STRUKTURA SUBSTANCJI PRÓCHNICZYCH W ŚW IETLE NAJNOW SZYCH BADAN

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVII, NR 2 3, S , WARSZAWA 1986 JERZY PACHA STRUKTURA SUBSTANCJI PRÓCHNICZYCH W ŚW IETLE NAJNOW SZYCH BADAN Katedra Mikrobiologii Uniwersytetu Śląskiego WSTĘP Substancje próchnicze m ają c h a ra k te r w ielkocząsteczkow y i są w d u żej części heteropolim eram i, dlatego ich budowa chemiczna jest trudna do zdefiniow ania [10]. W prowadzenie nowoczesnych m etod badań, jak analiza absorpcyjna w podczerwieni, elektronow y rezonans param etryczny (EPR), m agnetyczny rezonans jądrow y (NMR) oraz chrom atografia gazowa i spektrom etria m asow a pozw oliły na bardziej szczegółowe określenie s tru k tu ry su b stan cji próchniczych [11]. Niestety, do badań chrom atografią gazową, jak i sp ektrom etrią m asow ą n adają się tylko substancje lotne, toteż w p rzy p ad k u zastosow ania tych m etod do badań substancji próchniczych poddaje się je najp ierw pirolitycznej, oksydacyjnej lub redukcyjnej, degradacji. Wiele jednak składników m aterii próchniczej podczas tych zabiegów rozkłada się i dlatego stru k tu ra badanej substancji może być określona tylko w sposób przybliżony [10]. Szersze zastosow anie w badaniach próchnicy znalazły więc analityczne techniki niedestrukcyjne. Początkowo jednak odznaczały się one m ałą rozdzielczością oraz niską czułością [11]. Spektrom etria w podczerwieni dostarczyła wartościowych inform acji co do zawartości poszczególnych grup funkcyjnych, lecz niezbyt wiele danych co do stru k tu ry cząsteczki substancji próchniczych [5]. Za pom ocą badań z użyciem EPR udow odniono, że w olne rodniki są u trw alan e w substancjach próchniczych p raw dopodobnie przez stru k tu ry chinowe lub semichinowe [13, 14]. Poza tym i obserwacjam i m etoda ta dostarczyła mało inform acji strukturalnych. NMR był stosow any do badań substancji próchniczych już od la t sześćdziesiątych [1], lecz m ała rozdzielczość i niska czułość ówczesnych spektrom etrów, jak też nierozpuszczalność lub słaba rozpuszczalność próchnicy w większości niew odnych rozpuszczalników stosow anych w tej tech-

2 38 J. Pacha nice nie pozw alały na uzyskanie inform acji o stru k tu rz e związków próchniczych [11]. Dopiero zw iększenie czułości spektrom etrów NMR, w prow a dzenie techniki Fouriera oraz zastosowanie deuterowanego wodorotlenku sodowego (NaOD) jako rozpuszczalnika pozwoliło na otrzym anie już w pełni inform acyjnych widm protonow ych i węglowych [3, 11, 17, 19]. Ostatnie udoskonalenia tej techniki, tj. wprowadzenie polaryzacji skrzyżnej, zw iększającej czułość m etody odprzęgania p ro to n u redukującego poszerzenie linii i zw iększającego czułość oraz w prow adzenie szybkiej ro ta cji badanej próbki o osi ustaw ionej pod tzw. kątem magicznym (54,7 ) w stosunku do zewnętrznego pola m agnetycznego, pozwoliło na otrzym anie widm substancji próchniczych w stanie stałym o wysokiej rozdzielczości. Połączenie tych udoskonaleń i w prow adzenie techniki CPMAS (cross polarization magic angle spinning) zapoczątkowało badania porównawcze stru k tu ry substancji próchniczych z różnych źródeł [5, 9, 11, 18, 20]. Przesunięcia chemiczne sygnałów rezonansowych 13C dla typów węgli oraz grup funkcyjnych w ystępujących w substancjach próchniczych podane są w tab. [1]. Przesunięcia chemiczne sygnałów rezonansowych 13C w związkach organicznych i grupach funkcyjnych występujących w substancjach próchnicznych Tabela 1 13C-NMR chemical shift regions for organic