Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гумусовые кислоты окисленных углей Республики Бурятии: состав, строение, свойства

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Гумусовые кислоты окисленных углей Республики Бурятии: состав, строение, свойства"

На правахрукопис

Дашицыренова Арюна Дашидалаевна

ГУМУСОВЫЕ КИСЛОТЫ ОКИСЛЕННЫХ УГЛЕЙ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИИ: СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА

03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 2006

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Калабин Геннадий Александрович

Офт;;?а.1гз_ные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Гюльмалкев Агаджан Мирзоевич

доктор технических наук Левинский Борис Владимирович

Ведущая организация: Российский химико-технологический

университет им. Д.И. Менделеева

Защита состоится <<, ик>л32006г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного соБета Д 212.203.17 при Российском университете дружбы народов по адресу: 113093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке РУДН по адресу: 117198,

г.Москва, ул.Микяухо-Маклая, д.б.

Автореферат разослан «£$» мая 200бг. Ученый секретарь Диссертационного совета

д.м.в., проф. ____У)СУ , Чижов АЛ.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Одной из фундаментальных задач экологизации сельского хозяйства и обеспечения безопасности пищевой продукции является замена большинства агрохимикатов и биоцидов на безвредные, экономичные и эффективные комплексные препараты природного происхождения. Среди последних наиболее важное место занимают гуминовые вещества, обладающие способностью уже в малых дозах (0.001-0.01% вес. в воде) существенно повышать резистентность живых организмов к экстремальным воздействиям. Концепция экологизации агротехнологий России должна предусматривать широкое их использование для мобилизации внутренних защитных и продуктивных резервов биоты в условиях неблагоприятных климатических и антропогенных факторов.

Отдельные районы Республики Бурятия располагают значительными запасами окисленных бурых углей (ОБУ) коры выветривания, малопригодными для топливного использования, но содержащими высокие концентрации (до 93% на сухое беззольное состояние) гуминовых кислот* (ГК), играющих исключительно важную роль в обеспечении жизнедеятельности экосистем. Спектр возможных направлений их рационального использования очень широк - от стимулирующих и адаптогеняых препаратов для сельского хозяйства (растениеводство, животноводство, птицеводство, рыборазведение) и лесоразведения до ремедиации техногенно загрязненных почв и акваторий водных объектов, использования в качестве компонентов буровых растворов, упрочнителей бетонных растворов, красителей и т.д.

Широкому применению ГК препятствует недостаточное знание их молекулярной структуры, отсутствие общепринятых методов и алгоритмов ее характеризации, позволяющих надежно устанавливать аутентичность препаратов ГК, количественно оценивать их состав, прогнозируя на этой основе интересующие прикладные свойства. Исследования последнего десятилетия показали, что наиболее полную информацию о составе, строении и взаимосвязи молекулярных фрагментов природных стохастических высокомолекулярных систем, в том числе ГК, как компонентов каустобиолитов, недоступную другим физическим и химическим методам анализа дает количественная спектроскопия ядерного магнитного резонанса ЯМР 13С, использованная нами, как основной метод исследования ГК.

Цель работы - расширение возможностей использования ГК бурых углей ках ценного и экологически безопасного природного органического сырья для развития экономики России и обеспечения безопасности жизнедеятельности путем развития представлений о их молекулярном строении и свойствах.

* Термин «гуминовые кислоты» используется здесь и далее, поскольку изучаемые гумусовые кислоты практически не содержат (3% и менее) фульвокислот

Задачи работы:

• изучение ГК ряда месторождений ОБУ на территории Республики Бурятии и выбор наиболее перспективного для углубленного исследования и практического применения

• характеризация молекулярного строения и свойств ГК и их фракций, а также ГК из продуктов механодсструкции и окисления бурых углей

• поиск взаимосвязи параметров молекулярного строения и свойств ряда ГК и их фракций путем физико-химического, биохимического и биологического анализа; верификация прогностических возможностей найденных взаимосвязей в отношении ПС, выделенных как из других углей, так и иных сырьевых ресурсов

• оценка возможностей идентификации сырьевого происхождения различных гуминовых препаратов на основе количественных спектров ЯМР 13С ГК, выделенных из них переосаждением.

Научная новизна. Впервые методами технического и элементного анализа, спектроскопии ЯМР 13С, ЭПР, ИКС и гель-хроматографии изучена серия ГК из нативных и механоактивированных ОБУ Российской Федерации (Республика Бурятия, Иркутская область) и Монголии, их фракций и продуктов окисления, а также ряда ГК из промышленных препаратов <гуматов). Проведена оценка устойчивости измеряемых из спектров ЯМР 13С количественных параметров фрагментного состава ГК к вариациям условий регистрации спектров. Найдены взаимосвязи этих параметров с физиологической активностью ГК в отношении микроорганизмов Bacillus thuringiensls, Saccharomyces cerevisiae, Mycelia sterilia ИНБИ 2-26 и растений Triticum aestivum и Pisum sativum. Предложены обобщенные критерии идентификации ГК из ОБУ и алгоритм прогностических оценок их активности на основе фрагментного состава.

Практическая значимость. Предложены схемы выделения ГК из ОБУ Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения, получена промышленная партия ГК в виде раствора (12% в ЩО/NaOH), установлена их рост-стимулирующая активность в отношении микроорганизмов, растений, животных, перспективность в качестве компонентов буровых растворов, упрочняющих добавок в тяжелые бетоны, детоксикантов нефтепродуктов.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 9 статей в научных журналах, 4 - в сборниках научных трудов, 5 тезисов докладов Отдельные ее частя автором докладывались на 4th Conference "Isotopic and molecular processes" (Cluj-Napoca, 2005г), Всероссийских конференциях "Актуальные проблемы экологии и природопользования" (Москва, 2005 и 2003г), III Всероссийской конференции "Гуминовые вещества в биосфере" (Санкт-Петербург, 2005), II Международной конференции по новым технологиям и

приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды (Ростов-на-Дону, 2003)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, основной части, выводов, списка'использованной литературы, приложения

Работа изложена на 130 страницах, содержит 25 рисунков и 18 таблиц. Список цитируемой литературы включает 168 источников.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Обобщены сведения о распространенности и применении, особенностях состава, строения и свойств ГК из ОБУ. Рассмотрении методы исследования ГК, особенно, относительно новые подходы к изучению их строения.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Экспериментальная работа велась по представленной ниже общей схеме, включающей ряд взаимосвязанных самостоятельных этапов, выполнявшихся последовательно-параллельно.

Схема 1. Основные этапы выполненного исследования

3.1. Поиск, выделение и характеристика ГК. Практика создания и применения гуминовых препаратов показала*, что оптимальные характеристики безбалластных гуматов достигаются при использовании в качестве сырья ОБУ с зольностью менее 15% и содержанием ГК на сухое беззольное вещество более 80%. Руководствуясь этими критериями, впервые проведена оценка ОБУ ряда месторождений Республики Бурятии (Гусиноозерское, Загустайское, Тункинское, Алхаликское) для выбора наиболее перспективного для практического использования. По данным элементного анализа, выходу ГК, зольности, ряду экономических критериев (объем

* Богословский В.Н., Ленинский Б.В, Сычев В.Г. Агротехнологии будушего.1 Энергены. М.: Изд-во РИФ «Антиква», 2004.-164с.

сырья и его географическое расположение, техническая и транспортная доступность) найдено целесообразным апробировать в качестве оптимального сырья ОБУ Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения, как взятые из пласта (УХ-1), так и отвалов с пониженным содержанием ГК и повышенной зольностью (УХ-П). Эти угли, а также продукты механообработки УХ-Н охарактеризованы методами технического и элементного анализа (Таблица 1).

Таблица 1

Элементный состав и технический анализ ОБУ Холбольджинского разреза и продуктов

их механодеструкции

Образец Содержание элементов, масс %* А" Выход ГК(% на с1аГ) Атомные соотношения мкм

С Н N О 11/С О/С

УХ-1 55.8 3.8 1.5 38.9 19.4 6.2 95.3 0.82 0.52 70

УХ-И 60.1 4.3 1.7 33.9 22.4 18.2 75.0 0.86 0.42 72

УХ-Ш*** 60.7 4.2 1.6 33.5 19.4 18.6 87.3 0.83 0.41 14.5

УХ-1У 60.6 4.3 1.6 33.5 13.0 18.5 90.4 0.85 0.41 13.5

УХ-У 60.6 4.3 1.6 33.5 13.0 18.5 90.4 0.85 0.41 <6.0

УХ-У1 60.9 4.3 1.5 33.2 18.5 18.4 88.5 0.85 0.41 17.5

•содержание сергл во всех изученных углях и ГК, как правило, менее 1% и в расчетах не учитывалось ••степень измельчения охарактеризована величиной медианного диаметра (с1т) - размером частиц, содержание которых в совокупности с более мелкими частицами составляет 50% массы образца

***-УХ-Щ, УХ-1У, УХ-У уголь УХ-11 механообработанный на шаровой мельнице «Пульверизетте-б» 0.5, 1 и 2 час. соответственно, а УХ- У1-обработанный на универсальном дезинтеграторе УДА проточного типа

Выделение и фракционирование гумусовых кислот (ГФК) проводилось из наиболее богатой ими представительной пробы угля УХ-1 (Схема 2). Предварительно высушенную и измельченную угольную пробу обработали смесью гексан:этанол (1:1) при объемном соотношении уголь/экстрагент -1:2, высушивали под слабым вакуумом, заливали раствором КОН 0.2М в соотношении 1:3. Щелочной раствор сливали и отфильтровывали, экстракцию повторяли до тех пор, пока экстракт не становился слабо окрашенным. Порции экстракта объединяли*, обессоливали, водный концентрат ГФК подкисляли до рН 2 и оставляли на ночь. Осадок ГК отделяли от раствора фульвокислот (ФК) центрифугированием, обессоливали электродиализом, используя целлофановые мембраны, подвергали лиофильной сушке. ФК адсорбировали на смоле ХАВ-2, промывали водой, элюировали 0.1М КаОН и обессоливали на катионите КУ-23

Получение гиматомелаиоеых кислот - ГМК. ГФК растворяли в 0.1 М КаОН, подкисляли раствором НС1 до рН2. Свежеосажденные ГК (ГК без ГМК) отделяли центрифугированием, промывали водой. Влажный осадок ГК экстрагировали порциями горячего этанола. Экстракты

" Методом ЯМР "С установлена неоднородность их фрагментного состава

6

высушивали на роторном испарителе. Получение фракций серых и бурых ГК. ГК растворяли в 0,1М N8011 и добавляли №С1 для создания в растворе концентрации 6М КаС1. Скоагулировавшую фракцию серых ГК отделяли центрифугированием. Раствор бурых ГК подкисляли НС1 рН 2, отделяли центрифугированием, промывали водой и высушивали.

