Молекулярный и массовый состав гуминовых веществ

Молекулярная масса (ММ) – определяется как фундаментальная характеристика любого химического вещества, в том числе и гуминовых веществ. Молекулярная масса характеризует среднюю массу молекулы с учетом изотопного состава всех элементов, образующих данное химическое соединение. Иногда молекулярную массу определяют для смеси различных веществ известного состава, например для воздуха "эффективную" молекулярную массу можно принять равной 29. [21]

Молекулярные массы ГВ по разным данным составляют от 700 до 200000 Дальтон (Да) [22, 23]. Точно установить молекулярную массу ГК не представляется возможным, так как нужно учитывать множество факторов, которые перечислены выше. От размеров и конфигурации частиц ГК зависят их растворимость, способность к миграции в почвенных и водных системах, возможность поглощения микроорганизмами и высшими растениями [7].

Так же молекулярная масса ГВ в некоторой степени определяет их способность к связыванию ионов различных металлов. В публикации [24] рассмотрена способность гуминовых веществ к связыванию кадмия. В работе отмечено, что фракция гуминовых веществ с молекулярной массой 1000-10000 (Да) связывает основную часть ионов кадмия. Авторами работы [24] установлено, что именно в этой фракции энергия связи ГВ и металла на порядок выше, чем во фракциях с меньшей или большей молекулярной массой.

Известно, что молекулярная масса закономерно меняется для гуминовых веществ разного происхождения (данные приведены в табл. 3) [16,25]. Согласно существующим литературным данным, гуминовые вещества можно расположить в следующий ряд по возрастанию их молекулярной массы:

ФК природных вод < ФК почв < ГК почв.

 

Таблица 3

Молекулярные массы гуминовых веществ разнородного происхождения [23]

Образцы ГВ	Диапазон (молекулярных масс) Mw, кДа
водные ФК	0.3-17
водные ГК и ГВ	1-30
угольные ГК	4-7
торфяные ГК	4-22
дерново-подзолистые ФК	1-5
дерново-подзолистые ГК	100-700
почвенные	100-200

 

На сегодняшний день, наиболее распространенным методом определения молекулярно-массового состава гуминовых веществ является эксклюзионная хроматография или ее называют еще гель-проникающая (хроматография (ГПХ). В сущности метода эксклюзионной хроматографии заключается пространственное разделение молекул различных размеров с помощью пористых гелей. Молекулы, с размером меньше,чем размер пор геля, свободно диффундируют во всем объеме геля, а крупные молекулы в поры не проникают и остаются во внешнем объеме растворителя. Фракционирование осуществляют в колонке, заполненной макропористым сорбентом, пространство между гранулами и поры геля заполнены растворителем. Колонку калибруют по веществам с известными молекулярными массами. В качестве образцов сравнения для гуминовых веществ используют полидекстраны, полиакрилаты, полистиролсуфонаты [25, 26].

В силу полиэлектролитного характера гуминовых веществ, в процессе их ГПХ-фракционирования возникают некоторые неэксклюзионные эффекты: сверхэксклюзии и специфической сорбции [25-29]. Эффект сверхэксклюзии обусловлен электростатическим отталкиванием между полианионами гуминовых веществ и частично отрицательно заряженными участками гидрофильного геля, что ведет к уменьшению объемов удерживания и завышенным значениям ММ [25].

Специфическая сорбция возникает в результате образования гидрофобных или водородных связей между аналитом и матрицей геля. Как следствие, объем элюирования аналита возрастает, что приводит к занижению определяемого значения ММ [25,28]. При изучении низкомолекулярных аналогов гуминовых веществ было установлено, что для всех ароматических оксикислот характерна высокая специфическая сорбция, а для всех карбоновых ароматических и алифатических кислот - эффект сверхэксклюзии [25, 29, 30]. Так как гуминовые вещества включают в себя как ионогенные функциональные группы, гидрофильные углеводные фрагменты, так и гидрофобные ароматические и алкильные фрагменты, то их поведение обусловлено комплексом описанных выше эффектов.

Для частичного подавления неэксклюзионных эффектов в элюент вводят модифицирующие агенты, например, электролиты, изменяющие ионную силу, спирты, уменьшающие диэлектрическую проницаемость элюента, и др.