土壤腐殖酸的紫外－可見光譜表征

李巖巖，趙娜，馬麗娟，丁蕾，陳琳

（大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605）

土壤腐殖酸的紫外－可見光譜表征

李巖巖，趙娜，馬麗娟，丁蕾，陳琳

（大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605）

土壤有機(jī)質(zhì)來源于動(dòng)植物的分解殘?bào)w，是結(jié)構(gòu)和組分十分復(fù)雜且物理上不均勻的有機(jī)混合物，具有重要的環(huán)境和生態(tài)意義［1］。腐殖酸（Humic Acid，HA）是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分，通常使用其代替有機(jī)質(zhì)。由于HA具有羧基、酚羥基等多種配位官能團(tuán)，對(duì)金屬離子有強(qiáng)烈的絡(luò)合作用，因而HA對(duì)環(huán)境中其他物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化、降解規(guī)律會(huì)產(chǎn)生重要作用，包括改變有毒重金屬的濃度和生物有效性、影響共存的離子性或極性有機(jī)化合物的化學(xué)形態(tài)等，所以對(duì)HA結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)特征的研究顯得非常重要［2］。這些研究有助于我們更好地了解它們與重金屬離子之間的配位作用、氧化還原作用、沉降作用等內(nèi)在機(jī)理，以及對(duì)有機(jī)污染物和營養(yǎng)元素的地球化學(xué)行為的影響［3］。

本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)土壤樣品中的HA進(jìn)行了提取，然后和商品HA同時(shí)用紫外－可見光譜進(jìn)行了表征，初步研究了HA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于紫外－可見光譜具有簡(jiǎn)單易行、不破壞樣品結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，所以適合用來研究HA的化學(xué)性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤樣品采集于赤峰，土樣中的HA根據(jù)腐殖酸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)方法［4］進(jìn)行提取。商品HA來源于土壤，購于德國MP Biomedicals.Inc公司。

1.2 儀器及試劑

PHS 25型酸度計(jì)（上海雷磁儀器廠），UV 2450型紫外－可見分光光度計(jì)（日本島津公司），離心沉淀機(jī)80－2（鞏義市英峪予華儀器廠）。HA提取過程中所用到的藥品均為分析純。

1.3 方法

取一定質(zhì)量的HA配置溶液，加入少許稀堿，調(diào)至pH=8.0左右，使之完全溶解后進(jìn)行過濾，然后用總有機(jī)碳分析儀（TOC－VCPH，Shimadzu，日本）測(cè)定HA的濃度。配置不同濃度的HA溶液，測(cè)試紫外－可見（UV–Vis）全掃描光譜，掃描范圍從200～800 nm。實(shí)驗(yàn)中均用超純水（18.2 MΩ·cm）配制溶液和進(jìn)行表征實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

紫外–可見光譜是最早應(yīng)用于有機(jī)物結(jié)構(gòu)鑒定的物理方法之一。圖1和圖2分別為從赤峰土壤中提取的HA和商品HA的紫外－可見光譜，HA的體積濃度分別為1，5，10 mg·L－1。

圖1 赤峰土壤中腐殖酸的紫外－可見光譜

圖2 德國土壤中腐殖酸的紫外－可見光譜

HA作為自然界中最為豐富的有機(jī)質(zhì)，其結(jié)構(gòu)組成中一般都具有苯環(huán)、苯羥基和苯羧酸基，這些官能團(tuán)能夠在紫外光譜上表現(xiàn)出特征吸收峰，例如在紫外譜圖200～220 nm、220～240 nm、240～270 nm和270～320 nm的范圍有峰出現(xiàn)，但由圖1和圖2可知，兩種HA僅在在270～320 nm有弱的吸收峰，且吸收強(qiáng)度隨著波長的增加而逐漸降低。這可能要?dú)w因于HA是由化學(xué)性質(zhì)類似的化合物組成的混合物，HA各官能團(tuán)吸收峰的位置較近，相互之間發(fā)生重疊后出現(xiàn)一些寬而鈍的譜帶。HA的顏色是由各種發(fā)色官能團(tuán)所引起的，例如不飽和鍵、羧基和醌基等。

