Влияние карбоксиди амидсодержащих полиэлектролитов на структурообразование почв Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

стоящего времени была известна для долины Амура. Расположена она в окрестностях с. Игнашино, на границе Амурской и Читинской областей [4]. По нашим наблюдениям популяция Oxytropis muricata в долине Зеи вполне жизнеспособна, ее численность составляет около 200 особей. По-видимому, этот вид является ярким представителем реликтов послеледникового ксеротермического периода, проникших в Приамурье во время регрессии Восточноазиатского муссона, когда происходило объединение ареалов монголо-даурских и восточноазиатских видов. Однако популяции этих весьма редких в Приамурье видов в случае строительства Нижнезейской ГЭС попадают в зону затопления.

Река Селемджа - одна из пяти наиболее крупных, которые протекают на территории Амурской области. Это левый, самый крупный приток реки Зеи общей длиной 647 км. От устья до участков среднего течения - судоходна. В районе устья глубина составляет 5,5 м. Правый борт приустьевой

участок Селемджи включает І-ІІ цокольные надпойменные террасы, левый - І-Ш аккумулятивные надпойменные террасы. Приустьевые участки имеют фациальную структуру аналогичную с долиной р. Граматуха. Уровень антропогенных трансформаций минимален, что объясняется отсутствием дорог и значительной заболоченностью.

В целом утёсы (обвально-осыпные скальные склоновые обнажения пород фундамента), расположенные на участках долины реки Зеи в пределах нижнего течения, имеют наибольший для территории южной части Амуро-Зейской и западной части Зейско-Буреинской равнин уровень сохранности естественных компонентов ландшафтов и весьма высокий уровень фитоценотического и флористического разнообразия сообществ. Анализируемые ландшафтные комплексы могут служить эталонами при анализе антропогенных трансформаций естественной ландшафтно-биоценотической структуры территории.

Библиографический список

1. Красная книга Амурской области: редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных, растений и грибов: официальное издание. - Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2009.

2. Программа и методика биогеоценотических исследований. - М.: Наука, 1974.

3. Старченко В.М. Флора Амурской области и вопросы ее охраны: Дальний Восток России. - М.: Наука, 2009.

Bibliography

1. Program and technique биогеоценотических of researches. - M., 1974.

2. Cherepanov, S.K. Maximum plants of Russia and next states (within the limits of former USSR). - St.-Petersburg, 1995.

3. Starchenko, V.M. Vegetation of the Amur area and questions of its protection: Far East of Russia. - M., 2009.

4. Red book of the Amur area: kinds, rare and taking place under threat of disappearance, animal, plants and mushrooms: the official publication. Blagoveshchensk, 2009.

Статья поступила в редакцию 01.04.11

УДК 541.631.577.4/48

Akhauova G.K., Asanov A.A. Influence of carboxide- and amide-containing polyelectrolytes on the formation of soil structure. The dependence of soil structure formation upon the pH value of solutions in the presence of carboxide- and amide-containing polyelectrolytes, differing in the composition, density, position, dissociation activity, proportion and nature of functional groups, have been investigated. It was shown, that structure formation activity deviated via the conformation and length of macro chain, and nature of neutralizing counter ions of carboxide groups.

Г.К. Ахауова, докторант ТГУ им. М.Х. Дулати, А.А Асанов, канд. хим. наук, проф. Таразского государственного университета им. М.Х. Дулати. г. Тараз, Казахстан, E-mail: bezmater@iwep.asu.ru

ВЛИЯНИЕ КАРБОКСИД- И АМИДСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ

Изучено структурообразование почв в зависимости от рН растворов в присутствии карбоксид- и амидсодержащих полиэлектролитов, отличающихся составом, плотностью, расположением, диссоциирующей способностью, соотношением и природой функциональных групп. Показано, что процесс изменяется в зависимости от конформационного состояния и длины макроцепи, а также от вида нейтрализующих противоионов карбоксидных групп.

Последние годы интенсивное использование плодородных покровов земельных ресурсов привели к изменению не только химического, но и механического состава почв [1]. Агрообработка с применением различных технических средств и минеральных, органических удобрении способствуют разрушению их естественной структуры, вследствие чего ухудшается не только экологическое состояние, но и усиливается отрицательное влияние на окружающую среду [2;

4].