compounds and functional groups present in humic substances 0-50 ppm ppm j ppm j ppm j ppm Parafiny alkohole olefiny kwasy aldehydy Paraffins alcohols olephines acids aldehydes. aminy związki aromatyczne estry ketony amines aromatic compounds esters ketones węglowodany carbohydrates etery ethers metoksyl metoxyl acetale acetales amidy amides i" SUBSTANCJE PRÓCHNICZE Z OSADÓW WODNYCH Kwasy fulwowe. Cechą charakterystyczną kwasów fulw o- w ych, ekstrahow anych z osadów w odnych, jest duży udział w ich budowie kwasów poliuronow ych, w ielocukrów zaw ierających kw as uronow y

3 Struktura substancji próchnicznych 39 (rezonans przy 72 i 105 ppm) oraz grup karboksylow ych i amidowych (rezonans przy 175 ppm) (rye. 1) [4]. Rye. 1. Widmo 1SC-NMR kwasów fulwcwych z osadów wodnych [4] Fig C-NMR spectrum of fulvic acidä from aquatic sediments [4] Rye. 2. Wiidmo 13C-NMR kwasów huminowych z osadów wodnych [5] Fig C-NMR spectrum of humic acids from aquatic sediments [5] Rye. Э. Widmo 13C-NMR humin z osadów wodnych [5] Fig C-NMR spectrum of humic from aquatic sediments [5] Kwasy huminowe. K w asy hum inowe wyodrębnione z osadów w odnych różnią się od kw asów hum inow ych gleb w ysoką zaw artością azotu (z reg u ły pow yżej 3%) oraz w odoru (powyżej 5' /o) [16]. W y-

4 40 J. Pacha soka zawartość tych pierw iastków może być w ynikiem ich alifatycznego c h a ra k te ru oraz zaw artości bogatych w azot białek. W idm a w podczerw ieni ty ch kw asów hum inow ych w ykazują obecność zw iązanych z w o dorem g rup hydroksylow ych oraz s tru k tu r parafinow ych, karboksylow ych i w ęglow odanów [15]. Jeśli chodzi o w idm a NMR kw asów hum inowych z osadów wodnych, to obszarem o najsilniejszym rezonansie jest z reguły obszar 0 50 ppm, charakterystyczny dla węgli parafinow ych lub w ęgli połączonych tylko z tym sam ym pierw iastkiem [7]. H u m i n y. H um iny z osadów wodnych, podobnie jak i kw asy hum inow e z tego samego źródła, są o wiele bogatsze w azot (powyżej 4%) niż hum iny gleb, odznaczające się zwykle niską zaw artością tego pierw iastka [12]: Poza tym duży odsetek wodoru (około 7%) oraz duża w artość stosunku H/C (około 1,5) świadczą, że hum iny osadów wodnych zaw ierają więcej stru k tu r alifatycznych niż ich odpowiedniki w glebie [5]. A lifatyczny charakter hum in z osadów wodnych potw ierdzają rów nież widm a NMR, w których rezonans przy 30 ppm, charakterystyczny dla związków alifatycznych, stanowić może naw et 67% (ryc. 3). Arom a- tyczność hum in, tj. odsetek w ęgli w ystępujących w stru k tu ra c h arom a tycznych, jest m ała i w ynosi z reguły poniżej 20% [5]. OSADY LĄDOWE Źródłem m aterii organicznej w osadach lądowych, takich jak gleby czy torfow iska, są przede w szystkim resztk i roślin naczyniow ych, k tó ry ch głów nym składnikiem są ligniny. Jeżeli chodzi o w idm a NMR lignin, to najsilniejszy rezonans w ystępuje przy 55 ppm (grupy m etoksylowe) (ryc. 4), co zresztą potw ierdziły badania chem iczne, które w~ykaza- Ryc. 4. Widmo 13C-NMR lignin [21 Eig C-NMR spectrum of llgnins [2] ły, że grupy m etoksylowe stanow ią rzeczywiście 10 15% ciężaru lignin. W zakresie 0 50 ppm nie obserw uje się w yraźnego rezonansu, co w skazuje, że s tru k tu ry alifatyczne m ogą być podstaw ione przez tlen lub za-

