Визначення гумінових та фульвокислот

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.

Порядок виконання роботи

У мірний стакан на 1 л додають 1 л нефільтрованої неконсервованої досліджуваної води і випаровують приблизно до 200 мл. До гарячого розчину (90-95^оС) додають 20 мл 1 н розчину H₂SO₄. рН розчину має бути біля 1. Стакан з підкисленим розчином залишають відстоюватися впродовж 1 доби.

Визначення гумінових кислот. Утворений світло-коричневий осад гумінових кислот відфільтровують через паперовий фільтр у конічну колбу на 300 мл. Осад промивають на фільтрі кількома порціями дистильованої води (по 50 мл), підкисленою сульфатною кислотою (5 краплин конц. H₂SO₄ на 300 мл води), приєднуючи промивні води до фільтрату. Воронку з осадом гумінових кислот переносять в мірну колбу на 50 мл і розчиняють осад 0,1 М розчином NaOH. Якщо 50 мл 0,1 М розчину NaOH буде недостатньо до повного розчинення осаду, переносять розчин в мірну колбу на 100 мл і продовжують розчинення.

Для визначення ХСК лужного концентрату гумінових кислот відбирають 10 мл концентрату в конічну колбу на 100 мл, додають невеликими порціями 30 мл концентрованої сульфатної кислоти, 0,4 г Ag₂SO₄, 10 мл 0,025 н розчину К₂Сr₂O₇, кілька кипілок. В конічну колбу вставляють лійку з термометром, розчин перемішують і нагрівають на електроплитці до кипіння (155-160^оС). Розчин кип'ятять протягом 5 хв. Час кипіння визначають точно за годинником або секундоміром. Кипіння має бути слабким і рівномірним. Після 5-хвилинного кип’ятіння температура в суміші має бути 165-175^оС. Колбу швидко охолоджують.

 Якщо розчин набув зеленого забарвлення, то для аналізу беруть меншу аліквоту досліджуваної води. Суміш після кип’ятіння з H₂SO₄ і K₂Cr₂O₇ кількісно переносять в конічну колбу на 300 мл, розводять водою до 100 мл, додають 3-4 краплини розчину фенілантранілової кислоти і відтитровують надлишок дихромату розчином солі Мора. Паралельно проводять холостий дослід з 20 мл дистильованої води. Хімічне споживання кисню в мг О/л для гумінових кислот визначають за формулою:

Розрахунки:Вміст ХСК розраховують за формулою:

,