Способ извлечения гумусовых веществ из почвы Советский патент 1984 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к сельском хозяйству и касается биохимии, фиэико-химии, химии, физики почв и охраны окружающей среды. Оно может быть использовано ,в почвенно-агрохимических исследованиях,

Известно применение для экстракции гумусовых кислот из почвы водного раствора пирофосфата натрия с рН 12-13 l.

Недостатками данного способа являются нецелесообразность применения для почв, содержащих в заметных количествах подвижные формы соединений железа, которые взаимодействуют с пирофосфатом натрия и тем самым снижают реакционную способность раствора - вытеснителя гумусовых кислот; трудность очистки получаемых препаратов гумусовых кислот от аниона , переход в вытяжку гумусовых кислот иной природы, нежели в вытяжку раствора 0,1 н. NaOH.

Известен способ экстракции гумусовых веществ из почвы, включающий декальцирование пробы почвы раствором, минеральной кислоты, многократное вытеснение гумусовых веществ раствором NaOH, осаждение коллоидов насыщенным раствором сульфата натрия, центрифугирование и отделение гуминовых кислот от фульвокислот добавлением минеральной кислоты C2J.

Недостатком способа является невысокий, полуколичественный выход гумусовых кислот, что вызывает необходимость работы с большими навесками почвы (1-3 кг) и с большими объемами вытяжки (20-30 л). Кроме того, выделение гумусовых кислот протекает в течение нескольких суто что может вызнать их химическую деструкцию. Наконец, в прототипе не представляется возможным выделение фракции гуминоглинистых веществ

Цель изобретения - более полное и быстрое извлечение гуминовых кислот и одновременное количественное выделение фракции гуминоглинистых веществ из почвы.

Поставленная цель достигается те что вытеснение гумусовых и гуминоглинистых веществ из почвы осуществляют в сочетании с одновременной или последовательной обработкой ультразвуком при частоте 75-85 кГц и мощности излучателя 18-22 в течение 9-11 мин за один прием до полного извлечения фракций.

Пример. Исследования выполняют с образцом, взятым иэ гор. А-, (0-15 см) краснозема типичного тяжелосуглинистого, сформировавшегося вблизи с. Анасеули (Аджария), на зебровидных глинах, под пологом

порослевого буково-грабового леса. Воздушно-сухую навеску образца массой 30 г слегка растирают в фарфоровой ступке, отбирают пинцетом корешки, пропускают через сито в 1 мм декальцируют раствором 0,1 н. НСР, отмывают от С , высушивают при 40-50°С, вновь растирают и просеивают через сито в 110 мкм. Из этой пробы берут две навески по 5,1 г.

Из первой навески первоначально извлекают гумусовые кислоты по прототипу следующим образом. К навеске приливают сначала 10 мл раствора 0,1 н. NaOH, а через 20-30 мин после смачивания пробы объем суспензии доводят тем же раствором до 100 мл и оставляют на 18-20 ч. Образовавшуюся темноокрашенную суспензию сливают в приемник и проводят операцию экстракции еще 5 раз. Последняя порция вытяжки оказывается светло-жел,той, мутноватой. На 6 обработок расходуют около 500 мл раствора 0,1 н. NaOH, т.е. соотношение раствор;почва 17-1б:1. Общая продолжительность обработки почвы раствором превышает 4 сут. Вытяжку центрифугируют при 6000 1 за 20 мин, к фугату приливают 120 мл насыщенного раствора сульфата натрия, оставляют на ночь для образования осадка коллоидов, вторичным центрифугированием того же режима отделяют раствор гумусовых кислот объем которого доводят до 1 л дистиллированной водой. К 500 мл этого расвора приливают 430 ил 0,1 н. раствора НСР (рН 1,5) и оставляют на ночь. Из раствора выпадает осадок тяжелых гуминовых кислот (ГК), а на его поверхности образуется пленка хлопьевид;ных сгустков легких ГК. .Легкую фракцию ГК собирают на стеклянный фильтр путем откачивания раствора фульвокислот под вакуумом. Обе фракции ГК переосаждают, отмываю от избытка СЕ до рН 6,5 дистиллированной водой при центрифугировании и полученные препараты высушиваю на часовых стеклах в термостате при 40-50°С. Эти препараты ГК названы исходными. I

Извлечение дополнительной фракции ГК и фракции гуминоглинистых веществ из той же пробы выполняют следующим образом. К остатку почвы, помещенному в 200-миллилитровый стакан, небольшими объемами ,0,1 н. раствора NaOH из центрифужных пробирок переносят осадки, образовавшиеся в ходе первого и второго центрифугирований ватяжки в прототипе. Объем суспензии в стакане доводят тем же раствором NaOH примерно до 100 мл и проводят первый сеанс ее обработки ультразвуком на установке ванночного типа фир№а Культроникс

