Определение восстановительной емкости гуминовых кислот в реакциях с различными комплексами Fе(III)
https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.3.414-429
Аннотация
Оценена восстановительная емкость гуминовых кислот (ГК) спектрофотометрическим методом с использованием в качестве окислителей комплексных соединений Fe(III) с органическими и неорганическими лигандами в зависимости от рН среды и концентрации реагентов. Показано, что для комплексов Fe(III) с α,α′-бипиридилом и о-фенантролином максимальная чувствительность метода наблюдается при рН = 5, а для гексацианоферрата(III) калия – при рН = 9. Полученные результаты обоснованы путем расчетного моделирования процессов комплексообразования и диссоциации. Выявлено, что с ростом концентрации ГК уменьшается число доступных поверхностных функциональных групп вследствие агрегации молекул, что обусловливает снижение восстановительной емкости. Редоксиметрическим титрованием определен формальный окислительно-восстановительный потенциал ГК, который составил 530–535 мВ.
Об авторах
П. В. Оськин
Тульский государственный университет
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Оськин Павел Владимирович, магистрант кафедры химии Естественно-научного института,
пр. Ленина, д. 92 г., Тула, 300012.
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Е. Д. Дмитриева
Тульский государственный университет
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Дмитриева Елена Дмитриевна, доктор химических наук, профессор кафедры химии Естественнонаучного института,
пр. Ленина, д. 92 г., Тула, 300012.
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
А. К. Машкович
Тульский государственный университет
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Машкович Анастасия Константиновна, бакалавр кафедры химии Естественно-научного института,
пр. Ленина, д. 92 г., Тула, 300012.
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
А. А. Ковалева
Тульский государственный университет
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Ковалева Алина Александровна, магистрант кафедры химии Естественно-научного института,
пр. Ленина, д. 92 г., Тула, 300012.
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Список литературы
1. Hayes M.H.B., Swift R.S. Chapter 1 – Vindication of humic substances as a key component of organic matter in soil and water // Sparks D.L. (Ed.) Advances in Agronomy. Acad. Press, 2020. V. 163. P. 1–37. https://doi.org/10.1016/bs.agron.2020.05.001.
2. Дмитриева Е.Д., Глебов Н.Н., Леонтьева М.М., Сюндюкова К.В. Связывающая способность гуминовых веществ торфов и гиматомелановых кислот по отношению к полиароматическим углеводородам (на примере нафталина) // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2017. № 7. С. 8–23. https://doi.org/10.17223/24135542/7/1.
3. Sari M.K., Basuki R., Rusdiarso B. Adsorption of Pb(II) from aqueous solutions onto humic acid modified by urea-formaldehyde: Effect of pH, ionic strength, contact time, and initial concentration // Indones. J. Chem. 2021. V. 21, No 6. P. 1371–1388. https://doi.org/10.22146/ijc.64600.
4. Yang Y.-j., Wang B., Guo X.-j., Zou C.-w., Tan X.-d. Investigating adsorption performance of heavy metals onto humic acid from sludge using Fourier-transform infrared combined with two-dimensional correlation spectroscopy // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26, No 10. P. 9842–9850. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04445-2.
5. Дмитриева Е.Д., Герцен М.М. Влияние гуминовых кислот на состояние капель нефтепродуктов в присутствии микроорганизмов-нефтедеструктров рода Rhodococcus // Вестник Тверского государственного университета: Серия Химия. 2021. № 2 (44). С. 69–79. https://doi.org/10.26456/vtchem2021.2.7.
6. Дмитриева Е.Д., Герцен М.М., Дремова А.А. Детоксицирующая способность гуминовых кислот торфов по отношению к нефтепродуктам в почвенной экосистеме // Химия растит. сырья. 2022. Вып. 2. С. 261–269. https://doi.org/10.14258/jcprm.2022029684.
7. Каримова В.Т., Дмитриева Е.Д., Нечаева И.А. Влияние гуминовых веществ торфов Тульской области на рост микроорганизмов деструкторов нефти Rhodococcus erythropolis S67 и Rhodococcus erythropolis X5 // Известия ТулГУ. Естественные Науки. 2017. № 2. С. 60–68.
8. Lv J., Han R., Huang Z., Luo L., Cao D., Zhang S. Relationship between molecular components and reducing capacities of humic substances // ACS Earth Space Chem. 2018. V. 2, No 4. P. 330–339. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.7b00155.
9. Zhang J., Chen L., Yin H., Jin S., Liu F., Chen H. Mechanism study of humic acid functional groups for Cr(VI) retention: Two-dimensional FTIR and 13C CP/MAS NMR correlation spectroscopic analysis // Environ. Pollut. 2017. V. 225. P. 86–92. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.03.047.
10. Gonzalez-Nava C., Manríquez J., Godínez L.A., Rodríguez-Valadez F.J. Enhancement of the electron transfer and ion transport phenomena in microbial fuel cells containing humic acid-modified bioanodes // Bioelectrochemistry. 2022. V. 144. Art. 108003. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2021.108003.