Схема 2. Разделение ГК из угля УХ-1 на фракции 1-7 Из данных элементного анализа ГК (Таблица 2) рассчитывали атомные соотношения Н/С и О/С - косвенные характеристики ненасыщенности и окисленности фракций ГК. Значения Н/С фракций 1-7 из УХ-1 изменяются в пределах 0.7-0.9, свидетельствуя о преобладании в них ароматических структур, содержание которых близко к таковому в черноземах (подтверждено спектрами ЯМР 13С). Окисленность ГК возрастает в ряду: ГКбурые<ГФК<ГК<ГКсерые<ГКбезГМК<ФК<ГМК, Средневесовые молекулярные массы 1-7 определяли методом гель-хроматографии по времени удерживания, соответствующего положению максимума (Таблица 2). Для повышения выхода ГК из угля УХ-П использована механоактивация. При интенсивных механических воздействиях наряду с диспергированием происходит химическая активация органической массы углей, приводящая к изменению их физико-химических свойств и повышению растворимости. Гранулометрический анализ ГК проводился на развертывающем седиментографе "Анализетте-20". Результаты Таблицы 1, которая содержит значения выхода и степени дисперсности ГК, демонстрируют целесообразность использования механохимической активации УХ-П для повышения выхода ГК. Последующее изучение строения и свойств ГК это подтвердило.

Количественные спектры ЯМР 13С щелочных растворов всех ГК (5-10% вес. в 0.2М №СШ/020), обсуждаемые в разделах 3.4-3.6, регистрировались при 25°С на спектрометре

VXR-500S "Varían" с рабочей частотой для ядер 13С 125.1 МГц в ампулах 010мм в режиме 1NVGATE и времени задержки 5 сек, время сканирования - от 12 до 50 часов. Условия регистрации спектров - результат специально проведенных экспериментов по их оптимизации в отношении «устойчивости» фрагментного состава, минимизации сигналов карбонатов и

перекрывания сигналов отдельных частей спектра.

Таблица 2

Элементный состав и молекулярные массы (ММ) ГК

№ Образец Содержание элементов, масс. % Атомные соотношения ММ, кДа

С Н N О Н/С О/С

1 ГФК* 72.5 4.5 1.9 21.1 0.75 0.22 38.3

2 ГК 69.4 4.2 3.6 22.8 0.72 0.24 20.5

3 ГК без ГМК 65.8 4.2 3.0 27.0 0.76 0.30 22.4

4 ГМК 55.2 3.4 4.3 37.1 0.82 0.50 20.5

5 ГК серые 66.6 4.3 2.5 26.6 0.74 0.30 29.3

6 ГК бурые 72.2 4.2 3.3 20.3 0.70 0.21 19.8

7 ФК 62.5 4.6 2.1 30.8 0.89 0.37 31.1

14 ГК Тункинское 53.4 3.8 2.0 40.8 0.85 0.56 н/о

15 ГК Загустайское 51.2 3.7 3.2 41.9 0.87 0.61 н/о

16 ГК Щеткииское 60.6 6.2 1.5 31.7 1.23 0.39 н /о

18 ГК Глинкинское 63.6 5.1 2.1 29.2 0.96 0.34 н/о

•-Образны 1-7 получены из Холбольджинского угля

Содержание углерода в различных структурных фрагментах определяли интегрированием соответствующих спектральных областей (м.д.): 220-185 — карбонильные и хиноидные группы (С=0); 185-165 - карбоксильные и сложноэфирные группы (СОО); 165-145 - О-замещенные ароматические фрагменты (СарО), 145-90 - С- и Н-замещенные ароматические фрагменты (С»РС,Н); 90-50- -алкоксильные фрагменты (Сшк-О); 50-0 - алкильные фрагменты (CMK). Выбор диапазонов несколько отличается от используемого при анализе ГК из других видов сырья (сапропели, торф, донные отложения, гумифицированный лигнин и т.п.), но наиболее достоверно отражает молекулярную структуру ГК углей, которые практически не содержат аминокислот, карбогидратов, алкоксигрупп различной структуры. Это подтверждается анализом спектров ЯМР ,3С CP-MAS больших серий твердых ОБУ. Относительная ошибка измеряемых содержаний фрагментов в указанных условиях не превосходит 5%, имея наибольшую величину для СарО. Для количественной оценки содержания в образцах парамагнитных центров (ПМЦ), влияющих как на ширину отдельных групп сигналов, так и выбор условий регистрации количественных спектров ЯМР 13С, регистрировали спектры ЭПР (спектрометр CMS 8400 "ADONI", комнатная температура, внешний стандарт дифеншишкрилгидразин (ДФПГ). содержащий 1.6x1016 спинов/г).

3.2. Изучение влияния ГК на микроорганизмы

Для нахождения простой тест-системы, наиболее чувствительной к воздействию разных по составу ГК, выполнена серия экспериментов по изучению влияния фракций ГК на ряд микроорганизмов (Bacillus thuringiensis, Mycelia sterilia ИНБИ 2-26, Saccharomyces cerevisiae). Влияние ГК на биохимическую конверсию глюкозы в этанол. Реакционная смесь из D-глюкозы (ГОСТ 6038-79) - Юг, дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) - 1.5г, дистиллированной воды - 35 мл, ГК - 0.0005%-0.01% от массы воды выдерживалась при 20±1°С. Эффективность действия дрожжей определялась методом спектроскопии ЯМР 'Н (спектрометр «Varían» VXR-500S, 500МГц) по концентрации в ней этанола на основе количественных соотношений сигналов метильной группы образующегося этанола, совокупности сигналов СНг - групп этанола и СН-, СНг- групп глюкозы, суммарного сигнала ОН-групп глюкозы и воды.

Таблица 3

Величина биоконверсии глюкозы в этанол (относительно контроля) для различных

концентраций ГК 8,12,11

Концентрация ГК, % Время, час

72 120 168

8 12 11 8 12 11 8 12 11

0.0005 1.04 1.15 1.01 1.04 1.01 0.98 0.91 0.79 0.85

0.001 1.46 1.48 1.71 2.22 2.29 2.03 0.96 1.06 1.04

0.005 1.05 1.16 1.00 1.11 1.03 0.99 0.91 0.88 0.89

0.01 1.18 | 1.16 1.06 1.10 1.14 1.04 0.97 0.99 0.98

Оптимизация разработанной методики по содержанию в реакционной смеси этанола выявила, (Таблица 3) что ГК наиболее ускоряют биоконверсию глюкозы в этанол при концентрации 0.001%, для которой содержание этанола при времени реакции 120 часов более чем вдвое превышает таковое в контроле и практически соответствует полному превращению (концентрация 11.5% при максимальной, теоретически возможной в данных условиях 12.5%). Характерно, что концентрации ГВ 0.0005% и 0.005%, т.е. всего в два раза ниже или в пять раз выше оптимальной оказались практически неэффективными для всех трбх использованных в этой серии опытов ГК (8, 11 и 12). Для найденной эффективной концентрации 0.001% проведено сопоставление активации процесса ГК, выделенными как из различных месторождений ОБУ, так и фракции 1-7 из УХ-I. Отбор проб вновь осуществляли через 72, 120 и 168 ч. Для всех ГК наибольший стимулирующий эффект вновь проявляется через 120ч, а через 168 часов глубина превращения и в этих опытах становится близкой к таковой в контроле. Это естественно, т.к. суммарный выход этанола определяется количеством взятой глюкозы. Таким образом, процесс значительно ускоряется в присутствии ГК и практически полностью завершается (±5%) за 168 часов. В оптимизированных условиях эксперимента (120 часов и 0.001% ГК) проведены две параллельные серии опытов для количественной оценки

физиологической активности (ФА О отдельных 1-7, показавшие (Таблица 4), что она наибольшая у ГК серых, для которых относительная скорость процесса в 1.84 раз превосходит контроль (ФА1=1). Лишь фракция ФК (7) не оказывает значимого эффекта. Разработанная методика удобна для сравнительного тестирования ФА1 разнообразных ГК, особенно, если вместо контроля процесса методом ЯМР с отбором проб использовать простейший волюмометрический метод (по выходу СОг), что делает ее общедоступной.

Поскольку наибольшее применение ГК находят для агропромышленных культур, осуществлен поиск чувствительной методики их тестирования с помощью растений, обладающей достаточно высокой воспроизводимостью результатов. Лабораторные опыты, осуществленные по проращиванию семян гороха, свеклы, кукурузы и полевые - с различными сортами картофеля позволили выбрать в качестве удобной тест-системы колеоптили пшеницы. Определение ауксиноподобной активности фракций ГК 1-7 проводилось по известной методике, используя в качестве тест-объектов колеоптили проростков пшеницы (ТгШсыт аезиуит) Московская-39 урожая 2002г. Средний прирост длины колеоптилей за время эксперимента (120 часов при 25°С) в контроле (35%) взят за 100%. Наибольший прирост колеоптилей наблюдается для концентраций всех ГК в диапазоне 5-10 мг/л при максимуме ближе к 10 мг/л (Рис.1). Повышение концентрации вызывает замедление или даже угнетение (для ФК) роста колеоптилей. Значения физиологической активности (ФАг) фракций ГК для концентрации 10 мг/л Н2О приведены в Таблице 4, из которой видно, что максимальный эффект вновь характерен для ГК серые, а отсутствие такового - для ФК.

3.3. Изучение влияния ГК на растения

5 90 -к

£ 70-

6

а 50 -

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Концентрация, мг/л

—»-ГК —ГКбсзГМК—ГМК -Х-ГК серые

-Ж-ГК бурые —•—ФК —I—ГФК

Рис.1 Влияние фракций ГК на прирост колеоптилей пшеницы (ТгШсит аеыЬит)

Выбранный метод биотестирования ГК хорошо воспроизводит относительные значения ФАг в параллельных опытах (средняя погрешность менее 0-05) и также рекомендуется для относительной оценки их рост-стимулирующей активности.

Рассмотрение параметров фрагаентного состава ЯМР 13С позволяет отметить, что ГК 5 наиболее рост-стимулирующая в отношении как колеоптилей, так и дрожжевой культуры, отличается от других ГК незначительно, хотя имеет предельно низкие значения содержания углерода СОО и СарС,11, но наибольшие — СарО и СадК0, что, возможно, не случайно.

Таблица 4

Фрагментный состав (%), парамагнетизм (х1016спин/г) и ФА фракций ГК из УХ-1

№ Фракция с=о СОО С,рО СарС,Н СалкО Салк Спмц ФА, ФА2

1 ГФК 4.5 11.2 10.2 46.0 8.0 20.1 39.7 1.29 1.20

2 ГК 4.1 14.0 10.3 53.0 3.6 15.0 0.6 1.58 1.43

3 ГК без ГМК 5.5 13.8 9.1 45.1 5.0 21.5 1.0 1.76 1.26

4 ГМК 5.1 15.7 9.5 46.1 6.9 16.7 5.0 1.69 1.34

5 ГК серые 5.6 10.1 11.9 42.5 12.4 17.5 25.0 1.84 1.60

6 ГК бурые 5.4 14.8 10.2 49.3 6.6 13.6 2.2 1.58 1.46

7 ФК* 5.7 25.0 6.5 30.6 12.1 20.0 96.2 0.94 0.97

*Ввиду аномально большой интенсивности сигнала СОО (по-видимому, присутствие карбонатов) в сопоставлений «структура-свойство» ФК не включены.

3.4. Фрагментный состав ГК из спектров ЯМР ,3С и его связь с физиологической

активностью

Проведено сопоставление эффектов фракций ГК 1-7 в биоконверсии глюкозы (ФА]) и стимуляции роста колеоптилей (ФАг), которое обнаружило между ними линейную связь: ФА3=0.48+0.5б ФАи г=0.83, 5=0.17, п=7 (1)

Исключение из (1) наиболее отклоняющейся точки ГК 3 существенно улучшает ее: ФА2=0.34+0.6б ФАЬ г=0.95, 5=0.10, п=6 (2)

Наличие связи между величинами ФА фракций ГК в отношении совершенно разных процессов, объектов, методик и условий, но для которых общим является среда проведения, позволяет предполагать, что всецело определяют управляющую роль иа эти процессы какие-то характеристики ГК.

