Tyto huminové látky jsou organické sloučeniny, které jsou důležitými složkami humusu , hlavní frakce organického z půdy , v rašeliny a uhlí (a také součást mnoha proudů Upland z dystrofických jezer a voda v oceánu ). Pro dlouhou dobu, XIX th a XX th století, huminové látky jsou často považovány z hlediska teorie acidobazické popisující huminové kyseliny , jako jsou organické kyseliny a jejich konjugovaných bází , na humátů , jako důležitých dílů organické hmoty . Z tohoto hlediska byly huminové kyseliny definovány jako organické látky extrahované z půdy, které koagulují (tvoří malé pevné kousky), když je okyselen extrakt silné báze , zatímco fulvokyseliny jsou organické kyseliny, které zůstávají rozpustné (zůstávají rozpuštěné), když je silná báze extrakt je okyselen.
Izolovaný huminový materiál je výsledkem chemické extrakce z půdní organické hmoty (v) nebo rozpuštěné organické hmoty a huminové molekuly se distribuují v půdě nebo ve vodě. Nové chápání pohlíží na huminové látky nikoli jako makropolymery s vysokou molekulovou hmotností, ale jako heterogenní a relativně malé molekulární složky půdní organické hmoty, které se samy seskupily do supramolekulárních asociací a byly složeny z různých sloučenin biologického původu a syntetizovány abiotickými a biotickými reakcemi v půdě. Právě velká molekulární složitost půdního humusu dodává huminové látce její biologickou aktivitu v půdě a její roli jako promotoru růstu rostlin.
Tvorba huminových látek v přírodě je jedním z nejméně chápaných aspektů chemie humusu a jedním z nejzajímavějších. Existují tři hlavní teorie vysvětlit teorii ligninu Waksman (1932), teorie polyfenolů a teorii kondenzace cukru-aminu z Maillard (1911). Tyto teorie nepostačují k pozorování při výzkumu půdy. Huminové látky vznikají mikrobiální degradací mrtvého rostlinného materiálu (in) , jako je lignin a dřevěné uhlí . Huminové látky v laboratoři jsou velmi odolné vůči další biologické degradaci. Přesné vlastnosti a struktura daného vzorku budou záviset na zdroji vody nebo půdy a konkrétních podmínkách těžby. Průměrné vlastnosti huminových látek vyráběných v laboratoři z různých zdrojů jsou však pozoruhodně podobné.
Huminové látky přítomné v půdách a sedimentech lze rozdělit do tří hlavních frakcí: huminové kyseliny, fulvokyseliny a humin . Jejich přítomnost a relativní hojnost lze odvodit laboratorní extrakcí, což je proces, který pozměňuje jejich původní podobu k nepoznání. Huminových kyselin jsou extrahovány jako koloidního solu z půdy a jiných zdrojů pevné fáze do silně bazického vodného roztoku sodného hydroxidu nebo hydroxidu draselného . Huminové kyseliny se vysráží z tohoto roztoku úpravou pH na 1 kyselinou chlorovodíkovou , přičemž fulvokyseliny zůstanou v roztoku. Toto je provozní rozdíl mezi huminovými a fulvovými kyselinami. Humin je nerozpustný ve zředěné zásadě. Alkoholová část huminové frakce se obecně označuje jako kyselina ulmová . „ Huminové kyseliny šedé “ ( šedé huminové kyseliny , GHA) jsou rozpustné v alkalických médiích s nízkou iontovou silou; „ hnědé huminové kyseliny “ ( hnědé huminové kyseliny , BHA) jsou rozpustné v alkalických podmínkách nezávisle na iontové síle; a fulvokyseliny (FA) jsou rozpustné bez ohledu na pH a iontovou sílu.
Humus v přírodě se vyrábí biodegradaci tkání z mrtvých organismů , a je tedy zhruba synonymem organických látek ; rozdíly mezi nimi nejsou často přesně a důsledně.
Huminová kyselina, jak se tradičně vyrábí v laboratoři, není jediná kyselina ; spíše jde o komplexní směs mnoha různých kyselin obsahujících karboxylové a fenolátové skupiny, takže se směs chová funkčně jako kyselina dibázová nebo příležitostně jako kyselina trojmocná . Huminová kyselina použitá k úpravě půdy se vyrábí podle stejných dobře zavedených postupů. Huminové kyseliny mohou tvořit komplexy s ionty běžně se vyskytujícími v prostředí a vytvářet huminové koloidy . Huminové kyseliny jsou nerozpustné ve vodě při kyselém pH, zatímco fulvokyseliny jsou také odvozeny z huminových látek, ale jsou rozpustné ve vodě v celém rozsahu pH. Huminové a fulvokyseliny se běžně používají jako doplněk půdy v zemědělství a méně často jako doplněk výživy pro člověka. Jako doplněk výživy lze kyselinu fulvovou nalézt v kapalné formě jako součást minerálních koloidů. Fulvové kyseliny jsou polyelektrolyty a jsou jedinečné koloidy, které na rozdíl od všech ostatních koloidů snadno difundují membránami.