Поэтому в настоящее время для предотвращения процесса эрозии и уменьшения отрицательного влияния на аэро" и гидросферу эродированных почв [3] рекомендуется использовать низко- и высокомолекулярные водорастворимые полиме-ры-структурообразователи. Они содержат различные свободные активные функциональные группы, способные взаимо-

действовать с мелкими частицами и образовывать крупные прочные агрегаты, а также устойчивы к различным внешним воздействиям [4]. Их применение обеспечивает улучшение экологического состояния почв.

Для этих целей проводится целенаправленный синтез водорастворимых полимеров-полиэлектролитов (ПЭ) и исследование структурообразования бесструктурных почв. Их получение осуществляется при добавлении растворов, имеющих различные значения рН и концентрации. Образование структуры почвы в присутствии ПЭ зависит от молекулярной массы полимера, вида, плотности, расположения, природы функциональных групп, конформационного состояния макромолекулы, которое изменяется в зависимости от ионной силы, значения рН и концентрации растворов ПЭ [5].

В связи с этим изучен процесс структурообразования разрушенной почвы Жамбылского региона в присутствии кар-боксид-, амидсодержащих водорастворимых полиэлектролитов, отличающихся видом расположением, плотностью функциональных групп и значением рН, а также имеющих различные концентрации. В качестве ПЭ-структурообразователя были выбраны карбоксидсодержащие вещества: полиакриловая кислота (ПАК), продукт сополимеризации малеиновой кислоты (МК) с акриловой кислотой (АК) при соотношении

мономерных звеньев (1,0-4,0 моль) - МКАК-3-Н, а также продукт сополимеризации малеиновой кислоты с акриламидом (АА) - МКАА-3-Н, полученные в водной среде при исходных значениях рН.

Структурообразование бесструктурных почв оценивалось по изменению количества водопрочных агрегатов (ВПА) в присутствии 0,1г/дл ПЭ с различными значениями рН растворов [6]. Характеристику растворов ПЭ в зависимости от рН определяли, измеряя вязкость (п), электропроводность (х) и оптическую плотность ф). Регулирование значений рН осуществляли добавлением 0,1н растворов соляной кислоты (НС1) или диметиламина (ДМА).

Полученные результаты (табл.1) свидетельствуют о наличии взаимосвязи между физико-химическими и коллоидно-

химическими свойствами. На это указывает то, что по мере роста значения рН растворов, величина вязкости проходит через максимум, а электропроводность - через минимум. Это может быть связано с тем, что в результате нейтрализации карбоксидных групп увеличивается количество ионизированных функциональных групп, что приводит к взаимному отталкиванию, вследствие чего макромолекула ПЭ переходит от относительно свернутого состояния к развернутому. А это в свою очередь приводит к увеличению значения вязкости. Минимальное значение электропроводности в нейтральной области рН объясняется тем, что в этом интервале количество ионизированных функциональных групп и противо-ионов примерно близки.

Таблица 1

Изменение вязкости (п), электропроводности (х), оптической плотности ф) и количества ВПА (%) в зависимости от значений рН ПЭ-растворов

