.

Гумусові речовини та їх роль у процесах комплексоутворення й детоксикації у водосховищах Дніпра (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 1871
Скачать документ

Реферат на тему:

Гумусові речовини та їх роль у процесах комплексоутворення й
детоксикації у водосховищах Дніпра

Гумусові речовини (ГР) поверхневих вод – це складна суміш органічних
поліелектролітів, що відрізняються між собою розмірами молекул,
молекулярною будовою та наявністю різноманітних функціональних груп.
Джерелами ГР у поверхневих водоймах є грунтовий гумус, а також наземні
та водяні рослини. ГР характеризуют ься високою стійкістю і практично
мало зазнають деструкції. В залежності від розчинності в кислотах та
лугах ГР поділяють на гумінові кислоти (ГК), фульвокислоти (ФК) та
гуміни [1, 2]. ГК добре розчиняються в розбавлених розчинах лугів, але
коагулюють і потім осаджуються при підкисленні лужного екстракту нижче
рН 2. На відміну від ГК, ФК добре розчинні в розбавлених розчинах як
лугів, так і кислот. Хімічну основу ГР складають ароматичні кільця ізо-
та гетероциклічної будови. ФК характеризуються менш вираженою
ароматичною частиною, ніж ГК, тому їх розчинність у поверхневих водах
завжди значно вища. ГР містять у своєму складі карбоксильні, фенольні,
гідроксильні та аміногрупи, завдяки чому в цих макромолекулярних
лігандах є багато потенціальних зв’язуючих центрів для іонів металів [2,
3]. Комплексним сполукам металів з ГР властива достатньо висока
стійкість [4]. Існує думка, що іони металів можуть зв`язуватись ГР не
тільки у вигляді форм, здатних до дисоціації, але також у вигляді
внутрішньо сферичних комплексів, або ж знаходитись всередині
макромолекулярних лігандів [5]. Комплексоутворюючі властивості ГР
відрізняються стосовно різних металів і в значній мірі залежать від
розмірів молекул цих органічних сполук [6].

Комплексоутворення за участю ГР у більшості випадків призводить до
детоксикації металів, що було встановлено на прикладі алюмінію, міді,
цинку, ртуті, кадмію, свинцю та деяких інших металів [4, 6, 7].
Утворюючи водорозчинні комплекси, ГР сприяють підвищенню міграційної
здатності металів у водній товщі. Завдяки комплексоутворюючим
властивостям, ГР здатні вилучати важкі метали з донних відкладів водойм
і таким чином підвищувати їх міграційну здатність в системі “донні
відклади – вода”, що може бути причиною вторинного забруднення водного
середовища. При цьому комплексоутворююча здатність ФК приблизно у 2-3
рази вища, ніж ГК [4].

Дослідження останніх років показали, що ГР можуть утворювати з іншими
органічними речовинами водневі, ван-дер-ваальсові та гідрофобні типи
зв`язків. Така взаємодія впливає на поведінку цих речовин у водоймах, а
саме на швидкість їх хімічної деградації, фотолізу, на міграційну
рухливість та біологічне споживання. Зокрема, високі концентрації ГР
сприяють збільшенню розчинності небезпечних токсикантів, таких як ДДТ,
поліароматичних вуглеводнів [3], що може негативно впливати на
життєдіяльність гідробіонтів. В той же час результати дослідження
токсичності цих сполук методом біотестування свідчать про те, що
внаслідок зв’язування токсикантів ГР утворюються нетоксичні аддукти [3].

В доповіді наведено результати багаторічних досліджень ГР, як домінуючої
групи органічних сполук у водосховищах Дніпра, та їх ролі у зв’язуванні
іонів металів у комплекси. Розглянуто дані про кінетику
комплексоутворення та взаємозв’язок між токсичністю металів і
концентрацією їх вільних (гідратованих) іонів.

що його основу складають ГР (табл.1). При цьому концентрація ФК
приблизно в 30-40 разів вища, ніж ГК. Вміст ГР у водосховищах
зменшується з півночі на південь (табл. 2).

Таблиця 1. Компонентний склад РОР води дніпровських водосховищ в липні
1992 р., середні значення

Водосховище Сорг, мг/дм3 ГК ФК БПР Вуглеводи

Київське 12,57 1,10

4,37 21,20

84,29 0,63

2,52 0,80

3,18

Кременчуцьке 8,59 0,56

3,26 11,80

68,63 0,45

2,61 0,70

4,06

Каховське 8,90 0,60

3,37 10,90

61,20 0,94

5,29 0,99

5,58

Примітка: над рискою – середні значення, мг/дм3, під рискою – масова
частка компонента в загальній сумі органічних речовин, %. БПР –
білковоподібні речовини.

