19. методы фракционирования органического вещества. Для характеристики состава гумуса, выявления его генетиче­ских различий и форм связи с минеральной частью почвы опре­деляют групповой и фракционный состав.

Первые схемы выделения гумусовых веществ принадлежат еще Шпренгелю (1826), Берцелиусу и Сиверсу (1880). Все совре­менные методы основаны на работах Тюрина (1951, 1956). Наи­большее распространение получили методы Тюрина, Кононовой и Бельчиковой (1961), Пономаревой и Плотниковой (1980). Эти методы основаны на извлечении гумусовых веществ из почвы растворами гидроксида натрия или щелочными растворами пи­рофосфата натрия. Для отделения фульвокислот от гуминовых кислот используют нерастворимость последних в растворах ми­неральных кислот.

В ходе анализа осуществляется разделение гумусовых ве­ществ на группы, различающиеся по своей природе. Обычно выделяют и количественно определяют гуминовые кислоты ГК (иногда отдельно выделяют черные гуминовые кислоты и бурые гуминовые кислоты), фульвокислоты ФК. Обязательным является определение негидролизуемого остатка НО.

Гумусовые кислоты могут находиться в почве как в свобод­ном состоянии, так и в форме различных соединений с катионами металлов (простые и комплексные соли), с минералами тонко­дисперсной части почв, в форме адсорбционных комплексов. Перечислим основные операции, применяемые в современ­ных методах фракционирования гумуса.

1. Экстракция спиртобензольной смесью для извлечения липидов, составляющих одну из групп неспецифических соеди­нений. При этом извлекаются воски и смолы, обволакивающие отдельные почвенные частицы, что облегчает последующее рас­творение гумусовых веществ.

2. Декальцирование почв нейтральными растворами натриевых солей или разбавленными растворами минеральных ки­слот.

3. Обработка почвы разбавленными растворами щелочей, при которой растворяется большая часть гумусовых веществ

Одной из наиболее распространенных является схема, пред­ложенная Пономаревой и Плотниковой. Она включает следую­щие операции:

1) непосредственная 0,1 н NaOH - вытяжка; 2) со второй навеской той же почвы декальцирование 0,1 н H₂S0₄, далее 0,1 н NaOH - вытяжка. В эту вытяжку переходят связанные с кальцием и магнием гумусовые кислоты; 3) 0,02 н NaOH - вытяжка при шестичасовом нагревании на водяной бане. В эту вытяжку переходят гумусовые кислоты, прочно связанные с глинистыми минералами и устойчивыми по­луторными оксидами;4) определение нерастворимого остатка гумуса.

20. Методы изучения элементного состава органических соединений.

Определение элементного состава является необходимым ус­ловием исследования любых органических соединений и служит для идентификации, составления простейших формул и изучения изменений, происходящих в веществе под действием химических реагентов. Элементный анализ гумусовых веществ позволяет вскрыть особенности гумификации в почвах различных природ­ных зон, для чего вычисляют обычно атомные отношения С:Н и с:о.

Методы элементного анализа разнообразны. Со­держание углерода может быть найдено одним из рассмотренных выше методов, азота - методом Кьельдаля. Наилучшие результа­ты дает применение модифицированных методов Прегля, полу­чивших широкое распространение в почвенно-химических лабо­раториях.

Для про ведения элементного анализа используют гуминовые и фульвокислоты В твердом состоянии, высушенные при темпе­ратуре не выше 70⁰с и растертые в порошок. Предварительно проводится очистка гумусовых веществ. Взятие навески для мик­роопределений осуществляется на аналитических весах.

Применяемые методы определения углерода и водорода ос­нованы на количественном сожжении органического вещества до углекислого газа и воды с последующим количественным опре­делением образующихся продуктов сгорания. Для количественного опреде­ления образующихся углекислого газа и паров воды можно при­менять различные методы (газометрические, кондуктометриче­ские, гравиметрические и т.д.).

