云南泥炭中黄腐酸的提取与分析

李永红 李 燕 唐 洁 李 莉 师会敏 吕永华

(四川大学化学工程学院 成都 610065)

云南泥炭中黄腐酸的提取与分析

李永红 李 燕 唐 洁 李 莉 师会敏 吕永华

(四川大学化学工程学院 成都 610065)

采用硫酸-丙酮法从泥炭中提取黄腐酸，结果表明，该方法操作简单、条件温和、易于控制。云南泥炭中水分、灰分、腐植酸和黄腐酸的含量分别为18.96%、32.47%、9.3%和5.73%。提取后再用容量法滴定泥炭中黄腐酸的含量，结果为6.60%。并采用红外光谱法分析了提取物的组成，验证所提取物为黄腐酸。

泥炭 黄腐酸 硫酸-丙酮法

腐植酸是泥炭中有机质的重要组分，我国泥炭中腐植酸含量一般为20%～40%。泥炭中腐植酸含量的高低，对研究泥炭的性质，评价泥炭的质量及利用有重要意义[1]。在泥炭形成过程中，植物残骸易水解的组分如脂类、半纤维素和木质素等发生了深度的化学分解。同时，产物还会相互作用，合成植物组成中原来没有的腐植酸。腐植酸是天然形成的、结构组成复杂的高分子混合物，其结构、成分及性质与原木炭的岩相组成、矿物含量、地下水的有机-无机成分、空气氧化程度、地质地理条件、形成过程及碳化阶段等有关[2]。因此，不同的试样，其测定结果也不尽相同。

黄腐酸是腐植酸中的一个组分，黄腐酸既具有腐植酸的一般特征和性质，又有着一般腐植酸所不具备的特点。一是其分子量较小，因而容易被生物吸收利用；二是其官能团含量较高，比一般腐植酸的生理活性大；三是其可直接溶于水，水溶液呈酸性，而腐植酸不溶于水，需要转变为钾、钠等一价金属盐或铵盐才能溶于水，这些盐的水溶液都呈碱性[3]。从泥炭、煤中提取制备黄腐酸的主要工艺过程包括提取、除杂、沉淀和分离，可根据需要对其进行不同程度的纯化，生产出不同“级别”的产品[4～6]。近几十年来，我国从自然资源中提取黄腐酸方法多样，工艺成熟。

泥炭作为提取黄腐酸的原料很有价值。而硫酸-丙酮法提取简便，工艺条件易控制，产品无需后处理[4]。尽管泥炭提取率低，但因其在工业、农业、医药等方面应用广泛，仍具有较高开发价值。

1 材料与方法

1.1 材料

泥炭产自云南宣威。丙酮、浓硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、邻二氮菲等试剂均为分析纯，购自成都科龙化工试剂厂。腐植酸购自天津市光复精细化工研究所(灰分含量10%，水分8%，含铁量0.3%)。

1.2 试验方法

1.2.1 硫酸-丙酮法提取黄腐酸[4]

为便于干燥，将所采泥炭样品进行初步粉碎，初碎后的泥炭样品置于干燥箱内，恒温75 ℃干燥1.5 h。将烘干的样品进一步粉碎过100目筛，制得细样品。将以上细样品分3次各称10 g分别置于250 mL烧杯中，分别加入混合溶剂(蒸馏水15 mL、丙酮50 mL、浓硫酸0.5 mL)，在室温条件下溶解样，同时不断搅拌。为使黄腐酸充分溶解并有利于分离，将溶解液静置5 h，过滤，并于75～85 ℃下加热蒸发滤液，将浓缩后的残余物在干燥箱内于45 ℃干燥，即得黄腐酸。

1.2.2 黄腐酸含量滴定[6]

(1) 各试剂的配制。

配置1%的硫酸溶液，0.8 mol/L的重铬酸钾溶液，以及硫酸亚铁铵标准滴定溶液和邻菲罗啉-硫酸亚铁铵混合指示剂。

硫酸亚铁铵的标定方法：称取在105 ℃干燥至恒重的基准物重铬酸钾0.1 g(精确至0.001 g)，加水50 mL使其溶解，再加1%的硫酸10 mL，加邻二氮菲指示液3～4滴，用待测液滴定至溶液变为棕红色为终点。每1 mL硫酸亚铁铵滴定液相当于4.093 mg重铬酸钾。做3次平行实验，取其平均值为最终结果。滴定原理如下。