Выше уже указывалось, что при невозможности представления стохастических систем в форме компонентного состава, только фрагментный состав может быть использован как набор дескрипторов молекулярной структуры сложных органических объектов. Связь между отклонениями значений ФА1 и ФА2 для фракций ГК 1-6 (ДФА) от контроля (среда не содержит ГК) с шестью характеристиками фрагментного состава этих фракций из спектров ЯМР 13С (Таблица 4), выраженных в долях (т.е. 1%=0.01), строго описывается следующими линейным шестипараметровым уравнениями:

ДФА1=3.0(С=0)+15,6(СООН)+69.7(СорО)-15.6(СарС,Н)-21.8(Сал110)+1.1 (Сик) (3)

11

ДФА2=3.б(С=0)+4.1(С00Н)+32.2(Сч;0)-5.6(Сч,С)Н)-8.5(Сш,к0)-2.3(Салк) (4)

Надежная линейная связь между соответствующими коэффициентами при аргументах уравнений (3) и (4) (а| и Ь;, соответственно):

а, =0.04+ 2.20Ь„ г=0.988,8=2.39, п=б (5)

означает, что управляют двумя рассматриваемыми тест-реакциями одни и те же факторы.

Из уравнений (3-5) также следует, что биохимическая реакция превращения глюкозы в этанол вдвое более чувствительна к вариациям фрагментного состава. Основное влияние на ФА оказывает соотношение в ГК карбоксильных, ароматических и алкокси- фрагментов при незначительной роли кетонных и алифатических. Исключение последних из (3) и (4) и введение свободного члена приводит их к соотношениям:

ФА1=1.01+15.5(СОО)+63.5(С,Р0)-14.0(СЧ,С,Н)-18.8(С„К0), с=0.97,5=0.50, п=7 (б)

ФА2=0.99+5.9(СОО)+39.3(С,рО)-7.6(СарС,Н)-П.5(С„кО), г=0.89,8=0.21, п=7 (7)

Исключение из уравнения (7) по аналогии с (1) данных для ГК 3 приводит его к виду: ФА1=1.00+7.5(СОО)+44.7(СарО)-8.9(С,рС,Н)-13.7(С,лКО), г~0.9б, 5=0.22, п=6 (8)

Обе зависимости проходят через точку для контроля (ФА=1). Очевидно также, что только карбоксильные (м.б. сложноэфирные) и ароматические гидроксильные (но не метоксильные, характерные дая лигнина и торфа - предшественников углей) группы ГК положительно влияют на рост-стимулирующую активность ГК, а эффект групп ОН в 4-6 раз значительнее.

Между характеристиками ФА и другими дескрипторами молекулярного строения ГК 1-7 (параметрами элементного состава, характеристиками молекулярно-массового распределения, концентрации ПМЦ) взаимосвязи не обнаружено. Нет ее также между содержанием ПМЦ и ароматичностью, как неоднократно предполагалось в ряде публикаций.

Исходя из элементного и фрагментного состава ГК, можно предложить их «усредненную» формулу. Так, исходя из предпочитаемой нами модели ГК угля Мистерски-Логинова, для ГК 5 с наибольшими значениями ФА может быть предложена структурная формула следующего вида:

Такое мономерное звено (40С, 37Н, 150, 1КГ, т.е. ММ=771) содержит 2 С=0, 4 СОО, 5 СарО, 17 СарС,Н (из них только 2 С„РН), 5 СалкО и 7 Сапк- Распределение водорода следующее: 2Нар, 3 ОН, 2 СООН, 18 атомов водорода в ачкильных группах и 12 - у Сврз рядом с атомом кислорода. Измеренное значение ММ (29.3 кДа) соответствует химически несвязанной слосисто-пачечной структуре из 5-6 слоев. Рассмотрение такого рода формул выходит за рамки настоящей работы.

Механохимическая активация угля УХ-П увеличивает выход из него ГК (Таблица 1), но мало изменяет их фрагментный состав и экспериментально измеренную ФА] (Таблица 5).

Таблица 5

Фрагментный состав (%), парамагнетизм (х10'6спин/г) и относительное значение ФА| для ГК __ механообработанных углей_

№ Образец с=о СОО СаоО С^С.Н СшО Сал Спмц ФА]

8 ГКизУХ-П 5.0 12.0 13.1 40.6 13.3 16.0 8.3 2.22

9 ГК из УХ-Ш 6.5 11.8 12.8 43.0 12.9 13.0 23.1

10 ГК из УХ- IV 7.6 12.0 13.4 45.2 10.1 11.7 22.5

11 ГК из УХ-У 7.5 12.1 13.6 45.4 9.8 11.6 13.8 2.03

12 ГК из УХ-У1 6.0 12.5 13.2 44.5 8.1 15.7 1.5 2.29

13 Раствор ГК из УХ-П, 6%* 1.5 9.7 11.6 51.3 4.5 21.4 н/д

'Препарат, произведенный в ОАО «Техноэкспорт» по нашему заказу

Сравнительная оценка расчетных значений ФА для ГК из ОБУ ряда (Таблица 6) позволяет предполагать, что ГК из УХ-Н уступают (без учета зольности) только ГК 14, но несколько превышают ГК 17 и 18 из углей Иркутской области, нашедших промышленное использование. Надежность оценок подтверждает сравнение рассчитанных и экспериментальных значений ФА для ГК 16 и 17 (прогноз повышения ФА при механообработке на 30% соответствует значениям от 25% до 47% из эксперимента по прорастанию семян кукурузы для серии концентрации этих ГК в воде). Представленные результаты свидетельствуют о возможности использования параметров фрагментного состава из ЯМР 13С для прогнозирования свойств ГК.

Таблица 6

Фрагментный состав (%) ГК ряда бурых углей и их ФА (расчет по уравнениям (б) и (8))

№ Образец с=о СОО СавО СарС,Н СщкО Смк ФА (6) ФА (8)

8 ГК из УХ-П 5.0 12.0 13.1 40.6 13.3 16.0 3.0 2.3

14 ГК Тункинское 8.2 9.8 15.3 47.0 6.3 13.4 4.5 3.5

15 ГК Загустайское 5.6 11.2 9.5 36.8 11.9 25.0 1.4 1.2

16 ГК Щеткинское 1.4 12.2 10.0 48.9 4.0 22.9 2.0 1.7

17 ГК Щеткинское* 4.2 16.4 11.4 46.3 3.8 17.9 2.6 2.2

18 ГК Глинкинское 6.1 10.6 11.9 49.4 3.6 18.4 2.4 2.1

*ГК из Щеткинского угля, механообработанного в течение 15 минут

3.5. Гуминовые вещества из бурого угля месторождения Шивээ-Овоо (ШО)

Проведенное ранее исследование ГК из углей трех месторождений (М1-МЗ, на рис.2) Монголии показало практическое отсутствие у них рост-стимулирующего эффекта*. Для выяснения применимости найденных закономерностей для прогнозирования свойств ГК из других по степени метаморфизма бурых углей, проведено выделение из ранее не изучавшегося угля ШО свободных гуминовых кислот (СГК), их фракций, продуктов окисления остатков

" Бямбагар Б. и др. Взаимосвязь фрагментного состава гуминовых кислот с их физиологической активностью. Химия твердого топлива. №1. 2003. С.83-90 1

азотной кислотой (Схема 3). Все образцы охарактеризованы методами технического и элементного анализа, гель-фильтрации, потенциометрического титрования, ИК- и УФ-спектроскоции, ЯМР 13С. Обработка остаточного угля азотной кислотой приводит к деструкции и нитрованию его макромолекул, т.е. дополнительному извлечению ГВ с иным содержанием функциональных групп. Позиционирование исследованных ГК в координатах Н/С - О/С по Ван-Кревелену (Рис. 2) существенно отличается от Холбольджинских (с индексом X).

Значения ФАг фракций ГК 19-26 из ШО, полученные при лабораторном биотестировании этих групп ГК на семенах пшеницы не выявили количественной связи с расчетным ФАз (Таблица 7), что обусловлено факторами иными, чем параметры фрагментного состава (зольность ГК 18-25 варьируется в 6 раз). Однако очевидна общая тенденция: только СГК, имеющий наиболее высокое содержание групп СарО при пониженном значении С,?С,Н и СалкО, превосходит значение ФАг в контроле (1.00). Поскольку ингибирование роста пшеницы остальными фракциями 19-25 вследствии возможной их токсичности исключается (результаты цитогенетического анализа, основанного на учете хромосомных нарушений анафазным методом), то можно также предполагать, что использованный метод окисления, повышая выход

Схема 3. Выделение ГК и его остатка, окисленного азотной кислотой

ГК, ухудшает их целевое качество, в первую очередь, за счет нитрования ароматического кольца и алкилирования ароматических гидроксильных групп. Для повышения выхода ГК из ШО целесообразна механоактивация как в рассмотренном выше случае для Щеткинских углей. Представленный пример свидетельствует о том, что более детальное изучение фрагментного состава ГК углей, возможно, с привлечением информации из спектров ЯМР не только 13С, но

!Н и 170, будет способствовать уточнению представлений о взаимосвязи их свойств с молекулярной структурой.

Таблица 7

Фрагментный состав, % и ФАг (относительно контроля) фракций ГК из угля ШО

№ Образец со СООН ОрО С^СД ОшО Саж фа2 опыт фаг расчет

19 СГК 5.3 13.0 10.8 51.4 3.0 16.5 1.22 1.8

20 СГК-1 5.1 11.4 8.1 57.6 2.8 14.0 0.95 0.1

21 ГК 5.0 13.5 7.6 57.6 3.3 13.0 0.86 -0.2

22 ГК-1 4.9 12.6 9.6 51.1 6.8 15.0 0.98 0.7

23 ГМК 4.0 11.4 6.1 37.9 9.1 31.5 0.89 0.0

24 ГМК- 1 2.9 12.3 6.2 39.6 4.9 34.3 0.60 0.3

25 ФК 4.4 13.0 6.5 57.9 4.0 14.2 0.83 -1.2

26 ФК- 1 1.0 13.4 6.2 63.5 1.8 14.1 0.61 -0.2

о и

а

1

0,9

0,6

Гшгоогенизаиия Восстановление Т Окисление

Легштогенизаиия

ГК-1

•о ХФК

• гк

Иич,го?. сгк ФК-1 ФК

0 Ч«ГК ХГК серые ХГК бурые

0.2

0.35

0.45

0.55

0,6 О/С

Рис. 2 Положение препаратов ГВ из бурых углей месторождений ШО (черные круги) и Холбольджинского (белые круги) в координатах Н/С-О/С по Ван-Кревелену 3.6. Количественная спектроскопия ЯМР иС в аутентификации и сырьевой

идентификации промышленных гуминовых препаратов

Мпогопараметровая информация о ГК из спектров ЯМР, в отличие от ИК-спектроскопии и гель-хроматографии, является строгим количественным отражением распределения атомов !Н и 13С по всем функциональным группам и фрагментам этого сложного объекта. Если для задач аутентификации препаратов из ГК возможности этих методов в режиме «отпечатка пальцев» сопоставимы, то выявление сырьевого происхождения ГК целесообразно

проводить по спектрам ЯМР 13С. С целью подтверждения этого положения из серии промышленных гуматов (и препаратов, именуемых гуматами) методом переосаждения выделены ГК, получены их спектры ЭПР и ЯМР 13С, частично представленные на рис. 3. Их основные характеристики приведены в Таблице 8.

