Ик-спектроскопическое изучение гуматов магния и серебра пелоидов
Автор: Аввакумова Н.П., Кривопалова М.А., Жернов Ю.В.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Коррекция экологического неблагополучия. Продукты питания
Статья в выпуске: 1-8 т.12, 2010 года.
Бесплатный доступ
В статье рассмотрены возможности инфракрасной спектроскопии для исследования механизма взаимодействия гуминовых кислот пелоидов с катионами металлов. Проведено отнесение полос пропускания ИК-спектров гуматов магния и серебра. На основании полученных эксперименталь-ных данных определен механизм взаимодействия металлов с гуминовыми кислотами. Установле-на взаимосвязь природы катиона и характера связывания его с функциональными группами био-полимера. Взаимодействие ионов серебра с гуминовыми кислотами имеет адсорбционный харак-тер. Ионы магния преимущественно реагируют с карбоксильными группами с образованием со-леобразных кластеров.
Гуминовые вещества, гуминовые кислоты пелоидов, инфракрасная спектроскопия, гумат магния, гумат серебра
Короткий адрес: https://sciup.org/148199208
IDR: 148199208
Текст научной статьи Ик-спектроскопическое изучение гуматов магния и серебра пелоидов
соединений (карбонильные, карбоксильные, спиртовые, аминные и другие) [3]. Вышесказанное определяет широкий спектр химической активности гуминовых веществ за счет их способности к адсорбционным, ион-ионным и донорно-акцепторным взаимодействиям. Не являясь индивидуальным соединением, гуминовые вещества способны иммобилизовать соединения как неорганической, так и органической природы. Информация о механизме взаимодействия гуминовых веществ с ионами металлов в литературе имеет предположительный и противоречивый характер. Проблема исследования характера взаимодействия заключается в том, что макромолекулы гуминовых веществ способны депонировать ионы и молекулы посторонних веществ по различным типам взаимодействия. С одной стороны, как высокомолекулярные соединения, гуминовые вещества способны к адсорбции, а с другой стороны, гуминовые вещества за счет наличия кислород- и азотсодержащих функциональных групп могут проявлять свойства хелатных лигандов, вступая в процессы комплексообразования. Кроме того, присутствие в составе гуминовых веществ карбоксильных групп обуславливает их солеобразующую активность. Механизм взаимодействия компонентов системы при образовании гуматов представляет значительный научный интерес и в настоящее время интенсивно изучается как отечественными, так и зарубежными исследователями [4-6].
Химический статус гуминовых веществ определяет их значительный потенциал как субстанций, имеющих широкий диапазон терапевтического действия. С целью придания гуминовым веществам определенной биологической активности их модифицируют, то есть вводят в состав активные компоненты, моделируя направленность воздействия. В частности, введение в состав гуминовых кислот ионов серебра обуславливает бактерицидное действие препаратов.
Целью данного исследования является изучение механизмов образования гуматов магния и серебра.
Материалы и методы. В качестве объекта исследования выбрали одну из фракций гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей – гуминовые кислоты (ГК), выделенные по методике [3]. Для получения гуматов исследуемых катионов использовали гуминовые кислоты в виде 0,1% (масс.) растворов при нейтральном значении водородного показателя. В раствор ГК вводили минимальный объем 0,1М растворов нитратов магния и серебра до начала коагуляции. Полученные осадки отфильтровывали через бумажный фильтр (белая лента) и промывали водой до отрицательной реакции на катионы металлов (проба с натрия хлоридом и с двузамещенным фосфатом аммония в аммиачной среде). Очищенные осадки высушивали при 200С с принудительной вентиляцией. ИК-спектры полученных образцов были сняты на ИК-фурье спектрометре Spectrum 100 фирмы Perkin Elmer. Образцы готовились прессованием таблеток с калия бромидом. Количественное определение металлов в составе гуматов определяли методом ренгенофлюоресцентного анали- за с помощью энергодисперсионного анализатора БРА-18.
Результаты и обсуждение. Исследуемые гуминовые кислоты представляют собой тем-ноокрашенные вещества, хорошо растворимые в щелочах, имеющие среднюю молекулярную массу 63000 а.е.м., степень бензоидности 33,6%, содержащие 53-56% (масс.) углерода, 4% (масс.) водорода и 38-39% (масс.) кислорода. Анализ спектра ГК (рис. 1) показывает наличие связанной ОН-группы с максимумом пропускания 3426-3450 см-1, и алифатические фрагменты (СН 3 , СН 2 ) с полосами пропускания в области 2920 и 2850 см-1. Карбонильная группа характеризуется полосой пропускания с частотой 1712 см-1. В области пропускания двойных связей С=С, входящих в состав олефиновых, еноновых и ареновых фрагментов, присутствует интенсивная полоса с максимумами 1618 см-1. Полоса имеет широкий профиль и, возможно, включает валентные колебания карбонила в амидной группе. Полоса пропускания при 1400 см-1 связана с валентным колебанием карбонила в карбоксилат-анионе, а также с деформационными колебаниями С-Н связи в алифатических фрагментах. В спектре ГК присутствует интенсивный широкий максимум пропускания с частотой 1235 см-1 (рис. 1), соответствующий колебанию ОН-группы, сопряженной с двойными связями. ИК-спектр гумата серебра (рис. 2) по положению основных полос пропускания, в целом, мало отличается от ИК-спектра гуминовой кислоты. Наблюдается смещение (на 6 см-1) полосы пропускания (1706 см-1) карбонильной группы в длинноволновую область, что связано, вероятно, с увеличением доли свободных карбоксильных групп в гумате серебра.
82.1
%T 72
62.8

