ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ СВОЙСТВ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ

Е. Д. Дмитриева; П. В. Оськин; А. А. Ковалева

doi:10.6060/rcj.2025693.7

Е. Д. Дмитриева Кафедра химии, Естественно-научный институт, ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»
П. В. Оськин Кафедра химии, Естественно-научный институт, ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»
А. А. Ковалева Кафедра химии, Естественно-научный институт, ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2025693.7

Ключевые слова: гуминовые кислоты, критическая концентрация мицелообразования, восстановительная емкость, коэффициент экстинкции, степень ассоциации

Аннотация

Гуминовые кислоты образуют различные коагуляционные структуры при изменении содержания или химического состава дисперсионной среды. Мицеллоподобная организация гуминовых кислот характеризуется критической концентрацией мицеллообразования. Молекулы гуминовых кислот самопроизвольно «агрегируют» посредством свертывания их полимерных цепей. В работе определены коллоидные свойства гуминовых кислот торфов различного генезиса. Методом сталагмометрии и методом Дю-Нуи получены изотермы поверхностного натяжения гуминовых кислот, имеющие характерный вид для поверхностно активных веществ. Рассчитаны показатели: критическая концентрация мицеллообразования, поверхностная активность и энергия Гиббса мицеллообразования. В работе предложена новая величина для характеристики коллоидно-химических свойств гуминовых кислот – степень ассоциации. Исследованы зависимости величины коэффициента экстинкции растворов гуминовых кислот от их концентрации, рН, ионной силы раствора, которые позволяют судить о влиянии данных факторов на степень ассоциации молекул. В статье рассмотрен метод определения восстановительной емкости гуминовых кислот с реактивом Фолина-Дениса вместо коэффициента экстинкции, что позволило увеличить чувствительность метода и уменьшить погрешности. Показано, что восстановительная способность гуминовых кислот возрастает при тех же концентрациях, что и коэффициент экстинкции, что доказывает применимость предложенного метода. Установлена прямопропорциональная зависимость изменения коэффициента экстинкции растворов гуминовых кислот от рН и ионной силы, вследствие распада агрегатов гуминовых кислот из-за электростатического отталкивания диссоциированных протогенных групп. Выявлено наибольшее влияние на коагуляцию гуминовых кислот кислотности раствора в отличие от ионной силы, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия индифферентного электролита с функциональными группами гуминовых кислот.

Для цитирования:

Дмитриева Е.Д., Оськин П.В., Ковалева А.А. Определение коллоидных свойств гуминовых кислот. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2025. Т. LXIX. № 3. С. 70-78. DOI: 10.6060/rcj.2025693.7.

Литература

Kholodov V.A., Konstantinov A.I., Kudryavtsev A.V., Perminova I.V. Structure of humic acids in zonal soils from 13C NMR data. Eurasian Soil Science. 2011. V. 44. P. 976–983. DOI: 10.1134/S1064229311090043.

Ryabova I.N., Mustafina G.A., Akkulova Z.G., Satymbaeva A.S. Surface-active properties of humic and sulfochlorohumic acids. Colloid J. 2009. V. 71(5). P. 729–731. DOI: 10.1134/S1061933X09050226.

Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. 248 с.

Дмитриева Е.Д., Титова А.С., Оськин П.В. Сорбционная способность гуминовых композитов на основе имино-диуксусной кислоты по отношению к ионам марганца. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим.об-ва). 2024. Т. LXVIII. N 2. С. 53–59. DOI: 10.6060/RCJ.2024682.7.

Дмитриева Е.Д., Ковалева А.А., Оськин П.В. Влияние модификации гуминовых кислот элементарной серой на их сорбционную способность по отношению к ионам тяжелых металлов. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2024. Т. LXVIII. № 3. С. 100–105. DOI: 10.6060/rcj.2024683.15.

Sokolov G., Michael I., Bambalov N. Influence of different organic materials on phisical proporties of desert and culti-vated soils. Int. agroph. 2005. V. 19. P. 337–343.

Visser A.S. Phisiological Action of Humic Substances on microbial cells. Soil Biol. Biochem. 1985. V. 17. N 4. P. 457–462. DOI: 10.1016/0038-0717(85)90009-4.

