|
|
Chemical and Physical Transformations of Humic Acids
Vlčková, Zoja ; Pospíšilová, Ľubica (referee) ; Janoš,, Pavel (referee) ; Pekař, Miloslav (advisor)
Tato práce představuje pilotní studii testující souvislosti mezi biologickými vlastnostmi a strukturou huminových kyselin extrahovaných z původního a modifikovaného jihomoravského lignitu, důl Mír, Mikulčice. V první části práce byly testovány metody vhodné ke zvýšení výtěžku huminových kyselin extrahovaných z lignitu. Oxidace lignitu v plynné fázi nepřinesla uspokojivé zvýšení výtěžku a byla instrumentálně poměrně náročná. Dále proto byla zkoumána jen oxidace v kapalné fázi a modifikace nízkomolekulárními organickými kyselinami. Modifikace organickými kyselinami byla inspirována procesy podporujícími biologické funkce v rizosféře, t.j. kořenový systém vylučuje exudáty způsobující změny v supramolekulové struktuře okolní organické hmoty čímž zlepšuje její mobilitu a prostupnost buněčnými stěnami. Primární struktura huminových kyselin připravených v této práci byla zkoumána prostřednictvím elementární analýzy a spektrálních metod (13C CPMAS NMR, EPR a UV-VIS spektroskopie). Navzdory tomu, že primární struktura vykazovala jen malé rozdíly, měření biologické aktivity a genotoxického potenciálu prokázalo, že huminové kyseliny a jejich humáty získané z lignitu s rozdílnou předúpravou vykazují odlišnou bioaktivitu. Proto byla dále zkoumána supramolekulární struktura vzorků ve zředěných roztocích, a to prostřednictvím vysokoúčinné vylučovací chromatografie, měření ultrazvukové rychlosti a hustoty. Testovány byly dva různé protionty – draselný a amonný. Získané výsledky potvrdily předpoklad, že pozorované změny v kvalitě humátů jsou závislé na protiiontu, koncentraci humátu v roztoku a také na metodě předúpravy původního lignitu. Obě zvolené metody předúpravy lignitu prokázaly svůj potenciál produkovat huminové kyseliny s rozmanitými biologickými vlastnostmi, aplikovatelné v zemědělství, životním prostředí a potenciálně i ve farmakologii.
|
|
|
Hydrogels of Humic Acids
Cihlář, Zdeněk ; Lehocký,, Marián (referee) ; Pospíšilová,, Lubica (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Huminové kyseliny představují hlavní součást půdní organické hmoty. Jedná se o všudypřítomné sloučeniny s komplexní chemickou a fyzikálně-chemickou strukturou. Předkládaná práce shrnuje několik způsobů modifikací huminových kyselin provedených za účelem úpravy jejich vlastností. V první části byl studován vliv vzdušné oxidace lignitu na velikost výtěžku a fyzikálně-chemický charakter produkovaných regenerovaných huminových kyselin. Druhý krok představoval snahu stabilizovat strukturu lignitických huminových kyselin a zlepšit zádrž vody. Bylo provedeno síťování pomocí formaldehydu a karbodiimidů, které předpokládá vznik nových kovalentních vazeb v různých částech struktury huminových kyselin. Produkce zesíťované struktury byla motivována snahou vytvořit systémy podobné hydrogelům, založené na huminových látkách s možností úpravy jejich reaktivity a retence vody. Chemické složení a fyzikálně-chemické vlastnosti připravených vzorků byly studovány různými metodami, mezi nejdůležitější patří DSC a NMR relaxometrie. Chemické složení bylo studováno pomocí FTIR a elementární analýzy za účelem posoudit a porovnat změny s původním neupraveným vzorkem. Stability vzorků byly stanoveny pomocí termogravimetrie. Nejdůležitějším sledovaným parametrem této