5 Struktura substancji próchnicznych 41 Ryc. 5. Widma 13C-NMR kwasów fulwowych A i huminowych В gleby [5] Fig. 5. ljc-nmr spectra of fulvic A and humic В acids from soil [5] w ierające ten pierw iastek grupy funkcyjne (rezonans w zakrpsie ppm). Cechą w łaściw ą ligninom jest poza ty m in ten sy w n y rezonans, charakterystyczny dla węgli arom atycznych ( ppm), głównie przy 150 ppm, obejm ujących w ęgle pierścieni arom atycznych zw iązane z tle nem (grupy fenolowe i metoksylowe). Inną cechą widm NMR lignin jest b ra k w yraźnego rezonansu w zakresie 0 50 ppm (stru k tu ry alifatyczne) [2]. Gleby. Także kw asy hum inow e i fulwowe gleby dają charakterystyczne w idm a NMR (ryc. 5). P ra w ie we w szystkich w idm ach dom i nują sygnały, których źródłem są węgle pierścieni arom atycznych ( ppm) oraz gru p y karboksylow e ( ppm). Inne sygnały pochodzą od węgli grup parafinow ych (0 50 ppm), grup m etoksylowych, eterowych, węglowodanów ( ppm) oraz grup karboksylow ych ( ppm). Jak widać, widm a te różnią się między sobą co do arom atyczności, która w aha się m iędzy 21 a 73%. Interesującą obserwacją dla w idm kwasów hum inow ych jest występow anie w yraźnego sygnału dla w ęgli grup parafinow ych, p rzy czym w zględna intensyw ność tego r e zonansu w aha się w granicach 7,1 36%. Sygnały w tym samym zakrenie w ystępow ały także w w idm ach kw asów hum inow ych z osadów w odnych, w ydaje się więc, że kw asy hum inow e pochodzące z obydw óch środowisk m ają to samo źródło części alifatycznej, tj. resztki pochodzące z glonów oraz m ikroorganizm ów [8]. Arom atyczność kwasów hum inow ych, określona za pomocą m etod chem icznych, osiągała w artość 61 do 100% [8]. W ydaje się jednak, że m e-

6 42 J. Pacha tody chem iczne p rzedstaw iały n ad m iern ie te w artości, gdyż podczas p ro cesu degradacji stru k tu ry alifatyczne mogły być całkowicie utlenione do C 0 2 i H 20. W artości otrzym ane z widm NMR w ydają się być dokładniejsze. W idm a NMR kw asów fulw ow ych różnią się w yraźnie od w idm k w a sów hum inowych. K w asy fulwowe w ykazują w yraźniejszy rezonans przy 175 ppm (węgle grup karboksylow ych i amidowych). Z aw ierają one ponadto więcej węgli grup eterowych oraz więcej węglowodanów (rye. 5A). Najbardziej jednak uderzającą różnicą między widmami NMR kwasów fulwowych i hum inow ych jest większa zawartość w tych drugich stru k tu r parafinow ych. Poza tym rezonans w zakresie tych stru k tu r w przypadku kwasów hum inow ych w ystępuje najsilniej przy 30 ppm, w przypadku zaś kw asów fulw ow ych przy 50 ppm (rye. 5B). W ydaje się to w skazywać, że s tru k tu ry parafinow e nie są identyczne w obydwóch zw iązkach. Przesunięcie chemiczne 50 ppm jest charakterystyczne dla węgli, które są w pozycji a do elektronów tak ich grup jak fenolow a, karboksylowa, aminowa lub amidowa i stru k tu ry parafinow e kwasów fulw owych mogą być połączone z takim i w łaśnie grupam i. W idm a NMR kw asów hum inow ych nie w ykazują bardzo często rezonansu przy 150 ppm, charakterystycznego dla grup fenolowych [8]. Ilość tych grup, oznaczona za pomocą m etod chemicznych, jest dużo większa niż by to wynikało z powierzchni sygnału widm NMR przy 150 ppm. Stosunkowo słaba intensyw ność tego rezonansu może być wytłum aczona w różny sposób. Po pierw sze, podczas oznaczania m etodam i chem icznymi mogła być wykazana nadm ierna ilość grup fenolowych, zwłaszcza że określa się je zw ykle jako różnicę m iędzy całkow itą kwasowością a ilością grup karboksylowych. Stąd mogą wynikać pewne niedokładności, zwłaszcza gdy oznacza się całkow itą kwasowość w stru k tu ra c h ta k złożonych jak kw asy hum inow e. Po drugie, sygnały w ystępujących w p re paratach wolnych rodników m ogłyby interferow ać z sygnałam i w zakresie grup fenolow