Таблица 8

Фрагментный состав гуминовых кислот (%), переосажденных из коммерческих гуминовых

препаратов (ГП) по данным спектроскопии ЯМР13С

№ Наименование препарата, заявленное сырье с=о соо СарО СарС, н СалкО Салк Спмц, (спин/г *1016) фа расчет

27 гк Химреактив (на) 0.4 6.6 7.4 38.3 25.8 21.4 33.55 0,65

28 гк Плодородие (Торф+сапропель) 1.8 12.0 9.0 51.4 3.8 21.7 12.16 0,86

29 Оксигумат (Бурый уголь) 3.7 6.3 9.9 54.6 13.2 12.3 12.56 0,82

30 Лигкогумат (Лигнин) 1.4 6.3 21.5 38.4 21.9 8.4 39.47 1,66

31 Гумистар (Вермикомпост) 1.2 8.3 5.6 32.9 17.3 33.9 9.5 0,55

32 Гумат-80 Урожай (Бурый уголь) 2.4 8.5 11.8 51.6 2.0 23.9 29.41 1.00

33 Ро\у-Нити8 (Леонардит) 1.4 8.9 8.4 49.6 4.2 27.4 23.04 0,76

34 Энергум (Бурый уголь) 0.8 9.2 8.8 50.2 10.8 20.1 29.4 0,80

35 Гель (Торф) 1.1 9.7 5.5 31.9 21.3 30.5 28 0,57

36 (Леонардит) 4.1 9.9 10.0 48.5 5.7 21.9 28 0,89

37 Энерген (Бурый уголь) 2.0 10.0 8.8 55.7 1.7 18.4 н.д. 0,81

38 Агрокор (н.д.) 10 11 2 11 12 54 н.д. 0,34

39 Теравита (Леонардит) 3.0 7.7 7.7 60.7 2.4 18.1 н.д. 0,69

40 Лигногумат-1 (лигнин) 1.7 0.5 11.0 49.6 27.6 9.7 н.д. 0,80

41 Энерген-2 в капсулах (Бурый уголь) 3.1 8.7 9.0 43.2 14.4 21.2 н.д. 0,80

42 Орггум (торф) 13.8 7.7 10.8 29.0 13.8 21.5 9.5 0,91

Н.д.- нет данных

Общая особенность ГК из ОБУ, установленная при исследовании ГК 1-26 - наличие трех четко выраженных спектральных максимумов с положением 30, 130 и 178 ррт, малое содержание фрагментов CmkO (12% и менее), но значительное - СОО и СарО - (20% и более), ответственных за ФА. Содержание других фрагментов варьируется более широко в зависимости от степени

зрелости исходного угля. В последней колонке Таблицы 8 представлены относительные значения ФА исследованных ГК, рассчитанные по модифицированному уравнению (б), в котором за контроль (т.е. 1.00) взято значение для хорошо зарекомендовавшего себя коммерческого препарата «Гумат-80.Урожай» из Глинкинского угля. Между фактором ароматичности ГК (Га=СарО+С>рСЛГ) и содержанием в них ПМЦ очевидной связи вновь не обнаружено, но для большинства ГК из угля эта величина оказалась сопоставима: 20-30 спин/гх 10!6, что является дополнительным критерием их происхождения.

Вид спектров ЯМР 13С (Рис. 3) и анализ данных по фрагментному составу позволяют выявить ряд препаратов (29, 34, 41), которые либо не соответствуют заявленному источнику происхождения, либо претерпели дополнительную химическую обработку, или компаундирование.

Попытка применения разработанного нами алгоритма фрагментного, группового и компонентного анализа сложных смесей угольного и нефтяного происхождения совокупностью методов спектроскопии ЯМР 13С и масс-спектрометрии с ионизацией электронным ударом в приложении к ГК оказалась неэффективной, т.к. для оценки молекулярных масс необходима масс-спектрометрия ультравысокого разрешения при ионизации электрораспылением. Поэтому, исходя из результатов, полученных в настоящей работе, возможен следующий алгоритм анализа угля и ГК, выделенных из него, для предсказания их свойств:

1. анализ исходного бурого угля и продуктов его механодеструкции по ГОСТ 9517-94 (определение влажности, зольности на сухое вещество, выхода свободных гуминовых кислот па сухое и сухое беззольное состояние, зольности гуминовых кислот);

2. анализ молекулярного строения выделенных ГК (элементный состав, содержание функциональных групп и фрагментов методами ЯМР 13С и потенциометрического титрования), расчет на их основе относительной ФА;

3. корректировка оценок ФА путем экспериментальной верификации с помощью двух рассмотренных выше экспрессных лабораторных тестов.

Испытания произведенной по нашему заказу в ТПК «Техноэкспорт» промышленной партии (=100кг) ГК из Холбольджинских углей показали, наряду с рост-стимулирующсй активности, их потенциальную перспективность как компонентов буровых растворов (НПО «Бурение», г.Краснодар), упрочнителей тяжелых бетонов (ВСГТУ, г.Улан-Удэ), детоксикантов нефтепродуктов (Институт биологии ИГУ, г.Иркутск), кормовой добавки цыплятам (Республика Корея). Совокупность полученных результатов позволяет рекомендовать угли УХ-I для производства гуматов методом сухого смешения со щелочными реагентами, а УХ-Н -вымыванием ГК водным раствором этих реагентов.

выводы

1. Впервые осуществлен отбор серии представительных проб окисленных бурых углей на территории Республики Бурятии, выделение из них гумусовых веществ, характеризация их методами технического и элементного анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопии, биотестированис рост-стимулиругощей активности.

2. Установлено, что бурые угли Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения являются перспективным сырьем для производства твердых и жидких препаратов гуминовых кислот; осуществлена их наработка для широкомасштабных испытаний.

3. Проведено разделение ГК на фракции, каждая из которых охарактеризована параметрами элементного и фрагментного состава, молекулярно-массового распределения, содержания парамагнитных частиц и физиологической активности в зависимости от концентрации.

4. Обнаружена рост-стимулирующая активность водных растворов ГК в отношении ряда микроорганизмов, грибов, семян, перспективность их использования в композициях для буровых растворов, детоксикантов нефтяных загрязнений суши и водных объектов, упрочняющих добавок для тяжелого бетона.

5. Впервые найдены статистически надежные взаимосвязи параметров фрагментного состава из спектров ЯМР 13С с физиологической активностью фракций ГК, выявившие определяющее положительное влияние содержания карбоксильных (сложноэфирных) и гидроксильных групп в ароматических кольцах, но отрицательную - групп СврС,Н и СщжО при балластном эффекте групп Сал*. Верификация полученных корреляционных уравнений на примере изучения других углей и их фракций показала их прогностическую значимость при поиске потенциально активных ГК.

6. Анализ спектров ЯМР 13С более 40 различных ГК показал, что количественная спектроскопия ЯМР ,3С при оптимизированных условиях регистрации спектров - наиболее корректный метод аутентификации ГК промышленных препаратов, идентификации их сырьевого происхождения, первичного прогнозирования физиологической активности. Предложен алгоритм оценки относительной физиологической активности ГК, включающий технический и элементный анализ, спектроскопию ЯМР и биотестирование.

7. Установлено, что механохимическая активация исходных углей, повышая выход ГК, может улучшать их физиологическую активность, тогда как окислительная деструкция азотной кислотой, повышая выход ГК, негативно действует на целевые свойства.

Основные результаты изложены в следующих работах:

1. Дашицыренова А.Д., Пройдаков А.Г., Рохин A.B., Капабин Г.А., Кушнарёв Д.Ф. Окисленные угли Гусиноозерского месторождения - эффективное сырье для производства безбалластных гуматов//Химия твердого топлива. 2006. Jfa2. С.22-28

2. Дашицыренова А.Д., Калабин Г.А., Пройдаков А.Г. Стимуляция биоконверсии глюкозы в этанол гуминовыми веществами окисленных бурых углей //Химия в интересах устойчивого развития. 2006. №2. т.14. с.199-204

3. Dashitsyrenova A.D., Kalabin G.A., Kuschnarev D.F., Proydakov A.G., Rokhin A.V. NMR spectroscopy in identification of humic substances and prediction its properties/ZStudia Universitatis Babes-Bolyai. Phisica. 4b. 2005. p.591 -594

4. Калабин Г.А., Дашицыренова А.Д., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B., Пройдаков А.Г. Количественная спектроскопия ЯМР в идентификации гуминовых веществ и прогнозировании их свойств//У1 Всероссийская конференция «Новые достижения ЯМР структурных исследованиях» с участием зарубежных ученых. Сб. тезисов. Казань. 2005. С.36

5. Dashitsyrenova A.D., Kalabin G.A., Kuschnarev D.F., Proydakov A.G., Rokhin A.V. NMR spectroscopy in identification of humic substances and prediction its properties// Proceedings of the Fourth Conference "Isotopic and molecular processes". Cluj-Napoca. 2005. p.151

6. Калабин Г.А., Кушнарёв Д.Ф., Баженов Б.А., Дашицыренова А.Д. Количественный анализ многокомпонентных смесей нефтепродуктов совокупностью методов спектроскопии ЯМР и масс-спектрометрии.//Нефтехимия. 2005. том 45. №6. С.1-12

7. Дашицыренова А.Д. Влияние гуматов бурого угля с различными технологиями предобработки на процесс спиртового брожения//Сб. научн. трудов «Актуальные проблемы экологии и природопользования». Вып.7 (часть 1). 2005. С.59-61.

8. Калабин Г.А., Дашицыренова АД., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B., Пройдаков А.Г. Количественная спектроскопия ЯМР в идентификации гуминовых веществ и прогнозировании их свойств/Лезисы докладов III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере». Санкт-Петербург. 2005. С.62-63

9. Монхжаргал Ш., Новикова Л.Н., Медведева С.А., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B., Дашицыренова АД., Калабин Г.А. Состав гуминовых веществ, выделенных из монгольского бурого угля//Химия твердого топлива. 2005. №4. С. 14-21

10. Дашицыренова А.Д., Калабин Г.А., Кушнарёв Д.Ф., Пройдаков А.Г., Рохин A.B., Кулагина Н.В., Сахабутдинов А.Г. Влияние гуматов окисленных бурых углей на процесс спиртового брожения//Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2005. №1 (11). С.167-172

П.Батуев Б.Ц., Золтоев Е.В., Бодоев Н.В., Быков И.П., Дашицыренова АД. Оценка физиологической активности гуминовых веществ окисленных углей (Бурятия)//Химия в интересах устойчивого развития. 2005. №13. С.501-505

12. Дашицыренова А.Д., Куликова H.A., Калабин Г.А., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B. Предсказание физиологической активности гуминовых кислот бурых углей юга Сибирской платформы на основе данных ЯМР I70//VII Международный семинар по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология).Ростов-на-Дону. 2004. С. 114-115

13. Калабин Г.А., Рохин A.B., Апрелкова Н.Ф., Пройдаков А.Г., Купгаарсв Д.Ф. Дашицыренова А.Д. Количественная спектроскопия ЯМР 13С гуминовых веществ бурых углей различного происхождения. /ЛI Международная конференция по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов (ядерный магнитный резонанс, хроматография/масс-спектрометрия. ИК-Фурье спектроскопия и их комбинации) для изучения окружающей среды. - Ростов-на-Дону. 2003.-е. 109-110.