práce byla změna hydratačních charakteristik. K jejich studiu jsme vyvinuli a aplikovali několik nových termoanalytických a NMR relaxometrických přístupů. Ve snaze napodobit přírodní procesy byla studována sorpce vody huminovými kyselinami z prostředí s kontrolovanou vzdušnou vlhkostí. Byly pozorovány kvalitativní a kvantitativní hlediska sorpce vody. Zesíťování za použití formaldehydu způsobilo snížení sorpční kapacity vlhkosti. Tato změna je připisována separaci funkčních skupin a menší strukturní kompaktnosti. Zesíťované huminové kyseliny dále vykazovaly rychlejší příjem vody a přibližně třikrát větší kapacitu zádrže vody než původní huminové kyseliny. V případě použití karbodiimidu (ve vodě rozpustného N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidu (EDC)) obsahovaly výsledné produkty 14–40 % původních karboxylových skupin. I přesto tyto látky překonaly schopnost sorpce vlhkosti původního nemodifikovaného vzorku o 10–14 % po kondiciaci v prostřední se 100% relativní vzdušnou vlhkostí. Navzdory rigidnější struktuře vykazovaly EDC deriváty rychlejší bobtnání a dosáhly téměř stejné kapacity zádrže vody po 18 dnech jako původní vzorek. Vzorky modifikované karbodiimidy vykazovaly známky degradace již po 3–9 dnech což částečně snižuje jejich využitelnost. Získané výsledky naznačují, že kapacita zádrže vody, kinetika bobtnání a schopnost sorpce vlhkosti huminových kyselin nejsou výhradně určeny koncentrací karboxylových skupin, nebo dalších polárních fragmentů, ale také jejich vzájemným rozmístěním a distribucí velikosti pórů na povrchu a také uvnitř struktury. Získané poznatky této studie mohou sloužit například k produkci půdních kondicionérů založených na huminových kyselinách, tj. remediačních preparátů s požadovanými, ale především nastavitelnými schopnostmi poutat a následně uvolňovat vodu do okolního prostředí. V neposlední řadě přispějí uvedené závěry ke zkvalitnění základního porozumění procesu hydratace v modifikovaných a původní vzorcích, což je přínosné ve vztahu k objasnění hydratace komplexních přírodních systémů a to zejména přírodní organické hmoty.
|
|
|
Water retention capacity of humic substances
Cihlář, Zdeněk ; Šmejkalová, Daniela (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Humic acids were extracted from South Moravian lignit. That humic sample was oxidized by either H2O2 or HNO3. In next step, oxidized humic acids were polymerized by formaldehyde in order to obtain cross-linked structures with improved water retention capacity. Affinity to water and water retention capacity of obtained products were studied by thermal analysis (DSC – differential scanning calorimetry and TGA – thermogravimetric analysis). In order to study above-mentioned parameters two different methods were used. First approach represented sorption of water to humic acids from three controlled humidities, for description of those processes TGA measurement was used. Second study was based on the DSC monitoring of water excess sorption. Results obtained from TGA measurements showed an increasing sorption ability with increasing relative humidity of the environment. DSC measurerents in hermetically sealed containers resulted in an increasing content of water bound by humic acids structures. All the modified samples of humic acids (oxidized as well as oxidized and modified by formaldehyde) gave higher retention capacity in comparion with the parental humic sample.
