Введение к работе
Актуальность темы. Гуминовые кислоты (ГК) - природные высокомолекулярные системы нерегулярного строения, широко распространенные в природе (почва, вода, донные отложения и т.д.), играющие исключительно важную роль в обеспечении жизнедеятельности экосистем, в первую очередь, растений. Накоплен большой экспериментальный материал, свидетельствую- щий о положительном влиянии доступных и экологически чистых гуминовых удобрений и стимуляторов роста растений на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, повышении ими резистентности растений .. к заболеваниям, ослаблении отрицательного действия высоких доз удобрений и почвоутомляющих веществ, тяжелых металлов, снятии токсикоза растений.,
Взгляды на природу физиологической активности (ФА) гуминовых кислот неоднозначны. Вопрос о связи структурных особенностей и свойств молекул ГК, уровня их ФА, требует дальнейшего изучения с привлечением новых современных методов. Количественная спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) дает уникальную информацию о содержании структурных фрагментов гуминовых кислот, недоступную никаким другим химическим и физическим методам исследования, которая исключительно важна для установления генезиса гуминовых кислот и их роли как стимуляторов роста растений.
Работа выполнена при финансовой поддержке: Российского Фонда Фундаментальных исследований (грантами № 96-03-34297а и N 00-03-32965а), программы "Университеты России - фундаментальные исследования" (тема-21-211-08), фонда Roberta Havemanna (ФРГ).
Цель работы - разработка комплексного подхода к анализу химической структуры гуминовых кислот на основе методов количественной спектроскопии ЯМР на ядрах 'н, 13С, а также их водных растворов через структуру водной матрицы методом ЯМР 170 и оценка возможности использования этой информации для экспрессного мониторинга свойств ГК как биостимуляторов роста растений.
Научная новизна и практическая значимость работы:
Разработан ряд новых методик определения состава (количества основных функциональных групп, фрагментов и связей) макромолекул гуминовых кислот на основе количественной спектроскопии ЯМР 'Н и ЬС с редактированием спектров.
Проведен сравнительный анализ химического строения ГК, выделенных из органического материала различного происхождения и степени химической зрелости. Показано, что в ряду "продукты переработки древесины - торф - бурый уголь" основными процессами трансформации ГК являются нарастание количества ароматических фрагментов в составе их макромолекул, окисление ароматического скелета, постепенная деградация "лигнинных" и "углеводных" компонентов.
Для детализации сведений о составе и строении ГК проведено фракционирование ряда их препаратов избирательным .растворением в кислородсодержащих растворителях. Выявлены существенные изменения в составе ГК в ходе фракционирования.
Охарактеризованы изменения в составе и структуре ГК при различных воздействиях на источник их получения. Проведен анализ строения ГК, выделенных различными способами (органическими и неорганическими экстрагентами, с предварительной деминерализацией, окислительной механо-деструкцией, вермикомпостированием, обработкой электрическим газовым разрядом исходного вещества либо без этих процедур).
Предложен ряд приемов использования данных спектроскопии ЯМР О для определения механизмов взаимодействия ГК в воде и почве. Изучено влияние растворенных ГК из различного природного сырья на структуру воды. Впервые методом спектроскопии ЯМР 170 установлен диапазон концентраций ГК, в котором наблюдаются значительные изменения соотношения надмолекулярных и молекулярных их составляющих, что предопределяет их физиологическую активность.
Показана возможность использования метода ЯМР Си О для экспрессного мониторинга свойств гуминовых кислот как стимуляторов роста растений.
Апробация работы и публикации. Основные материалы доложены и обсуждены на международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем окружающей среды" - "Экотех-нология-96"(Иркутск, 1996), на Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика-96"(Краснодар, 1996), на IV Всероссийском семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия и томография) (Ростов-на-Дону, 1998), на XVI Менделеевском сьезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 1998), на научно-практической конференции "Водные ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий" (Иркутск, 1998), на Всероссийской конференции "Химический анализ веществ и материалов" (г. Москва, 2000).
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 8 тезисов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы.
