Přírodní organické látky – NOM (Natural Organic Matter) Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM) - významná součást povrchových vod dělení podle velikosti částic: rozpuštěné - DOM (Dissolved Organic Matter) < 0,45 mm nerozpuštěné - POM/SOM (Particulate/Suspended Organic Matter) > 0,45 mm DOM - Dissolved Organic Matter - různorodá směs aromatických a alifatických uhlovodíkových struktur - funkčních skupiny, např. amidové, karboxylové, hydroxylové, ketonické … - různorodé fyzikální a chemické vlastnosti Hydrochemie – 8. přednáška 1 Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
17
Embed
Přírodní organické látky – NOM (Natural Organic Matter) . přednáška … 8.pdf · 2018-03-08 · Degradační (ligninová) teorie vzniku pozvolný rozklad huminových látek
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Přírodní organické látky – NOM (Natural Organic Matter)
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
- významná součást povrchových vod dělení podle velikosti částic:
rozpuštěné - DOM (Dissolved Organic Matter) < 0,45 mm
nerozpuštěné - POM/SOM (Particulate/Suspended Organic Matter) > 0,45 mm
DOM - Dissolved Organic Matter
- různorodá směs aromatických a alifatických uhlovodíkových struktur
- funkčních skupiny, např. amidové, karboxylové, hydroxylové, ketonické …
- různorodé fyzikální a chemické vlastnosti
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
1
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
DOM - Dissolved Organic Matter
původ:
allochtonní (látky, které se do vody dostávají z okolního prostředí) - výluhy z půdy a sedimentů (půdní a rašelinný humus, výluhy z listí a tlejícího dřeva) autochtonní (látky, které ve vodě přímo vznikají) - produkty metabolických pochodů organismů - látky vzniklé biologickými a chemickými přeměnami odumřelých buněk
DOM
huminové l. (huminové kyseliny a fulvokyseliny) – cca 60 – 75% všech DOM
nehuminové l. (především proteiny a polysacharidy) - vyšší konc. při rozvoji fytoplanktonu – tzv. AOM (Algal Org. Matter)
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
2
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
= vysokomolekulární polycyklické sloučeniny
- relativní MH - stovky až desítky tisíc
Výskyt:
1) jednotlivé molekuly
2) supramolekulární struktury (spojené pomocí vdW sil)
3) micelární koloidy (hydrofobní část uvnitř a hydrofilní vně koloidu)
Teorie vzniku huminových látek
1) degradační (ligninová)
2) syntetická (polyfenolová)
Co
pyrig
ht Fo
rschu
ng
szen
trum
Dre
sde
n
výskyt HL ve vodě ovlivněn především pH, koncentrací HL a iontovou silou
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
3
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Degradační (ligninová) teorie vzniku
pozvolný rozklad huminových látek na CO2 a H2O
mikrobiální rozklad odumřelého rostlinného materiálu
transformace těžko rozložitelných látek (lignin, kutin, melanin)
na vysokomolekulární huminy
pozvolná oxidace na huminové kyseliny a fulvokyseliny
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
4
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Syntetická (polyfenolová) teorie vzniku
degradace rostlinných tkání na karboxylové kyseliny, fenoly atd.
syntéza fulvokyselin
syntéza huminových kyselin
syntéza huminů
Oba mechanizmy vzniku HL pravděpodobně probíhají společně. Předpokládá se, že ve vodních ekosystémech dominuje degradace, zatímco v terestrických ekosystémech převažuje syntéza.
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
5
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Složení HL
- aromatická jádra spojená alifatickými často cyklickými řetězci
- funkční skupiny - karboxylové a hydroxylové, methoxylové a karbonylové
- vázány na aromatických jádrech i postraních řetězcích
- dále přítomnost chinoidních a alkenových struktur
- HL řadíme do skupiny polyfenolů a polykarboxylových kyselin
HL
1) humusové kyseliny (rozpustné ve vodě)
a) huminové kyseliny
b) fulvokyseliny
c) hymatomelanové kyseliny
2) huminy (nerozpustné ve vodě)
3) humusové uhlí (nerozpustné ve vodě)
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
6
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Fulvokyseliny
obsahují cca 46-55% C, 37-50% O 4-5% H, < 1% N a S
Ve srovnání s HL mají nižší MH, obsahují méně aromatických struktur, více alifatických postranních řetězců a mají více homogenní strukturu.
Huminové kyseliny
obsahují cca 50-57% C, 34-38% O 4-6% H, < 1% N a S
O
O
COOH
OH
OH
OH
COOH
OH
O
RHOOC
O
O
O
OH
NH R
NH O
O
N
O
C O
CH
CH O
O
OH
O
O O
H
OH
OH
COOH
COOH
(peptid)
(sacharid) ( )4
OH
OH
O
OHO
CH2OH
CH3
COOH
HOOC
HOOC
COOH
COOH
HOOC
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
7
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Všechny skupiny HL jsou si strukturně podobné, liší se MH, obsahem funkčních skupin, kyselostí, komplexačními schopnostmi a rozpustností v některých rozpouštědlech.