Для определения азота может быть использован микрометод Дюма. В его основу положено разложение органического веще­ства в присутствии оксида меди в атмосфере углекислого газа. Восстановленная медь способствует восстановлению оксидов азота до элементарного азота. Элемен­тарный азот собирается в микроазотометре и количественно оп­ределяется по объему. Сожжение вещества длится 10-15 мин.

Элементный состав гумусовых веществ может быть опреде­лен на элементарном анализаторе. Для разделения и количественного определения СО₂, Н2, N₂ используется прин­цип адсорбционной газовой хроматографии.

Результаты элементного анализа позволяют характеризовать особенности гумусовых веществ различного происхождения и дают некоторые сведения о принципах их строения. Атомные от­ношения показывают количество атомов углерода, приходящееся в молекуле на один атом водорода, кислорода, азота. Чем больше эти отношения, тем большую роль играет углерод в построении молекулярной структуры. По величине соотношения с:о судят о степени окисленности орга­нического вещества. Атомное отношение н:с четко характеризу­ет класс углеводородов. Атомные отношения позволяют решать некоторые вопросы механизмов трансформации растительных остатков и отдельных групп гумусовых веществ.

Диаграмма атомных отношений позволяет сделать вывод о суммарном итоге процесса трансформации, но не раскрывает его стадий.

22. Методы изучения структуры и определения молекулярной массы гумусовых веществ

Наиболее полную характеристику гумусовых веществ дает их структурная формула.

Исследования М.М. Кононовой и НЛ. Бельчиковой показали четкую связь между оптическими свойствами гумусовых веществ и условиями их образования. Спектры поглощения гумусовых веществ в УФ- (ультрафиолетовой) и видимой областях спектра применяют:

- для сравнительной характеристики гумусовых веществ раз­личного происхождения;

- как метод изучения особенностей свойств и строения гуми­новых кислот И фульвокислот;

- для быстрого количественного определения содержания гу­миновых кислот И фульвокислот В почвах;

- для количественного определения некоторых компонентов, обнаруживаемых в щелочных и спиртобензольных экстрактах (например, хлорофилл);

- в экспериментальных работах - для контроля за раствори­мостью ГК и фК, условиями их осаждения, образованием соеди­нений с катионами металлов.

Характер спектров поглощения гумусовых веществ в УФ­(200-400 нм) и видимой областях (400-750 нм) электромагнитно­го спектра однотипен.

ИК-спектры существенно отличаются от спектров в Уф- и видимой областях. В интервале от 2,5 до 10-12 мкм спектры ГК и ФК характеризуются довольно большим набором полос погло­щения, обусловленных присутствием в молекулах этих веществ ряда атомных группировок. Для качественной характеристики ИК-спектра (инфра­красного спектра) пользуются длиной волны л (мкм) или волно­вым числом /1 (CM-¹). ИК-спектры называются молекулярными, спектры в Уф- и видимой области спектра - электронными. Для количественной характеристики используют показатели,: пропускание, поглощение, оп­тическую плотность. Для количественного определения могут быть использованы только те системы, светопоглощение которых подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера.

При работе в ИК-области спектра нельзя использовать вод­ные растворы, так как вода интенсивно поглощает ИК-излучение. Органические растворители не поглощают излучения в ИК­области, гумусовые вещества в них нерастворимы. В связи с этим гуминовые и Фульвокислоты изучают в твердом состоянии. При­меняют два основных метода подготовки: растирание в мине­ральном масле (например, вазелиновое масло) до получения од­нородной массы и запрессовывание растертых препаратов в соле­вые пластины.

Важной задачей при изучении гумусовых веществ является определение молекулярных масс гумусовых кислот. В зависимости от метода определения и способа усреднения различают два типа средних молекулярных масс.

1. Среднечисловое значение молекулярной массы М_п (полу­чают при определении молекулярной массы химическим, крио­скопическим, эбулиоскопическим методами)

2. Средневесовая молекулярная масса М w (получают при определении методом светорассеяния или гель-фильтрации)