14. Kulikova N.A., Dashitsyrenova A.D., Perm'mova I.V., Lebedeva G.F Auxin-like Activity of Different Fractions of Coal Humic Acids // Ecology and the Future. Vol. II. No. 3-4. Bulgarian J. of Ecological Science. Sofia. 2003. p. 11-13.

15. Дашицыренова А.Д., Рохин A.B., Кушнарев Д.Ф., Калабин Г.А., Пройдаков А.Г. Гумусовые кислоты окисленных бурых углей Бурятии: предсказание физиологической активности на основе фрагментного состава из спектров ЯМР !3С. //Актуальные проблемы экологии и природопользования. (Сб. научн. трудов).- М.: Изд-во РУДН. 2003. - с.246-248.

16. Дашицыренова АД., Куликова H.A., Кушнарев Д.Ф., Калабин Г.А. Оценка ауксиноподобной активности гуминовых веществ из окисленных бурых углей Гусиноозерского месторождения -Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра. Иркутск. 2003. №7. С. 47-48.

Дашицыренова Арюна Дашидалаевна (Россия) Гумусовые кислоты окисленных углей Республики Бурятии: состав, строение, свойства

Методами количественной спектроскопии ЯМР 13С, технического, элементного анализа, ЭПР, другими методами анализа молекулярного строения изучена серия гуминовых веществ из бурых углей Российской Федерации (Республика Бурятия. Иркутская область), их фракций и продуктов механодеструкции, а также ряд ГК, переосажденных из коммерческих препаратов (гуматов). Предложена схема выделения ГК из окисленных углей Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения для получения промышленного препарата в виде раствора в НгО/КаОП. Установлена рост-стимулирующая активность фракций ГК в отношении проростков пшеницы, семян гороха, ряда микроорганизмов, а также их перспективность в качестве компонентов буровых растворов, упрочняющих добавок в бетон, детоксикантов почвы и вод от нефтепродуктов.

Найдена количественная взаимосвязь параметров спектров ЯМР ПС фракций ГК с их физиологической активностью в отношении дрожжевой культуры и проростков пшеницы. Выработаны обобщенные критерии идентификации ГК из буроугольного сырья и предложен алгоритм прогностических оценок их активности с использованием количественной спектроскопии ЯМР 13С.

Dashitsyrenova Aryuna Dashidalaevna (Russia) Humic acids of oxidized coals of Republic of Buryatia: composition, structure, properties.

By NMR 13C, proximate and elemental analysis, EPR and other methods of molecular structure analysis was studied a set of humic substances (HS) from brown coals of Russian Federation (Republic of Buryatia, Irkutsk oblast), its fractions and products of mechanodestruction, and a set of HS reprecipitated from commercial products (humates). It is offered a scheme of HS precipitating from oxidized coals Gusinoozersk deposit (Holboldzhinskii open-cast) for getting commercial product in solution form (HjO/NaOH). It is established stimulative growth activity of HS's fractions on wheat germs, pea seeds, set of microorganisms and as promising application for additive in drilling agents, concrete, oil detoxicant in soils and waters.

It is searched out the quantitative correlation between NMR 13C data HS's fractions with its physiological activity on yeast culture and wheat seeds. It is developed integrated criteria for HS identification from brown coals deposits and offered algorithm of predictive estimations of its activity by using l3C NMR.

ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ

Автор благодарит своего руководителя Кааабгяа Г.А. - за предоставленное возможность выбора темы диссертации магистра и кандидата наук, постояннее вникание и организацию широких творческих контактов.

Автор выражает глубокую признательность за консультации и помощь:

Козлову Ю.П. и Вахрушевой O.G. (кафедра системной экологии РУДЕП - обсуждение планов постановки и проведения экспериментов

Святкдну И.А. (кафедра мониторинга и прогнозирования РУДН) - проведение экспериментов на импендансометре «Biotek»

Перминовой И.В.ЛОдову М.В. и Кудрявцев)- A.B. (лаборатория физической органической химии МГУ)- выделение гуминовых препаратов и получение гель-хроматограмм.

Куликовой H.A. и Лебедевой Г.Ф. (кафедра общего земледелия МГУ)- постановка и проведение экспериментов по ауксивоиодобной активности,

Якименко О.С. (кафедра химии почв МГУ) -предоставление серии ГК

Кушнарсву Д.Ф. и Рохину A.B. (кафедра аналитической химии ИГУ) обучение работе яа спектрометре ЯМР VXR.-500S "Varian"

Пройдакову А.Г. (кафедра органической химии ИГУ) - обучение выделению и анализ;. ГК. обсуждение результатов

Сахабутдинову А.Г. и Кулагиной Н.В. (Институт нефте- и утлехпмического син;еза при ИГУ) - проведение экспериментов по биоконверсип глюкозы

Стомл7 Д.И и Пономаревой A.B. (дабооатоодя водной токсикологии НИИ O.vrv. ;;. ИГУ) - проведение опытов на бактериях

Васильчснко Л.Г.- (научно-учебный отдел биохимических проблем экологии Института биохимии им. А.Н. Баха РАН) - постановка и проведение биохимических опытов

Мойее Ю.Н. (НПО «Бурение». г.Краснодар) - испытание ГК в качестве буровых растворов Мангутову АЛ. (кафедра промышленного и гражданского с троительства ВСГТУ. г.У.дап-Удэ) - испытание ГК в качестве компонентов с гроительных материалов

Чимитдоржиевой Г.Д. (каф. почвоведения и экспериментальной биологии Бурятского госуниверситета), Базаровой Ж..Г. (Байкальский институт природопользования СО РАН) -знакомство с региональными проблемами Бурятии л возможными путями их решения. Беляковой A.B. и Таран А.В - моим друзьям —. -за поддержку и участие. Моим родителям и брату - за веру и поддержку всех моих начинаний.

Принято к кспотасзшю 26'05/2006 Исполнено 26/05/2006

Заказ № 441 Тираж: 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва. Варшавское т.. 36 (4951 975-78-56 (495) 747-64-70 www.autoreferat.rv:

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Дашицыренова, Арюна Дашидалаевна

Введение

Глава 1. Гумусовые вещества окисленных бурых углей. 7 Литературный обзор

1.1 Общие сведения об особенностях гуминовых веществ углей

1.2 Основные направления использования гуминовых веществ

1.3 Строение гумусовых кислот

1.3.1 Элементный состав гумусовых кислот

1.3.2 Каркасная и периферическая части молекулы ГФК

1.3.3 ИК-спектроскопия ГФК

1.3.4 Молекулярно-массовые характеристики ГФК

1.4 Исследование структуры ГФК методом спектроскопии ЯМР 13С

Глава 2. Материалы и методы

2.1 Выбор окисленных бурых углей для получения ГК, их 52 модификация

2.2 Выделение ГК и их фракционирование

2.3. Исследование состава и молекулярного строения

2.3.1 Количественные спектры ЯМР 13С

2.3.2 Спектры ЭПР

2.3.3 Гель-хроматографическое определение молекулярных масс и 59 полидисперсности

2.3.4 ИК-спектроскопия

2.3.5 Содержание функциональных групп

2.4. Разработка и выбор тест-систем для исследования 61 физиологической активности

2.5. Нахождение взаимосвязей вида «фрагментный состав-свойства»

2.6. Верификация связей «состав-свойства» для ГК из других 61 окисленных бурых углей

2.6.1 Выделение фракций ГК из углей Шивээ-Овоо, окисленного азотной кислотой

2.7. Идентификация сырьевого происхождения ГК

2.8. Наработка промышленной партии препарата ГК

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Характеристика исследованных образцов

3.2. Изучение влияния ГК на микроорганизмы

3.3. Изучение влияния ГК на растения

3.4. Фрагментный состав ГК из спектров ЯМР 13С и его связь с 80 физиологической активностью

3.5. Гуминовые вещества из бурого угля месторождения Шивээ- 85 Овоо

3.6. Возможности количественной спектроскопии ЯМР 13С для 98 аутентификации, сырьевой идентификации промышленных гуминовых препаратов

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гумусовые кислоты окисленных углей Республики Бурятии: состав, строение, свойства"

Одной из фундаментальных задач экологизации сельского хозяйства и обеспечения безопасности пищевой продукции является замена большинства агрохимикатов и биоцидов на безвредные, экономичные и эффективные комплексные препараты природного происхождения. Среди последних гуминовые вещества занимают наиболее важное место, поскольку обладают способностью уже в малых дозах (0.001-0.01% раствор в воде) существенно повышать резистентность живых организмов к экстремальным воздействиям. Концепция экологизации агротехнологий России должна предусматривать широкое их использование для мобилизации внутренних защитных и продуктивных резервов биоты в условиях неблагоприятных климатических и антропогенных факторов.

Отдельные районы Республики Бурятия располагают огромными запасами окисленных бурых углей (ОБУ) коры выветривания, малопригодными для топливного использования, но содержащими высокие концентрации (до 93% на сухое беззольное состояние) гуминовых кислот* (ГК), играющих исключительно важную роль в обеспечении жизнедеятельности экосистем. Спектр направлений их рационального использования очень широк - от стимулирующих и адаптогенных препаратов сельскохозяйственного назначения (растениеводство, животноводство, птицеводство, рыборазведение) до активации лесоразведения, ремедиации техногенно загрязненных почв, очистки акваторий водных объектов, использования в качестве компонентов буровых растворов, упрочнителей бетонных растворов, красителей и т.д.

Широкое применение ГК тормозится отсутствием общепринятых методов характеризации их молекулярной структуры. Они должны надежно устанавливать аутентичность препаратов ГК или количественно оценивать вид и степень отклонений от нее, прогнозируя на этой основе возможные Термин «гуминовые кислоты» используется здесь и далее, поскольку изучаемые гумусовые кислоты практически не сдержат (3% и менее) фульвокислот изменения интересующих прикладных свойств. Исследования последнего десятилетия показали, что наиболее полную информацию о составе, строении и взаимосвязи молекулярных фрагментов природных стохастических высокомолекулярных систем, в том числе ГК, как компонентов каустобиолитов, недоступную другим физическим и химическим методам анализа дает количественная спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Цель работы - расширение возможностей использования гуминовых кислот окисленных углей как ценного и экологически безопасного природного органического сырья для развития экономики России и обеспечения безопасности жизнедеятельности.