Дмитриева Е.Д., Герцен М.М. Влияние гуминовых кислот на состояние капель нефтепродуктов в присутствии микроорганизмов-нефтедеструктров рода Rhodococcus. Вест. ТвГУ. Серия: Химия. 2021. № 2(44). С. 69–79. DOI: 10.26456/vtchem2021.2.7.

Дмитриева Е.Д., Гриневич В.И., Герцен М.М. Деградация нефти и нефтепродуктов биокомпозициями на основе гуминовых кислот торфов и микроорганизмов-нефтедеструкторов. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 1. С. 42–56. DOI: 10.6060/rcj.2022661.7.

Дмитриева Е.Д., Горячева А.А., Овчинников Н.Л., Бутман М.Ф. Оценка детоксицирующей способности органо-минеральных комплексов на основе гуминовых кислот и Al30-пилларного монтмориллонита по отношению к нефти в воде. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 4. С. 117–123. DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6753.

Гречищева Н.Ю., Дмитриева Е.Д., Стародубцева К.А. Ремедиация нефтезагрязненных грунтов биокопозициями на основе гуминовых кислот. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 7. С. 136–143. DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.6927.

Дмитриева Е.Д., Оськин П.В., Ковалева А.А., Осина К.В. Применение анион-радикалов серы в органическом синтезе. Определение форм серы спектральными методами. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 3. С. 6–18. DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.6875.

Гречищева Н.Ю., Дмитриева Е.Д., Стародубцева К.А., Заворотный В.Л. Детоксикация отработанных синтетических моторных масел биокомпозициями на основе гуминовых кислот в воде. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 2. С. 119–125. DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6895.

Nakashima K., Maki M., Ishikawa F., Yoshikawa T., Gong, Y.K., Miyajima T. Fluorescence studies on binding of pyrene and its derivatives to humic acid. Spectrochim. Acta. Part A. 2007. V. 67. N 3-4. P. 930–935. DOI: 10.1016/j.saa.2006.09.010.

Mal’tseva E.V., Filatov D.A., Yudina N.V., Chaikovskaya O.N. Role of modified humic acids from peat in the detoxification of tebuconazole. Solid Fuel Chem. 2011. V. 45. N 1. P. 62–67. DOI: 10.3103/S0361521911010071.

Plaza C., Brunetti G., Senesi N., Polo A. Fluorescence characterization of metal ion-humic acid interactions in soils amended with composted municipal solid wastes. Anal. Bio-anal. Chem. 2006. V. 386. N 7-8. P. 2133–2140. DOI: 10.1007/s00216-006-0844-0.

Perminova I.V., Grechishcheva N.Y., Kovalevskii D.V., Kudryavtsev A.V., Petrosyan V.S., Matorin D.N. Quantification and prediction of the detoxifying properties of humic substances related to their chemical binding to polycyclic aromatic hydrocarbons. Environ. Sci. Technol. 2001. V. 35. N 19. P. 3841–3848. DOI: 10.1021/es001699b.

Mal’tseva E.V., Yudina N.V., Chaikovskaya O.N., Nechaev L.V. Association constants of modified humic acids with biocides of the triazole series: Cyproconazole and tebuconazole.тRuss. J. Phys. Chem. A. 2011. V. 85. N 9. P. 1558–1561. DOI: 10.1134/S0036024411090147.

Бердникова А.А., Бешагина Е.В. Исследование изменения поверхностного натяжения при добавлении гуминовых кислот в высокопарафинистую нефть. Тез. докл. Химия и химическая технология в XXI веке. 2020. Томск: Изд-во ТПУ. С. 353–354.

Urdiales C., Sandoval M.P., Escudey M., Pizarro C., Knicker H., Reyes-Bozo L., Antilén M. Surfactant properties of humic acids extracted from volcanic soils and their applicability in mineral flotation processes. J. Environ. Manage. 2018. V. 227. P. 117–123. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.08.072.

Бойкова О.И., Волкова Е.М. Химические и биологические свойства торфов Тульской области. Изв. ТулГУ. Естеств. науки. 2013. №. 3. С. 253–264.

