Методичні особливості екстрагування органічних сполук з ґрунту та оптичні критерії оцінки їхньої якості

Лужні розчинники були першими реагентами, що застосовувались для екстракції гумусових сполук (ГС) і залишаються найефективнішими і найширше використовуваними (Sparks, 1999). Вважається, що найбільше ГС вдається екстрагувати водними розчинами сильних основ, серед яких найчастіше застосовують NaOH (до 80%) і ЕДА - етилендіамін (до 63%). Не зважаючи на високу ефективність останнього, якісний аналіз складу екстрагованих ЕДА органічних сполук є утрудненим. Це пов’язано із наявністю реакцій конденсації між аміногрупами розчинника і карбонільними групами гумусових макромолекул, що супроводжується утворенням структур на основі азометину (основа Шиффа) і накопиченням в отриманих препаратах С і N (Stevenson, 1982). Неорганічний лужний розчинник - NaOH позбавлений цих недоліків.

Для максимальної ефективності лужної екстракції гумусових сполук, концентрація діючої речовини у розчині має бути достатньою, щоб змістити рН розчину вище 12. Співвідношення ґрунту до екстрактанту за різними методиками береться від 1:2 до 1:50 г∙мл-1, а для додаткового збільшення ефективності вилучення ГС, часом, застосовують попередню обробку ґрунту розведеною HCl чи сумішшю HF-HCl (забезпечує вилучення полівалентних катіонів).

Варто також вказати на певні труднощі, пов’язані з лужною екстракцією ГС. Насамперед, зі збільшенням часу взаємодії розчину гідроксиду натрію з ґрунтом, збільшується кількість гумусових сполук, що ним екстрагуються. Водночас, цей процес супроводжується значними змінами хімічної будови ГС (Bremner, 1950). По-друге, зі збільшенням рН екстрактанту, зростає його СО2 ємність і посилюється ефект “лужного насосу”. Він полягає у поглинанні діоксиду карбону розчином з утворенням карбонатної кислоти, яка взаємодіє з лугом і вносить суттєву похибку у результат досліду (Yim et al., 2002). По-третє, лужний гідроліз гумусових сполук супроводжується виділенням О2 (автоокиснення), який разом із киснем, що міститься у атмосфері, служать додатковим джерелом похибок при проведенні хімічних аналізів (Hayes, 1975). По-четверте, лужна екстракція ГС з ґрунту супроводжується також частковим руйнуванням алюмосилікатів, а також коекстракцією органічних речовин негумусової природи (Sparks, 1999).

На сьогоднішній день існує велика кількість методичних вдосконалень, що підвищують ефективність лужної екстракції і чистоту отриманих препаратів, проте супроводжуються збільшенням трудомісткості самого методу. Найпоширенішим із них є проведення аналізів за відсутності кисню (у атмосфері N2 чи інертних газів) і різноманітні фізичні та хімічні методи фракціонування вже отриманих препаратів (Nardi et al., 2000). Їхнє впровадження є цілком виправданим при отриманні еталонних препаратів чи препаратів для медичного використання. Водночас, доцільність застосування цих підходів для екологічних чи ґрунтознавчих підходів виглядає сумнівною. Зазвичай, для отримання достовірних результатів на рівні значущості P<0,05 цілком достатньо обмежити доступ атмосферного повітря до посудини, де проводиться екстракція, шляхом використання притертого корку, що ми і застосовували у наших дослідженнях.

Для екстракції застосовували 1% водний розчині NaOH і визначали оптичні критерії якості ГС у видимій та ультрафіолетовій частинах спектру: Е4/Е6, Е3/Е4, Е2/Е3, Е2/Е6, а також значення UVA 280 і UVA 254 (Ultraviolet absorption) при відповідних довжинах хвиль.

Оптичні критерії якості органічних сполук

Індекс Е4/Е6 (відношення оптичних щільностей досліджуваного розчину при довжинах хвиль 465 і 665 нм) є найпоширенішим оптичним критерієм якості ГС, який широко використовується закордонними (Thurman, 1985; Kukkonen, 1992; Gauthier, 1987) та вітчизняними (Іванюк та ін., 2008) дослідниками. Тривалий час це співвідношення вважалось об’єктивним індикатором, що відображає вміст ароматичних компонентів у складі ГС (Summers et al. 1987; Piccolo et al. 1992). Так, Kononova (1966) вважала, що велике значення індексу Е4/Е6 відображає низький ступінь ароматичної конденсації і відповідає великому вмісту аліфатичних (циклічних і ациклічних) компонентів. На сьогоднішній день доведено, що не існує достовірної залежності між вмістом ароматичних компонентів у ГС і величиною Е4/Е6 (Chin et al. 1994). Водночас, цей параметр вважається інтегральним показником гуміфікації ОЧҐ, оскільки корелює з молекулярним розміром ГС, співвідношеннями О:С і С:N (Chen et al. 1977; Senesi et al. 1989).

Другим традиційним оптичним параметром якості ГС є співвідношення Е2/Е3 (254 і 365 нм). Він вважається індикатором розміру гумусових макромолекул в цілому й тих, що формують РОР у різних компонентах довкілля (De Haan, De Boer, 1987; Peuravouri and Pihlaja, 1997). Як доповнення до згаданих вище показників впроваджено також індекси Е3/Е4 (365 і 465 нм) і Е2/Е6 (254 і 665 нм). Вони використовуються не так широко, як перші два і знаходять застосування, головно, для оцінки якісних параметрів ОЧҐ органічних горизонтів ґрунтів і торфів (Klavins et al., 2008).

Цікаві статті з розділу

Екологічний аналіз виробничої діяльності заводу ГТВ ЗАТ Росава в м. Біла Церква при промисловому виробництві продукції
Дипломна робота складається з 4 розділів. В першому розділі приведена загальна характеристика підприємства ЗАТ "РОСАВА". В другому розділі проведений аналіз основних виробничих пі ...

Аналіз впливу діяльності станції вулканізації і зміни масел Буран на повітряний басейн та медико-екологічну безпеку
Екологічний аудит - підприємницька діяльність екологічних аудиторів по здійсненню перевірок господарської діяльності, що здійснює вплив на навколишнє середовище, а також надання рекомендації ...

Заходи по покращенню стану атмосферного повітря
Для того щоб покращити повітряний стан необхідно провести ряд заходів, а саме : технологічні ; архітектурно - планувальні ; санітарно - технічні ; законодавчі ; Схема роботи цикло ...