ych [5]. R easum ując, kw asy fulw ow e i hum inow e praw ie w szystkich rodzajów gleby w ydają się zaw ierać dużo s tru k tu r arom atycznych, w n iek tó rych jednak przypadkach arom atyczność preparatów jest bardzo niska i m ogą dom inow ać s tru k tu ry alifatyczne [6]. S ubstancje próchnicze osadów lądowych zaw ierają podobne stru k tu ry alifatyczne jak substancje próchnicze osadów morskich. Podobieństwo takie może wskazywać na to, że źródło ich w obydwóch przypadkach może być takie samo, tj. że są to resztki pochodzące z glonów i m ikroorganizm ów żyjących w glebie [5]. Ponadto stru k tu ry arom atyczne substancji próchniczych w ydają się być in n e od s tru k tu r arom atycznych lignin. Małe ilości pierścieni arom atycznych, połączonych z grupam i fenolowym i lub m etoksylow ym i mogą w skazyw ać, że ligniny są rzeczyw iście źródłem części arom atycznej substancji próchnicznych, podlegają one jednak zasadniczym zm ianom, pod

7 Struktura substancji próchnicznych 43 czas których grupy te ulegają elim inacji, prawdopodobnie w w yniku procesów oksydacyjnych [5]. P onadto ilość grup karboksylow ych, określona za pom ocą NMR, b a r dziej koreluje z całkow itą kwasowością niż z ilością grup karboksylow ych, określanych za pom ocą m etod chem icznych. Może to być w y n i kiem in te rfe re n c ji sygnałów grup karboksylow ych z sygnałam i pochodzącym i od innych grup, takich jak grupy amidowe czy estrowe [5]. Nie m ożna rów nież w ykluczyć, że p rzy oznaczaniu chem icznym grup karb o ksylow ych popełnia się błędy i w przypadku gdy w ykazuje się za niską ilość grup karboksylowych, tym sam ym określa się błędnie ilość grup fenolow ych, gdyż, jak w spom inano, ilość grup -OH oznacza się jako różnicę m iędzy całkow itą kwasowością a ilością grup karboksylow ych [5]. Torf. Substancje próchniczne stanow ią główny składnik m aterii organicznej torfu. Tw orzy się on w osadach, w których poziom w ody sięga w ierzchołka p rofilu lub też jest niew iele niższy i w k tórym dostępność tlen u dla organizm ów degradujących m aterię organiczną jest ograniczona. W zw iązku z ty m dom inują tam w aru n k i beztlenow e, degradacja m aterii organicznej jest wolniejsza niż w glebie i jest ona zachowana lepiej [5]. W widm ach NMR kwasów fulwowych torfu dom inują sygn a ły ch arak tery sty czn e dla w ielocukrów i kw asów poliuronow ych, d latego też są one podobne do w idm ty ch substancji pochodzących z osadów Ryc. 6. Widma 13C-NMR kwasów fulwowych A, huminowych В oraz humin С torfu [5] Fig C-NMR sipectra of fulvic A and humic В acids and humins С from peat [5] w odnych (ryc. 6A). D odatkow y rezonans p rzy 130 oraz 150 ppm w skazuje na obecność węgli pierścieni arom atycznych oraz węgli związanych z tlenem, pochodzących praw dopodobnie z reszt ligninow ych. W kw asach

8 44 J. Pacha fulw ow ych z torfu dom inują więc wielocukry, a stru k tu ry arom atyczne w ystępują w m ałej ilości [5]. W idma kwasów huminowych pochodzących z torfu różnią się w yraźnie od widm kwasów fulw ow ych pochodzących z tego samego m ateriału (rye. 6B) [5]. Obserwuje się w nich silny rezonans ( ppm), którego źródłem są węgle pierścieni arom atycznych, przy czym najsilniejszy rezonans zauważa się przy 130 ppm, nieco zaś m niejszy przy 150 ppm, ten ostatni jest ch arak tery sty czn y dla lignin. W przeciw ieństw ie do w idm kwasów hum inow ych gleby kw asy hum inow e to rfu odznaczają się w yraźnym rezonansem charak tery sty czn y m dla w ęgli zw iązanych z tlenem. Także obszar c h arak