Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

THE USE OF SPECTROSCOPY METHOD IN THE STUDY OF HUMINE ACIDS OBTAINED FROM VERMICOMPUSTURES OF VARIOUS PERIODS OF RIPENING

Юшкова Е.И.
Методом ЯМР-спектроскопии исследовали качественный и количественный состав гуминовых кислот выделенных из вермикомпостов различного периода созревания. Были идентифицированы и количественно определены следующие функциональные группы и молекулярные фрагменты: ароматические (- Ar), карбоксильные (-СООН), карбонильные (-С=О), алкильные (-СН3, -СН2, -СН), О-замещенные алифатические атомы углерода (Alk-O). Анализ молекулярной структуры препаратов гуминовых кислот показал, что с увеличением периода вермикомпостирования увеличивается содержание О-алкильных функциональных групп (с 15% до 33%) и уменьшается доля ароматических молекулярных фрагментов (с 34% до 20%). По содержанию карбонильных фрагментов исследованные образцы практически не различались.
Qualitative and quantitative composition of humane acids excreted from vermicomposture of different periods of ripening was investigated by NMR - spectroscopy method. The following functional groups and molecular fragments were identified and defined quantitatively: aromatic (- Ar), carboccile (-COOH), carbonile (-C=O), alkile (-CH3, -CH2, -CH), O-substituted aliphatic atoms of carbon (Alk-O). The analysis of molecular structure preparations of humane acids showed that with the increase of vermicomposturing period the content of O-alkile functional groups increases (from 15 % to 33 %) and the quota of aroma molecular fragments decreases (from 34% to 20 %). The samples investigated practically didn’t differ in the amount of carbonile fragments.

Одной из актуальных проблем настоящего времени является изучение структуры биогумуса, а так же состава и свойств препаратов гумусовых кислот. Проблема преобразования органического вещества биогумуса, несмотря на многочисленные работы в этой области, требует дальнейшего исследования.

Использование метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) открывает новые возможности в идентификации органических соединений, позволяет получить количественные данные о структурных фрагментах гуминовых кислот.

Препараты гуминовых кислот для 13С ЯМР-спектроскопии были выделены из образцов вермикомпостов (капролитов червя «Старатель») на основе конского компоста. Вермикомпостирование проводили в течении полутора (образец – 1), трех (образец - 2) и шести (образец – 3) месяцев. В качестве контроля использовали конский компост (образец - 0).

Гуминовые кислоты выделяли по следующей методике. Из образцов были взяты навески с расчетом, чтобы в них содержалось по 5 г сухого вещества. К навескам, помещенным в центрифужные стаканы, было добавлено по 50 мл 0,1 N раствора HCl. Суспензии были перемешаны в течение 30 минут магнитной мешалкой и отцентрифугированы при 2500 g в течение 20 минут. При такой процедуре в экстракт переходили соли и карбоксигидраты. После центрифугирования, супернатанты отбрасывали, а осадки помещали в колбы со шлифом, добавляли по 50 мл 0,1 Mраствора NaOH и доводили pH до 12,5 1 M раствором NaOH при перемешивании, контролируя pH на pH-метре. Через растворы пропускали азот, колбы закрывали и суспензии оставляли на 24 часа для экстракции гуминовых кислот.

После экстракции суспензии центрифугировали при 2500g в течение 20 мин. Осадки использовали для дальнейших процедур. Супернатанты собирали в колбы со шлифом, предварительно измерив их объем, оттитровывали с помощью бюретки 6 N HCl до pH 1,5 (для разделения фульвокислот и гуминовых кислот), пропускали через них азот и оставляли на 20 часов. По истечении указанного времени, образовавшиеся осадки гуминовых кислот отделяли от надосадочной жидкости центрифугированием в течение 20 мин при 2500g, и помещали в предварительно взвешенные бюксы и высушивали над P2Oв эксикаторе под вакуумом. Выше описанная процедура экстракции гуминовых кислот была проведена 11 раз.

Спектры ЯМР регистрировались на твердофазном ЯМР-спектрометре Bruker DSX 200 при резонансной частоте 50,3 МГц, контактное время 1 мсек.

Результаты ЯМР-спектроскопии позволили оценить качественный и количественный состав гуминовых кислот выделенных из вермикомпостов различного периода созревания. Были идентифицированы и количественно определены следующие функциональные группы и молекулярные фрагменты: ароматические (- Ar), карбоксильные (-СООН), карбонильные (-С=О), алкильные (-СН3, -СН2, -СН), О-замещенные алифатические атомы углерода (Alk-O) (рисунок 1). Максимальное содержание ароматических фрагментов было обнаружено в образце- 0, минимальное в образце– 3. Наименьшее содержание карбоксильных групп наблюдали в образце – 3. По содержанию карбонильных фрагментов исследованные образцы практически не различались (таблица 1). Анализ молекулярной структуры препаратов гуминовых кислот показал, что с увеличением периода вермикомпостирования увеличивается содержание О-алкильных функциональных групп (с 15% до 33%) и уменьшается доля ароматических молекулярных фрагментов (с 34% до 20%). Можно предположить, что с увеличением времени «созревания» вермикомпостов происходит трансформация молекулярной структуры гуминовых кислот: разрушаются ароматические фрагменты и накапливаются более устойчивые продукты. Полученные результаты согласуются с ранее проведенными исследованиями и литературными данными [1-5].

Таким образом, результаты 13С ЯМР-спектроскопии позволяют получить более полную структурную информацию о качественном и количественном составе препаратов гуминовых кислот.

Рис. 1. ЯМР спектры гуминовых кислот из вермикомпостов различного периода вермикомпостирования: образец-0 – контроль, конский компост; образец–1 - 1,5 месяца вермикомпостирования; образец–2 - 3 месяца вермикомпостирования; образец - 3- 6 месяцев вермикомпостирования.

Таблица 1. Вклад углерода в различные функциональные группы гуминовых кислот полученных из вермикомпостов различного периода созревания

 

Образец*

Углерод определенный при различных p.p.m., %

 

0-45

алкильный С

45-110

О-алкильный С

110-160

ароматический С

160-185

карбоксильный С

185-220

карбонильный С

0

29

15

34

16

6

1

30

18

31

15

6

2

30

26

27

12

5

3

31

33

20

11

5

*образец-0 – контроль, конский компост; образец–1 - 1,5 месяца вермикомпостирования; образец–2 - 3 месяца вермикомпостирования; образец - 3- 6 месяцев вермикомпостирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.      Андреева Д.Б., Чимитдоржиева Г.Д. Использование спектроскопии ЯМР 13С в исследовании структурных фрагментов ГК низинного торфа и бурого угля забайкалья.//Материалы IIВсероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», 3-6 фефраля 2003г.

2.      Куликова Н.А. Связывающие и детоксицирующие свойства гуминовых кислот по отношению к атразину.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, МГУ, М. 1999.

3.      Павловская Н.Е., Юшкова Е.И., Даниленко А.Н., Ботуз Н.И., Полозова Е.Ю., Борзенкова Г.А. Физико-химическая характеристика и биологическая активность биогумуса. Орел: издательство ОРАГС, 2007. 140 с.

4.      Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот.//Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. МГУ, М. 2000 г.

5.      Sotak C.H., Dumoulin C.L., Levy G.C.//Anal.Chem., 1983, № 55, P. 782-787.