3.6.2. Оптические свойства гумусовых веществ.

Оригинальные исследования М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой (1961) показали четкую зависимость между оптическими характеристиками гумусовых кислот, их свойствами и условиями образования.

Гумусовые вещества активно взаимодействуют с электромагнитными колебаниями, образуя спектры поглощения в широком диапазоне длин волн. Наиболее хорошо изучены спектры поглощения гумусовых кислот в интервале 220-750 нм – электронные спектры поглощения и в интервале 2-25 мкм – молекулярные спектры.

3.6.2.1. Электронные спектры поглощения гумусовых веществ

Электронные спектры характеризуют поглощение электромагнитных колебаний в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. При изучении органического вещества почвы их используют: 1) для сравнительной характеристики гумусовых веществ и их фракций; 2) для изучения строения и свойств гуминовых кислот и фульвокислот; 3) для идентификации и количественного определения отдельных компонентов органической природы присутствующих в щелочных и спиртобензольных экстрактах из почв (хлорофилл, липиды, пигмент Р_g) и других целей.

Обычно снимают электронные спектры поглощения растворов гуминовых кислот или фульвокислот полученных при растворении в 0,1 н. NaOH специально выделенных препаратов. Однако целесообразно проводить съемку спектров поглощения и тех растворов гуминовых кислот и фульвокислот, которые получаются при анализе группового и фракционного состава гумуса.

Для получения сравнимых и наглядных результатов М.М. Кононова рекомендует исследуемые растворы доводить до одинаковой концентрации по углероду – 0,136 г/л. Эта концентрация выбрана условно, можно использовать любую иную концентрацию растворов гумусовых веществ. Главное чтобы сравниваемые растворы были выровнены по содержанию в них углерода. Если были сняты спектры растворов с разной концентрацией углерода то найденные значения оптических плотностей приводят к стандартной концентрации по углероду по формуле:

где D_о – оптическая плотность раствора при концентрации углерода выбранной в качестве стандартной D_х – измеренная оптическая плотность раствора с концентрацией углерода С_х; С_о – концентрация углерода в растворе выбранная в качестве стандартной, г/л; С_х – концентрация углерода в растворе при которой проводилось определение оптической плотности D_х, г/л.

Следует учесть, что растворы фульвокислот получаемые при анализе качественного состава гумуса имеют сильнокислую реакцию среды. В сильнокислой и кислой среде интенсивность окраски фульвокислот сильно уменьшается. Для получения сравнимых результатов реакцию среды доводят до рН = 12. В этой области окраска фульвокислот мало зависит от рН, а условия съемки спектров Гк и Фк оказываются одинаковыми.

Ход анализа. После приведения анализируемых растворов к стандартным условиям (концентрация углерода, реакция среды) измеряют величину оптической плотности при различных длинах волн. По полученным значениям оптических плотностей строят графики электронных спектров поглощения. На графике отображают изменение величины D раствора гумусовой кислоты (ось ординат) в зависимости от длины волны (λ) в нм (ось абсцисс). Наиболее точные результаты получают при использовании спектрофотометров с автоматической записью спектра.

Обычно электронные спектры поглощения гумусовых кислот в широком диапазоне длин волн от 240-260 до 750 нм не имеют четко выраженных полос или максимумов поглощения. В координатах D – λ спектры выглядят, как пологие кривые с постепенным уменьшением оптической плотности по мере увеличения длины волны (рис. 5).

Рис. 5. Электронные спектры поглощения гуматов натрия

В связи с этим, при характеристике электронных спектров поглощения часто ограничиваются только видимой областью – от 400 до 750 нм, поскольку в ультрафиолетовой части спектра получают практически идентичную информацию. На спектрах гумусовых веществ некоторых типов почв (дерново-подзолистые, бурые лесные, луговые) часто обнаруживаются две пары максимумов при 420-425, 450-460 нм и 570-580, 615-620 нм, принадлежащие своеобразному зеленому пигменту, первоначально названному «зеленой гуминовой кислотой». В настоящее время он обозначается символом Р_g. Содержание его в почвах иногда бывает столь значительно, что щелочная вытяжка имеет ясно выраженный зеленоватый оттенок. Обычно фракция Р_g встречается в почвах, испытывающих повышенное увлажнение, хотя бы временное.