HK - rozpustné v zásadách - nerozpustné v kyselinách
FK - rozpustné v zásadách - rozpustné v kyselinách
Huminy - nerozpustné v kyselinách - nerozpustné v zásadách
ve vodách díky větší rozpustnosti převažují FK
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
8
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Vlastnosti HL
negativně nabité, povrchově aktivní makromolekuly záporný náboj HL dán přítomností karboxylových a hydroxylových skupin
Příčiny kyselosti HL
1) přítomnost karboxylových a hydroxylových skupin karboxylové skupiny – silně kyselé (K = 10-2-10-5) hydroxylové skupiny - slabě kyselé (K = 10-9-10-11)
2) rozmístění karboxylových skupin v molekule
3) polarita (dipólový moment) molekul HL - s rostoucí polaritou molekul HL roste i jejich kyselost
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
9
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Huminové látky - HL
Vlastnosti HL
tvorba komplexů s vícemocnými kationy dána: 1) přítomností karboxylových a hydroxylových skupin 2) aromaticitou molekul - schopnost tvorby komplexů se zvyšuje se vzrůstající hodnotou pH
- rozpustnost komplexů závisí na hmotnostním poměru kationtů a HL - - se vzrůstajícím zastoupením kationtů klesá rozpustnost komplexů
Huminové vody
- vysoký obsah HL - nízký obsah vápníku, hořčíku a hydrogenuhličitanových iontů - nízká hodnota pH a KNK4,5 - často zvýšený obsah hliníku - nevyhovující senzorické vlastnosti vody (barva, chuť a zápach)
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
10
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Algal Organic Matter - AOM Vznik:
1) metabolická činnost sinic a řas extracelulární organické látky (Extracellular Organic Matter - EOM)
2) odumírání buněk sinic a řas (buněčné lyze) celulární (buněčné) organické látky (Cellular Organic Matter - COM)
Složení, množství a rychlost uvolňování AOM závisí na:
1) druhu organismu 2) růstové fázi kultury mikroorganismů (lagová, logaritmická, stacionární fáze a fáze odumírání) 3) fyziologických podmínkách 4) fyzikálně-chemických podmínkách prostředí pH teplota intenzita a doba slunečního svitu obsah nutrientů a organických látek množství rozpuštěného O2 a CO2
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
11
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Algal Organic Matter - AOM
Složení AOM
1) polysacharidy a heteropolysacharidy - součást EOM i COM - tvořené převážně glukosou, galaktosou, mannosou, rhamnosou, fukosou, arabinosou, xylosou a uronovými kyselinami 2) jednoduché sacharidy a vícesytné alkoholy (glycerol a mannitol) - vyskytují se pouze v malých množstvích a převážně jako součást EOM
3) dusíkaté látky, tj. aminokys., peptidy a proteiny - součást EOM i COM - aminokyseliny a peptidy - EOM zelených řas (malé množství) - polypeptidy tvořené převážně glycinem, kys. glutamovou a asparagovou, alaninem a serinem – součást EOM produkovaných převážně sinicemi - součást EOM také glykoproteiny, glukosamin, nukleové kyseliny, enzymy, vitamíny (kyselina nikotinová, thiamin, biotin) atd. - polypeptidy a proteiny se do vodního prostředí uvolňují především při odumírání planktonních sinic i řas jako součást COM
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
12
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Algal Organic Matter - AOM
Složení AOM
4) organické kyseliny, především kyselina glykolová – součást EOM i COM - uvolňování glykolátu (sůl kyseliny glykolové) při nízkých koncentrací CO2 - anaerobní řasy uvolňují produkty fermentace - kyselina mravenčí, octová a mléčná, pyrohroznová, -ketojantarová, -ketomáselná, -ketoisovalerová a acetoctová atd.
5) tuky a mastné kyseliny - součást spíše COM, jako EOM se vyskytují pouze u některých druhů - např. rody Chlamydomonas a Chlorela produkují nenasycené mastné kyseliny nebo jejich peroxidy
6) fenolové sloučeniny – součást COM mořských druhů hnědých řas
7) látky obsahující fosfor (organické fosfáty) – součást COM
8) těkavé látky, především aldehydy a ketony - součást EOM i COM - produkovány některými běžnými druhy řas způsobujícími zápach, Chlamydomonas globosa, Synura petersenii, Crypromonas ovata
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
13
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)
Algal Organic Matter - AOM
Složení AOM
9) toxiny - charakteristické především pro sinice – cyanotoxiny - biologicky aktivní a toxické látky - produkty sekundárního metabolismu, nejsou vylučovány aktivně - z buňky se uvolňují až po její lyzi – patří spíše mezi COM dělení cyanotoxinů: 1) podle chemické struktury - cyklické a lineární peptidy, alkaloidy a lipopolysacharidy 2) podle cílového působení - hepatotoxiny, neurotoxiny, imunotoxiny, genotoxiny, mutageny, embryotoxiny, dermatotoxiny a cytotoxiny
Hyd
roch
em
ie –
8. př
edná
ška
14
Pivokonský, ÚŽP PřF UK, ZS 2017/18
Hydrochemie – přírodní organické látky (huminové látky, AOM)