tery sty czn y dla związków arom a tycznych, różni się od kw asów hum inow ych gleby, co sugeruje, że k w a sy hum inow e torfu mogą być strukturalnie różne od kwasów hum inowych gleby. Rezonans charakterystyczny dla stru k tu r pochodzących z lignin w y stępuje także przy 130 i 120 ppm (struktury arom atyczne) oraz 55 ppm (węgle grup m etoksylowych). Rezonans przy 55 ppm jest w przypadku kw asów hum inow ych to rfu w yraźniejszy niż w przypadku kw^asów h u m inowych gleby, co pozwala przypuszczać, że pierścienie arom atyczne kwasów hum inow ych to rfu zaw ierają w ięcej grup m etoksylow ych. W ę glow odany oraz w ęgle s tru k tu r alifatycznych pow iązane z tlenem w ydają się nie być istotnym i składnikam i kw asów hum inow ych torfu. Rezonans przy 90 ppm, charakterystyczny dla węgli parafinow ych i w ystępujący w w idm ach kw asów hum inow ych gleby i osadów w odnych, zauw a żany jest także w kwasach hum inow ych torfu. W ydaje się, że, podobnie jak i w przypadku gleby oraz osadów wodnych, jego źródłem są resztki pochodzące z glonów i m ikroorganizm ów. Rezonans charakterystyczny dla grup karboksylowych, je s t w przypadku kwasów hum inow ych torfu m niejszy niż w przypadku ty ch kw asów w glebie, co w skazuje, że k w a sy hum inow e to rfu są m niej utlenione. Stosunek atom ow y H:C jest z r e guły rów ny 1,1 lub mniejszy, co podkreśla wysoką arom atyczność kw a sów hum inow ych torfu. W idma NMR h u m i n torfu w ykazują silny rezonans przy 72 i 105 ppm (rye. 6C), co pozwala przypuszczać, że istotnym i składnikam i tych substancji są nie rozłożone resztki roślin o charakterze wielocukrów, przede wszystkim zaś celuloza [5]. W yraźny rezonans w ystępuje także w przedziale 0 50 ppm (związki parafinow e) oraz ppm (związki arom atyczne). W widm ach NMR hum in torfow ych obserw ujem y także rezonans węgli grup karboksylowych, am idowych oraz karbonylowych, chociaż jest on m niejszy niż w przypadku kwasów hum inow ych, przy czym w ydaje się, że g ru p y karboksylow e są w przypadku h um in to rfo wych związane ze strukturam i parafinow ym i. Duża zawartość stru k tu r o ch arakterze parafinow ym pozw ala przypuszczać, że rów nież i w ty m

9 Struktura substancji próchnicznych 45 przypadku ich źródłem są resztki glonów lub m ikroorganizm ów żyjących w ty m środow isku [5]. R easum ując, hum iny pochodzące z to rfu w ydają się składać z co n a j m niej trzech frakcji: resztkow ych węglowodanów pochodzących z nie rozłożonej m aterii roślinnej, stru k tu r arom atycznych, których źródłem są resztk i lignin oraz s tru k tu r parafinow ych, pochodzących z resztek glonów i m ikroorganizm ów. Ja k zaznaczono, procesy utleniania są w torfie słabe i już kilka centym etrów pod jego powierzchnią dom inują procesy beztlenow e. D latego to rf zaw iera duże ilości nie rozłożonych lignin i ty l ko ich niew ielka część ulega zmianom w w yniku procesu utleniania. Z tego też względu zarówno kwasy fulwowe, jak i hum inow e oraz hum iny zaw ierać m ogą zarów no przetw orzone, jak i nie zm ienione resztki ligninowe. Jest oczywiście trudno stw ierdzić za pomocą widm NMR, czy kw a sy hum inow e lub hum iny zaw ierają zmienione lub też nie przetw orzone ligniny. W ystępowanie silnych sygnałów dla związanych z tlenem węgli pierścieni arom atycznych oraz węgli grup m etoksylow ych zarówno w kwasach hum inowych, jak i hum inach w yraźnie świadczy o tym, że nie zm ienione resztki ligninow e w y stęp u ją w nich w dużych ilościach. Rezonans ten jest obserwowany w widm