Визначення гумінових та фульвокислот

Теоретичні відомості: Гумусові речовини – це складні суміші біохімічно стійких високомолекулярних поліфункціональних сполук до складу яких входять С, О, N, H, S, Р. Гумусові речовини (за Бреді) – це комплексна (складна) і доволі стійка суміш коричневих аморфних колоїдних матеріалів, які утворюються при розкладанні рослин, тварин та мікроорганізмів.

Гумусові речовини утворюються в природі у результаті хімічного та біологічного розкладу рослинних і тваринних залишків. Будучи важливим джерелом органічних речовин в навколишньому середовищі, вони беруть участь у багатьох біохімічних і геохімічних процесах. Гумусові речовини є важливим резервом органічного вуглецю в природі, поживними речовинами для рослин, мікроорганізмів та відіграють важливу роль в біоциклах азоту та фосфору.

Гумусові речовини мають складну ароматичну основу, до якої входять аромататичні цикли та гетероцикли з різноманітними функціональними групами, такими як гідроксильні (-ОН), карбонільні (-С=О), карбоксильні (‑СООН), алкильні (СН₃-), алкоксильні (СН₃О-), аміногрупи (-NH-, -NH₂). Крім основної (каркасної) частини, у гумінових речовин є і периферійна, збагачена полісахаридними і поліпептидними фрагментами.

Гумусові речовини поділяються на фульвокислоти, гумінові кислоти та гумін, що розрізняються за розчинністю в кислотах та лугах. Гумінові кислоти (ГК) розчиняються в розбавлених лужних розчинах, але нерозчинні в кислотах і коагулюють при підкисленні до рН < 2. Фульвокислоти (ФК) відносяться до добре розчинної фракції як в кислому, так і в лужному середовищі. Гумін являє собою нерозчинні сполуки в усьому діапазоні рН.

Гумінові кислоти забарвлені в темно-коричневий колір, утворюють солі – гумати. Фульвокислоти – це сполуки типу оксикарбонових кислот, забарвлені в жовто-коричневий колір, утворюють солі - фульвати. Вони мають більш виявлені кислотні властивості порівняно з гуміновими кислотами. До складу гумусових речовин входить до 50-60 % органічного вуглецю.

Молекулярна маса фульвокислот коливається в межах від 500 до 10000 а.о.; гумінових кислот - до 100000; гуміну – до 300000.

Однією з найбільш важливих властивостей гумусових речовин (ГР) є їх здатність до взаємодії з іонами металів, оксидами, мінералами з утворенням як розчинних, так і нерозчинних комплексів різної хімічної природи та біологічної стійкості. Завдяки утворенню водорозчинних комплексів гумусові речовини здатні переносити метали в ґрунті та воді, у той час як утворення нерозчинних комплексів призводить до їх накопичення в певних шарах ґрунту або донних відкладах. Органічні токсиканти, такі як поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), пестициди, можуть зв'язуватися з ГР внаслідок гідрофобних взаємодій. Утворені в результаті таких взаємодій асоціати впливають на поведінку токсикантів у навколишньому середовищі, а саме: на їх хімічну деградацію, фотоліз, леткість, міграційну здатність і біологічну доступність.

Гумусові речовини в підвищеній концентрації у воді можуть негативно впливати на рослини, мікроорганізми та на людину. У водоймах з високою кольоровістю води спостерігається уповільнення розвитку фітопланктону, що обумовлено зменшенням прозорості води та зниженням інтенсивності фотосинтезу, а також зв'язуванням азоту та фосфору в біонедоступні форми. Досить небезпечними для навколишнього середовища є продукти деградації гумусових речовин. При їх високих концентраціях в водах в процесі хлорування природних вод можуть утворюватися органічні хлорпохідні, небезпечні для здоров'я людини навіть при низьких концентраціях, оскільки вони володіють канцерогенними властивостями.

Головним джерелом надходження гумусових кислот у природні води є ґрунти та торф’яники, з яких вони вимиваються дощовими та болотними водами. Гумінові кислоти і фульвокислоти містяться в поверхневих водах у розчиненому, колоїдно-дисперсному стані та у вигляді зависей. Співвідношення між цими формами залежить від хімічного складу вод та величини рН. Фульвокислоти краще розчинні у воді ніж гумінові кислоти, що приводить до їх більш високого вмісту в природних водах порівняно з гуміновим кислотами. Середній вміст у природних водах гумінових кислот – до 3 мг С/л, фульвокислот – до 30 мг С/л.

Визначення гумусових кислот проводять одразу після відбору проб або після їх зберігання не більше двох місяців при температурі 3-5 °С. Проби не фільтрують і не консервують.

Аналізу гумусових речовин заважають інші органічні речовини, що можуть знаходитись у розчині. Впливу інших органічних сполук можна позбутися, використовуючи такі властивості гумусових речовин:

• Гумусові речовини не екстрагуються хлороформом;

• Гумусові речовини екстрагуються полярними розчинниками, такими як н-аміловий та ізоаміловий спирт.

Гумінові кислоти відокремлюють від фульвокислот осадженням при рН≈1. Коричневий осад гумінових кислот розчиняють в лузі і визначають титриметрично за методом ХСК. У фільтраті після відокремлення гумінових кислот визначають фульвокислоти тим же методом.

За отриманими результатами розраховують наближений вміст гумінових та фульвокислот у мг С/л множенням відповідних значень ХСК на коефіціент 0,375, їх концентрацію у мг/л - множенням отриманих значень у мг С/л на коефіціенти 1,7 та 2,2 для гумінових та фульвокислот відповідно.

Нижня межа визначення вмісту гумінових та фульвокислот дорівнює 0,25 мг/л при об’ємі проби 1 л.

Реактиви:

• 0,025 н розчин (NH₄)₂Fe(SO₄)₂;

• 0,025 н розчин К₂Cr₂O₇;

• 1 н розчин H₂SO₄;

• Розчин сульфату срібла в сульфатній кислоті (конц.);

• Фенілантранілова кислота;

• 0,1 M розчин гідроксиду натрію;

• H₃PO₄, конц.

Посуд :

1. Бюретка на 25 мл;

2. Конічні колби на 100 мл ; 250 мл; 300 мл (по 1 шт.);

3. Піпетки на 5; 10 та 20 мл (по 2 шт.);

4. Мірний цилідр на 50 мл (1шт.);

5. Мірний стакан на 1 л (1 шт.);

6. Мірна колба на 50 мл; 100 мл; 1 л (по 1 шт.).