Задачи работы:

• изучение ряда месторождений ГК на территории Республики Бурятии для выбора наиболее перспективного для углубленного исследования и практического применения

• характеризация молекулярного строения и свойств фракций ГК, продуктов механодеструкции и окисления бурых углей

• поиск взаимосвязи параметров молекулярного строения и прикладных свойств ряда ГК и их фракций путем проведения физико-химического, биохимического и биологического тестирования; верификация прогностических возможностей найденных взаимосвязей в отношении ГК, выделенных из других углей и иных сырьевых ресурсов

• оценка возможностей идентификации сырьевого происхождения гуминовых препаратов на основе количественных спектров ЯМР 13С переосажденных ГК

Научная новизна. Впервые методами технического и элементного анализа, спектроскопии ЯМР 13С, ЭПР, ИКС и гель-хроматографии изучена серия ГК из нативных и механоактивированных ОБУ Российской Федерации (Республика Бурятия, Иркутская область) и Монголии, их фракций и продуктов окисления, а также ряда ГК из коммерческих препаратов

1 "X гуматов). Проведена оценка устойчивости измеряемых из спектров ЯМР С количественных параметров фрагментного состава ГК к вариациям условий регистрации спектров. Найдены взаимосвязи этих параметров с физиологической активностью ГК в отношении микроорганизмов Bacillus thuringiensis, Saccharomyces cerevisiae, Mycelia sterilia ИНБИ 2-26 и растений Triticum aestivum и Pisum sativum. Предложены обобщенные критерии идентификации ГК из ОБУ и алгоритм прогностических оценок их активности на основе фрагментного состава ГК.

Практическая значимость. Предложены схемы выделения ГК из ОБУ Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения, получена промышленная партия ГК в виде раствора (12% в H20/Na0H), установлена их рост-стимулирующая активность в отношении микроорганизмов, растений, животных, перспективность в качестве компонентов буровых растворов, упрочняющих добавок в тяжелые бетоны, детоксикантов нефтепродуктов.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Дашицыренова, Арюна Дашидалаевна

ВЫВОДЫ

1. Впервые осуществлен отбор серии представительных проб окисленных бурых углей на территории Республики Бурятии, выделение из них гумусовых веществ, характеризация их методами технического и элементного анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопии, биотестирование рост-стимулирующей активности.

2. Установлено, что бурые угли Холбольджинского разреза Гусиноозерского месторождения являются перспективным сырьем для производства твердых и жидких препаратов гуминовых кислот; осуществлена их наработка для широкомасштабных испытаний.

3. Проведено разделение ГК на фракции, каждая из которых охарактеризована параметрами элементного и фрагментного состава, молекулярно-массового распределения, содержания парамагнитных частиц и физиологической активности в зависимости от концентрации.

4. Обнаружена рост-стимулирующая активность водных растворов ГК в отношении ряда микроорганизмов, грибов, семян, перспективность их использования в композициях для буровых растворов, детоксикантов нефтяных загрязнений суши и водных объектов, упрочняющих добавок для тяжелого бетона.

5. Впервые найдены статистически надежные взаимосвязи параметров фрагментного состава из спектров ЯМР 13С с физиологической активностью фракций ГК, выявившие определяющее положительное влияние содержания карбоксильных (сложноэфирных) и гидроксильных групп в ароматических кольцах, но отрицательную - групп СарС,Н и СалкО при балластном эффекте групп СалК. Верификация полученных корреляционных уравнений на примере изучения других углей и их фракций показала их прогностическую значимость при поиске потенциально активных ГК.

6. Анализ спектров ЯМР 13С более 40 различных ГК показал, что количественная спектроскопия ЯМР 13С при оптимизированных условиях регистрации спектров - наиболее корректный метод аутентификации ГК промышленных препаратов, идентификации их сырьевого происхождения, первичного прогнозирования физиологической активности. Предложен алгоритм оценки относительной физиологической активности ГК, включающий технический и элементный анализ, спектроскопию ЯМР и биотестирование.

7. Установлено, что механохимическая активация исходных углей, повышая выход ГК, может улучшать их физиологическую активность, тогда как окислительная деструкция азотной кислотой, повышая выход ГК, негативно действует на целевые свойства.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Дашицыренова, Арюна Дашидалаевна, Москва

1. Агапов А.И., Кривопалова М.А., Аввакумова Н.П. Изучение хелатообразующей активности гуминовых кислот// Гуминовые вещества в биосфере: Тез. док. III Всероссийской конференции. С-Пб. 2005. С.24-25

2. Азафонова-Вафина Ф.Г. О комплексном характере действия физиологически активных гумусовых веществ на растения//Биологические науки, 1992, №10, с.61-69

3. Александров И.В. Распределение микроэлементов в гуминовых веществах бурого угля//Химия твердого топлива. 1994. №3. С. 27-32

4. Александров И.В., Канделаки Г.И.//Биологически активные вещества бурых углей//Химия твердого топлива, 1992. №2. С.28-34

5. Александров И.В., Мочалов В.Ю., Бочарова Г.Б. Получение красителей на основе гуминовых веществ из бурых углей//Химия твердого топлива, 1995. №5. С.12-17

6. Александров И.В., Юхновец Л.Б. Биологически активные мелиоранты на основе гуминовых веществ бурых углей и природных цеолитов//Химия твердого топлива, 1994. №3. С. 10-18

7. Андреева Д.Б. Гуминовые вещества низинного торфа и бурого угля Забайкалья. Автореф. дис. . канд. биол. наук. Улан-Удэ, 2002.

8. Батуев Б.Ц., Золтоев Е.В., Бальбурова Т.А., Кострикова Т.В., Бодоев Н.В. Различия гуминовых кислот окисленных углей и разных типов почв по данным спектроскопии ЯМР 13С.//(в печати)

9. Ю.Богословский В.Н., Левинский Б.В., Сычев В.Г. Агротехнологии будущего. Книга!. Энергены. Изд-во РИФ Антиква, М., 2004.-166с

10. П.Бямбагар Б., Кушнаре Д.Ф., Федорова Т.Е., Новикова JI.H., Яковлева Ю.Н., Островская P.M., Пройдаков А.Г., Калабин Г.А.//Химия твердого топлива, 2003. №1. С.83-89.

11. Вески Р.Э. Проблемы генетической классификации гуминовых кислот/ЛТочвоведение, 1992, №10, с.54-57

12. Гаврилин К.В., Озерский А.Ю. Канско-Ачинский бассейн/ Под ред. В.Ф. Череповского. М.: Недра. - 1996.- 272с.

13. Гаврилов Б.М., Андреев В.П., Фигурак A.A. Получение углещелочного реагента для обработки буровых растворов//Химия твердого топлива, 1988. №3, с. 86-89

14. Гаврилов Б.М., Коледин Д.М., Горлов Е.Г., Дадыка Л.А., Мойса Ю.Н. Использование бурых углей России в производстве буровых растворов//Химия твердого топлива, 1999. №2. С. 75-79.

15. Гагарин С.Г., Екатеринина Л.Н., Аляутдинова Р.Х. Корреляция физиологической активности и физико-химических свойств гуминовых кислот//Химия твердого топлива, №3, 1991, с.38-43

16. Ганкина Л.В., Тишкова О.П., Звегильский Д.С. Продукты термической деструкции бурого угля, модифицированного гидроксидом Ca// Уголь. 1981. №3.С.41-49

17. Глобин П.Д., Ронсаль Г.А. Влияние гуминовой кислоты на жизнедеятельность дрожжей/УГуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Днепропетровск. - 1983. - Т8. - с.354-357.

18. Головин Г.С., Скрипченко Г.Б., Щадов И.М. Особенности состава углей по "Востсибуголь" и вопросы их комплексного использования//Химия твердого топлива, 1994. №6. С.57-61

19. Горовая А.И. Роль физиологически активных гуминовых веществ в адаптации растений к действию ионизирующей радиации и пестицидов// Гуминовые вещества в биосфере, 1993, с. 144-149

20. Горовая А.И., Орлов Д.С., Щербенко О.В. Гуминовые вещества. Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль. Киев.: Наукова думка, 1995.- 303с

21. Гречищева Н.Ю. Взаимодействие гумусовых кислот с полиядерными ароматическими углеводородами: химические и токсикологические аспекты. Автореф.дис. канд.хим.наук. М., 2000. с.27

22. Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. М.: Изд-во МГГУ, 2003. - 556с

23. Дагуров A.B. Модификация гуматами эффектов углеводородов нефти на гидробионтов. Автореф.дис. канд.биол.наук. Иркутск, 2004, 24с

24. Данченко H.H. Функциональный состав гумусовых кислот: определение и взаимосвязь с реакционной способностью. Автореф.дис.канд.хим.наук. М„ 23с

25. Дерффель К. Статистика в аналитической химии. Пер с нем. М.: Мир, 1994.-268с

26. Егоров А.П., Петровская JI.K., Новоселова И.В., Головин Г.С. Экологическое и токсическое значение естественной системы микроэлементов в ископаемых углях//Химия твердого топлива, 1994. №6. С.110-116

27. Екатеринина Л.Н., Мотовилова Л.В., Аляутдинова Р.Х., Родэ В.В. Гуминовые препараты из углей для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. М.: 1989. 87с

28. Ермаков Е.И., Ктиторова И.Н., Скобелева О.В. Влияние гумусовых кислот на механические свйоства клеточных стенок//Физиология растений, 2000, том 47, №4, с. 591-599

29. Ермаков Е.И., Попов А.И. Неорневая обработка растений гуминовыми веществами как экологически гармоничная корректировка продуктивности и устойчивости агроэкосистем//Вестник РАСХН, №2, 2003,с7-11

30. Ермаков Е.И., Попов А.И. Развитие представлений о влиянии гуминовых веществ на метаболизм и продуктивность растений// Вестник РАСХН, №4,2003,с. 16-20

31. Жилин Д.М. Исследование реакционной способности и детоксифицирующих свойств гумусовых кислот по отношению к соединениям ртути (И): Автореф. дисс. канд. хим. наук. М., 1998.23с.

32. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарёв Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. М.: Химия, 2000. - 408с.

33. Камнева А.И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. М.: Химия, 1990. - 288с

34. Карпухин А.И. Функциональная роль комплексных соединений в генезисе почв и питании растений// Гуминовые вещества в биосфере, 1993. с. 117125

35. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. М.: Недра, 1972. 392с

36. Козырь В.И. Разработка и применение люменесцентного метода для экологического анализа качества семян. Автореф. дисс.канд.биол.наук. М.; 2005. 24с

37. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. М.:Изд-во МГУ, 1963, 55с

38. Красильников H.A. Методы изучения почвенных микроорганизмов и их метаболитов. // М.: МГУ, 1966. 216 с.