№ рН ”Луд Кэмп ”Луд/с D Худ 10-4 ом-1 см- ВПА, % ЭСД

МКАА-3-Н

1 1,45 0,01 1,00 1,00 0,00 39,00 23,50 1,00

2 2,15 0,33 2,06 3,27 0,00 9,60 27,30 1,16

3 3,05 0,45 5,57 4,54 0,00 4,00 34,50 1,47

4 5,20 1,83 31,69 18,34 0,00 3,80 40,00 1,70

5 7,30 4,14 52,72 41,42 0,00 8,80 46,00 1,96

6 8,25 5,71 49,34 57,14 0,00 11,00 59,50 2,53

7 9,10 5,80 45,45 58,00 0,00 64,00 13,60 2,72

8 10,15 6,43 40,23 64,28 0,00 68,50 16,80 2,92

9 11,45 5,00 1,00 50,00 0,00 39,00 69,50 2,92

МКАК-3-Н

1 1,45 0,10 1,00 1,00 0,00 38,90 23,50 1,00

2 2,15 0,23 2,70 2,27 0,00 16,36 28,50 1,21

3 3,05 0,35 3,54 3,54 0,00 7,36 32,50 1,38

4 5,20 7,86 70,86 78,57 0,00 3,40 50,00 2,22

5 7,30 13,71 137,00 131,71 0,00 4,56 55,00 2,34

6 8,25 14,06 140,60 140,57 0,00 6,08 56,20 2,39

7 9,10 14,86 148,60 148,57 0,00 57,40 9,33 2,44

8 10,15 14,14 144,20 141,42 0,00 58,20 14,50 2,48

9 11,45 13,63 136,30 136,28 0,00 20,50 60,10 2,56

ПАК-Н

1 1,45 0,01 0,10 1,00 0,00 35,50 23,50 1,00

2 2,15 0,23 2,27 2,27 0,00 11,20 25,30 1,08

3 3,05 0,35 3,54 3,54 0,00 3,15 31,20 1,33

4 5,20 11,07 110,66 110,66 0,00 1,76 40,00 1,70

5 7,30 17,93 179,33 179,30 0,00 1,09 55,00 2,34

6 8,25 18,05 180,50 180,50 0,00 1,75 60,50 2,57

7 9,10 9,00 90,60 90,00 0,00 65,30 2,15 2,78

8 10,15 7,93 79,33 79,33 0,00 61,40 4,40 2,62

9 11,45 6,20 62,00 62,00 0,00 13,20 58,20 2,48

Увеличение электропроводности при кислых или сильнощелочных значениях рН связано с наличием свободных низкомолекулярных электролитов, участвующих в переносе электрического тока, что приводит не только к росту электропроводности, но и ионной силы раствора, а также к уменьшению вязкости (рис.1).

При этом во всех исследованных интервалах значений рН растворов полиэлектролиты сохраняют гомогенно-растворенное состояние, на что указывает величина оптической плотности ф). Это дает возможность изучить влияние значений рН растворов ПЭ на их структурообразующие способности. Данные показали, что количество водопрочных агрегатов (ВПА) в определенной мере зависит от рН растворов и состояния макромолекулы. Так при увеличении вязкости, соответственно, растет количество водопрочных агрегатов (ВПА) бесструктурных почв. При низких значениях рН количество образовавшихся ВПА наименьшее в отличие от нейтральной и слабощелочной области. При дальнейшем увеличении рН растворов величина вязкости, хотя и несколько

снижается, однако количество водопрочных агрегатов не только не уменьшается а, наоборот, в определенной мере увеличивается.

Такая закономерность связана с тем, что при кислых значениях рН растворов усиливается межфункциональные взай-модействия, вследствие чего макромолекула полиэлектролита находится в свернутом состоянии, и уменьшается длина макроцепи, а также количество свободных активных функциональных групп, способных образовывать связи с частицами твердой фазы. Это отрицательно влияет на структурообразующую способность. По мере роста рН вдоль цепи макромолекулы растет количество активных свободных функциональных групп, которые приводят к распрямлению макромолекулы и, соответственно, к увеличению длины цепи. В результате усиливается структурообразующее действие, что способствует возрастанию количества ВПА. При дальнейшем росте значений рН, хотя и наблюдается некоторое уменьшение вязкости, однако количество ВПА не только не уменьшается, но, наоборот, в отдельных случаях имеет место рост. Это связано

с тем, что присутствие в избытке органических аминов в оп- почвенной частицы и способствует образованию связи между ределенной мере уменьшает величину отрицательного заряда частицами и функциональными группами ПЭ.

Рис. 1. Изменение вязкости (б) и электропроводности (а) в зависимости от рН 01 г/дл раствора ПЭ

Изменение вязкости (п), электропроводности (х), оптической плотности ф), структурообразующих свойств ПЭ в зависимости от концентрации