11. Stern N., Mejia J., He S., Yang Y., Ginder-Vogel M., Roden E.E. Dual role of humic substances as electron donor and shuttle for dissimilatory iron reduction // Environ. Sci. Technol. 2018. V. 52, No 10. P. 5691–5699. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b06574.
12. Peng X.-X., Gai S., Cheng K., Yang F. Roles of humic substances redox activity on environmental remediation // J. Hazard. Mater. 2022. V. 435. Art. 129070. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129070.
13. Bai Y.-N., Wang X.-N., Wu J., Lu Y.-Z., Fu L., Zhang F., Lau T.-C., Zeng R.J. Humic substances as electron acceptors for anaerobic oxidation of methane driven by ANME-2d // Water Res. 2019. V. 164. Art. 114935. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.114935.
14. Guo J., Yang G., Zhuang Z., Mai Q., Zhuang L. Redox potential-induced regulation of extracellular polymeric substances in an electroactive mixed community biofilm // Sci. Total Environ. 2021. V. 797. Art. 149207. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149207.
15. Yang Z., Du M., Jiang J. Reducing capacities and redox potentials of humic substances extracted from sewage sludge // Chemosphere. 2016. V. 144. P. 902–908. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.09.037.
16. Aeschbacher M., Vergari D., Schwarzenbach R.P., Sander M. Electrochemical analysis of proton and electron transfer equilibria of the reducible moieties in humic acids // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45, No 19. P. 8385–8394. https://doi.org/10.1021/es201981g.
17. Klein O.I., Kulikova N.A., Filimonov I.S., Koroleva O.V., Konstantinov A.I. Long-term kinetics study and quantitative characterization of the antioxidant capacities of humic and humic-like substances // J. Soils Sediments. 2018. V. 18, No 4. P. 1355–1364. https://doi.org/10.1007/s11368-016-1538-7.
18. Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Загоскина Н.В. Метод определения суммарного содержания фенольных соединений в растительных экстрактах с реактивом ФолинаДениса и реактивом Фолина-Чокальтеу: модификация и сравнение // Химия растит. сырья. 2021. № 2. С. 291–299. https://doi.org/10.14258/jcprm.2021028250.
19. Kar F., Ozyurt D., Ozturk B. The effects of optimization methods on the determination of total antioxidant capacity in some plants // Fresenius Environ. Bull. 2019. V. 28, No 9. P. 6589–6595.
20. Sethi S., Joshi A., Arora B., Bhowmik A., Sharma R.R., Kumar P. Significance of FRAP, DPPH, and CUPRAC assays for antioxidant activity determination in apple fruit extracts // Eur. Food Res. Technol. 2020. V. 246, No 3. P. 591–598. https://doi.org/10.1007/s00217-020-03432-z.
21. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Ганул А.Г. Фоновое содержание химических элементов в почвах и донных осадках севера Западной Сибири // Почвоведение. 2019. № 4. С. 422–439. https://doi.org/10.1134/s0032180x19020114.
22. Lee S., Roh Y., Koh D.-C. Oxidation and reduction of redox-sensitive elements in the presence of humic substances in subsurface environments: A review // Chemosphere. 2019. V. 220. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.11.143.
23. Бойкова О.И., Волкова Е.М. Химические и биологические свойства торфов Тульской области // Известия ТулГУ. Естественные Науки. 2013. Вып. 3. P. 253–264.
24. Siundiukova K.V., Dmitrieva E.D., Goryacheva A.A., Muzafarov E.N. Sorption ability of humic substances from different origin peats of the Tula region in relation to Pb(II) // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16, Вып. 6. P. 788–796.
25. Shcherbina N.S., Perminova I.V., Kalmykov S.N., Kovalenko A.N., Haire R.G., Novikov A.P. Redox and complexation interactions of neptunium(V) with quinonoidenriched humic derivatives // Environ. Sci. Technol. 2007. V. 41, No 20. P. 7010–7015. https://doi.org/10.1021/es070415l.
26. Цюпко Т.Г., Бриленок Н.С., Гущаева К.С., Вершинин В.И. Определение суммарного содержания фенольных антиоксидантов в чае с применением разных вариантов метода FRAP // Аналитика и контроль. 2019. Т. 23. № 1. С. 143–151. https://doi.org/10.15826/analitika.2019.23.1.011.
27. Хилько С.Л., Ковтун А.И., Рыбаченко В.И. Потенциометрическое титрование гуминовых кислот // ХТТ. 2011. № 5. С. 50–62.
28. Piccolo A. The supramolecular structure of humic substances // Soil Sci. 2001. V. 166, No 11. P. 810–832.
29. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М: Химия, 1989. 248 c.
30. Segoviano-Garfias J.J.N, Zanor G.A., Ávila-Ramos F., Bivián-Castro E.Y., Rubio-Jiménez C.A. Spectrophotometric determination of formation constants of iron(III) complexes with several ligands // Chemistry. 2022. V. 4, No 3. P. 701–716. https://doi.org/10.3390/chemistry4030050.