Таблиця 2. Вміст гумусових речовин у воді дніпровських водосховищ у
1990-1994рр., мг/дм3

Водосховище ГК ФК

Київське 0,42 – 3,49

1,29 21,20 – 54,30

32,85

Кременчуцьке 0,27 – 0,70

0,44 11,80 – 29,63

18,36

Каховське 0,21 – 0,82

0,34 10,90 – 19,24

13,72

Над рискою – граничні значення, під рискою – середні.

Вода Київського водосховища найбільш збагачена гумусовими речовинами і
їх вміст в загальній сумі РОР досягає майже 90%. В Кременчуцькому
водосховищі ГР складають близько 70 %, а в Каховському – 65 %.
Максимальні величини концентрації ГР спостерігаються, як правило, в
період весняної повені (березень – квітень). Влітку та восени на
формування компонентного складу РОР в значній мірі впливають водяні
організми, внаслідок чого утворюється певна кількість так званого
“планктонного гумусу” й інших органічних речовин, зокрема
білковоподібних сполук, вуглеводів та ін. Поверхневий збір в цей час
зберігає своє першочергове значення лише під час злив та довготривалих
дощів. Так, наприклад, в серпні 1993 р. під час дощів біхроматна
окисність (БО) у воді Київського водосховища змінювалась в межах 27,3 –
81,4 мг О/дм3, а вміст ГР досягав 27,4 – 114 мг/дм3 , що значно
перевищував аналогічні дані навіть в період весняної повені.

ГР – це сполуки з широким діапазоном молекулярної маси – від сотень до
декількох сотень тисяч дальтон. Їх середня молекулярна маса залежить як
від джерела походження, так і від фракційного складу. За величинами
середньої молекулярної маси ГР можна розмістити в ряд: ГФК вод 1000 Да) може досягати навіть 35%. В Кременчуцькому водосховищі частка
такої фракції менша і складає біля 24% а в Каховському – 20%.
Відповідно, у воді Каховського водосховища переважають більш
низькомолекулярні фракції ФК (1000 Да, 2 –
800–600, 3 – 600–400, 4 – 400–200, 5 – 60 тис. Да.

Кінетика комплексоутворення. Швидкість зв’язування іонів металів у
комплекси з РОР поверхневих вод слід розглядати як важливий фактор з
екологічної точки зору. Більш швидке комплексоутворення є запорукою
того, що токсичність металів знижуватиметься внаслідок зменшення
концентрації їх вільних іонів як найбільш токсичної форми. Результати
наших багаточисленних досліджень показали, що зв’язування металів у
комплекси з РОР відбувається досить повільно. При цьому швидкість
комплексоутворення залежить, перш за все, від концентрації металу, який
вноситься в пробу води, а також від компонентного складу природних
органічних речовин, що зазнає сезонних змін. При підвищенні концентрації
досліджуваного металу в природній воді зв’язування його в комплекси
відбувається з більшою швидкістю і в більшій кількості. Раніше ми
вважали, що рівновага в системі в таких умовах досягається за декілька
діб [9]. Але результати більш поглиблених досліджень показали, що повної
рівноваги в системі не вдається досягнути за декілька діб навіть за
наявності високих значень концентрації металів, що обумовлено, мабуть,
специфікою ГР як макромолекулярних лігандів. Якщо порівняти дані про
кінетику комплексоутворення металів (на прикладі міді та цинку) у різні
пори року, можна переконатись, що найменша швидкість зв’язування
характерна для весняного періоду. В більшості випадків вона залишається
достатньо низькою і в першій половині літа (рис. 5, крива 1).

Рис. 5. Кінетика комплексоутворення Cu (II) та Zn (II) у воді верхньої
ділянки Канівського водосховища.

а: 1 – червень, 2 – серпень, 3 – листопад; б: 1 – квітень, 2 – жовтень.

Наприклад, практично повне зв’язування міді в комплекси з РОР води
верхньої ділянки Канівського водосховища у червні 1998 року досягалось
лише через три місяці після її внесення в систему (рис. 6а, крива 1).
Для порівняння нами також була вивчена швидкість зв’язування іонів Cu2+
різними за молекулярною масою фракціями очищеного препарату ФК,
вилучених з природної води. Комплексоутворення досліджувалось при рН 8,0
та концентрації ФК в розчині близько 27 мг/дм3 (такі величини
концентрації ФК характерні для Київського водосховища у весняний
період). Виявилось, що зв’язування міді в комплекси відбувається значно
швидше, ніж в пробах природної води, хоча і в цьому випадку рівновага в
системі досягається лише на 5-у або 6-у добу від початку експерименту
(див. рис. 6б).