|
|
|
Hydrogels of Humic Acids
Cihlář, Zdeněk ; Lehocký,, Marián (referee) ; Pospíšilová,, Lubica (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Huminové kyseliny představují hlavní součást půdní organické hmoty. Jedná se o všudypřítomné sloučeniny s komplexní chemickou a fyzikálně-chemickou strukturou. Předkládaná práce shrnuje několik způsobů modifikací huminových kyselin provedených za účelem úpravy jejich vlastností. V první části byl studován vliv vzdušné oxidace lignitu na velikost výtěžku a fyzikálně-chemický charakter produkovaných regenerovaných huminových kyselin. Druhý krok představoval snahu stabilizovat strukturu lignitických huminových kyselin a zlepšit zádrž vody. Bylo provedeno síťování pomocí formaldehydu a karbodiimidů, které předpokládá vznik nových kovalentních vazeb v různých částech struktury huminových kyselin. Produkce zesíťované struktury byla motivována snahou vytvořit systémy podobné hydrogelům, založené na huminových látkách s možností úpravy jejich reaktivity a retence vody. Chemické složení a fyzikálně-chemické vlastnosti připravených vzorků byly studovány různými metodami, mezi nejdůležitější patří DSC a NMR relaxometrie. Chemické složení bylo studováno pomocí FTIR a elementární analýzy za účelem posoudit a porovnat změny s původním neupraveným vzorkem. Stability vzorků byly stanoveny pomocí termogravimetrie. Nejdůležitějším sledovaným parametrem této práce byla změna hydratačních charakteristik. K jejich studiu jsme vyvinuli a aplikovali několik nových termoanalytických a NMR relaxometrických přístupů. Ve snaze napodobit přírodní procesy byla studována sorpce vody huminovými kyselinami z prostředí s kontrolovanou vzdušnou vlhkostí. Byly pozorovány kvalitativní a kvantitativní hlediska sorpce vody. Zesíťování za použití formaldehydu způsobilo snížení sorpční kapacity vlhkosti. Tato změna je připisována separaci funkčních skupin a menší strukturní kompaktnosti. Zesíťované huminové kyseliny dále vykazovaly rychlejší příjem vody a přibližně třikrát větší kapacitu zádrže vody než původní huminové kyseliny. V případě použití karbodiimidu (ve vodě rozpustného N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidu (EDC)) obsahovaly výsledné produkty 14–40 % původních karboxylových skupin. I přesto tyto látky překonaly schopnost sorpce vlhkosti původního nemodifikovaného vzorku o 10–14 % po kondiciaci v prostřední se 100% relativní vzdušnou vlhkostí. Navzdory rigidnější struktuře vykazovaly EDC deriváty rychlejší bobtnání a dosáhly téměř stejné kapacity zádrže vody po 18 dnech jako původní vzorek. Vzorky modifikované karbodiimidy vykazovaly známky degradace již po 3–9 dnech což částečně snižuje jejich využitelnost. Získané výsledky naznačují, že kapacita zádrže vody, kinetika bobtnání a schopnost sorpce vlhkosti huminových kyselin nejsou výhradně určeny koncentrací karboxylových skupin, nebo dalších polárních fragmentů, ale také jejich vzájemným rozmístěním a distribucí velikosti pórů na povrchu a také uvnitř struktury. Získané poznatky této studie mohou sloužit například k produkci půdních kondicionérů založených na huminových kyselinách, tj. remediačních preparátů s požadovanými, ale především nastavitelnými schopnostmi poutat a následně uvolňovat vodu do okolního prostředí. V neposlední řadě přispějí uvedené závěry ke zkvalitnění základního porozumění procesu hydratace v modifikovaných a původní vzorcích, což je přínosné ve vztahu k objasnění hydratace komplexních přírodních systémů a to zejména přírodní organické hmoty.