31. Irving H., Mellor D.H. 1002. The stability of metal complexes of 1,10-phenanthroline and its analogues. Part I. 1,10-Phenanthroline and 2,2′-bipyridyl // J. Chem. Soc. 1962. P. 5222–5237. https://doi.org/10.1039/JR9620005222.
32. Fuentes M., Olaetxea M., Baigorri R., Zamarreño A.M., Etienne P., Laîné P., Ourri A., Yvin J.-C., Garcia-Mina J.M. Main binding sites involved in Fe(III) and Cu(II) complexation in humic-based structures // J. Geochem. Explor. 2013. V. 129. P. 14–17. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2012.12.015.
33. Zhang Y., Wu S., Sun P. Estimation of stability constants of Fe(III) with antibiotics and dissolved organic matter using a novel UV–vis spectroscopy method // Sci. Total Environ. 2023. V. 899. Art. 165702. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165702.
34. Boguta P., D’Orazio V., Senesi N., Sokołowska Z., Szewczuk-Karpisz K. Insight into the interaction mechanism of iron ions with soil humic acids. The effect of the pH and chemical properties of humic acids // J. Environ. Manage. 2019. V. 245. P. 367–374. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.05.098.
35. Ašerger S., Murati I., Pavlović D. Kinetics of oxidation and of catalytic decomposition of hexacyanoferrate(II) ion // J. Chem. Soc. A. 1969. P. 2044–2047. https://doi.org/10.1039/J19690002044.
36. Fujisawa N., Furubayashi K., Fukushima M., Yamamoto M., Komai T., Ootsuka K., Kawabe Y. Evaluation of the iron(II)-binding abilities of humic acids by complexometric titration using colorimetry with ortho-phenanthroline // Humic Subst. Res. 2011. V. 8. P. 1–6.
37. Mori A., Fornasier F., Catalano L., Franco I., Leita L. The interaction between ferricyanide ion and unfractionated substances // Dev. Soil Sci. 2002. V. 28, Pt. A. P. 449–456. https://doi.org/10.1016/S0166-2481(02)80068-X.
38. Ibrahim M., Khan A., Nabi H.U., Ikram M., Shah M., Ahuchaogu A.A. In vitro antioxidant, free radical scavenging and DNA binding properties of synthetic metal based imine derivatives of Schiff bases // Int. J. Chem. Stud. 2019. V. 7, No 2. P. 213–220.
39. Efremenko E., Senko O., Stepanov N., Mareev N., Volikov A., Perminova I. Suppression of methane generation during methanogenesis by chemically modified humic compounds // Antioxidants. 2020. V. 9, No 11. Art. 1140. https://doi.org/10.3390/antiox9111140.
40. Zareef M., Arslan M., Hassan M.M., Ali S., Ouyang Q., Li H., Wu X., Hashim M.M., Javaria S., Chen Q. Application of benchtop NIR spectroscopy coupled with multivariate analysis for rapid prediction of antioxidant properties of walnut (Juglans regia) // Food Chem. 2021. V. 359. Art. 129928. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129928.
41. Вершинин В.И., Белова Е.В. Определение суммарного содержания фенольных антиоксидантов в модельных смесях по методу Фолина-Чокальтеу и по методу FRAP // Аналитика и контроль. 2019. Т. 23. № 3. С. 314–322. https://doi.org/10.15826/analitika.2019.23.3.008.
42. Skouta R., Morán-Santibañez K., Valenzuela C.A., Vasquez A.H., Fenelon K. Assessing the antioxidant properties of Larrea tridentata extract as a potential molecular therapy against oxidative stress // Molecules. 2018. V. 23, No 7. Art. 1826. https://doi.org/10.3390/molecules23071826.
43. Тарасевич Ю.И., Доленко С.А., Трифонова М.Ю., Алексеенко Е.Ю. Ассоциация и коллоидно-химические свойства гуминовых кислот в водных растворах // Коллоидный журнал. 2013. Т. 75, № 2. С. 230–236. https://doi.org/10.7868/s0023291213020171.
44. Struyk Z., Sposito G. Redox properties of standard humic acids // Geoderma. 2001. V. 102, No 3–4. P. 329–346. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(01)00040-4.
45. Неницеску К.Д. Органическая химия. Т. 2. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 1048 с.
46. Дмитриева Е.Д., Леонтьева М.М., Сюндюкова К.В. Молекулярно-массовое распределение гуминовых веществ и гиматомелановых кислот торфов различного генезиса Тульской области // Химия растит. сырья. 2017. № 4. С. 187–194. https://doi.org/10.14258/jcprm.201704193.
Рецензия
Для цитирования:
Оськин П.В., Дмитриева Е.Д., Машкович А.К., Ковалева А.А. Определение восстановительной емкости гуминовых кислот в реакциях с различными комплексами Fе(III). Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2024;166(3):414-429. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.3.414-429
For citation:
Oskin P.V., Dmitrieva E.D., Mashkovich A.K., Kovaleva A.A. Determination of the Reducing Capacity of Humic Acids in Reactions with Different Fe(III) Complexes. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki. 2024;166(3):414-429. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.3.414-429
Просмотров:
126
Послать статью по эл. почте 