Sekvenční chemická frakcionace zvaná Humeomics může být použita k izolaci homogennějších huminových frakcí a stanovení jejich molekulárních struktur pomocí pokročilých spektroskopických a chromatografických metod. Látky identifikované v huminových extraktech a přímo do půdy zahrnují mono-, di- a trihydroxykyseliny (en) , mastné kyseliny , dikarboxylové kyseliny , lineární alkoholy, fenolové kyseliny , terpenoidy , sacharidy a aminokyseliny.
Produkty rozkladu odumřelé rostlinné hmoty vytvářejí intimní asociace s minerály, což ztěžuje izolaci a charakterizaci organických složek půdy. Chemici na zpracování půdy XVIII -tého století se úspěšně používají alkalické extrakci izolovat část organických složek solu. To vedlo k teorii, že proces „humifikace“ vytvořil „huminové látky“; nejčastěji „huminová kyselina“, „fulvová kyselina“ a „humin“. Tyto huminové látky však nebyly v půdě pozorovány. Ačkoli teorie „humifikace“ není podložena důkazy, základní teorie přetrvává v současné literatuře, včetně současných učebnic. Pokusy předefinovat „huminové látky“ platným způsobem vedly k množení nekompatibilních definic, které mají dalekosáhlé důsledky nad rámec schopnosti komunikovat vědecky přesné procesy a vlastnosti půdy.
Od úsvitu moderní chemie patří huminové látky k nejvíce studovaným mezi přírodními materiály. Navzdory dlouhým studiím zůstává jejich molekulární a chemická struktura nepolapitelná. Tradiční názor je, že huminové látky jsou heteropolykondenzáty v různých asociacích s jílem. Novější názor je, že roli hrají také relativně malé molekuly. Huminové látky představují 50 až 90% katexové kapacity . Uhlí a koloidní humus obsahují podobně jako jíl kationtové živiny.
Typická huminová látka je směs mnoha molekul, z nichž některé jsou založeny na vzoru aromatických kruhů s fenolickými a karboxylovými substituenty , které jsou navzájem spojeny; ilustrace ukazuje typickou strukturu. Funkční skupiny, které se nejvíce podílejí na povrchovém náboji a reaktivitě huminových látek, jsou fenolové a karboxylové skupiny. Huminové kyseliny se chovají jako směsi dibázických kyselin, s hodnotou pK 1 asi 4 pro protonaci karboxylových skupin a asi 8 pro protonaci fenolátových skupin. Mezi různými huminovými kyselinami existuje značná celková podobnost. Z tohoto důvodu jsou hodnoty pK naměřené pro daný vzorek průměrnými hodnotami vztahujícími se k jednotlivým druhům. Další důležitou charakteristikou je hustota náboje . Molekuly mohou tvořit supramolekulární strukturu drženou pohromadě nekovalentními silami , jako je van der Waalsova síla , vazby π-π a CH-π.
Přítomnost karboxylátových a fenolátových skupin dává huminovým kyselinám schopnost tvořit komplexy s ionty, jako jsou Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ a Fe 3+ . Mnoho huminových kyselin má dvě nebo více z těchto skupin uspořádaných tak, aby umožňovaly tvorbu chelátových komplexů . Tvorba komplexů (chelátů) je důležitým aspektem biologické úlohy huminových kyselin v regulaci biologické dostupnosti kovových iontů.
Přítomnost huminové kyseliny ve vodě určené k pitné nebo průmyslové vodě může mít významný dopad na čistitelnost této vody a na úspěch chemických dezinfekčních procesů . Například huminové a fulvokyseliny mohou reagovat s chemickými látkami používanými při chloračním procesu za vzniku vedlejších dezinfekčních produktů, jako jsou dihaloacetonitrily, které jsou pro člověka toxické. Přesné metody stanovení koncentrací huminové kyseliny jsou proto nezbytné k udržení zásob vody, zejména z rašelinných horských povodí v mírném podnebí.
Protože mnoho různých bioorganických molekul v různých fyzikálních asociacích se mísí v přírodním prostředí, je obtížné měřit jejich přesné koncentrace v huminové nadstavbě. Z tohoto důvodu se koncentrace huminové kyseliny tradičně odhadují z koncentrací organické hmoty (obecně z koncentrací celkového organického uhlíku (TOC) nebo rozpuštěného organického uhlíku (DOC)).
