富里酸的提取与纯化

概述 

富里酸(fulvic acid，FA) ，又称黄腐酸，既溶于酸又溶于碱，富里酸结构中含有大量酚羟基、羰基等基团，因而可与氧化物、金属离子和包括有毒有害物质在内的有机物发生相互作用，从而影响这些物质的环境化学行为，包括有机物的化学降解、光解、生物吸收、迁移及挥发等方面。

结构

研究发现富里酸分子量较低，与腐殖酸相比，其分子结构中含有的碳较少，氧较多，且其酸性官能团（-COOH）的含量也高于腐殖酸。此外，富里酸含有的酮羰基和羟基的数量也高于腐殖酸，因此相对于腐殖酸，其在水溶液中据有较强的酸性。目前富里酸的具体分子结构还不十分清楚，以腐殖质碳骨架结构为基础，得到某种富里酸的结构模型如图1所示。 富里酸的含碳量一般在 40%~50%之间，含氢量在 4%~6%之间，含氧量则在 44%~50%之间。

图1为某种富里酸分子结构图

由于富里酸结构中含有较多的酚羟基，醇羟基，羧基，羰基等官能团及大量的生色团等结构，在紫外光或者太阳光辐射下能够发生快速的光化学反应，表现出活泼的光化学性质。作为水体中存在的主要光活性物质，富里酸对吸收及利用辐射光、活性氧的产生及归宿有较大的影响。

作用

 富里酸作为光敏化剂，吸收紫外光或者太阳光辐射能够产生一系列的光活性物质，研究发现富里酸在太阳光的辐射下，能产生一些短暂存在且具有强氧化性的活性物质?OH，产生的?OH能氧化直接光降解较慢或者不能吸收紫外光或太阳光降解的有机污染物，促进这些物质的降解。此外，HS在光照下还能产生其他活性物质（ROS），包括--22O/HO，-2O，1O2，H2O2，三线态HS（3HS*）和-aqe等，这些光活性物质能够改变水体中存在的有机污染物的迁移，转化，特别是对一些不吸收太阳光、不易直接发生光降解的物质，在光活性物质的作用下能够引发其发生化学变化，影响其环境归宿及对生态的影响，对有机污染物的光降解有一定的促进作用。 富里酸作为腐殖质的一种，是一类天然光活性成分，在吸光后能够发生一系列的自由基反应，敏化水体中的有机污染物质，对这些有机污染物质的降解产生一定的促进作用。

提取与纯化

 挑去沉积物中粗根后过1mm筛孔，置于适当容器中，按土∶水=1∶5加入去离子水，充分搅拌使细根上浮，沉降后去除上浮细根，再搅拌，直至无细根浮出为止．根据游离碳酸盐含量加入等量1mol?L－1HCl处理沉积物，后加入1mol?L－1HCl使土∶水=1∶10时溶液中盐酸浓度为0.05mol?L－1，再添加适量的水使土∶水=1∶10，充分搅拌后，浸提16～20h(间歇搅拌并放置过夜)．吸出上清液，继续以0.05mol?L－1HCl处理沉积物直至无Ca2+反应为止(用草酸铵溶液检查)．最后，用水洗沉积物1～2次．加0.1mol?L－1NaOH溶液至经酸处理过的沉积物中(土∶水=1∶10)，间歇搅拌，浸提16～20h后，每L加入50g结晶硫酸钠，搅拌至完全溶解，静置过夜后吸出澄清的暗色碱溶液．重复上述操作3～4次，合并暗色碱溶液．用6mol?L－1HCl将碱提取液调pH至1.0～1.5，使胡敏酸沉淀析出，经离心分离获取橙黄色液体，供纯化富里酸用．为降低碱提取液中富里酸和胡敏酸氧化程度，每次碱提取液离心后即时分离．将沉淀出胡敏酸后的酸性溶液通过活性炭层，用洗脱法获得富里酸．将所获富里酸溶液通过氢式强酸型离子交换树脂柱，于50℃下减压浓缩后移入表面皿中铺成薄层干燥．样品用玛瑙研钵研细，过100目筛后，于氮气密封瓶中低温保存备用．

