CC BY
33
УДК 633.5:581.132
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО И ФРАКЦИОННОГО УГЛЕРОДА В ЩЕЛОЧНЫХ ВЫТЯЖКАХ ИЗ ГУМИФИЦИРОВАННОЙ
ЛЬНЯНОЙ КОСТРЫ
1 2 1 j Е.А. Гришина, М.А. Яшин, И.С. Прохоров, к.с.-х.н., С.Л. Белопухов, д.б.н.
1 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
2
Почвенный институт имени В.В. Докучаева
Данная статья посвящена оценке эффективности процесса экстракции гуминовых веществ из гумифицирован-ной льняной костры по содержанию общего углерода, а также углерода гуминовых и фульвокислот в получаемых вытяжках. Наибольший выход органического вещества был получен при использовании в качестве экстрагента 0,1 М гидроксида натрия.
Ключевые слова: гуминовые кислоты, фульвокислоты, льняная костра, экстракция.
ESTIMATION OF TOTAL AND FRACTIONAL CARBON CONTENT IN LEACHED EXTRACTS FROM HUMIFIED FLAX SHEAVE E.A. Grishina, M.A. Yashin, I.S. Prokhorov, S.L. Belopukhov
This article is devoted to evaluation of the efficiency of humic substances extraction from humified flax sheave by the following parameters total carbon content and carbon humic and fulvic acids. The highest content of organic substance was obtained using as extractant 0,1M sodium hydroxide.
Keywords: humic and fulvic acids, flax sheave, extraction.
Гуминовые вещества изучают более двухсот лет (впервые они были выделены и описаны немецким химиком Ахардом в 1976 г.), но, несмотря на это, определение класса гуминовых веществ основывается на способе извлечения из природных объектов. Согласно общепринятой классификации гуминовые вещества подразделяют на гумин (нерастворим во всем диапазоне рН), гуминовые кислоты (нерастворимы при рН < 2), фульвокислоты (растворимы во всем диапазоне рН)[1]. Гуминовые вещества могут оказывать как прямое воздействие, проявляющееся в непосредственном положительном влиянии на организмы, так и непрямое - улучшение почвенных свойств, связывание токсикантов, ускорение разложения ксенобиотиков. При прямом воздействии гуминовые вещества проявляют следующую биологическую активность: они могут использоваться для стимулирования прорастания, усиления накопления биомассы и процессов биосинтеза, увеличения адапта-генной активности.
Известно, что гуминовые вещества оказывают стимулирующее действие на развитие растений, способствуют эффективному поступлению и усвоению растениями макро- и микроэлементов из почвы и удобрений, повышают численность микроорганизмов в ризосфере растений. Под влиянием гуминовых препаратов и микроудобрений улучшается белковый и углеводный обмен в растениях, формируется более высокий урожай сельскохозяйственных культур [2-4].
Гуминовые вещества входят в состав природных объектов: растительных остатков различной степени гумификации, торфов, углей, сапропелей, почвенных экосистем, из которых они могут быть выделены при определенных условиях. Содержание гуминовых веществ в различных природных объектах варьирует от 50 до 80% от общего содержания органического вещества при этом химическое строение и некоторые химико-физические свойства также будут различными.
Наиболее распространенные методы выделения гу-миновых веществ - методы, основанные на растворении гуминовых кислот в водных растворах щелочей и щелочных солей и дальнейшем подкислении раствора для осаждения свободных гуминовых кислот. В качестве экстрагентов используют гидроксиды натрия и калия, пирофосфат натрия, фторид, ацетат, оксалат натрия. При этом концентрация их может быть различна. Также могут варьировать температурные условия экстракции (20-100°С), гидромодуль (1/5 - 1/50) [5-7].
Экстракция растворами щелочей - один из наиболее распространенных методов извлечения гуминовых веществ. Однако большое разнообразие природных гумусовых веществ, а также их легкая изменчивость в результате выделения различными экстрагентами делают затруднительной возможность применения унифицированной методики, создается необходимость подбирать наиболее эффективный экстрагент и его концентрацию для конкретного объекта исследования.
Цель данного исследования - оценка эффективности процесса экстракции гуминовых веществ из гумифици-рованной льняной костры по содержанию общего углерода, а также углерода гуминовых и фульвокислот в получаемых вытяжках.
В качестве объекта исследования использовали гуми-фицированную льняную костру, полученную с Ржевской льночесальной фабрики в 2009 г. Костра представляет собой одревесневшие части стеблей прядильных растений (льна, конопли), образующиеся в результате их первичной обработки на перерабатывающих комбинатах и является отходом производства. Костра состоит из целлюлозы (4558%), лигнина (21-29%) и пентозанов (23-26%). В настоящее время льняную костру не перерабатывают, а хранят в отвалах на льноперерабатывающих предприятиях или утилизируют методом сжигания. С нашей точки зрения льняную костру можно рассматривать как сырье для получения гуминовых веществ с экономической выгодой.
Экстракцию проводили экстрагентами (гидроксиды натрия и калия с концентрацией 0,1 и 1,0 М) при температуре 75-80°С, времени экстракции 120 мин. и гидромодуле 1/10.