Extrakční postupy jsou odsouzeny k modifikaci některých chemických vazeb přítomných v půdních huminových látkách (zejména esterových vazeb v biopolyesterech, jako jsou kutiny a suberiny ). Huminové extrakty se skládají z velkého počtu různých bio-organických molekul, které dosud nebyly zcela odděleny a identifikovány. Byly však identifikovány jedinečné třídy reziduálních biomolekul pomocí selektivní extrakce a chemické frakcionace a jsou představovány alkanovými a hydroxyalkanovými kyselinami, pryskyřicemi, vosky, zbytky ligninu, cukry a peptidy.
Zemědělci věděli, že úpravy organických půd byly pro růst rostlin prospěšné už dávno před zaznamenanou historií. Nicméně, chemie a funkce organické hmoty byly kontroverzní, neboť lidé začali postulovat o XVIII -tého století. Do doby Liebig se předpokládalo, že humus byl používán přímo rostlinami, ale poté, co Liebig ukázal, že růst rostlin závisí na anorganických sloučeninách, mnoho vědců v půdě věřilo, že organická hmota není užitečná pro plodnost pouze proto, že byla rozložena spolu s uvolňování jeho základních živin do anorganických forem. Vědci o půdě dnes zaujímají holističtější pohled a přinejmenším uznávají, že humus ovlivňuje úrodnost půdy prostřednictvím svého vlivu na schopnost půdy zadržovat vodu. Navíc, protože se ukázalo, že rostliny přijímají a translokují složité organické molekuly systémových insekticidů , již nemohou zdiskreditovat myšlenku, že rostliny mohou být schopné přijímat rozpustné formy humusu; toto může být ve skutečnosti základním procesem absorpce jinak nerozpustných oxidů železa.
Studie účinků huminové kyseliny na růst rostlin byla provedena na Ohio State University, kde bylo uvedeno, že huminové kyseliny částečně zvyšují růst rostlin a že na mnoho nízkých aplikačních dávek existují relativně velké reakce.
Studie vědců z North Carolina State University College of Agriculture and Life Sciences z roku 1998 ukázala, že přidání humátu do půdy významně zvýšilo kořenovou hmotu trávníku Agrostis stolonifera .
Schopnosti huminových kyselin vázat těžké kovy byly využity k vývoji nápravných technologií k odstraňování těžkých kovů z odpadních vod. Za tímto účelem Yurishcheva et al. obal magnetické nanočástice potažené huminovými kyselinami. Po zachycení iontů olova mohou být nanočástice zachyceny pomocí magnetu.
Archeologie zjistila, že starověký Egypt používal hliněné cihly vyztužené slámou a huminovými kyselinami.
V ložiskové geologie, termín Humus odkazuje na geologických materiálů, jako je lůžek rozloženém uhlí (zvětrávání), opuková ( mudrock , volné a volně stratifikovány jíl kámen, vyplývající z konsolidace jílů lisováním) nebo materiálu pórů v pískovců , které jsou bohaté na huminové kyseliny. Humát byl extrahován z formace Fruitland v Novém Mexiku a byl použit jako doplněk půdy od 70. let 20. století, přičemž v roce 2016 bylo vyrobeno téměř 60 000 tun . Humátová ložiska mohou také hrát důležitou roli v genezi uranových ložisek .
„Syntéza kyseliny fulvové (la) byla provedena cestou zahrnující selektivní ozonizaci 9-propenylpyranobenzopyranu (lc), získaného regioselektivní cyklizací 2-methylsulfinylmethyl 1,3-dionu (3c)“
"K této otázce se rovněž přistoupilo předefinováním" huminových látek "jako části půdní organické hmoty, kterou nelze molekulárně charakterizovat, nebo tím, že se veškerá půdní organická hmota nazývá" humus ". Tvrdíme, že tento kompromis - zachování terminologie, ale měnící se její význam různými způsoby - brzdí vědecký pokrok nad rámec věd o půdě. vyžaduje trvalé opuštění tradičního pohledu, aby bylo dosaženo trvalé inovace a pokroku. To je zásadní, protože vědecké obory mimo půdní vědy zakládají svůj výzkum na falešném předpokladu existence „huminových látek“. Otázka terminologie se tak stává problémem falešného závěru s dalekosáhlými důsledky, které přesahují naši schopnost komunikovat vědecky přesné procesy a vlastnosti půdy. "
" Humus představuje 50 až 90% kapacity výměny kationů." Stejně jako jíly, humusové koloidy a vysoce povrchové uhlí obsahují živné kationty »
„Hodnota přidávání organické hmoty do půdy ve formě zvířecího hnoje, zeleného hnoje a zbytků plodin pro produkci příznivé půdy je známa již od starověku.“
„A protože rostliny prokázaly svoji schopnost absorbovat a translokovat složité molekuly systémových insekticidů, nemohou již dále zdiskreditovat myšlenku, že rostliny jsou schopny absorbovat rozpustné huminové živiny obsahující zdaleka ...“