分级方法

 1.基于溶解度的分级 对腐殖质粗分时最常用的方法是调节溶液中的pH，得到的主要组分包括：腐殖酸仅溶于碱溶液，当酸化到为pH为1-2时从溶液中沉淀出来；富里酸，在任何pH条件下均可溶解；腐殖素，既不溶于碱也不酸的组分。腐殖质基于溶解度的分级如图2所示。

图2为腐殖质基于溶解度的分级

2.基于吸附特性的分级 基于吸附特性的分级主要为树脂吸附分级法，是利用有机物中不同化学性质的组分在树脂上的特有吸附不同，而将有机物进行分级的一种方法，其中中最长使用XAD-4和XAD-8两种树脂。

分级表征

 1.化学分级表征 有机物的化学分级表征方法主要指树脂吸附分级法，它指在特定的试验方法下，利用有机物中不同化学性质的组分在树脂上的特有吸附有机而将物进行分级的一种方法。在树脂吸附分级法中最长使用XAD-4和XAD-8两种树脂。 将非离子交换树脂XAD-4和XAD-8串联使用，将溶解性有机物分为腐殖酸、富里酸、XAD-4酸、憎水性有机物和亲水有机物五部分。将含有有机质的水体依次通过XAD-4，XAD-8两个非离子型树脂柱，得到的液体再通过IR-958型阴离子交换柱，发现水体中的有机质可以分为以下四类：1）腐殖酸、2）富里酸、3）蛋白质，氨基酸和阴离子聚糖类、4）碳水化合物，醛，酮及醇类。 利用XAD树脂在不同pH下对富里酸进行分级，分析各组分的元素组成、红外光谱和核磁共振的特征发现在低pH缓冲液中溶解的富里酸组分含有较多的氧和羧基官能团，脂肪性成分的含量相比水与乙醇溶出的组分则较低，且脂肪族的侧链较短。

2.物理分级表征 物理分级表征主要是按照其相对分子质量的大小将腐殖质分为不同相对分子质量的组分，目前比较常用的测定有机物分子量的方法为凝胶色谱法和超滤膜法（UF）。凝胶色谱法是利用不同相对分子质量的有机物在多孔凝胶柱中停留时间的不同而对其进行分离的一种方法。超滤膜法是一种根据分子体积大小或分子量大小对溶解性物质进行膜分离的技术，指在一定的氮气压力下，含有有机质的溶液以一定的速度通过已知截留分子量的超滤膜，大于膜孔径的分子随溶液被截留作为浓缩液回收，小于膜分子量的分子溶质通过滤膜被收集。 运用分子印迹技术按分子结构对腐殖酸进行分离，提取分离腐殖酸分子中的类酞氰类物质，形成聚合物后研究其对2、4-D降解的影响，发现聚合后的类酞氰类物质，其荧光强度较高，吸收光谱后能够产生更多的ROS，可以诱导2,4-D的降解，使其反应速率常数增大到未聚合的2.5倍。

使用串联式分子排阻色谱及聚丙烯磺胺凝胶电泳技术将两种土壤腐殖酸按照分子量大小分为三个级分，发现低分子量级分具有较强的荧光特性，且分子量越低的级分对2，4，6-三甲基苯酚和非草隆的降解效果越好，大部分荧光基团及光诱导生色团均存在于小分子量腐殖质级分中，并且其认为所有土壤中提取的腐殖质均有这一特性。将超滤-三维荧光光谱及高效体积排阻色谱三种方法联合研究不同荧光物质的相对分子量分布规律，发现不同来源的类富里酸荧光物质和类蛋白质荧光物质其相对分子质量大小存在明显差异。

主要参考资料

[1]李雨清,何江,吕昌伟,樊明德,王维,张瑞卿,谢志磊,汪精华,于波,恩和,丁涛.富里酸对重金属在沉积物上吸附及形态分布的影响[J].环境科学,2016,37(03):1008-1015.

[2]李会杰. 腐殖酸和富里酸的提取与表征研究[D].华中科技大学,2012.

[3]李红. 富里酸对β阻滞剂的光敏化降解研究[D].华中科技大学,2012.