泛指自然界中存在的、由生物(主要是植物)的殘骸經過微生物分解和一系列化學過程而形成的有機物質,它是深色、酸性的親水膠體。腐植酸在地表分佈很廣,在土壤中,鹹、淡水域及其沉積物中,泥炭和煤礦等碳質礦藏中都有存在。它是影響環境生態平衡的重要因素,也是潛在的資源。

  1786年F.K.阿哈德用堿溶液提取泥炭,提取液酸化以後,得到一種黑褐色的膠狀沉澱。他第一次把這種沉澱定名為腐植酸。實際上,保留在水溶液中不沉澱的黃褐色酸性物質,也應應歸入腐植酸的范疇,這部分水溶性的腐植酸,定名為黃腐酸,也有人從英文fulvic acid音譯為富啡酸。腐植酸的命名尚未統一,土壤學中習慣以“殖”字代替“植”字,有人也從英文humin音譯為胡敏酸。

  腐植酸的成因 腐植酸的形成過程是千差萬別的。土壤中的腐植酸是植物殘骸經過微生物分解而生成的多酚類物質。煤炭中的腐植酸則是植物煤化過程中不同階段的產物,在泥炭、褐煤階段,腐植酸的形成過程與土壤腐植酸相類似,但風化煤中的腐植酸則是在煤化進程中原生腐植酸已經消失後,被空氣重新氧化的產物,所以也叫再生腐植酸。海洋中的腐植酸主要來自浮遊生物的遺體,由糖類和蛋白質縮合演化而成。淡水域和河口區域的腐植酸,成因就更復雜,既有隨水從土壤中遷移來的,也有從水生生物形成的。它們的共同點是都有生物遺骸的來源,都經過微生物和地質化學作用過程,都是深色、非晶態的酸性物質,所以叫腐植酸。

  腐植酸的組成和結構 腐植酸是分子量高低不一,組成結構相似而又各不相同的復雜物質的混合物。它主要由碳、氫、氧、氮組成,一般,含碳45%~70%,氫2%~6%,氧30%~50%,氮1%~6%。腐植酸有時含硫,但它不是必要組成。

  腐植酸中的氮,可分成兩部分:一部分能被鹽酸加熱水解,主要是蛋白質和核酸的殘片;另一部分不能被水解,存在於腐植酸的骨架中,可能組成某種雜環,其結構形態還不清楚。

  大部分氧以各種官能團形式存在,如羧基、酚羥基、醇羥基、醌基和羰基,有時還有甲氧基。還有一部分氧沒有發現其存在的狀態,這部分氧可能是以醚鍵形態存在於骨架和橋鍵中。腐植酸中通常含有10151018自旋/克的自由基,被認為是由醌基結構引起的。

  腐植酸的骨架主要由碳構成,許多氧化降解反應都得到苯多羧酸,因此苯環是構成腐植酸骨架的基石之一;其餘的碳,還很不清楚。骨架中芳族碳和脂族碳的比例與腐植酸的來源有關。一般,煤炭腐植酸中芳族碳含量高,其次是土壤腐植酸,含碳最少的是水域中的腐植酸。從碳與氫的原子比可見,在一些煤炭腐植酸中有縮合的芳環存在。

  腐植酸分子結構大體為:中間是一個含芳環的骨架,周圍有許多羧基、羥基等官能團和一些氨基酸、氨基糖等殘片,而且常常有各種金屬離子配位。腐植酸沒有光學活性,所以無從探討它的立體結構。

  對腐植酸的分子量和分子形狀,看法分歧。已經報道的腐植酸的分子量為102106,偏高的數據可能是其聚集體的顆粒量而不是分子量;偏低的數據可能是把雜質也平均在內瞭。包括黃腐酸在內,腐植酸的平均分子量的數量級以102104較為可信。腐植酸在水溶液中的性質反映出它是具有柔軟分子鏈的聚電解質,但這又與它的以芳香環為基石的骨架的看法發生矛盾,所以還是一個沒有澄清的問題。

  腐植酸的分子內和分子間普遍存在氫鍵,加上配位橋鍵等的作用,使腐植酸分子間形成形形色色的超分子結構,它對腐植酸的性能有極大影響。

  腐植酸在紫外線和可見光區域內的吸收是單調地隨波長增加而減少,沒有特征性的吸收峰。但是在465納米和665納米處的光密度之比被認為是各種腐植酸的特征參數,並被認為與其芳構化程度或分子量的大小有關。從官能團分析中肯定有羧基、羥基和氫鍵的存在。用13C-NMR(核磁共振譜)可以測算出腐植酸中芳族碳和脂族碳的比例。

  腐植酸的化學反應 腐植酸可以通過降解(特別是氧化降解)反應和降解產物的甲基化,成為有機溶劑可溶的和具有揮發性的物質,然後用色-質譜聯用來分離鑒定,這是目前腐植酸結構研究中常用的方法。腐植酸與金屬離子及金屬水合氧化物的絡合反應,與腐植酸的肥力影響、環境中的金屬元素遷移積累等重大問題有密切關系。一般認為,腐植酸分子中相鄰的羧基或相鄰的羧基和酚羥基是當然的絡合位,也有與酚羥基相鄰的醌基成為絡合位的可能。有關腐植酸的絡合反應,研究尚不深入。

  電子顯微鏡顯示出,在一定條件下腐植酸聚集成類似海綿的結構,這種結構賦予腐植酸很強的吸附性能,不僅能吸附無機離子和礦物質,也能吸附許多有機分子,可用作吸附劑。

  應用 在工業方面有:①腐植酸鉀、鈉鹽以及鉻、鐵等配合物添加在鉆井泥漿中,可以起降低失水、抑制膨脹和分散等作用;②腐植酸鈉與純堿等合用,可以提高鍋爐防垢效果;③陶瓷泥漿中摻入腐植酸鈉,可以改善泥漿流動性,增加幹強度,提高成品率和產品質量;④磺化腐植酸的鈉鹽添加在水泥裡,使水泥易於在骨料間分散,在混凝土工程中可用作減水劑;⑤在一些浮選過程中,腐植酸鈉可對不同組分發生選擇性吸附,改變其親水性,從而提高礦物的品位和回收率;⑥利用腐植酸制成離子交換劑,處理工業廢水中的鎘、汞等有毒離子,脫除效果良好。在農業方面,腐植酸被用於制造土壤改良劑、復合肥料和植物生長調節劑。腐植酸能提高植物對化肥的利用率,特別是抑止土壤對有效磷的固定;腐植酸能促進植物根系生長,改變生物膜透過性,影響許多酶系的活性等。用於農業上的腐植酸,常經硝酸進一步氧化分解,以提高其活性。

  腐植酸對人體和動物也具有多種生理、藥理作用,如消炎、止血、促進創傷愈合等。但是某些調查表明,某些地方病,如大骨節病等與當地水源中腐植酸含量有關,所以也應註意其對人體健康不利的一面。

  

參考書目

 M.Schnitzer and U.S.Khan,Humic Substances inthe Environment,Marcel Dekker,New York,1972.