Рис. 6. Зміна концентрації вільних іонів Cu (ІІ) у воді з верхньої
ділянки Канівського водосховища в червні 1998 р. (а) та в пробах на
основі бідистильованої води з фракцією ФК 800–400 Да (б) внаслідок
комплексоутворення. а: початкова концентрація іонів Cu (ІІ) у воді 250
(1) та 500 (2) мкг/дм3, рН=8,1;

б: рН=8,0; Сорг= 27,0 мг/дм3, [Cu2+]=500 мкг/дм3.

Питання про досить незначне комплексоутворення при збільшенні
концентрації ГР у водному середовищі до цих пір залишається мало
вивченим. Можна припустити, що збільшення вмісту ГР у воді
супроводжується певними конформаційними змінами у будові макромолекул,
внаслідок чого їх активні центри стають недоступними для
комплексоутворення. З іншого боку, не слід виключати того, що абсолютна
більшість комплексоутворюючих центрів може бути зайнята іонами інших
металів , таких як залізо, алюміній, мідь . На наш погляд, ця причина
цілком аргументована, якщо врахувати, що дуже часто спостерігається
тісний взаємозв’язок між кольоровістю води та вмістом в ній заліза. На
прикладі Київського водосховища було виявлено, що збільшення
кольоровості води призводить до зростання в ній концентрації заліза,
причому таке явище спостерігається не тільки в період весняної повені,
але й за умов дощового літа. Оскільки, залізо з ГР утворює досить тривкі
комплекси, то конкуруюче комплексоутворення з іншими іонами металів у
цьому випадку є практично неможливим. Повністю звільнити залізо з
комплексних сполук вдається лише за умов жорсткого фотохімічного
окислення РОР у кислому середовищі, або ультразвукової обробки проб
води.

Детоксикація металів внаслідок їх зв’язування в комплекси з ГР.
Комплексоутворення за участю органічних лігандів природного походження в
більшості випадків супроводжується зниженням токсичності металів або
повним її зникненням. Це підтверджують і результати спеціально
проведених нами експериментів, метою яких було вивчення токсичності міді
в довготривалих дослідах з природною водою з Канівського водосховища
[10]. Токсична дія вільних іонів міді встановлювалась шляхом
біотестування з використанням Daphnia magna Straus та деяких інших
гіллястовусих ракоподібних (Ceriodaphnia affinis Lilljeborg і Eurycercus
lamellatus O.F.Muller). Процес комплексоутворення тривав понад три
місяці. Було встановлено, що токсичність водного середовища визначалась,
головним чином, наявністю вільних іонів Cu (II), концентрацію яких
постійно контролювали за допомогою хемілюмінесцентного методу. Зі
зниженням їх вмісту за рахунок зв’язування в комплекси з РОР (див. рис.
6а, крива 1) токсичність води знижувалась. В комплексоутворенні основну
роль відігравали ГР, головним чином ФК, бо 70–75 % міді було зв’язано
саме з ними. Наприкінці експерименту токсичність водного середовища
виявилась мінімальною, хоча сумарна концентрація розчиненої міді
становила 325 мкг/дм3. Але основна частина цієї міді (300 мкг/дм3)
знаходилась у складі комплексних сполук, які, судячи з усього, не
проявляли токсичної дії на тест-організми.

Список літератури

Линник П.Н., Набиванец Ю.Б., Искра И.В., Чубарь Н.И. Комплексообразующая
способность растворенных органических веществ поверхностных вод как
составная часть “буферной емкости” водных экосистем // Гидробиол. журн.
– 1994. – 30, № 5. – С. 87–99. 10. Линник П.Н., Щербань Э.П. Оценка
токсичности форм меди в природных водах методом биотестирования в
сочетании с хемилюминесцентным определением концентрации свободных ионов
Cu 2+ // Экологическая химия. –1999. – 8, № 3. – С. 168–176.

0

20

40

60

80

100

зима

весна

літо

осінь

%

1

2

3

4

5

а

0

20

40

60

80

100

Al

Fe

Zn

Cu

Pb

Cr

Cd

Метали

%

б

0

20

40

60

80

100

Al

Fe

Zn

Cu

Pb

Cr

Cd

Метали

%

1

2

3

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020