39. Кричко A.A., Родэ В.В., Рыжков О.Г. Промышленная технология получения безабалластных гуминовых стимуляторов роста растений из бурых углей//Уголь, 1992, №2, с.6-8

40. Куколев Г.В. Мельниченко Л.Г. Об ускорении мокрого измельчения цементного сырья и снижении влажности шлама//Журнал прикладной химии, 1951. T.XXIV. №3. С.231-241

41. Куколев Г.В., Пивень И.Я. К вопросу о разжижении каолиновых и глинистых суспензий// Журнал прикладной химии, 1955. T.XVII. №5. С.357-363

42. Куликова H.A., Перминова И.В., Лебедева Г.Ф. Связывание атразина гумусовыми кислотами некоторых почв//Почвоведение, 2003, №10, с.1207-1212

43. Кухаренко Т.А. Еще раз о гуминовых кислотах//Химия твердого топлива, №3, 1993, с.3-8

44. Кухаренко Т.А. О молекулярной структуре гуминовых кислот// Гуминовые вещества в биосфере, 1993. с. 27-35

45. Кухаренко Т.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. М.: Недра, 1972,216с

46. Ладонин Д.В., Марголина С.Е. Взаимодействие гуминовых кислот с тяжелыми металлами//Почвоведение, 1997, №7, с.806-811

47. Левинский Б.В., Калабин Г.А., Кушнарев Д.Ф., Бутырин М.В. Гумагы калия из Иркутска и их эффективность//Химия в сельском хозяйстве, №2, 1997, с.30-32

48. Малый практикум по физиологии растений. Учеб.пособие.- 9-е изд. Перераб. и доп. / Под ред. А.Т. Мокроносова. М.:Изд-во МГУ, 1994.-184с

49. Марыганова В.В., Бамбалов H.H., Пармон C.B. Воздействие вида экстрагента на структуру извлекаемых из торфа гуминовых кислот//Химия твердого топлива, 2003, №1, с 3-10

50. Методы экспериментальной микологии. Справочник/Под. Ред. Дудка И.А., Вассер С.П., Элланская И.А. и др. Киев.: Изд-во Наукова Думка, 550с

51. Михеев В.А., Петрова Г.И., Бычев М.И. Трансформация бурых углей в гуминовые вещества при тепловом воздействии. Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2002. - 120с.

52. Наумова Г.В., Стригуцкий В.П., Жмакова H.A., Овчинникова Т.Ф. Связь молекулярной структуры гуминовых кислот и их биологической активности//Химия твердого топлива, №2, 2001, с.3-13

53. Неронин Н.К., Сапунов В.А. Применение гуматного препарата в производстве керамики//Химия твердого топлива, №1, 1991, с. 100-102

54. Никишина М.Б. Химический состав гуминовых кислот бурых углей Подмосковного бассейна, реакционная способность, область применения: Автореф.дис. .канд. хим. наук. С-Пб, 1997.19с

55. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. Изд-во МГУ, М., 1990, 325 с

56. Орлов Д.С., Осипова H.H. Инфракрасные спектры почв и поченных компонентов. -М.: Изд-во Моск.ун-та, 1988.-89с.

57. Перминова И.В. Гумусовые кислоты: анализ, строение, свойства. Дисс. .докт. хим. наук, М, 2000

58. Перминова И.В., Жилин Д.М. Гуминовые вещества в контексте зеленой химии/Зеленая химия в России, В.В. Лунин, П. Тундо, Е.С. Локтева (Ред.), Изд-во Моск. Ун-та, 2004. с. 146-162.

59. Покуль Т.В., Парамонова Т.Г., Крюкова В.Н., Мицук Г.Е. Гуминовые вещества бурых углей Хандинского месторождения// Гуминовые вещества в биосфере, 1993. с. 54-57

60. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование/Под. Ред. Е.И. Ермакова. СПб.: Изд-во С.-Пб.ун-та, 2004. - 248с

61. Пройдаков А.Г., Полубенцев A.B., Кузнецова Л.А. Гуминовые кислоты из бурых углей, механически обработанных в присутствии воздуха//Химия в интересах устойчивого развития, 13. 2005. с.641-647

62. Родэ В.В., Рыжков О.Г. Гуминовые препараты из бурых углей месторождений России// Химия твердого топлива, 1994. №6. С.43-49.

63. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: Учебюпособ./Под ред. Н.С. Егорова. -М.:Изд-во МГУ, 224с

64. Салим K.M. Использование гуминовых препаратов для детоксикации и биодеградации нефтяного загрязнения. Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 2004. 27с.

65. Тихова В.Д. Анализ элементного и фрагментного состава гуминовых кислот почв Сибири комплексом инструментальных методов. Автореф. дисс. на соиск. канд.хим.наук. Новосибирск, 2003

66. Трубецкой O.A. Гуминовые кислоты различного генезиса: выделение и исследование стабильных электрофоретических фракций. Автореф. дис. .докт. биол.наук. Пущино, 2003, с.ЗО

67. Трубецкой O.A., Трубецкая O.E., Сайз-Хименес Ц. Исследование стабильных электрофоретических фракций гуминовых кислот методом пиролитической газовой хроматографии/масс-спектрометрии// Почвоведение, 2005, №11, с. 1333-1340

68. Уланов H.H. Возможности использования окисленных углей и гуминовых веществ в сельском хозяйстве// Гуминовые вещества в биосфере, 1993,с.157-161

69. Федорова Т.Е. Количественная спектроскопия ЯМР 13С, 170 и физиологическая активность гуминовых кислот: Автореферат дис. .канд. хим. наук. Иркутск, 2000

70. Федорова Т.Е., Кушнарев Д.Ф., Вашукевич Н.В., Пройдаков А.Г., Бямбагар Б, Калабин Г.А. 13С ЯМР спектроскопия гуминовых кислот различного происхождения //Почвоведение, 2003, №10, с. 1213-1217.

71. Химия и переработка угля/В.Г. Липович, Г.А. Калабин, И.В. Калечиц и др. -М.: Химия, 1988.-336с

72. Хрусталева Г.К. Геологические аспекты производства гуминовых препаратов из углей.// Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. Обзор. М.,000 "Геоинформцентр", 2003 -50с.

73. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. -М.: Недра, 1996.-238с.

74. Черников В.А. Методы структурной диагностики органического вещества почв//Методы исследования органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия, 2005. С. 135-147

75. Чимитдоржиева Г.Д., Андреева Д.Б., Вишнякова О.В. Аминокислотный состав гуминовых кислот низинного торфа, бурого угля и лугово-черноземных мерзлотных почв Забайкалья//Агрохимия, 2001, №12, с. 1923

76. Чимитдоржиева Г.Д., Андреева Д.Б., Корсунов В.М. Гуминовые кислоты низинного торфа и бурого угля//Доклады академии наук, 2002, том 384, №6, с.829-832

77. Чухарева Н.В. Исследование кинетики термически активированных изменений состава и свойств торфяных гуминовых кислот. Автореф.дис.канд.хим.наук. Барнаул, 2003. 23с

78. БЗ.Шарипова Х.З. Состав и свойства углей Туркмении и основы полчения гуминовых регуляторов роста растений. Автореф.дис. . канд.техн.наук. Минск, 1991.26с

79. Якименко О.С. Промышленные гуминовые препараты: перспективы и ограничения использования//Н Международная научно-практическая конференция "Дождевые черви и плодородие почв". Владимир, 2004. С.249-251

80. Якименко О.С. Фульвокислоты и фульвокислотная фракция гумуса: природа, свойства и методы выделения. Аналитический обзор//Почвоведение, 2001, №12, с. 1448-1459

81. Якименко О.С., Амосова Я.М., Садовникова JI.K. Углегуминовые препараты и их влияние на свойства почвы в модельном эксперименте//Вестн.Моск.ун-та, Сер. 17, 1997, №3, с. 15-20

82. Якименко О.С., Садовникова JI.K. Методы исследования свойств промышленных гуминовых удобрений//Методы исследования органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия, 2005. 521с

83. Яковлева Ю.В. Оценка экологической опасности лигнинсодержащих соединений. Автореф.дис. . канд.биол.наук. Красноярск, 2005. 20с

84. Abad М., Fornes F., Garcia D., Cegarra J., Roig A. Effects of humic substances from different sources on growth and nutrient content of cucumber plants// Humic substances in the aquatic and terrestrial environment. Linkoping, 1989/ pp. 391-396

85. Bain A. Chemical exchange in NMR//Prog.Nucl. Magn.Reson.Spec. 43. 2003.pp 63-103

86. Benedetti M.F., Van Riemstdijk W.H., Koopal L.K. Humic substances considered as a heterogeneous gel phase//Environ.Sci Technol. 30. 1996. pp.1805-1813

87. Burdon J. Are the traditional concepts of the structures of humic substances realistic?//Soil Science. 2001. Vol. 166.No. 11. pp752-769

88. Cacco G., Dell'Agnolo G. Plant growth regulatory activity of soluble humic complex//Can.J. Soil Sci. 62. 1984. pp. 306-310

89. Chen Y., Katan J., Gamliel A., Aviad T., Schitzer M. Involvement of soluble organic matter in increased plant growth in solarized soils//Biol Fertil Soils, 32, 2000. pp.28-34

90. Christ I., Knicker H., Kogel-Knaber I., Kretzchmar R. Chemical heterogeneity of humic substances: characterization of size fractions obtained by hollow-fiber ultrafiltration//Eur.J.Soil Sci. 51. 2000. pp. 617-625

91. Clapp C.E. and Hayes M.H.B. Sizes and Shapes of Humic Substances. Soil Science, Vol.164 (11): 777-789, 1999

92. Conte P., Piccolo A., B. van Lagen, P. Buurman and P. A. de Jager Quantitative differences in evaluating soil humic substances by liquid- and solid-state 13C-NMR spectroscopy// Geoderma, 1997. v.80.pp 339-352

93. Conte P., Piccolo A., B. Van Lagen,. Buurman P and P. A. de Jager1 'X

94. Quantitative aspects of solid-state C-NMR spectra of humic substances from soils of volcanic systems//Geoderma. 1997. v.80. pp.327-338

95. Conte P., Piccolo A., B.van Lagen, Buurman P., Hemminga M.A. Elemental quantification of Natural organic matter by CPMAS Spectroscopy//Solid state nuclear magnetic resonance. 21. 2002. pp. 158-170

96. Cook R.L. Coupling NMR to NOM// Anal.Bioanal.Chem. 2004. 378. ppl484-1503

97. Cook R.L., Langford C.H. Structural characterization of a fulvic acid and a humic acid using solid state ramp-CP-MAS C-13 nuclear magnetic resonance//Environ.Sci.Technol. 32. 1998. pp. 719-725

98. Daniel H. Stuermer and James R. Payne Investigation of seawater and terrestrial humic substances with carbon-13 and proton nuclear magnetic resonance//Geochimica et Cosmochimica Acta. Vol.40. 1976. pp.1109-1114

99. David P.P., Nelson P.V., Sanders D.C. A humic acids improves growth of tomato seedlings in solution culture//J.Plant Nutr. 17. 1994. pp. 173-184

100. Davis W.M., Erickson C.L., Johnston C.T., Delfino J.J., Porter J.E. Quantitative Fourier transform infrared spectroscopic investigation of humic substances group composition//Chemosphere, Vol. 38, No. 12, pp.2913-2928, 1999

101. De Nobili M., Gjessing E., and Sequi P. Sizes and shapes of humic substances by gel chromatography. In: Humic substances II. Hayes M.B.H., MacCarthy P., Malcolm R.L., and Swift R.S. (Eds). John Wiley&Sons Ltd. 1989, pp. 562-591.