(Франция) при мощности излучателя 18-22 Вт, частоте 75-85 кГц в течение 9-11 мин, что является оптимальным режимом для выделения гуминоглинистых веществ, из почвы. Образовавшуюся темноокрашенную суспензию отстаивают 15-20 мин и декантацией сливают в приемник, а к почве приливают новую порцию 0,1 н. раствора NaOH и проводят второй сеанс обработки ультразвуком. Поскольку масса про бы в остатке постепенно уменьшается, то количество проливаемого раствора NgiOH снижают на 5-10 мл в каждом последующем сеансе. Указанные операции выполняют до тех пор, пока не образу ется минеральный осадок, а суспензия становится слабо мутной и слабоокрашенной. Для этого требуется 12 сеансов. При последнем сливании суспензии осадок минералов отделяют декантацией. Этот осадок отмывают от избытка щелочи дистиллированной водой до рН 6,5-7,0, высушивают в термостате и взвешивают. Гуминоглинистые вещества отделяют от раствора гумусо вых кислот центрифугированием при 60001 за 20 мин. Коллоиды, осажденные раствором сульфата натрия из раствора гумусовых кислот, присоединяют к основному осадку ГУМИНОГЛИНИС

тых веществ, которые отмывают до рН 6,5-7,0 при центрифугировании, затем переносят в фарфоровые чашки и высушивают. Окончательную очистку гуминоглинистых веществ от минера.лов проводят с использованием тяже1ЛОЙ жидкости. Осаждение дополнительной фракции ГК и их отделение от расвора ФК проводят так же, как и в прототипе. В дополнительной фракции ГК подфракция легких ГК практически отсутствует.

Из второй декальцированной пробы препараты ГК и фракции гуминоглинистых бёЩеств извлекают следующим образом. К навеске почвы приливают 100 мл 0,1 н. раствора ЫаОН и полученную суспензию обрабатывают ультразвуком на установке ванночного типа фирмы Культроникс (Франция) при мощности излучателя 18-22 Вт, частоте 75-85 кГц в течение 9-11 мин Образовавшейся темноокрашенной суспензии дают отстояться 15-20 мин и декантацией сливают ее в приемник, а к пробе приливают примерно 95 мл 0,1 н. раствора NaOH и повторяют указанную операцию. Далее поступают

так же, как и при извлечении дополнительной фракции ГК и гуминоглинистых веществ из первой навески. Подфракцию легких ГК собирают на стеклянный фильтр при откачивании раствора ФК под вакуумом. Всего выполняют 12 обработок, общая продолжительность экстракции составляет 7ч.

Выход гуминовых кислот приведен в табл. 1. Эти данные показывают, что предлагаемый способ позволяет; дополнительно экстрагировать значительные количества ГК, которые превышают 1/3 массы исходных ГК, выделенных по прототипу. Дополнительная фракция ГК отличается от ГК прототипа по элементному составу (табл. 2): они обогащены углеродом, водородом, т.е. содержат повышенное число групп СН, но отличаются меньшим содержанием кислорода. Данные позволяют предположить , что природа дополнительно выделенной фракции ГК несколько иная чем природа ГК прототипа.

Преимуществом предлагаемого способа является количественное вьвделение фракции гуминоглинистых веществ. Обнаружено, что на их извлечение заметное влияние оказывает техника экстракции: наиболее полный их выход npo исходит в варианте а (изначальная обработка ультразвуком почвы в 0,1 н растворе NaOH). Можно полагать, что предварительная обработка почвы одним раствором 0,1 н. NaOH оказывает закрепляющее воздействие на исходную пробу, после которого обработка ультразвуком в том же растворе NaOH не позволяет выделить определенную часть гvминoглиниcтыx веществ.

Технико-экономическая эффективность способа заключается в более быстром (примерно в 10 раз) и более полном (на 35-40% относительных) извлечении гуминовых кислот, получении дополнительной фракции ГК особой природы, одновременном количественном выделение фракции гуминоглинистых веществ, возможности исследования малых по массе проб почвы с целью получения препаратов ГК в количествах (десятки-сотни мг), достаточных для выполнения анализов по их диагностике, более глубоком и полном познании природы гумусовых и гуминоглинистых веществ, ответственных за почвенное плодородие, которое регулирует уровень урожайности сельскохозяйственных культур.

, f1076829

Результаты сравнительного определения содержания гуминовых кислот, извлеченных по прототипу ипо предлагаемому способам, а также фракции гуминоглинистых вешеств, вьвделенных по предлагаемому способу - варианты « и 5 - из гор. А {0-15 см) краснозема (Лцжарня) (воздушно-сухая навеска) (йЪ варианту S данные по дополнительной фракции гуминовых ислот)

Т a б л и ц a 1

:Продолжение табл. 1

Предлагаем Вариант d Повторяемость 1

П W

м

. р,

Предлагаем Вариант б Повторяемость

Продолжение .

34,26

36,19

39,32

36,59 1,475 2,555 7,0 4,0

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГУМУСО-ВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЧШЛ, включающий декальцирование пробы почвы раствором минерашьной кислоты, многократное вытеснение гумусовых веществ раствором едкого натра ,оссикдение коллоидов насьаценным раствором сульфата натрия, центрифугирование,отделение гуминовых кислот от фульвокислот добавлением минеральной кислоты, отличаюцийс я тем, что, с целью более полного и (Нестрого извлечения гуминовых кислот и одновременного количественного выделения фракции гуминоглинистых веществ из почвы, вытеснение гумусовых и гумино-глинистых веществ иэ почвы осуществляют в сочетании с одновременной или последовательной обработкой ультразвуком при частоте 75-85 кГц и можности излучателя 18-22 Вт в течение 9-11 мин эа один прием до полного извлечения фракций.

И М е ч а-н И е. , Анализы выполнены А.П.Мухиной в институте биоорганической химии им. М.М.Шемякина АН СССР на анализаторе модели 185-Б фирмы Хоюлетт-Паккард Швейцария .