土壤腐殖酸的紫外－可见光谱表征

李岩岩，赵娜，马丽娟，丁蕾，陈琳

（大连民族学院环境与资源学院学生，辽宁大连 116605）

土壤腐殖酸的紫外－可见光谱表征

李岩岩，赵娜，马丽娟，丁蕾，陈琳

（大连民族学院环境与资源学院学生，辽宁大连 116605）

土壤有机质来源于动植物的分解残体，是结构和组分十分复杂且物理上不均匀的有机混合物，具有重要的环境和生态意义［1］。腐殖酸（Humic Acid，HA）是土壤有机质的主要组成部分，通常使用其代替有机质。由于HA具有羧基、酚羟基等多种配位官能团，对金属离子有强烈的络合作用，因而HA对环境中其他物质的迁移、转化、降解规律会产生重要作用，包括改变有毒重金属的浓度和生物有效性、影响共存的离子性或极性有机化合物的化学形态等，所以对HA结构和官能团特征的研究显得非常重要［2］。这些研究有助于我们更好地了解它们与重金属离子之间的配位作用、氧化还原作用、沉降作用等内在机理，以及对有机污染物和营养元素的地球化学行为的影响［3］。

本实验首先对土壤样品中的HA进行了提取，然后和商品HA同时用紫外－可见光谱进行了表征，初步研究了HA的结构特点。由于紫外－可见光谱具有简单易行、不破坏样品结构的优点，所以适合用来研究HA的化学性质。

1 材料与方法

1.1 材料

土壤样品采集于赤峰，土样中的HA根据腐殖酸协会标准方法［4］进行提取。商品HA来源于土壤，购于德国MP Biomedicals.Inc公司。

1.2 仪器及试剂

PHS 25型酸度计（上海雷磁仪器厂），UV 2450型紫外－可见分光光度计（日本岛津公司），离心沉淀机80－2（巩义市英峪予华仪器厂）。HA提取过程中所用到的药品均为分析纯。

1.3 方法

取一定质量的HA配置溶液，加入少许稀碱，调至pH=8.0左右，使之完全溶解后进行过滤，然后用总有机碳分析仪（TOC－VCPH，Shimadzu，日本）测定HA的浓度。配置不同浓度的HA溶液，测试紫外－可见（UV–Vis）全扫描光谱，扫描范围从200～800 nm。实验中均用超纯水（18.2 MΩ·cm）配制溶液和进行表征实验。

2 结果与讨论

紫外–可见光谱是最早应用于有机物结构鉴定的物理方法之一。图1和图2分别为从赤峰土壤中提取的HA和商品HA的紫外－可见光谱，HA的体积浓度分别为1，5，10 mg·L－1。

图1 赤峰土壤中腐殖酸的紫外－可见光谱

图2 德国土壤中腐殖酸的紫外－可见光谱

HA作为自然界中最为丰富的有机质，其结构组成中一般都具有苯环、苯羟基和苯羧酸基，这些官能团能够在紫外光谱上表现出特征吸收峰，例如在紫外谱图200～220 nm、220～240 nm、240～270 nm和270～320 nm的范围有峰出现，但由图1和图2可知，两种HA仅在在270～320 nm有弱的吸收峰，且吸收强度随着波长的增加而逐渐降低。这可能要归因于HA是由化学性质类似的化合物组成的混合物，HA各官能团吸收峰的位置较近，相互之间发生重叠后出现一些宽而钝的谱带。HA的颜色是由各种发色官能团所引起的，例如不饱和键、羧基和醌基等。

为了研究HA的紫外－可见光谱特征，进行了HA浓度与吸光度的线性拟合。赤峰土壤中1，5，10 mg·L－1的HA在280 nm下的吸光度为0.019，0.1，0.213，线性方程为:Y=0.0216X－0.0045（X为浓度，Y为吸光度），R2=0.999。德国土壤中1，3，5 mg·L－1的HA在280 nm下的吸光度为0.013，0.11，0.199，线性方程为:Y= 0.0205X－0.0023，R2=0.9921。由此可知，在研究的HA浓度范围内，HA在280 nm下的吸光度与其浓度有很好的线性关系，这为利用紫外－可见光谱测定HA浓度奠定了一定的基础。

另外，在腐殖物质的研究中常用E4/E6比值来表征，这是腐殖物质分子量特征函数，与表观分子量对数的变化负相关，与溶液的浓度无关，其中E4、E6分别为腐殖酸溶液在465和665 nm处的UV–Vis吸收值［5－6］。E4/E6一般作为HA芳香缩合程度的特征函，其比值越低，表示芳香化程度越高。对来源于赤峰土和德国土的HA进行465和665 nm处吸光度的测定，并计算E4/E6的值，结果见表1。

由表1可知，商品HA的E4/E6值（0.24）略小于赤峰土壤中提取的HA（0.25），表明前者的芳香化程度略大于后者。这可能是因为两个地域土壤的形成环境不同所造成的，但由于又都是来源于土壤的HA，所以E4/E6非常接近。

表1 不同来源HA的E4/E6值

HA不是一种简单化合物，组成非常复杂，分子量从数百至数百万。根据文献中E4/E6和HA分子量（M）之间的关系式:lgM=－0.0893E4/E6 +5.1935［7］，估算赤峰土壤中提取的HA和商品HA的表观分子量依次为148 311和148 616。

3 结语

紫外－可见光谱能对HA的性质进行有效的研究。对比从赤峰土壤中提取的HA和商品HA的UV－vis表征结果，在本文研究范围内性质相似，这与它们都来源于土壤不无关系。

［1］吴丰昌，王立英，黎文，等.天然有机质及其在地表环境中的重要性［J］.湖泊科学，2008，20（1）:1－12.

［2］CHEN I，GU B，LEBOEUF E J，et al.Spectroscopic characterization of the structural and functional properties of natural organic matter fractions［J］.Chemosphere，2002，48（1）:59－68.

［3］傅平青，刘丛强，尹祚莹，等.腐殖酸三维荧光光谱特性研究［J］，地球化学，2004，33（3）:301－308.

［4］SWIFT R S.Organic matter characterization.In Methods of Soil Analysis［M］.Madison:Soil Science Society of America，1996.

［5］文启孝，土壤有机质研究法［M］.北京:农业出版社，1984.

［6］CHEN Y，SENESI N，SCHNITZER M.Information provided on humic substances by E4/E6 ratios［J］.Soil Science Society of America Journal，1977，41:352－358.

［7］曲风臣.土壤腐殖酸凝胶分级、表征及其光化学行为［D］.大连:大连理工大学，2006.

X17

A

1009－315X（2011）05－0538－02

2010－07－23;最后

2011－07－15

国家自然科学基金项目（20907006）;大连民族学院太阳鸟计划资助项目（20111416）。

指导教师:欧晓霞（1980－），女，山东平度人，讲师，博士，主要从事环境光化学和环境污染化学研究。

（责任编辑 邹永红）