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0
cm-1
Рис. 1. ИК-спектр пропускания гуминовой кислоты
65.9

cm-1
Рис. 2. ИК-спектр пропускания гумата серебра
ИК-спектр гумата магния имеет вид принципиально отличный от приведенных раннее спектров (рис. 1 и 2) и характеризуется наличием двух интенсивных полос пропускания в области 1600-1300см-1 (рис. 3) и широкой полосы пропускания с частотой 632см-1, являющейся, по-видимому, результатом наложения многочисленных деформационных колебаний. Максимумы с частотами 1577 и 1385см-1 отвечают, вероятно, колебаниям атомов карбоксильной группы в гумате магния.
Таким образом, на основании полученных в работе экспериментальных данных можно утверждать, что взаимодействие ионов серебра с гуминовыми кислотами имеет преимущественно адсорбционный характер. ИК-спектр гумата серебра содержит полосы пропускания характерные для функциональных групп гуминовых кислот. По-видимому, взаимодействие ионов серебра с активными адсорбционными центрами гуминовых кислот связано с физическими характеристиками иона металла, представляющего собой мягкую кислоту Льюиса. Предложенный механизм подтверждается высоким содержанием серебра в адсорбционном комплексе ГК∙Ag+. Согласно результатам БРА содержание серебра в гумате составляет 51% (масс.). Взаимодействие ионов магния с гуминовыми кислотами, по-видимому, имеет донорно-акцепторный и ионо-ионный механизм. Характерно уменьшение массовой доли ионов магния в комплексе ГК∙Mg+2 более чем в два раза по сравнению с содержанием серебра в соответствующем гу-мате. Согласно результатам БРА содержание магния в гумате составляет 21% (масс.).
77,0
%T
22,0

4000,0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400,0
cm-1
Рис. 3. ИК-спектр пропускания гумата магния
Выводы.
-
1. Предложенный в работе спектральный способ оценки механизма взаимодействия металлов с гуминовыми веществами представляется информативным и перспективным в связи с тем, что относится к неразрушающим, то есть сохраняет нативную структуру объектов.
-
2. Адсорбционный характер взаимодействия Ag+ с гуминовыми кислотами обуславливает высокую биодоступность ионов и обеспечивает бактерицидную активность гумата.
Список литературы Ик-спектроскопическое изучение гуматов магния и серебра пелоидов
- Аввакумова, Н.П. Пелоидопрепараты как средство повышения эффективности пелоидотерапии. Сообщение 2. Способ получения пелоидопрепаратов гуминового ряда/Н.П. Аввакумова, Е.К. Баталова, А.И. Агапов//Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. 1999. № 2. С. 74-77.
- Аввакумова, Н.П. Биохимические аспекты терапевтической эффективности гумусовых кислот лечебных грязей//Самарский государственный медицинский университет. Самара, 2002. С. 132.
- Чуков, С.Н. Структурно-функциональные параметры органического вещества почв в условиях антропогенного воздействия//Санкт-Петербургский государственный университет, СПб., 2007. С. 142.
- Chilom, G. Exploring the high-mass components of humic acid by laser desorption ionization mass spectrometry/G. Chilom, O. Chilom, J. Rice//Rapid Commune. Mass spectrometry. 2008. N 10. P. 1528-1532.
- Попов, А.И. Свойства гуминовых веществ, определяющие их биологическую активность/А.И. Попов//Гуминовые вещества в биосфере: тезисы III Всероссийской конференции. -СПб. 2005. С. 42-43.
- Kulikova, N.A. Detoxifying Ability of Coal Humic Acids and Their Hydroquinone Enriched Derivatives in relation to Copper under Field Conditions/N. Kulikova, V. Kholodov, G. Lebedeva et al.//From Molecular Understanding to Innovative Applications of Humic Substances; Proceedings of the 14th International Meeting of the International Humic Substances Society. M.-SPb., 2008. V. III, Humus Sapiens. Р. 761-765.