Таблица 2

№ С, ПЭ г/дл рН пуд ”Луд/с D Худ 1° ,, ом-1см-1 Хпр ВПА, % ЭСД

МКАА-3-ДМА

1 0,010 7,68 1,14 114,2 0,00 1,38 138,00 26,4 14,67

2 0,025 8,05 2,14 85,68 0,00 4,25 170,00 31,2 6,93

3 0,050 8,30 3,43 68,56 0,00 6,80 136,00 43,3 9,62

4 0,100 8,65 5,99 59,85 0,00 11,03 110,30 61,4 3,41

5 0,250 8,80 9,36 37,42 0,00 17,00 68,00 87,4 1,94

6 0,500 8,95 14,29 28,57 0,00 22,14 44,34 90,0 1,00

МКАК-3-ДМА

1 0,010 8,15 2,00 200,00 0,00 1,30 130,00 31,5 22,5

2 0,025 8,50 4,45 178,16 0,00 3,92 156,80 42,0 12,00

3 0,050 8,55 8,38 167,68 0,00 6,58 131,60 50,0 7,21

4 0,100 8,70 13,84 138,42 0,00 10,46 104,60 57,5 4,11

5 0,250 8,35 22,43 89,71 0,00 17,28 69,12 65,0 1,86

6 0,500 8,95 35,14 70,28 0,00 24,28 48,56 70,0 1,00

ПАК-ДМА

1 0,010 7,82 2,40 240,30 0,00 1,23 123,00 30,0 20

2 0,025 8,00 5,38 215,32 0,00 3,75 150,00 40,0 10,67

3 0,050 8,35 9,52 190,34 0,00 6,29 125,80 51,0 6,80

4 0,100 8,60 17,57 175,71 0,00 11,08 110,80 62,5 4,17

5 0,250 8,82 27,43 109,71 0,00 16,45 65,80 70,5 1,88

6 0,500 9,05 30,86 61,71 0,00 22,76 45,52 75,0 1,00

Из приведенных данных видно, что исследуемые ПЭ проявляют наибольшее структурообразующее действие в нейтральном и слабощелочном интервале рН. Поэтому были изучены изменения физико-химических свойств и структурообразующего действия в зависимости от концентрации образцов полиэлектролитов, полученных при значениях рН =8,0-8,5 (табл.1).

Проведенные эксперименты показали, что удельная вязкость и электропроводность в зависимости от концентрации растворов изменяются пропорционально. Наоборот, приведенная вязкость и электропроводность увеличиваются по мере разбавления растворов. Такая закономерность

объясняется тем, что при разбавлении растворов ПЭ уменьшается общая ионная сила раствора полиэлектролита, что создает условия для улучшения процесса ионизации функциональных групп, которое обеспечивает развернутое состояние мак-

роиона, а также увеличивается количество активных свободных ионизированных функциональных групп. Это изменение в определенной мере сказывается и на структурообразующем действии ПЭ. При этом во всех случаях при росте концентрации добавляемого ПЭ увеличивается количество ВПА. Однако сравнение количество ВПА, образовавшегося в присутствии одинаковой концентрации образцов ПЭ, свидетельствует, что структурообразующее действие зависит от вида функциональных групп ПЭ (табл.2).

Такое различие особенно ярко видно при сравнении эффекта структурообразующего действия (ЭСД) полиэлектролитов, вычисленного по формуле [7]. В основном ЭСД полиэлектролита усиливается по мере уменьшения концентрации. Это может быть объяснено тем, что при разбавлении растворов макромолекула имеет большое количество активных свободных функциональных групп и наибольшую длину макро-

цепи, что положительно сказывается на процессе взаимодействия ПЭ с мелкими частицами почвы. В этом случае экспериментально доказано, что нейтрализация карбоксидных групп органическими аминами положительно сказывается на усилении структурообразующего действия исследованных ПЭ. При этом степень увеличения структурообразующего эффекта в определенной мере зависит от природы и состава

функциональных групп, влияющих на конформационное состояние макромолекулы.

Таким образом установлено, что на физико-химические свойства растворов ПЭ и структурообразующее действие исследованных полиэлектролитов существенное влияние оказывают значения рН растворов ПЭ, состав, соотношение, расположение, а также природа функциональных групп, меняющиеся в зависимости от рН и вида нейтрализующего реагента.

Библиографический список

1. Качинский, Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. - М.: Изд. АН СССР, 1958.

2. Черников, В.А. Агроэкология / В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев и др.. - М.: Колос, 2000.

3. Лопырев, М.И. Защита земель от эрозии и охрана природы / М.И. Лопырев, Е.И. Рябов. - М.: Агропмиздат, 1989.

4. Ахмедов, К.С. Устойчивость и структурообразование в дисперсных системах / К.С. Ахмедов, А.А. Асанов [и др.]. - Ташкент: Изд. ФАН, 1976.

