Введение к работе
з
Актуальность исследования. Сапронсли и препараты на их основе находят широкое применение по многих отраслях народного хозяйства, так как яплятотся своего рода естественной биохимической копилкой ряда цешшх веществ и могут служить резервом для расширения производства органических удобрений, витамипно-минеральных добавок в кормопроизводстве, биологически активных препаратов, в качестве лечебных грязей, оказывающих положительное влияние на нервную, эндокринную, сердечно-сосудитстую системы, улучшают состояние опорно-двигательного аппарата, стимулируют метаболистические процессы в печени, при подсушивании мокнущих ран, обеспечивают быстрое прекращение воспалительных процессов, излечение экзем, дерматитов, ожогов, флегмон, маститов, фурункулеза, хроштческого гастрита, усиление фагоцитарной активности лейкоцитов крови, регенерации тканей; широко используются в животноводстве и ветеринарии, земледелии, мелиоративном строительстве, активного наполнителя в полимерсодержащих композициях и бетонных изделиях, в качеств буровых растворов.
Однако, несмотря на столь уникальные свойства, сапропели используются весьма ограничено. Одной из серьезных проблем в расширении областей эффективного применения сапропелей является отсутствие подробных сведений об их вещественном составе, методах выделения и последующего изучения различных соединении, взаимосвязи химического состава сапропелей с исходным растительным и животным материалом, а также с биологической активностью. Таким образом, с целью распіирсішя областей использования сапропелей и решения отдельных научных вопросов, проведение рассматриваемой работы актуально и необходимо.
Исследования являлись составной частью НИР, проводимых в Тулгоспедуниверситете им. Л. II. Толстого с 1972 г в соствсствии с заданиями АН СССР и корреспондировались с постановлением ГКНТ СССР от 27.02.89 г. № 101, о Государствепігой научно-технической программе «Экологически чистая энергетика», проект «Синтетическое жидкое топливо», а также с
приказом ПС РСФСР по делам науки и высшей школы от 12.08.91г. № 716 о Республиканской научно-технической программе « Наукоемкие химические технологии»; программой правительства РФ «Оздоровление экологической обстановки и охрана здоровья населения России» на 1993-2000 гг. Кроме того, выполнение данных работ включено в программы Россішского фонда фундаментальных исследований «Университеты Россиш>.
Цели и задачи исследования. Широким спектром современных физико-химических методов анализа выполнить подробное комплексное исследование химического состава и биологической активности сапропеля Ахтубішской поймы Астраханской области; установить взаимосвязь структурных особенностей соединений сапропеля с его биологической активностью, а также генетическую связь с исходным природным материалом; предложить области рационального применения сапропеля и препаратов на его основе.
Для решения псрсчислсщгых выше задач было необходимо: обобщить и критически проанализировать известные лигературные источники об образовании, классификации, химическом составе органической и минеральной частей сапропелей, методах выделения и детального изучения их компонентов, определения биологической активности и ее взаимосвязи с химическим сосгавом сапропелей, генетической связи соединений последнего с растительным и животным материалом; разработагь схему разделения исходного сапропеля на большое число фракций, выбрать оптимальные условия экстракции, кислотного и щелочного гидролиза, адсорбционной жидкостной и препаративной тонкослойной хроматографии, позволяющие выделить нативные индивидуальные соединения, для которых обобщением данных комплекса физико-химических методов анализ вывести молекулярные и гипотетические структурные формулы; исследовать проявление биологической активности по отношению к ряду микроорганизмов; выявить взаимосвязь химического состава сапропеля с его биологической активностью; научно обосновать области эффективного применения сапропелей и продуктов на их основе.
Научная новизна. Методами экстракции растворителями различной полярносги, кислотного и щелочного гидролиза, адсорбционной жидкостной и препаративной хроматографии, элементного, эмиссионного спектрального и рентгено-флуоресцентного, количественного функционального, структурно-группового, дифференциально-термического и дифференциально-термогравігметрического анализов, ИК-, УФ/ВИС-спектроскопии, криоскопии, микробиологического тестирования впервые выполнено подробное комплексное исследование химического состава и биологической акгивности сапропеля Ахтубгшской поймы Астраханской области. Разработана эффективная схема, позволившая разделить исходный сапропель на большое число продуктов, существенно различающихся кислотно-основными свойствами, молекулярної! массой, элементным и функциональным составом, природой и содержанием металлов, биологической активностью; выбраны оптимальные условия препаративной тонкослойной хроматографии, в которых произведены наработка практически индивидуальных соединений и их последующее изучение комплексом физико-химических методов анализа; выведены молекулярные и гипотетические структурные формулы для отдельных соединений; выполнены эксперименты по выявлению биологической активности различных сапропелевых препаратов к ряду микроорганизмов, а также взаимосвязи химического состава сапропеля с биологической активностью и исходным растительным и животным материалом, что позволило расширить наши познания в области образования и классификации сапропелей, а также научно обосновать выбор областей использования сапропелей и препаратов на их основе.
Основные положения, выносящиеся на защиту: новые сведения о химическом составе органической и минеральной частей сапропеля Ахтубинской поймы Астраханской области, а также биологической активности как исходного сапропеля, так и разллгчных групп соединений, вьіделешіьіх из него; разработанная схема разделения сапропеля на большое число тродуктов; молекулярные и гипотетические структурные формулы отдельных
6 индивидуальных соедтісний сапропеля; результаты микробиологических испытаний сапропелевых препаратов на различных штаммах микроорганизмов; концепция научного прогнозирования биологической активности сапропелевых препаратов с учетом особенностей структурной организации соединений, определяющих их состав, а также выбора областей эффективного применения сапропеля и препаратов на его основе.
Научные и практические рекомендации: 1. Впервые полученные сведеши о химическом составе органической и минеральной частей сапропеля Ахтубинской поймы Астраханской области существенно расширяют наши представления в области химии ископаемых топлив и седиментов, образования и классификации сапропелей. Подробные данные о химическом составе разлігчньїх экстрактов, гуминовых, уроновых и фульвокислот позволяют установить генетическую связь сапропелей с исходным биологическим материалом, участвующим в его образовании, объясшггь основные пути биогсохимической трансформащні последнего, а следовательно, глубже рассмотреть вопросы палеоботаники и палеозоологии; могут быть введены в курсы Высшей школы по геоорганической, органической и биоорганической химии, биохимии растений, микробиологии, химии и технологии ископаемых топлив, направленной на разработку современных процессов комплексного рационального и экологически чистого использования природных ископаемых топлив, седиментов.
2. Методология исследования химического состава сапропеля,
включающая приемы, максимально исключающие существенные изменения в структуре извлекаемых соединений, а также микробиологического тестирования, может быть рекомендована для проведения научных исследований химического состава и биологической активности торфов, бурых и молодых каменных углей, горючих сланцев, природных битумов, смол, восков и других сложных по составу продуктов растительного и животного происхождсшія.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г. Тула, Тулгоспедуниверситет им. Л. Н. Толстого; Тульский государственный университет; НИ РХТУ им. Д. И. Менделеева, г. Новомосковск); IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, 1999 г.; Международном экологическом конгрессе «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, 2000 г.; XIII Всероссийской научно-технической конференции «Реактив-2000», г. Тула, 2000г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и тезисы 3 докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит га введения, четырех глав, изложенных на 138 страницах, включая 19 рисунков и 12 таблиц, а также перечня использованной литературы из 358 наименований на 31 странице.