ach kwasów fulw ow ych i hum inow ych gleby. W ydaje się, że wvarunki beztlenowe, dom inujące podczas rozkładu m aterii organicznej w torfie, są przyczyną, że s tru k tu ry arom atyczne substancji próchnicznych tego środow iska są podobne do substan cji w yjściow ych w syntezie próchnicy, głów nie zaś lignin [5]. LITERATURA [1] Barton D. H. R., Schnitzer M.: A new experimental approach to the humic acid problem. Nature 198, 1963, [2] Bartuska V. J., Maci el G. E., Bo lk er H. I., Fleming B.: Structural studies of lignin isolation procedures by 1SC NMR. Holzforschung 34, 1980, [3] Gonzales Vila F. J., Lentz H., Lue de mann Hl. D.: FT-C13 nuclear magnetic resonance spectra of natural humic substances. Biochem. Biophys. Res Commun. 73, 1076, 3, [4] Hatcher P. G., Br ege г I. A., Mattingly M. A.: Structural characteristic of fulvic acids from continental shelf sediments. Nature 285, 1980, [5] H a t h e r P. G., B r e g e r I. A., Dennis L. W., Maciel G. E.: Solid-state 1SC-NMR of sedimentary humic substances: new revelations on their chemical composition. In: Aquatic and terrestrial humic materials. Eds. R. F. Christman, E. T. Gjessing; Ann Arbor Science Publishers, Ann Arbor, 1983, [6] Hatcher P. G., M a с i e 1 G. E., D e n n i s L. W.: Aliphatic structure of humic acids a clue to their origin. Org. Geochem. 3, 1981, [7] Hatcher P. G., Rowan R., Mattingly M. A. : *H and 18C NMR of marine humic acids. Org. Geochem. 2, 1980,

10 46 J. Pacha [8] Hatcher P. G., Schnitzer M., Dennis L. W., Mac i ei G. E.: Aromaticity of humic substances in soils. Soil Sei. Soa ;Amer. J. 45, 1981, 6, [91 Newman R. H., Tate K. R., Barron P. F., Wilson M. A.: Towards a direct, non-destructive method of characterising soil humic substances using 13C NMR. J. Soil Sei. 31, 1980, [10] Neyroud J. A., Schnitzer M.: Structure chimique des acides humiques et fulviques du sol. W: Soil Organic Matter Studies, vol. II, International Atomic Energy Agency, Wien 1977, [Ill Schnitzer M/: Recent advances in humic acid research. Proc. Int. Peat Symp., Bemidji, Minnesota, October 21 23, 1981, [121 Schnitzer M., Khan S. U..: Humic substances in the environment Marcel Dekker Inc., New York 1972, 327. [13] Senesi N., Schnitzer M.: Free radicals in humic substances. In: Environmental Biogeochemistry and Geomicrobiology. Vol. 2: The Terrestrial Environment; Ed. W. E. Krumbein; Ann Arbor Science Publishers, Ann Arbor, 1978, [14] Steel in к С., To 11 in G.: Free radicals in soil. In: Soil Biochemistry. Voli 1, Eds. A. D. McLaren, G. H. Peterson, Marcel Dekker Inc., New York 1967, [15] Stevenson F. J., Goh K. M.: Infrared spectra of humic acids and related substances. Geochim. Cosmochim. Acta, 35, 1971, [16] S t u e r m e r D. H., Kaplan I. R., Peters K. E.: Source indicators of huj mic substances and proto-kerogen. Stable isotope ratios, elemental compositions and electron spin resonance spectra. Geochim. Cosmochim. Acta, 42, 1978, [17] Wilson M. A.: Application of nuclear magnetic resonance spectroscopy to the study of the structure of soil organic matter. J. Soil Sei. 32, 1981, [18] Wilson M. A., Barron P. F., Goh K. M.: Cross polarisation 13C-NMR spectroscopy of some genetically related New Zealand soils. J. Soil Sei. 32, 1981, [19] Wilson M. A., Goh K. M.: Proton-decoupled pulse Fourier-transform 1J*C magnetic resonance of soil organic matter. J. Soil Sei. 28, 1977, [20] Wilson M. A., P u g m i r e R. J., Z i 1 m K. W., G о h K. M, Heng S* Grant D. M;: Cross-polarization 1SC-NMR