OZNACZANIE SUBSTANCJI HUMUSOWYCH

OZNACZANIE SUBSTANCJI HUMUSOWYCH
WPROWADZENIE
Ilości organicznych związków węgla, które znajdują się w powietrzu, wodzie i
środowisku lądowym są znacznie mniejsze niż innych form, w których występuje węgiel
(CO2, HCO3-, CO32-, minerały węglanowe). Pomimo małych stężeń odgrywają one bardzo
ważną rolę w środowisku, uczestniczą w wielu reakcjach przebiegających w środowisku
naturalnym, a poprzez to mają ogromny wpływ na chemię środowiska. Szczególne zaś
znaczenie mają procesy, w których ze związków organicznych powstaje ożywiona
materia, czyli procesy pobierania substancji organicznych przez organizmy żywe.
Materię organiczną (MO) pochodzenia naturalnego stanowią obumarłe
pozostałości roślin i zwierząt oraz biomasa drobnoustrojów. Ponadto pewien wkład, o
dużym znaczeniu biologicznym, wnoszą także substancje wydzielane przez żywe
organizmy. Materia organiczna ulega w środowisku modyfikacji chemicznej. W wyniku
różnorodnych procesów rozkładu i syntezy, z których wiele przebiega dzięki obecności
drobnoustrojów, powstają kolejne produkty organiczne. Produkty wytworzone na lądzie
transportowane są następnie do hydrosfery wraz z opadami deszczu, które spływają
i/lub przesiąkają przez warstwy gleby, przenosząc rozpuszczone i zawieszone cząstki
materii organicznej. Materia organiczna powstaje także in situ w zbiornikach wodnych.
Dlatego też MO znajduje się w każdym zbiorniku wodnym w postaci rozpuszczonej lub
w postaci cząstek, a widocznym dowodem jej obecności jest żółtobrązowe zabarwienie
wód bagiennych.
Materiał huminowy (MH, materiał humusowy, humus, próchnica) to
występująca w środowisku postać materii organicznej pochodzenia roślinnego lub
mikrobiologicznego. Humus nie składa się z oddzielnych dokładnie określonych
cząsteczek, a z makrocząsteczek trzech klas o zróżnicowanej masie molowej i
1
charakterystyce strukturalnej. Makrocząsteczki te powstają i przebywają w glebie i
wodzie, tworząc główny składnik zarówno lądowych i wodnych zasobów węgla
pierwiastkowego. Wyróżnia się trzy klasy związków wchodzących w skład materiału
humusowego:
1) kwasy fulwowe (KF) – rozpuszczalne w wodnych roztworach w szerokim
zakresie pH
2) kwasy huminowe (KH) – nierozpuszczalne w warunkach kwasowych, ale
rozpuszczają się przy wyższych wartościach pH
3) huminy – są nierozpuszczalne w wodzie w całym zakresie pH
Materiał huminowy występuje w środowisku naturalnym jako wolny materiał
huminowy (w postaci rozpuszczalnej i nierozpuszczalnej), który wpływa na wartość pH
wód w zbiornikach, skompleksowany materiał huminowy (związany np. z jonami
metali, fosforanami, cząsteczkami organicznymi), który zwiększa rozpuszczalność lub
usuwa z roztworu jony/cząsteczki, oraz powierzchniowo związany materiał
huminowy (m.in. z materiałami ilastymi czy tlenkiem glinu), który zmienia właściwości
powierzchni, zarówno minerałów ilastych jaki i humusu.
Celem ćwiczenia jest porównanie ilości substancji huminowych w wodzie ze
zbiornika naturalnego i w preparacie „Biohumus”
Odczynniki:
Preparat do roślin „Biohumus”, alkohol amylowy, kwas siarkowy (d=1,84 g/cm3),
wodorotlenek sodu (roztwór 0,5%).
Sprzęt laboratoryjny i aparatura pomiarowa:
Spektrofotometr obejmujący zakresem długość fali 420 nm, rozdzielacze gruszkowe o
poj. 250 cm3, pipety wielomiarowe 1, 5, 10 cm3, probówki, cylindry.
SPOSÓB WYKONANIA
1. Oznaczanie zawartości substancji humusowych w próbie środowiskowej
Próbkę badanej wody o obj. 100 cm3 umieścić w rozdzielaczu i dodać 2 cm3 kwasu
siarkowego. Wymieszać zawartość rozdzielacza i dodać 10 cm3 alkoholu amylowego.
2
Wytrząsać przez 1 minutę i odstawić na 1 godzinę do rozdzielenia się warstw. Usunąć z
rozdzielacza dolną warstwę wodną, pozostawić natomiast warstwę alkoholową oraz
międzyfazę. Zawartość rozdzielacza łagodnie wstrząsnąć i po ok. 10 minutach usunąć
pozostałą fazę wodną. Do ekstraktu alkoholowego w rozdzielaczu dodać 10 cm3
roztworu wodorotlenku sodu i wytrząsać przez 20 s. Odstawić na 10 minut, po czym
odrzucić ok. 2 cm3 warstwy wodnej. Następnie ok. 5 cm3 zabarwionego roztworu
wodnego odprowadzić do probówki, ochłodzić w strumieniu zimnej wody, a otrzymany
przezroczysty ekstrakt wodny przelać do kuwety. Zmierzyć absorbancję roztworu przy
długości fali 420 nm wobec ślepej próby przygotowanej ze 100 cm3 wody destylowanej
według procedury opisanej powyżej.
2. Oznaczanie zawartości substancji humusowych w preparacie „Biohumus”
W rozdzielaczu o objętości 250 cm3 umieścić 5 cm3 preparatu „Biohumus”, dodać 95 cm3
wody destylowanej. Dalej postępować zgodnie z tokiem wykonania oznaczenia dla
próby środowiskowej.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Stężenie substancji humusowych w mg/dm3 obliczyć ze wzoru:
gdzie:
A – wartość absorbancji wodnego ekstraktu alkalicznego
34 – współczynnik empiryczny (dokładność ± 10%)
V – sumaryczna objętość próbki i wody destylowanej (dodanej w celu rozcieńczenia
badanej próby) = 100 cm3
Vp – objętość próbki wody użytej do oznaczania [cm3].
Instrukcja opracowana na podstawie: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, red. Dojlido J., Chemia
Środowiska vanLoon G.W., Duffy S.J.
opracował: B. Krawczyk, R. Juszczak
3