Ekstrakcja substancji próchnicznych gleby

Użycie odpowiedniej metody ekstrakcji będzie zależało od rodzaju związków,które
będą ekstrahowane. Z tego powodu niepolarne składniki jak tłuszcze,woski, żywice powinny być ekstrahowane przez organiczne rozpuszczalniki,takie jak eter, mieszaniny alkoholi i benzenu i inne. Wyizolowanie aminokwasów i cukrów powinno odbywać się na drodze hydrolizy. (Stevenson 1982)

Idealna metoda ekstrakcji powinna spełniać następujące warunki:

1. wyekstrachowany materiał nie powinien mieć zmienionych właściwości
2. wyizolowana substancja próchniczna powinna być wolna od zanieczyszczeń
3. wydzielony materiał powinien zawierać wszystkie frakcje związków próchnicznych
4. metoda powinna być uniwersalna dla wszystkich gleb

Związki chemiczne używane do ekstrakcji substancji organicznej (Stevenson 1982)
Środek ekstrahujący% wyekstrahowanej substancji organicznej
NaOH
do 80%
"Łagodne" ekstraktanty:
Na4P2O7 i sole kwasów organicznych
do 30%
Organiczne związki chelatujące
do 30%
Kwas mrówkowy HCOOH
do 55%

Ekstrakcja alkaliczna

Szeroko stosowanymi odczynnikami w tej metodzie są: NaOH i Na2CO3 o stężeniach
0.1 do 0.5N.Ekstrakcja gleby NaOH prowadzi do wyizolowania 80% substancji organicznej. Przemycie gleby rozcieńczonym HCl podnosi skuteczność metody ponieważ usuwa Ca i inne kationy wielowartościowe. W celu uzyskania jak najlepszego efektu, wskazane jest powtórzenie ekstrakcji.
Niepożądane cechy tej metody to:
  1. alkalia mogą rozpuszczać pewne składniki mineralne np.: krzemionkę, która może zanieczyścić wyizolowany materiał,
  2. alkalia ługują pewne substancje organiczne wchodzące w skład świeżych tkanek roślinnych jak hemicelulozy, lignina itp.; dołączając je do substancji próchnicznych gleby,
  3. trudność w wyosobnieniu związków próchnicznych z gleby w stanie możliwie niezmienionym polega na tym, że w czasie samej ekstrakcji ulegać ona może pewnym wtórnym procesom np. autooksydacji lub kondensacji, przechodząc w substancje nowe, chemicznie zmienione, jakich w pierwotnej próchnicy nie było.

Ilość substancji organicznej wyizolowanej z gleby przez alkalia wzrasta wraz z czasem trwania ekstrakcji.

"Łagodne" środki ekstrahujące

Aby wyeliminować niekorzystne cechy ekstrakcji alkalicznej zaczęto stosować"łagodne"
odczynniki, dające większą gwarancję izolowania niezmienionejsubstancji organicznej. Trzeba jednak zaznaczyć, że za pomocą tych łagodnie działających odczynników można z gleby wyługować znaczniemniejsze ilości substancji próchnicznych aniżeli przy użyciu zasad. Łączy się to z różnym stopniem ich związania z mineralną frakcją materiału glebowego. Im słabsze są te wiązania, tym łatwiej są one rozrywane podczas eksrakcji, a substancje próchniczne mogą być przeprowadzane do roztworu i izolowane.
Obecnie niektórzy autorzy preferują metodę, w której najpierw przeprowadza się
"łagodną" ekstrakcję, a następnie alkaliczną.

Na4P2O7 i inne sole

W większości gleb substancja organiczna jest związana z jonami Ca2+,Fe3+, Al3+ tworząc
nierozpuszczalne połączenia. Istniejąodczynniki, które wiążą powyższe kationy w środowisku obojętnym i tym samym uwalniają substancję organiczną.Tymi odczynnikami są: szczawian amonowy, pirofosforan sodu Na4P2O7, sole słabych kwasów organicznych, EDTA, acetyloaceton i inne.
Spośród tych różnych reagentów najszersze zastosowanie ma Na4P2O7. Stosując metodę
ekstrakcji z zastosowaniem pirofosforanu sodu możemy wyizolować z gleby ok. 30% substancji organicznej. Jest to mniej niż w przypadku ekstrakcji z NaOH, ale wyizolowane substancje próchniczne wykazują znacznie mniejsze zmiany właściwości. Aby jeszcze dodatkowo zminimalizować te zmiany, ekstrakcja powinna przebiegać w środowisku o pH 7.0.

Kwas mrówkowy- HCOOH

Stosując bezwodny kwas mrówkowy
zawierający LiF, LiBr lub HBF4można wyekstrahować do 55% substancji organicznej z gleb mineralnych i do 80% z kompostów. Ilustruje to zamieszczony obok wykres.
Przewaga ekstrakcji przy pomocy kwasu
mrówkowego związana jest z faktem, że jest on związkiem polarnym i nie wykazuje właściwości utleniających, bądź hydrolizujących. Ponadto HCOOH jest dobrym rozpuszczalnikiem dla bardzo dużej ilości różnych związków chemicznych.
Kwas mrówkowy jest najskuteczniejszym
ekstrahentem dla gleb, w których większość substancji organicznej jest tylko częściowo zhumifikowana.

