десорбируемых ацетоном (фракция В) и раствором гидроксида аммония (фракция Д) - алифатические.

3. Выявлено, что молекулы ФК фракции В по сравнению с другими содержат повышенное количество слабодиссоциированных протондонорных групп.

4. Показано, что основной вклад в оптические свойства нефракционированных ФК вносят молекулы фракции А.

Список литературы

1. Зырин Н. Г. Физико-химические методы исследования почв / Н.Г. Зырин, Д.С. Орлов. М.: Изд-во МГУ, 1980. - 382 с.

2. Левшин В. Л. Методы спектрального анализа / В.Л. Левшин. М.: Изд-во МГУ, 1962. - 508 с.

3. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1967. - 390 с.

4. Орлов Д. С. Химия почв / Д.С. Орлов. М.: Изд-во МГУ, 1992. - 400с.

5. Углянская В. А. Инфракрасная спектроскопия ионообменных материалов / В.А. Углянская, Г.А. Чикин, В.Ф. Селеменев, Т.А. Завьялова. Воронеж: ВГУ, 1989. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru