CC BY
307
МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012
УДК S47.9M.2:S«.42 и. А. САВЧЕНКО
И. Н. КОРНЕЕВА Е. А. ЛУКША
Омская государственная медицинская академия
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ САПРОПЕЛЯ ОМСКОГО ПРИИРТЫШЬЯ
Проведены исследования гуминовых веществ сапропеля Омского Прииртышья методами атомно-эмиссионной спектроскопии, спектрофотометрии в ультрафиолетовой и видимой областях и инфракрасной спектроскопии. Показано, что сапропель безопасен по содержанию тяжелых металлов и имеет в составе жизненно важные микроэлементы. Гуминовые вещества представляют собой соединения, содержащие алифатические фрагменты, карбоксильные, спиртовые и фенольные функциональные группы. Результаты могут быть использованы для разработки нормативной документации и стандартизации гуминовых веществ.
Ключевые слова: сапропель, гуминовые вещества, атомно-эмиссионная спектроскопия, спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областях, инфракрасная спектроскопия, стандартизация.
Актуальными задачами современной фармации являются поиск новых сырьевых ресурсов биологически активных веществ (БАВ) природного происхождения и разработка на их основе новых лекарственных препаратов. Один из перспективных источников БАВ-сапропель, его запасы на территории России составляют 225 млрд м3 [1]. Мощный ресурсный фактор в сочетании со сведениями о многовековом применении нативного сапропеля в народной медицине определяет необходимость научного обоснования его использования в современной медицинской практике.
Составной частью сапропеля являются гуминовые вещества (ГВ). ГВ — это комплекс органических молекул высокой молекулярной массы, образующийся, трансформирующийся и разлагающийся на промежуточных стадиях процесса минерализации органического вещества отмирающих организмов [2].
ГВ, включающие гуминовые (ГК), гиматомелано-вые (ГМК) и фульвокислоты, представляют собой полиэлектролиты с большим числом функциональных групп (карбоксильных, спиртовых, фенольных и др.), определяющих их химические свойства [3, 4]. ГВ активно взаимодействуют с различными катионами металлов, образуя комплексы, прочность которых зависит от типа катиона. При этом могут протекать окислительно-восстановительные процессы и образовываться комплексы с переносом заряда, что свидетельствует о лабильной структуре ГВ. Данная структура стабилизируется межмолекулярными взаимодействиями, обусловленными наличием полярных групп и особенностями углерод-углеродных связей в циклах и линейных структурах.
В качестве основных механизмов взаимодействия ГВ с органическими соединениями рассматривают физическую сорбцию за счет Ван-дер-Ваальсовых и гидрофобных взаимодействий, хемосорбцию за счет ионного обмена, а также водородное связывание, лигандный обмен и донорно-акцепторное взаимодействие [5—11].
Следует отметить, что ГВ не являются индивидуальными соединениями, а представляют собой
сложную смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения. Данная особенность объективно указывает на необходимость разработки методик стандартизации сапропеля и его производных для каждого конкретного месторождения.
Цель работы — спектроскопическое исследование гуминовых веществ, выделенных из сапропеля озера Горькое Омского Прииртышья, для оценки безопасности и разработки методик стандартизации данной группы соединений в лекарственных препаратах.
Материал и методы исследования. Для исследования использовали нативный сапропель (месторождение — озеро Горькое Тюкалинского района Омской области) с влажностью 78,0%, зольностью 60,8% и содержанием органического вещества 39,2% [12].
ГВ выделяли щелочным гидролизом по стандартной фракционно-групповой методике Н. Н. Бамба-лова [13], разделяя их на ГК и ГМК.
Атомно-эмиссионную спектроскопию проводили на приборе iCap 6300 Duo «Thermo Electron Corporation» (США) на базе Центра лабораторного анализа и технических измерений по Омской области. Обработку результатов выполняли с помощью компьютерной программы DUO (v8).
Спектры водных растворов ГВ в ультрафиолетовой и видимой областях снимали на приборе СФ-2000 в интервале длин волн от 200 до 700 нм в кювете с толщиной слоя 1 см.
ИК-спектры записывали на ИК-спектрометре Infralum FT-801 (Россия) в таблетках KBr в соотношении 1:100 в интервале значений частот от 500 до 4000 см-1. Измерение проводили на базе Территориального центра по сертификации и контролю качества лекарственных средств Омской области. Расшифровку полученных спектров осуществляли согласно справочным данным [14—16].
Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью компьютерной программы Statistica 6.0 for Windows, использующей непараметрические критерии Манна — Уитни, Вилкок-
Рис. 1. ИК-спектр гуминовых кислот
Рис. 2. ИК-спектр гиматомелановых кислот
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ
МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012
сона и преобразование Фишера для доверительной вероятности 0,95.
Результаты и их обсуждение. Результаты исследования нативного сапропеля и выделенных ГВ методом атомно-эмиссионной спектроскопии (табл.) показывают, что содержание металлов, регламентируемое ГОСТ Р54000-2010, в объектах анализа не превышает гигиенических нормативов, соответствуя первому классу пригодности.
Анализ полученных данных свидетельствует о следовых количествах в изучаемых образцах мышьяка и марганца, а содержание тяжелых металлов в выделенных ГВ уменьшилось в несколько раз по сравнению с нативным сапропелем: концентрация свинца снизилась в 2,6 раз, ртути — в 4,2 раза, кадмия — в 9,2 раза, никеля — в 7,8 раз.
Спектр поглощения выделенных из сапропеля ГВ в ультрафиолетовой и видимой областях характеризуется интенсивным поглощением в коротковолновой области УФ-спектра (длина волны <200 нм). В интервале от 200 до 700 нм спектр представляет собой пологую, опускающуюся в сторону больших длин волн кривую, на которой практически нет никаких максимумов или минимумов (иногда обнаруживается небольшой максимум в области 265±2 нм).
ИК-спектр ГК после щелочного гидролиза сапропеля представлен на рис. 1. По наличию полос поглощения спектр можно условно разделить на две области — 4000 — 2600 см-1 и 2000 — 500 см-1, характеризующие периферическую и центральную части исследуемых соединений.
Широкая полоса поглощения при 3450 см-1 говорит о наличии —ОН-групп, связанных межмолеку-лярными водородными связями. Полоса поглощения при 2920 см-1 обусловлена валентными колебаниями — СН2 и -СН3 в алифатической цепи, а поглощение при 1374 см-1 свидетельствует о деформационных колебаниях С-Н в предельном алифатическом радикале. Полоса поглощения средней интенсивности при 1718 см-1 говорит о наличии -С = О в карбоксильной и частично в карбонильной группах.
Поглощение при 1645 см-1 характерно для валентных колебаний связи -С=С-, сопряженной с С=О или СООН группами, а наличие полосы при 1600 см-1 соответствует связи — С = С — ароматического кольца, образующего центральную (каркасную) часть ГВ. Плоскостные деформационные колебания С-Н (1070-960 см-1) указывают на различные типы замещения бензольного кольца.
Полоса в области 1228 см-1 относится к валентным колебаниям С-О фенольных и карбоксильных групп, а сильное поглощение при 1124 см-1 соответствует валентным колебаниям связи С-О первичных и вторичных спиртовых групп. Наличие данных полос указывает на присутствие различных кислородсодержащих функциональных групп в ГВ.
ГМК, ИК-спектр которых представлен на рис. 2, имеют более развитую периферическую часть, состоящую из алифатических фрагментов. Так, на спектре ГМК, кроме поглощения при 2920 см-1, появляется вторая полоса при 2853 см-1, характерная для СН-групп алифатических структур.
Уменьшение интенсивности полосы поглощения при 1718 см-1 (-С = О в карбоксильной и карбонильной группах) указывает на снижение количества данных групп в ГМК.
Вместе с тем ИК-спектры ГМК свидетельствуют о наличии конденсированных ароматических блоков, участвующих в построении органических моле-
Таблица
Результаты атомно-эмиссионного анализа сапропеля и гуминовых веществ
Элементы Содержание мг/кг сухого вещества Предельно допустимая концентрация, мг/кг
сапропель гуминовые вещества
Са 33907±169 1412±7 не нормируется
Мд 17208±88 423±2 не нормируется
Fe 16667±85 513±3 не нормируется
Си 1,7±0,011 0,7±0,004 3,0
А1 0,1±0,007 <0,05 0,5
Ъп 11,0±0,08 6,0±0,05 23,0
As <0,05 <0,05 0,05
Мп <0,05 <0,05 0,05
РЬ 22,0±0,2 8,6±0,07 32,0
нд 0,21±0,01 <0,05 2,1
Cd 0,46±0,012 <0,05 2,0
N1 0,39±0,01 < 0,05 4,0
кул. Однако ослабление интенсивности поглощения в области 1625- 1600 см-1 указывает на уменьшение ароматичности спирторастворимой фракции ГВ и упрощение их ядра.
В целом сравнительный анализ ИК-спектров ГВ и ГМК показывает, что исследуемые образцы имеют единое строение, представленное центральной и развитой периферической частями.
Заключение. Методом атомно-эмиссионного анализа показано, что нативный сапропель и выделенные из него гуминовые вещества не превышают показателей предельно допустимых концентраций тяжелых металлов, накопление которых происходит в ходе фракционирования в негидролизуемом остатке (гумине), и содержат важные для жизнедеятельности микроэлементы. Характер спектра поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях свидетельствует о высокой интенсивности поглощения гуминовых веществ в коротковолновой области УФ-спектра. Методом инфракрасной спектроскопии в гуминовых и гиматомелановых кислотах были идентифицированы основные химически активные функциональные группы: карбоксильные, фенольные, спиртовые и др. ИК-спектр спирторастворимой фракции гиматомелановых кислот свидетельствует об уменьшении ароматичности по сравнению со спектром гуминовых кислот.
Полученные результаты спектроскопического исследования гуминовых веществ сапропеля могут быть использованы для разработки нормативной документации и стандартизации этих веществ с целью создания новых лекарственных средств.
Библиографический список
1. Штин, С. М. Озерные сапропели и их комплексное освоение / С. М. Штин. - М. : Московский государственный горный университет, 2005. - 374 с.
2. Орлов, Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации / Д. С. Орлов. - М. : МГУ, 1990. - 325 с.
3. Орлов, Д. С. Химия почв / Д. С. Орлов. - М. : Изд-во МГУ, 1992. - 259 с.
4. Попов, А. И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / А. И. Попов. — СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. - 248 с.
5. Andre, C. Construction and evaluation of a humic acid column: implication for pesticide risk assessment / C. Andre, T. T. Truong, M. Robert // Anal. Chem. — 2005. — Vol. 77. — P. 4201 — 4206.
6. Gilmour, J. T. S-trizines adsorbtion studies: Ca-H-humic acid / J. T. Gilmour, N. T. Coleman // Soil Sci. Soc. Amer. Proc. — 1971. — Vol. 35 (2). — P. 256 — 259.
7. Hayes, M. H. B. Adsorption of triazine herbicides on soil organic matter, including a short review on soil organic matter chemistry / M. H. B. Hayes // Residue Rev. — 1970. — Vol. 32. — P. 131 — 174.
8. Kopinke, F. D. Sorption of organic pollutants on anthropogenic humic matter / F. D. Kopinke, J. Porschman, U. Stott-meister // Environ. Sci. Technol. — 1995. — Vol. 29. —P. 941 — 950.
9. Sullivan, J. D. A study of the interaction Of S-triazine herbicides with humic acids from three different soils / J. D. Sullivan, G. T. Felbeck // Soil Sci. — 1968. — Vol. 106 (1). — P. 42 — 47.
10. Yates, L. M. Immobilization of aqueous pyrene by dissolved humic acid / L. M. Yates, R. R. Engebretson, T. J. Haakenson // Analytica Chimica Acta. — 1997. — Vol. 356. — P. 295 — 300.