Organiczne związki chelatujące

Acetyloaceton, cupfferon i hydroksychinolina są związkami zdolnymi do tworzenia kompleksów chelatowych z jonami Fe i Al, które tworzą kompleksy z substancją organiczną w poziomiach eluwialnych gleb bielicowych. Wyżej wymienione związki chelatujące wiążą Fe i Al i w ten sposób uwalniają substancję organiczną, która przechodzi w formy rozpuszczalne.
Odczynniki te są raczej nieskuteczne w przypadku innych typów gleb. (Stevenson 1982)

Ekstrakcja związków próchnicznych zmodyfikowaną metodą HSS

Otrzymywanie preparatów kwasów fulwowych (FA)

Kwasy fulwowe uzyskuje się przy pomocy kolumn z jonowymiennymi żywicami. Po
wstępnym wyekstrahowaniu związków próchnicznych 0,1 M HCl (10 mL roztworu / 1 g suchej gleby, wytrząsać przez 1 godz. oraz zdekantować), pozostałość ekstrahuje się 0,1 M NaOH. Kolejność czynności jest następująca:

1. Kolumnę (namoczoną wcześniej przez 24 godz. w alkoholu metylowym) napełnić żywicą

XAD-8 do wysokości 20 cm, a następnie kolejno:
2. przemyć 100 cm3 wody destylowanej,
3. przepłukać 100 cm3 0.1 M HCl,
4. przemyć 100 cm3 wody destylowanej,
5. przepłukać 100 cm3 0.1 M NaOH,
6. przemyć 100 cm3 wody destylowanej.
7. Do kolumny wprowadzić 100 cm3 ekstraktu glebowego z HCl (FF) i przefiltrować.
8. Filtrat zebrać do kolby miarowej na 200 cm3, kolumnę przemyć 100 cm3 0,01 M H2SO4
i w całości oznaczyć węgiel (NHF).
9. Pozostałe na kolumnie frakcje kwasów fulwowych przemyć 100 cm3 0,1 M NaOH i eluat
zebrać do kolby (FA1). Przechowywać w lodówce.
10. Związki próchniczne wyekstrahowane z gleby 0,1 M NaOH zakwasić HCl do pH 1 i
odwirować w probówce z polipropylenu. Oddzielić osad (kwasy huminowe - KH) i supernatant (kwasy fulwowe - FA2).
11. 100 cm3 supernatantu z HCl (frakcja FA2) przepuścić przez kolumnę XAD-8 i
przemyć 100 cm3 0,01 N H2SO4 (przesącz odrzucić).
12. Pozostałe na kolumnie frakcje (FA2) przepłukać 100 cm3 0,1 M NaOH, zebrać eluat
do kolby i połączyć z roztworem FA1 (p.9) - trzymać w lodówce.
13. 100 cm3 eluatu (mieszanina FA1+FA2) zakwasić HCl do pH 1 oraz HF do uzyskania
0,3 M roztworu i odwirować. 0,3 M roztwór HF uzyskuje się następująco: na 100cm3 eluatu 0,1 M NaOH ( FA1+FA2) dodać 1,32 cm3 HF (stęż. 40 % o gęst. = 1,13).
14. Supernatant przepuścić przez kolumnę XAD-8.
15. Kolumnę przepłukać 100 cm3 0,01 N H2SO4, przesącz odrzucić.
16. Pozostałe na kolumnie frakcje kwasów fulwowych (FA) eluować 100 cm3 0,1 M NaOH.
17. Eluat zakwasić HCl do pH 1 oraz dodać HF do uzyskania 0,3 M roztworu i odwirować.
18. Supernatant przepuścić przez kolumnę XAD-8.
19. Kolumnę przemyć 100 cm3 0,01 N H2SO4.
20. FA pozostałe na XAD-8 eluować za pomocą 100 cm3 0,1 M NaOH.
21. Eluat FA-Na przepuścić przez kolumnę DOWEX-50 wysyconą jonami H.
22. Kolumnę przemyć 100 cm3 wody destylowanej i połączyć z roztworem FA po przejściu
przez kolumnę wypełnioną DOWEX-50.
23. W celu uzyskania czystego preparatu kwasów fulwowych, roztwór FA odparować w
temperaturze 300 oC lub liofilizować.

Uwaga: szybkość przepuszczania przez kolumnę winna być określona jako 3 pojemności
kolumny na godzinę.

Otrzymywanie preparatów kwasów huminowych

1. pozostały w probówce wirówkowej osad KH (p. 10 - otrzymywanie kw. fulwowych)
dwukrotnie przemyć 50 cm3 roztworu mieszaniny HCl + HF (990 cm3 H2O + 5 cm3 HCl stęż. + 5 cm3 HF 52 % sporządzonego w butli z propylenu), wymieszać i odwirować w probówkach z propylenu. Następnie osadzony żel KH przenieść do woreczka z błony półprzepuszczalnej dializować do zaniku reakcji na jon Cl-.
2. Po dializie preparat liofilizować lub wysuszyć w temp. pokojowej (do 300 oC).

Powrót do strony głównej