102. Francioso O., Ciavatta C., Monteccio D., Tugnoli V., Sanchez-Cortez S., Gessa C. Quantitative estimation of peat, brown coal and lignite humic acids using chemical parameters, 1-H NMR and DTA analyses//Biores. Technol. 88. 2003. pp. 189-195

103. Frund R., Lundeman H.D. The quantitative analysis of solution- and CP MAS-C-13 NMR spectra of humic material//Sci.Total Environ. 81/82. 1989. pp.157-168

104. Gerzabek M.H., Pichmayer F., Blochberger K., Schaffer K. Use of 13C measurements in humus development// Reprint from Stable isotopes in plant nutrition, soil fertility and environmental studies. 1991. pp.269-274

105. Geyer W., Hemidi F.A.-H., Bruggemann L., Hanschmann G. Investigation of soil humic substances from different environments using TG-FTIR and multivariate data analysis//Thermochimica Acta. 2000. pp. 139-146

106. Giovanella M., Parlanti E., Soriano-Sierra E.J., Soldi M.S., Sierra M.M.D. Elemental compositions, FTIR spectra and thermal behavior of sedimentary fulvuc and humic acids from aquatic and terrestrial environments//Geochem.J. 38. 2004. pp.255-264

107. Hartwigsen J.A., Evans M.R. Humic acid seed and substrate promote seedling root development//HortScience, 35(7). 2000. pp.1231-1233

108. Hatcher P.G., Dria K.J., Kim S., Frazier S.W. Modern analytical studies of humic substances//Soil Science. 2001. Vol.166. No.l 1. pp.770-793

109. Hatcher P.G., Clifford D.J. The organic geochemistry of coal: from plant materials to coal//Org.Chem. 27. 1997. pp.251-274

110. Hayes M.H.B., Clapp C.E. Humic substances: considerations of compositions, aspects of structures, and environmental influences//Soil Science. 2001.Vol.166. No.l 1. pp.723-737

111. Hertkorn N. Molecular level structural analysis of natural organic matter and of humic substances by NMR spectroscopy. Ph.D. thesis. 2006. 255p

112. Janos P. Separation methods in the chemistry of humic substances. J. of Chromatography A. 983 (2003) 1-18

113. Janos P., Tokarova V. Characterization of coal-derived humic substances with aid of low-pressure gel permeation chromatography//Fuel. 2002.pp.1025-1031

114. Keeler C., Maciel G.E. Quantification in the solid-state C-13 NMR analysis of soil and organic soil fraction//Anal.Chem. 75. 2003. pp.2421-2432

115. Kelly A.E., Withers R., Dotsch V. Low-conductivity bufferes for the sensitivity NMR measurements//J. Am.Chem.Soc. 124. 2002.pp. 1213-1219

116. Kingery W.L., Simpson A., Hayes M.H.B., Locke M.A., Hicks R.P. The application of multidimensional NMR to the study of soil humic substances//Soil Science. 2000. Vol.165.No.6.pp.483-494

117. Kuzhawinski E.B., Freitas M.A., Zang X., Hatcher P.G., Green-Church K.B., Jones R.B. The application of electrospray ionization mass spectrometry (ESI MS) to the structural characterization of natural organic matter//Org. Geochem. 33.2002. pp.171-180

118. Kuzhawinski E.B., Hatcher P.G., Freitas M.A. Anal. Chem. 74. (2002). 413

119. Ladd J.M., Butler J.H.A. Inhibition and stimulation of proteolic enzyme activities by soil humic substances//Austr.J. Soil Res. 1971. 7.pp.253-261

120. Lambert J., Buddrus J. Quantification of isolated methyl groups in aquatic humic substances by means of 1H and 13C NMR spectroscopy//Magn. Reson. Chem. 34. 1996.pp.276-282

121. Lowe L.E. Studies on the nature of sulfur in peat humic acids from Froser River delta, British Columbia. //Sci. Total Environ.- 1992.-V.113- P. 133-145,

122. MacCarthy P. The principles of humic substances//Soil Science. 2001. Vol.166. No.ll, pp.73 8-751

123. Madronova L., Kozler J., Cesikova J., Novak J., Janos P. Humic acids from coal of the North-Bohemian coal field III. Metal-binding properties of humic acids measurements in a colamn arrangement//Reactive&Functional Polymers, 47,2001, pp. 119-123

124. Mahien M., Powlson D.S., Randall E.W. Statisical analysis of published carbon-13 CPMAS NMR spectra of soil organic matter//Soil Sci.Soc.Am.J. 63. 1999. pp 307-319

125. Malcolm R.E., Vaughan D., Effects of humic acids fractions on invertase activities in plant tissue//Soil Biol& Biochem. 11. 1978. pp. 65-72

126. Malic K.A., Azam F. Effect of humic acid on wheat seedling growth of tobacco//Plant and Soil. 54. 1980.pp.485-490

127. Mao J., Hub W.G., Ding G.W., Schmidt-Rohr K., Davies G., Ghabbour E.A., Xing B. Suitability of different C-13 solid-state NMR techniques in the characterization of humic substances//Int. J.Environ. An.Ch. 82.2002.ppl83-196

128. Merlo L., Ghihi R., Rascio N., Passera C. Effects of humic substances on carbohydrate metabolism of maize leaves// Can.J. Plant Sci. 71. 1991. pp. 419425

129. Muscolo A., Cutrupi S., Nardi S. IAA detection in humic subsatances//Soil BioLBiochem. Vol.30. No.8/9.pp.l 199-1201

130. Nardi S., Pizzeghello D., Gessa C., Ferrarese L., Trainotti L., Casadoro G. A low molecular weight humic fraction on nitrate uptake and protein synthesis in maize seedlings//Soil Biology&Biochemistry, 32, 2000. pp.415-419

131. Nardi S., Pizzeghello D., Muscolo A., Vianello A. Physiological effects of humic substances on higher plants//Soil Biology and Biochemistry. 2002. №34. P. 1527-153 6

132. Nardi S., Pizzeghello D., Reniero F., Rascio N. Chemical and biochemical of humic substances isolated from forest soils and plant growth//Soil Sci. Soc. Am.J. 2000. Vol.64, pp.639-645

133. Nelson P.N. Baldrock J.A. Estimating the molecular composition of a11diverse range of natural organic materials from solid-state C NMR and elemental analysis//Biogeochem. 72. 2005. pp 1-34

134. Novak J., Kozler J., Janos P., Cesikova J., Tokarova V., Madronova L. Humic acids from coals of the North Bohemian coal field I. Preperartion and characterization. Reactive& Functional Polymers 47. (2001) 101-109

135. Perminova I.V., Kulikova N.A., Zhilin D.M., GretschishevaN.Y., Holodov V.A., Lebedeva G.F., Matorin D.N., Venediktov P.S., Petrosyan V.S. Mediating effects of humic substances in aquatic and soil environments//www.humus.ru

136. Pertuit A.J., Dudley J.B., Toler J.E. Leonardite and fertilizer levels influence tomato seedling growth//HortScience, 36(5), 2001. pp.913-915

137. Peuraviouri J., Ingman P., Pihlaja K. Critical comments on accuracy of quatitative determination of natural organic matter by solid-state ,3C NMR spectroscopy//Talanta. 59. 2003.pp. 177-189

138. Peuravuori J., Ingman P., Pihlaja. Critical aspects of quantativedetermination of natural humic matter by solid state ,3C NMR spectroscopy//Talanta. #59. 2003. pp. 177-189

139. Piccolo A. The supramolecular structure of humic substances//Soil Science. 2001. V0I.I66.N0.11. pp.810-832

140. Piccolo A., Celano G., Pietramallara G., Effects of fractions of coal-derived humic substances on seed germination and growth of seedlings//Biol.Fertil. Soils, 1993, #16 (ll),p.l 1-15

141. Piccolo A., Conte P., Cozzolino A. Chromatographic and spectrophotometric properties of dissolved humic substances compared with macromolecular polymers//Soil Science. 2001. Vol.166. No.3. pp 174-185

142. Piccolo A., Nardi S., Conchery G. Structural characteristics of humus and biological activity//Soil Biol.&Biochem. 13. 1992. pp.273-380

143. Piccolo A., Spiteller M. Electrospray ionization mass spectrometry of terrestrial humic substances and their size fractions// Anal Bioanal Chem. 2003. 377. pp. 1047-1059

144. Ping G., Schmitt-Kopplin P., Hertkorn N., Zhang W.B., Zhang Y.K., Kettrup A. Separation of selected humic degradation compounds by capillary electromatography with monolithic and packed columns//Electrophoresis. 24. 2003. pp/958-969

145. Pinton R., Cesco S., Iacoletti G., Astofi S., Varaniri Z. Modulation of nitrate uptake by water-extractable humic substances/ZPlant Soil. 215. 1999. pp. 155163

146. Pinton R., Varaniri Z., Vizzotto G. Soil humic substances affect transport properties of tonoplast vesicles isolated from oat roots//Plant and Soil. 142. 1992. pp. 203-210

147. Pizzeghello D., Niccoliani G., Nardi S. Hormone-like activity of humic substances in Fagus sylvatica forests//New Phytologist. 151. 2001. pp.647-657

148. Pizzeghello D., Nicolini G., Nardi S. Hormone-like activity of humic substances in different forest ecosystems//New Phytologist, 2002, 155, p.393-402

149. Preston C.M. Carbon-13 solid-state NMR of soil organic matter- using the technique effectively//Can.J. Soil Sci. 81. 2001. pp. 255-270

150. Ralph J.R., Catcerside D.E.A., J. Chromatography. A. 724 (1996) 97

151. Ricca G., Severini F. Structural investigation of humic substances by IR-FT, ,3C-NMR spectroscopy and comparison with a maleic oligomer of known structure//Geoderma. 58. 1993. pp. 233-244

152. Ricca G., Severini F. Structural investigations of humic substances by IR-FT, 13C-NMR spectroscopy and comparison with a maleic oligomer of known structure//Geoderma. 1993. v.58. pp 233-244

153. Ricca G., Severini F., G. Di Silvestro, Yuan C.M., Adani F. Derivatization and structural studies by spectroscopic methods of humic acids from leonardite. Geoderma. 98 (2000) 115-125

154. Shin H.S., Moon H. An average structure proposed for soil iulvic acid aided by DEPT/QUATC-13 NMR pulse techniques//Soil Sci. 161. 1996.pp.250-256

155. Simpson A. Multidimensional solution state NMR of humic substances: a practical guide and review//Soil Science. 2001. V0I.I66.N0.I l.pp795-809

156. Simpson A., Kingery W.L., Hayes M.H.B., Spraul M., Humpfer E., Dvortsak P., Kerssebaum R., Godejohann M., Hofmann M. Molecular structures and associations of humic substances in the terrestrial environment//Naturwissenschafien. 2002. 89. pp.84-88

157. Skjemstad J.O, Frost RL and Barron PF. Structural units in humic acids from south-eastern Queensland soils as determined by 13 NMR spectroscopy// Australian Journal of Soil Research. V.21. 1983. pp. 539-547

158. Sotak C.H., Dumoulin C.L., and. Levy G.C. Software for quantitative analysis by carbon-13 Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrometry// Anal.Chem. 1983, 55 pp 782 787

159. Stevenson F.J. Geochemistry of Soil Humic Substances. In: Humic substances in soil, sediment and water. Aiken G.R., McKnight D.M., Wershaw R.L., MacCarthy P. (Eds.), N.Y., John Wiley & Sons, 1985.- P. 13-52

160. Stevenson F.J., Humus chemistry. Genesis, Composition, Reactions. Wiley, Chichester, 1994

161. Swift R.S., Posner. J. Soil Science. 33 (1971), 237

162. Suggete R.P., Dickinson W.W. Carbon NMR of coals: the effects of coal type and rank//Int. J. Coal Geol. 2004. #57. pp. 1-22

163. Sutheimer S.H., Ferraco M.J., Cabaniss S.E. Molecular size effects on carboxyl acidity: implications for humic substances//Analytica Chimica Acta, 304, 1995, pp.187-194