Оценку эффективности процесса экстракции осуществляли по следующим показателям: содержание общего углерода в вытяжке, количество углерода во фракции, содержащей гуминовые кислоты, количество углерода во фракции, содержащей фульвокислоты.
Содержание общего углерода определяли по методу Тюрина мокрым сжиганием со спектрофотометрическим окончанием.
Для разделения гуминовой и фульвокислотной фракции гуминовые кислоты осаждали двойным эквивалентным количеством И2804 и подвергали центрифугированию. Осадок отделяли, добавляли сухой №2С03 до нейтральной реакции среды, в полученной таким образом фракции, содержащей фульвокислоты, определяли содержание углерода. Полученный в результате центрифугирования осадок гуминовых кислот растворяли в 0,1М растворе №0И. Содержание углерода гуминовой и фульвокислотной фракции также определяли по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием.
2. Содержание общего углерода в вытяжке, углерода^ гумусовых и фульвокислот, мг/мл
Экстрагент Общее содержание углерода Углерод гуминовых кислот Углерод фульвокислот
KOH 0,1М 3,90±0,20 3,17±0,16 0,38±0,02
KOH 1М 6,28±0,33 4,32±0,22 1,89±0,10
NaOH 0,1М 6,31±0,31 5,33±0,25 0,71±0,04
NaOH 1М 5,59±0,27 3,38±0,18 1,96±0,10
Результаты исследований. В таблице 1 представлены данные содержания углерода, полученные при спек-трофотометрировании.
Количество углерода в пробе вычисляли по формуле: Се пробе = О590 • 7,652, где Б590 - результат измерения оптической плотности анализируемой пробы, 7,652 - переводной коэффициент, установленный экспериментальным методом.
Количество углерода в пробе пересчитывали на содержание углерода в вытяжке.
Анализ данных таблицы 2 показал, что максимальное содержание углерода в вытяжке наблюдается при использовании в качестве экстрагента 0,1М раствора №ОН и 1,0М КОН, минимальное при использовании 0,1М КОН.
Таким образом, максимальный выход органического вещества был получен при использовании в качестве экстрагента 0,1М NaOH. Вытяжки, полученные с использованием МиОН более темно окрашены, следовательно, в экстракте содержится больше веществ гуминовой природы, чем вытяжках, полученных с применением КОН, что подтверждается данными содержания органического углерода в вытяжках. Менее концентрированный раствор МиОН в качестве экстрагента предпочтительней, чем более концентрированный КОН, в процессе обработки раствором высокой концентрации гуминовые вещества могут потерять свою нативную (природную) структуру и утратить многие ценные свойства. Кроме того щелочная реакция растворов и наличие в них остатков непрореагировавшей щелочи ограничивает применение вытяжек в качестве регуляторов роста и развития растений.
1. Данные содержания углерода в пробе
Вариант Оптическая Аликвота Количество
плотность, вытяжки на углерода в
^590 сжигание, мл пробе, мг
KOH 0,1М 0,102 0,2 0,781±0,039
KOH 1М 0,164 0,2 1,225±0,060
NaOH 0,1М 0,165 0,2 1,263±0,063
NaOH 1М 0,146 0,2 1,117±0,054
KOH 0,1М ГК 0,207 2 1,584±0,076
KOH 1М ГК 0,282 2 2,158±0,108
NaOH 0,1М ГК 0,348 2 2,660±0,136
NaOH 1М ГК 0,221 2 1,692±0,085
KOH 0,1М ФК 0,123 5 0,941±0,044
KOH 1М ФК 0,370 5 2,832±0,142
NaOH 0,1М ФК 0,232 5 1,776±0,087
NaOH 1М ФК 0,385 5 2,946±0,147
Литература
1. Перминова И.В. Гуминовые вещества - вызов химикам XXI века // Химия и жизнь - XXI век, 2008, № 1. - С. 50.
2. Белопухов С.Л., Гришина Е.А. Исследование химического состава и ростостимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2012, Т. 2, № 1. -С. 97-103.
3. Гришина Е.А., Белопухов С.Л. Исследование волокна льна-долгунца, выращенного с применением экстрактов из гумифицированной льняной костры // Бутлеровские сообщения, 2013, Т. 34, № 4. - С. 157-162.
4. Савич В.И., Седых В.А., Белопухов С.Л., Измайлова С.А. Изучение гумата калия из птичьего помета // Агрохимический вестник, 2012, № 4. - С. 21-23.
5. Гостищева М.В., Федько И.В., Писниченко Е.О. Сравнительная характеристика методов выделения гуминовых кислот из торфов с целью получения гуминовых препаратов // Доклады ТУСУРа. Автоматизированные системы обработки информации, управления и проектирования, 2004. - С. 66-68.
6. Марыганова В.В. Воздействие вида экстрагента на структуру извлекаемых из торфа гуминовых кислот // Химия твердого топлива, 2003, № 1. - С. 3-10.
7. Бамбалов Н.Н. Влияние условий экстракции гуминовых веществ из торфа на удельные затраты реагентов и тепла // Природопользование: экология, экономика, технологии: материалы Междунар. науч. конф., Минск, 2010. -С. 14-19.
8. Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв. - М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 1984.
