WIN - KOI - DOS - ISO - MAC - LAT

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПОЧВ
асп. Е. Лодыгин

В последние годы в биохимии почв остро встала проблема совершенствования методологических подходов к изучению органического вещества и в особенности почвенного гумуса. Многие традиционные методы, такие, например, как фракционно-групповой анализ гумуса и др. во многом исчерпали свои возможности, а целый ряд предлагаемых методов оказались либо сложными для массового применения, либо косвенными и трудно интерпретируемыми. Причина этого отчасти заключается в сложном строении и гетерополидисперсном характере почвенного гумуса. В результате, при изучении процессов трансформации органического вещества исследователи сталкиваются с трудно сопоставимыми и зачастую с противоречивыми данными. Таким образом, необходим выход на новый уровень методологического обеспечения, связанный с использованием современных методов изучения молекулярной структуры и функциональных свойств гумусовых веществ.

Одним из таких методов, позволяющих получать прямую информацию о важнейших физико-химических параметрах гумусовых соединений, является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). ЭПР обладает высокой чувствительностью и дает многообразную информацию о строении веществ, содержащих свободные радикалы, которые благодаря большому запасу энергии и высокой активности играют большую роль в большинстве химических реакций между органическими, органе минеральными и минеральными соединениями в почвах. Изучение свободнорадикальной структуры почв и гумусовых веществ позволяет судить об их реакционной способности и является актуальной задачей в решении комплексной проблемы формирования и превращения органического вещества почв 12].

Важную роль неспаренных (свободных) электронов в любой химической или биологической системе обусловливает большой запас энергии и соответственно высокая активность, которой обладают эти электроны. Известно, что большинство химических реакций идет через стадию образования свободных радикалов, обладающих неспаренным электроном. Свободный радикал может быть короткоживущим (например, в ходе реакции неорганических молекул) и стабильным (обычно в сложных органических системах). В литературе, посвященной использованию метода ЭПР в изучении природных высокомолекулярных органических соединений, для обозначения группировок атомов или участков молекул, обладающих нсспаренным свободным электроном, принят термин "парамагнитные центры" [1].

Все вещества, содержащие неспаренные электроны, можно подразделить на две большие группы. В первой - неспаренные электроны связаны либо со всей молекулой, либо с большей ее частью. Эти неспаренные электроны перемещаются по сильно делокализованным молекулярным орбиталям и обуславливают активность атомных группировок, входящих в состав молекулы. Изучение этих неспаренных делокализованных электронов важно для понимания специфики реакций, идущих через стадию свободных радикалов, и механизма процессов полимеризации или образования промежуточных продуктов каких-либо биохимических реакций. Ко второй - относят те, в которых неспаренный электрон связан только с каким-либо атомом, а не перемещается по делокализованной молекулярной орбитали, охватывающей многие атомы. Поэтому изучение электронного парамагнитного резонанса в биологических и биохимических системах, содержащих атомы таких металлов или их ионы, часто дают очень полезные сведения о характере связей исследуемого атома и степени его окисления.

Метод ЭПР за последние годы успешно применяют для изучения органического вещества почв. Мы использовали этот метод для изучения образцов верхних генетических горизонтов (0-35 см) торфянисто-подзолисто-глееватой почвы и выделенных из них препаратов гумусовых веществ: гуминовых кислот (ГК), фульвокислот (ФК) и липидов.

Исследования показали, что концентрация парамагнитных центров снижается при переходе от органогенных горизонтов к минеральному A2hg (рис. 1)с 0.94x10^{17 до 0.27x1017 спин/г.}

При переходе от гор. A2hg к гор. A2"g количество свободных радикалов увеличивается (с 0.27x10¹⁷ до 1.31x10¹⁷ спин/г). Это может быть обусловлено относительным накоплением ароматических структур в молекулах гумусовых веществ, что подтверждается данными, полученными 13С ЯМР-спектроскопией. Кроме того, в горизонте A2'g происходит качественное изменение состава парамагнитных центров, выражающееся в появлении на ЭПР спектрах второго пика при g= 2.002 (рис. 2). Известно, что первый пик при g= 2.003 соответствует свободным радикалам локализованным на молекулах гумусовых кислот [3, 4], а второй пик характерен для свободных радикалов, находящихся в структуре инертных, прочно связанных с минеральной частью почвы фракций органического вещества. Таким образом, можно предположить, что в минеральных горизонтах торфянисто-подзолисто-глееватой почвы (горизонт A2'g) начинает происходит активное взаимодействие между органическими и минеральными компонентами почвы.

В препаратах гуминовых кислот концентрация парамагнитных центров (19.0x10¹⁷ -167.6x10¹⁷ спин/г) в 2-10 раз больше, чем в фульвокислотах (3.9x10¹⁷ -11.8x10¹⁷ спин/г) (см. таблицу). Это свидетельствует о более высокой способности гуминовых кислот, выделенных из торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, к реакциям полимеризации и комплексообразования по радикальному механизму.

Установлено, что липидная фракция почвенного органического вещества, представляющая собой смесь жирных кислот и их эфиров, не содержит в своем составе свободных радикалов. Исключение составляют липиды, извлеченные из верхних органогенных горизонтов, содержащие хлорофилл и/или хлорофиллоподобные пигменты, и чьи порфириновые кольца способны локализовать неспаренный электрон.

Содержание парамагнитных центров в исследуемых образцах

Логотип - Начало - Общие сведения - Структура - Научная деятельность
Информационные ресурсы - Новости - Поиск по серверу - Карта сервера

3703 посещений с 28.05.2001
Последнее изменение 27.05.2001

(c) Institute of Biology, 1999