Волкова Е.М., Горелова С.В., Чекова Д.А. Динамика экологических условий и накопление химических эле-ментов в генезисе водораздельных болот центральной России. Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2016. Т. 16. № 4. С. 450–462. DOI: 10.18500/1816-9775-2016-16-4-450-462.

Хилько С.Л., Рогатко М.И., Макарова Р.А., Семенова Р.Г. Тензиометрические и реологические характеристики фракций гуминовых и гиматомелановых кислот. Коллоид. журнал. 2020. V. 82. № 1. С. 119–130. DOI: 10.1134/S1061933X2001007X.

Dmitrieva E., Efimova E., Siundiukova K., Perelomov L. Surface properties of humic acids from peat and sapropel of increasing transformation. Environ. Chem. Lett. 2015. V. 13. N 2. P. 197–202. DOI: 10.1007/s10311-015-0497-3.

Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Загоскина Н.В. Метод определения суммарного содержания фенольных соединений в растительных экстрактах с реактивом Фолина-Дениса и реактивом Фолина-Чокальтеу: модификация и сравнение. Хим. раст. сырья. 2021. №. 2. С. 291–299. DOI: 10.14258/jcprm.2021028250.

Дмитриева Е.Д., Сюндюкова К.В., Леонтьева М.М., Глебов Н.Н. Влияние рН среды на связывание ионов тяжелых металлов гуминовыми веществами и гиматомелановыми кислотами торфов. Уч. зап. КФУ. Сер. Естеств. науки. 2017. Т. 159. № 4. С. 575–588.

Mal’tseva E.V., Shekhovtsova N.S., Shilyaeva L.P., Yudina N.V. Effect of mechanochemical modification on the surfactant and structural properties of humic and himatomelanic acids. Russ. J. Phys. Chem. A. 2017. V. 91. P. 1273–1278. DOI: 10.1134/S0036024417070214.

Linkevich E.V., Yudina N.V., Savel’eva A.V. Formation of humic colloids in aqueous solutions at different pH values. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. P. 742–747. DOI: 10.1134/S0036024420040093.

Хилько С.Л., Рогатко М.И., Шелест В.С., Макарова Р.А., Семенова Р.Г., Невечеря О.И., Хилько А.С. Формирование поверхностных слоев этоксилированных производных гуминовых кислот на границе раздела жидкость-газ. Вест. ДонНУ. 2019. Т. 3-4. С. 144–150.

Попов А.И., Панина Е.П., Верлова Т.А., Солдатова Л.А., Храпова Е.П. Свойства гуминовых веществ как коллоидных дисперсий. Агрохимия и экология. 2015. С. 39–45.

Tarasevich Y.I., Dolenko S.A., Trifonova M.Y., Alekseenko E.Y. Association and colloid-chemical properties of humic acids in aqueous solutions. Colloid J. 2013. V. 75. N 2. P. 207–213. DOI: 10.1134/S1061933X13020166.

Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений. Л.: Наука, 1967. 616 с.

Terashima M., Fukushima M., Tanaka S. Influence of pH on the surface activity of humic acid: Micelle-like aggregate formation and interfacial adsorption. Colloids Surf. A. 2004. V. 247. N 1-3. P. 77–83. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2004.08.028.

Hong J., Pelton R. The surface tension of aqueous polyvinylamine and copolymers with N-vinylformamide. Colloid Polym. Sci. 2002. V. 280. P. 203–205. DOI: 10.1007/s00396-001-0613-8.

Balnois E., Wilkinson K.J., Lead J.R., Buffle J. Atomic force microscopy of humic substances: effects of pH and ionic strength. Environ. Sci. Technol. 1999. V. 33. N 21. P. 3911–3917. DOI: 10.1021/es990365n.

Hakim A., Suzuki T., Kobayashi M. Strength of humic acid aggregates: effects of divalent cations and solution pH. ACS Omega. 2019. V. 4. N 5. P. 8559–8567. DOI:10.1021/acsomega.9b00124.

Дмитриева Е.Д., Леонтьева М.М., Сюндюкова К.В. Молекулярно-массовое распределение гуминовых веществ и гиматомелановых кислот торфов различного генезиса Тульской области Хим. Раст. сырья. 2017. № 4. С. 187. DOI: 10.14258/jcprm.2017041933.