(2) 测定步骤。

称取泥炭样品约1 g(精确至0.001 g)于250 mL锥形瓶中，加入1%硫酸溶液70 mL，于瓶口插上小玻璃漏斗，置于100 ℃沸水浴中加热溶解30 min，并经常摇动，取出锥形瓶，冷却后将溶液及残渣全部转入250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，用干燥的中速滤纸过滤，弃去最初10 mL滤液。准确移取滤液5.0 mL于250 mL锥形瓶中，加入50 mL重铬酸钾溶液，缓慢加入15 mL硫酸，于沸水浴中加热氧化30 min。然后冷却至室温，加入约70 mL水、3滴邻菲罗啉-硫酸亚铁铵混合指示剂，用硫酸亚铁铵标准滴定溶液c[(NH4)2Fe(SO4)2]=0.1 mol/L滴定，溶液由橙色经绿色转变为砖红色为终点。同时做空白试验。

(3) 结果计算。

黄腐酸含量X1以质量分数表示，按式(1)计算：

式中：V0——空白试验时，消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL；

V1——测定试样时，溶液所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL；

c——硫酸亚铁铵标准滴定溶液浓度，mol/L；

K——不同矿源的黄腐酸碳系数，泥炭的碳系数为0.51[7]；

m——试样的质量，g；

0.003 ——与1.00 mL浓度为1.000 mol/L的硫酸亚铁铵标准滴定溶液相当的碳质量，g。

1.2.3 泥炭含水量分析

泥炭含水量是指自然状态下，泥炭所含水分的重量百分比(%)。泥炭的含水量与灰分含量有关，一般高灰分泥炭区含水量较低[8]。

取试验所需泥炭过100目土壤筛备用。另取3个洁净干燥的培养皿，编号。用电子天平分别称取过筛后的泥炭2.000 g，置于编号为已编号的3个培养皿中。小心铺平后，置于真空干燥箱中，于60 ℃下干燥至恒重。称量干燥后的泥炭，记录数据。

1.2.4 泥炭和黄腐酸中灰分测定分析

泥炭是植物经过几千年所形成的天然沼泽地产物，是煤化程度最低的煤。黄腐酸是一些有机体，如：死去的植物、微生物以及动物，通过化学与生物过程降解而产生[9]。将所测样品进行灼烧，有机物被氧化，而不能氧化的无机物最终以灰色固体形式残留，即为灰分。

取6个干燥坩埚，编号。分别各称取3份干燥后的泥炭和黄腐酸，每份1.000 g于坩埚中。将待测样品置于马弗炉中，600 ℃下灼烧6 h。取出坩埚，未燃烧尽的灰白色粉末即为灰分，将坩埚中的灰分进行称量。

1.2.5 泥炭中腐植酸分析

腐植酸是动植物遗骸经过微生物分解转化及地球化学作用积累起来的有机物质[10]。目前腐植酸的提取方法主要有碱溶法、酸溶法和微生物溶解法[11]。本试验采用碱溶酸析法进行测定[12]，选择氢氧化钠溶解泥炭，使腐植酸和黄腐酸游离出来，硝酸调pH后，腐植酸不溶于酸，故以沉淀的形式析出。

取3个干燥的100 mL烧杯，每个烧杯中放入称取的泥炭2.000 g，对3个烧杯进行编号：1、2、3。于每个烧杯中加入质量分数为20%的NaOH溶液50 mL，室温下搅拌后静置3 h。将静置后的混悬液真空抽滤，收集滤液于对应编号的烧杯中，每个烧杯中加入质量分数为60%的硝酸20 mL，室温下静置，直至析出沉淀。将析出沉淀的混悬液真空抽滤，收集滤渣，并于50 ℃真空干燥箱中干燥至恒重，称量。

1.2.6 黄腐酸红外光谱分析

黄腐酸样品用KBr压片法进行红外光谱分析，用腐植酸提取获得的黄腐酸作为参照样品。

2 结果与讨论

2.1 黄腐酸的提取

采用硫酸-丙酮法从泥炭中提取黄腐酸，结果见表1。由3次试验结果，取平均值，得到泥炭中黄腐酸的含量为5.73%。该结果与松嫩平原的泥炭区黄腐酸含量相当(平均值5.66%)[13]。

2.2 黄腐酸的滴定

硫酸亚铁铵标定数据见表2。

基准物质重铬酸钾的3次称量值均为0.100 g，0.34×10-3mol，由滴定化学反应式计算出硫酸亚铁铵的平均浓度c=0.13 mol/L。

黄腐酸滴定数据见表3。

表1 泥炭中黄腐酸的提取Tab.1 The extraction of fulvic acid from peat g

表2 硫酸亚铁铵标定数据Tab.2 The calibration data of ammoniumferrous sulfate mL

表3 黄腐酸滴定数据Tab.3 The titration data of fulvic acid mL

由表3可得，V1=13.55 mL，V0=28.65 mL。已知，m=10 g；由公式(1)计算得黄腐酸含量X1为5.31%，与前面检测结果5.73%相当，说明硫酸-丙酮法工艺条件温和易于控制，提取率高。

2.3 泥炭中水分、灰分和腐植酸含量结果分析

泥炭中的水分、灰分和腐植酸含量结果分析见表4。泥炭中采用碱溶酸析法提取腐植酸，含量为9.30%，灰分含量较高。硫酸-丙酮法提取的黄腐酸，由于引入了较多的硫酸盐，灰分含量为18.9%。若除去灰分的影响，黄腐酸含量为6.88%，与滴定法结果相近，表明提取得较彻底。

2.4 黄腐酸对红外光的吸收

泥炭中提取的黄腐酸与黄腐酸参照样品的红外光谱二者波形相似(图1)。如3400 cm-1左右有较强的吸收峰，属于缔合的脂肪和芳香族羟基的价键振动吸收。后者的光谱图同前者相比，2920 cm-1和2850 cm-1两个吸收带明显弱化，说明提取物中甲基和亚甲基含量减少；600～1700 cm-1吸收峰来源于芳香结构的共轭双键C=C双键、羧基中的C=O和COO-伸缩振动，可能掩盖着一定数量的芳环C=C双键；在1200～1000 cm-1附近的吸收峰可能为酚、醚或醇C-O伸缩和C-OH振动引起，可能也有脂肪醇。各吸收峰分布明显，诠释了黄腐酸中多种活性官能团的存在。表明本试验结果与陈红等研究结果基本一致[14]。

表4 泥炭中水分和腐植酸含量及泥炭、黄腐酸中灰分含量Tab.4 The content of water and humic acid in peat and theash content in peat and fulvic acid %

图1 提取的黄腐酸与黄腐酸参照样品红外光谱对比Fig.1 The infrared spectrogram contrast of the extracted fulvic acid and reference sample of fulvic acid

3 结论

(1) 采用硫酸-丙酮法从泥炭中提取黄腐酸方法是可行的，其提取方法简单，条件温和可控。

(2) 红外光谱显示提取得到的黄腐酸和黄腐酸参照样品波形相似，且在相应波段有吸收峰，表明黄腐酸分子主要由苯环构成，此外还含有稠苯环以及多种杂环，各苯环之间通过各种桥键相连；黄腐酸分子中含有羧基、羰基和羟基等活性基团，具有较强的生物化学活性，产品结构满足条件。由此说明，硫酸-丙酮法是一种简洁实用的工艺。

(3) 云南泥炭中腐植酸和黄腐酸含量偏低，需要通过其他方法提高其含量，这一研究有待深入。

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Extraction and Analysis of Fulvic Acid from Yunnan Peat

Li Yonghong, Li Yan, Tang Jie, Li Li, Shi Huimin, Lv Yonghua
(School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu, 610065)

Fulvic acid was separated from peat by using sulfuric acid-acetone method. The result showed that the advantages of the separation method were simple, mild conditions, and easy to control. In Yunnan peat, the content of moisture, ash, humic acid, fulvic acid was 18.96%, 32.47%, 9.3%, 5.73%, respectively. The cantent of fulvic acid increased to 6.60% with titration after extraction by volumetric method. Then components of the extracts were analyzed by infrared spectroscopy, verified that the extract was fulvic acid.

peat; fulvic acid; sulfuric acid-acetone method

TQ314.1

1671-9212(2017)05-0010-04

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.05.003

四川大学“大学生创新创业训练计划”(项目编号201510610932)。

2016-10-10

李永红，女，1976年生，博士/讲师，主要从事生物化学和微生物筛选鉴定工作，E-mail：lyhhxd@163.com。