為了研究HA的紫外－可見光譜特征，進(jìn)行了HA濃度與吸光度的線性擬合。赤峰土壤中1，5，10 mg·L－1的HA在280 nm下的吸光度為0.019，0.1，0.213，線性方程為:Y=0.0216X－0.0045（X為濃度，Y為吸光度），R2=0.999。德國土壤中1，3，5 mg·L－1的HA在280 nm下的吸光度為0.013，0.11，0.199，線性方程為:Y= 0.0205X－0.0023，R2=0.9921。由此可知，在研究的HA濃度范圍內(nèi)，HA在280 nm下的吸光度與其濃度有很好的線性關(guān)系，這為利用紫外－可見光譜測(cè)定HA濃度奠定了一定的基礎(chǔ)。

另外，在腐殖物質(zhì)的研究中常用E4/E6比值來表征，這是腐殖物質(zhì)分子量特征函數(shù)，與表觀分子量對(duì)數(shù)的變化負(fù)相關(guān)，與溶液的濃度無關(guān)，其中E4、E6分別為腐殖酸溶液在465和665 nm處的UV–Vis吸收值［5－6］。E4/E6一般作為HA芳香縮合程度的特征函，其比值越低，表示芳香化程度越高。對(duì)來源于赤峰土和德國土的HA進(jìn)行465和665 nm處吸光度的測(cè)定，并計(jì)算E4/E6的值，結(jié)果見表1。

由表1可知，商品HA的E4/E6值（0.24）略小于赤峰土壤中提取的HA（0.25），表明前者的芳香化程度略大于后者。這可能是因?yàn)閮蓚€(gè)地域土壤的形成環(huán)境不同所造成的，但由于又都是來源于土壤的HA，所以E4/E6非常接近。

表1 不同來源HA的E4/E6值

HA不是一種簡(jiǎn)單化合物，組成非常復(fù)雜，分子量從數(shù)百至數(shù)百萬。根據(jù)文獻(xiàn)中E4/E6和HA分子量（M）之間的關(guān)系式:lgM=－0.0893E4/E6 +5.1935［7］，估算赤峰土壤中提取的HA和商品HA的表觀分子量依次為148 311和148 616。

3 結(jié)語

紫外－可見光譜能對(duì)HA的性質(zhì)進(jìn)行有效的研究。對(duì)比從赤峰土壤中提取的HA和商品HA的UV－vis表征結(jié)果，在本文研究范圍內(nèi)性質(zhì)相似，這與它們都來源于土壤不無關(guān)系。

［1］吳豐昌，王立英，黎文，等.天然有機(jī)質(zhì)及其在地表環(huán)境中的重要性［J］.湖泊科學(xué)，2008，20（1）:1－12.

［2］CHEN I，GU B，LEBOEUF E J，et al.Spectroscopic characterization of the structural and functional properties of natural organic matter fractions［J］.Chemosphere，2002，48（1）:59－68.

［3］傅平青，劉叢強(qiáng)，尹祚瑩，等.腐殖酸三維熒光光譜特性研究［J］，地球化學(xué)，2004，33（3）:301－308.

［4］SWIFT R S.Organic matter characterization.In Methods of Soil Analysis［M］.Madison:Soil Science Society of America，1996.

［5］文啟孝，土壤有機(jī)質(zhì)研究法［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1984.

［6］CHEN Y，SENESI N，SCHNITZER M.Information provided on humic substances by E4/E6 ratios［J］.Soil Science Society of America Journal，1977，41:352－358.

［7］曲風(fēng)臣.土壤腐殖酸凝膠分級(jí)、表征及其光化學(xué)行為［D］.大連:大連理工大學(xué)，2006.

X17

A

1009－315X（2011）05－0538－02

2010－07－23;最后

2011－07－15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20907006）;大連民族學(xué)院太陽鳥計(jì)劃資助項(xiàng)目（20111416）。

指導(dǎo)教師:歐曉霞（1980－），女，山東平度人，講師，博士，主要從事環(huán)境光化學(xué)和環(huán)境污染化學(xué)研究。

（責(zé)任編輯 鄒永紅）