|
|
|
Chemical and Physical Transformations of Humic Acids
Vlčková, Zoja ; Pospíšilová, Ľubica (referee) ; Janoš,, Pavel (referee) ; Pekař, Miloslav (advisor)
Tato práce představuje pilotní studii testující souvislosti mezi biologickými vlastnostmi a strukturou huminových kyselin extrahovaných z původního a modifikovaného jihomoravského lignitu, důl Mír, Mikulčice. V první části práce byly testovány metody vhodné ke zvýšení výtěžku huminových kyselin extrahovaných z lignitu. Oxidace lignitu v plynné fázi nepřinesla uspokojivé zvýšení výtěžku a byla instrumentálně poměrně náročná. Dále proto byla zkoumána jen oxidace v kapalné fázi a modifikace nízkomolekulárními organickými kyselinami. Modifikace organickými kyselinami byla inspirována procesy podporujícími biologické funkce v rizosféře, t.j. kořenový systém vylučuje exudáty způsobující změny v supramolekulové struktuře okolní organické hmoty čímž zlepšuje její mobilitu a prostupnost buněčnými stěnami. Primární struktura huminových kyselin připravených v této práci byla zkoumána prostřednictvím elementární analýzy a spektrálních metod (13C CPMAS NMR, EPR a UV-VIS spektroskopie). Navzdory tomu, že primární struktura vykazovala jen malé rozdíly, měření biologické aktivity a genotoxického potenciálu prokázalo, že huminové kyseliny a jejich humáty získané z lignitu s rozdílnou předúpravou vykazují odlišnou bioaktivitu. Proto byla dále zkoumána supramolekulární struktura vzorků ve zředěných roztocích, a to prostřednictvím vysokoúčinné vylučovací chromatografie, měření ultrazvukové rychlosti a hustoty. Testovány byly dva různé protionty – draselný a amonný. Získané výsledky potvrdily předpoklad, že pozorované změny v kvalitě humátů jsou závislé na protiiontu, koncentraci humátu v roztoku a také na metodě předúpravy původního lignitu. Obě zvolené metody předúpravy lignitu prokázaly svůj potenciál produkovat huminové kyseliny s rozmanitými biologickými vlastnostmi, aplikovatelné v zemědělství, životním prostředí a potenciálně i ve farmakologii.
|
|
|
Study of Hydrophobic Domains in Humic Acids
Čechlovská, Hana ; Šimon, Peter (referee) ; Franců, Juraj (referee) ; Pekař, Miloslav (advisor)
Fyzikálně-chemická povaha hydrofobních domén huminových kyselin byla studována z několika hledisek. K objasnění významu fluorescenčních spekter byly vzorky podrobeny sekvenční frakcionaci, která pomohla k částečnému objasnění vlivu vodorozpustných složek, volných a vázaných lipidů na optické vlastnosti huminových kyselin. Výsledky naznačily, že fluorescenční píky tradičně přiřazované superpozici jednotlivých struktur jsou spíše důsledkem agregačních vlastností huminových molekul tvořících vlivem hydrofobního efektu zdánlivě vysoce aromatické struktury. Dále pak bylo zjištěno, že na optických vlastnostech huminových kyselin mají podíl i molekuly, které nemají primárně fluoroforní nebo chromoforní vlastnosti. Tento pohled je v souladu s teorií supramolekulárního uspořádání huminových kyselin. Dále byly studovány agregace, konformační chování a termodynamická stabilita huminových kyselin pomocí metody vysoce rozlišovací ultrazvukové spektroskopie. Bylo prokázáno, že huminové kyseliny mají schopnost agregovat už od velmi nízkých koncentrací (
|
|
|
Water retention capacity of humic substances
Cihlář, Zdeněk ; Šmejkalová, Daniela (referee) ; Kučerík, Jiří (advisor)
Humic acids were extracted from South Moravian lignit. That humic sample was oxidized by either H2O2 or HNO3. In next step, oxidized humic acids were polymerized by formaldehyde in order to obtain cross-linked structures with improved water retention capacity. Affinity to water and water retention capacity of obtained products were studied by thermal analysis (DSC – differential scanning calorimetry and TGA – thermogravimetric analysis). In order to study above-mentioned parameters two different methods were used. First approach represented sorption of water to humic acids from three controlled humidities, for description of those processes TGA measurement was used. Second study was based on the DSC monitoring of water excess sorption. Results obtained from TGA measurements showed an increasing sorption ability with increasing relative humidity of the environment. DSC measurerents in hermetically sealed containers resulted in an increasing content of water bound by humic acids structures. All the modified samples of humic acids (oxidized as well as oxidized and modified by formaldehyde) gave higher retention capacity in comparion with the parental humic sample.
|
guest ::