5. Junping Zhang, et.al // Ind. Eng. Chem. Res. - 2006. - № 45.

6. Ахмедов, К.С. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами / К.С. Ахмедов [и др.]. - Ташкент: Изд. ФАН, 1969.

7. Асанов, А.А. // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Математическая наука и ее вклад в развитие прикладных научных исследований». - Тараз, 2010.

Bibliography

1. Kachinsky, N.A. Mechanical and microaggregative soil composition, methods of its study. - М., 1958.

2. Chernikov, V.A. Agroecology / V.A. Chernikov, R.M. Aleksakhin, A.V. Golubev et al. - М., 2000.

3. Lopyrev, M.I. Protection of land from erosion and nature conservation / M.I. Lopyrev, E.I. Ryabov. - М., 1989.

4. Akhmedov, K.S. Stability and structure formation in dispersion / K.S. Akhmedov, А.А. Аsanov et al. - Tashkent, 1976.

5. Junping Zhang, et.al // Ind. Eng. Chem. Res. - 2006. - № 45.

6. Akhmedov, K.S. Water-soluble polymers and their interaction with dispersion / K.S. Akhmedov et al. - Tashkent, 1969.

7. Аsanov, А.А. // Proceedings of Republican Theoretical and Practical Conference “Mathematical Science and its Contribution to the Development of Applied Research”. - Taraz, 2010.

Статья поступила в редакцию 01.04.11

УДК 614.876+612.181.4

Meshkov N.A. ADAPTIVE REACTION IN A DISTANT PERIOD AFTER RADIATION EXPOSURE. The average radiation dose received by the population living on the territory of the Altai Republic during the nuclear tests at the Semipalatinsk test site was 151,4 mSv (from 4,0 to 361,5 mSv). It was found that the biological age of population depended on the radiation dose (r=0,997; p=0.001): the percentage of men with the slow rate of aging increased with the increasing radiation dose received by them (r = 0,949; p = 0.05), and among women - on the contrary (r=0,992; p=0,01). The differences found in the adaptive reaction to the consequences of radiation exposure could possibly be explained by sexual dimorphism: males were characterized by the increased activity of the sympathetic nervous system, while females - by the increased parasympathetic activity.

Key words: Semipalatinsk test site, nuclear tests, radiation dose, biological age, the rate of aging, autonomic nervous system.

Н.А. Мешков, в.н.с., д-р. мед. наук, проф. НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, г. Москва, E-mail: professor121@rambler.ru

АДАПТИВНАЯ РЕАКЦИЯ ОРГАНИЗМА В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД ПОСЛЕ РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Величина средней накопленной за время ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне дозы облучения населения Республики Алтай, проживавшего на ее территории в тот период, составила 151,4 мЗв (от 4,0 до 361,5 мЗв). Выявлена зависимость биологического возраста от дозы облучения (г=0,997; р=0.001), при этом среди мужчин по мере увеличения дозы возрастала доля лиц с замедленным темпом старения (г=0,949; р=0,05), а среди женщин - наоборот (г=0,992; р=0,01). Выявленные различия в адаптивной реакции организма на последствия радиационного воздействия в отдаленном периоде, возможно, обусловлены половым диморфизмом: у мужчин повышена активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, а у женщин - парасимпатического.

Ключевые слова: Семипалатинский полигон, ядерные испытания, доза облучения, биологический возраст, темп старения, вегетативный статус.

Радиационное воздействие существенно осложняет и нарушает процессы адаптации организма. В ответ на ионизирующее излучение он реагирует вегетативными расстройствами с активацией симпатического отдела вегетативной нервной системы. Адаптивная реакция организма в диапазоне доз от 8 до 30 сГр проявляется функциональными сдвигами в виде чередования влияния симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, свидетельствующих о снижении адаптационных возможностей, оставаясь

в пределах физиологической нормы, но при дозе более 30 сГр эти изменения становятся устойчивыми [1]. Спустя три десятилетия после ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне отдаленные эффекты облучения при дозе облучения 200 сЗв у лиц в возрасте 35-60 лет проявлялись нарушением гемодинамики с преобладанием влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы [2]. Аналогичная реакция наблюдается и у 70-76 % детей - потомков облученных. У них выявлена симпатикотония с гиперреактивностью, что служит