spectroscopy with magic angle spinning characterizes organic matter in whole soils. Nature 294/5842, 1981, E. ПАХА СТРУКТУРА ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ В СВЕТЕ НОВЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Кафедра микробиологии Силезского университета в Катовицах Резю ме Наилучшей тейникой применяемой в настоящее время в исследованиях по происхождению и химической структуре гумусовых веществ является магнитный ядерный резонанс (МЯР). Исследования с его использованием значительно расширили наши знания относительно химического состава гуминовых и фильвовых кислот, а также гуминов происходящих

11 Struktura substancji próchnicznych 47 из разных источников. Установлено, что в водных осаждениях, а также в почве и торфе гумусовые вещества были составлены из нескольких структурных компонентов, происходящих из по крайней мере двух источников: водных растений в цервом случае и сосудистых расте ний во втором. Фракция, источником которой являются водные растения, преимущественно алифатического характера. Компонент типичный для гумусовых веществ лочвы и торфа содержит главным образом ароматические структуры и происходит из лигнинов, что является характерным для сосудистых растений, высокомолекулярного полимера, кумарилового, кониферидового и синапилового алкоголей. Хотя структуры характера параффинов, повсеместно встречаемые в гумусовых веществах водных осаждений, содержатся также в гумусе континентальных осаждений, однако основным компонентом этих последних являются ароматические структуры. Сверх того спектры МЯР показывают, что ароматические соединения встречаемые в торфе характеризуются высоким содержанием функционных групп в состав которых входит кислород, чем напоминают лигины, основные исходные вещества в их синтезе. J. PACHA STRUCTURE OF HUMIC SUBSTANCES IN THE LIGHT OF THE NEWEST RESEARCH Department of Microbiology, Silesian University of Katowice, Summary Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) is a most valuable technique for elucidating the origin and chemical structure of humic substances. Examination of humic matter from a variety of depositional environments has expanded the knowledge of their chemical structural composition. In sedimentary deposits such as soils, peats and marine sediments, humic substances appear to be composed of several structural components that are derived from at least two major sources of plant remains aquatic plants and vascular plants. One component, presumed to be derived from aquatic plants, has a macromolecular structure that is predominantly aliphatic. Another structural component of humic substances, observed mostly in peats and soils, is the one derived from vascular plant remains. Lignin, the insoluble macromolecular and predominantly aromatic substance that is ubiquitous in vascular plants, is presumed to be the source of this aromatic component of humic substances. Such structures are chemically distinct from those produces by aquatic plants. Though the paraffinic structures that are so common in aquatic sedimentary humic substances are also observed in the terrestrial sediments, the major components of humic substances in terrestrial sediments, are the aromatic structures. The NMR spectra indicate that, in peats, aromatic structures are more highly substituted by oxygen-bearing functional groups, and these structures resemble lignin, their probable progenitor. Dr Jerzy Pacha Katedra Mikrobiologii U niw ersytetu Śląskiego Katowice, ul. Jagiellońska 28

12