11. Дударчик, В. М. Структура и свойства водорастворимых гуминовых веществ торфа / В. М. Дударчик // Химия твердого топлива. — 1997. — № 2. — С. 23 — 27.
12. Шмаков, П. Ф. Химический состав и некоторые свойства сапропелей озер Омской области / П. Ф. Шмаков, Г. В. Плаксин, В. А. Левицкий // Сапропель и продукты его переработки : материалы Междунар. науч.-практ. конфер. — Омск : ОмГАУ, 2008. — С. 69 — 75.
13. Бамбалов, Н. Н. Фракционно-групповой состав органического вещества целинных и мелиорированных торфяных почв / Н. Н. Бамбалов, Т. Я. Беленькая // Почвоведение. — 1998. - № 12. - С. 1431- 1437.
14. Инфракрасная спектроскопия органических и природных соединений / А. В. Васильев [и др.]. — СПб. : Изд-во СПбГЛТА, 2007. - 54 с.
15. Спектральные исследования фракций гуминовых кислот / И. И. Лиштван [и др.] // Химия твердого топлива. -2006. -№ 4. - С. 4-11.
16. Орлов, Д. С. Инфракрасные спектры почв и почвенных компонентов / Д. С. Орлов, Н. Н. Осипова. - М. : МГУ, 1988. -89 с.
САВЧЕНКО Ирина Александровна, старший преподаватель кафедры фармацевтической, аналитической и токсикологической химии.
КОРНЕЕВА Ирина Николаевна, кандидат химических наук, доцент кафедры фармацевтической, аналитической и токсикологической химии.
ЛУКША Елена Александровна, кандидат фармацевтических наук, доцент (Россия), заведующая кафедрой фармацевтической, аналитической и токсикологической химии.
Адрес для переписки: e-mail: chem68@mail.ru
Статья поступила в редакцию 12.09.2012 г.
© И. А. Савченко, И. Н. Корнеева, Е. А. Лукша
Книжная полка
Трухан, Д. И. Болезни почек и мочевых путей : учеб пособие / Д. И. Трухан, И. А. Викторова. - М. : Практическая медицина, 2011. - 176 с. - Гриф УМО по мед. образованию. - ISBN 978-5-98811-174-0.
В книге отражены современные взгляды на этиологию, патогенез, классификации основных заболеваний почек и мочевых путей. Приведены сведения по эпидемиологии, клинической картине заболеваний, критериям их диагностики, дифференциальной диагностики, лечению и профилактике. В учебное пособие включены разделы «Цистит», «Недержание мочи», «Простатит», с которыми в своей практике часто сталкивается врач первого контакта (врач общей практики, терапевт). Книга также содержит тестовые задания, задачи и эталоны ответов к ним. Для клинических ординаторов, интернов и врачей по специальностям «терапия» и «общая врачебная практика (семейная медицина)», а также для студентов старших курсов медицинских вузов.
Зайратьянц, О. В. Патологическая анатомия. Атлас : учебное пособие для вузов / О. В. Зайратьянц. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 472 с. - ISBN 978-5-9704-1796-6.
Атлас соответствует утвержденной в 2005 г. примерной программе по дисциплине «Патология» (патологическая анатомия и патологическая физиология) для специальности 060105 (040400) — стоматология и рассчитан на изучение патологической анатомии в течение 3-х семестров. Атлас содержит краткое изложение учебного материала и перечни препаратов для практических занятий, проиллюстрированные уникальными фотографиями макропрепаратов, микропрепаратов (секционный, операционный, биопсийный материалы) и электронограмм, главным образом из фотоархива и музея кафедры патологической анатомии Московского государственного медико-стоматологического университета и Московского городского центра патологоанатомических исследований. Атлас призван помочь студентам-стоматологам в изучении общего и частного курсов патологической анатомии, курса орофациальной патологии; он ориентирован на изучение курса патологической анатомии с клинической точки зрения и направлен на формирование клинического мышления у студентов. Атлас предназначен студентам и преподавателям медицинских вузов.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ
