유머 물질

Humic substance

유머 물질은 흙, 송곳, 석탄의 주요 유기분인 유머의 중요한 성분인 유기 화합물이다. 19세기와 20세기의 긴 시대 동안, 유머 물질은 종종 산-기초 이론의 렌즈를 통해 유기산으로 묘사되었고, 그들의 결합 기반인 웅크림은 유기 물질의 중요한 성분으로 묘사되었다. 이러한 관점을 통해, 허미산은 강한 염기 추출물이 산성화되었을 때 응고하는 토양에서 추출된 유기 물질로 정의되었다(작은 고체 조각을 형성함), 반면에 풀빅산은 강한 염기 추출물이 산성화되었을 때 용해(용해된 상태로 남아 있음) 남아 있는 유기산이다.

고립된 유머 물질은 토양 유기 물질 또는 용해된 유기 물질에서 화학적 추출의 결과로서 토양이나 물에 분포된 유머 분자를 나타낸다.[1][2][3] 새로운 이해는 유머 물질을 고분자 중량 고분자로 보는 것이 아니라 초분자 조합으로 자동 조립되고 생물학적 기원의 다양한 화합물로 구성되며 토양의 생물학적 반응과 생물학적 반응에 의해 합성된 토양 유기 물질의 이질적이고 비교적 작은 분자 성분으로 본다.[4] 토양에서의 생물 활동과 식물 성장 촉진자로서의 역할을 유머 물질로 하여금 혼동하게 하는 것은 토양 유머의[5] 큰 분자 복잡성이다.[6]

형성과 설명에 대한 전통적인 견해

자연에서 유머 물질의 형성은 유머스 화학에서 가장 잘 이해되지 않는 측면 중 하나이며 가장 흥미로운 측면 중 하나이다. 그것을 설명해야 할 세 가지 주요 이론이 있는데, 웍스만의 리닌 이론(1932년), 폴리페놀 이론, 그리고 마야드의 설탕-아민 응축 이론(1911년)이다.[7][8] 그 이론들은 토양 연구에서 관찰을 설명하기에는 불충분하다.[9] 유머 물질은 리닌이나 숯과 같은 죽은 식물 물질의 미생물 분해에 의해 형성된다.[10][11] 실험실의 유머 물질은 더 이상의 생분해에는 매우 강하다. 주어진 표본의 정확한 특성과 구조는 물이나 토양 공급원과 추출의 특정 조건에 따라 달라진다. 그럼에도 불구하고 서로 다른 출처에서 생산된 실험실의 평균적인 유머 물질의 성질은 현저하게 유사하다.

토양과 퇴적물의 유머 물질은 3가지 주요 분수로 나눌 수 있다: 허미산, 풀빅산, 허민. 그들의 존재와 상대적 풍부함은 그들의 원래 형태를 알아볼 수 없을 정도로 바꾸는 과정인 실험실 추출에 의해 추론된다. 유머와 풀빅산은 토양과 다른 고체상 원천으로부터 콜로이드 용액으로서 수산화나트륨이나 수산화칼륨의 강력한 기초 수용액으로 추출된다. 이 용액에서 희산은 염산으로 pH를 1로 조정하여 풀빅산을 용액에 남김으로써 침전된다. 이것은 유머산과 풀빅산의 운영상의 구별이다. 휴민은 묽은 알칼리에서는 용해되지 않는다. 유머 분수의 알코올 용해성 부분은 일반적으로 울산이라고 한다. 소위 "회색 휴미산(GHA)"은 저이온성 알칼리성 매체에 용해되며, "갈색 휴미산(BHA)"은 이온강도와 무관하게 알칼리성 조건에 용해되며, 풀빅산(FA)은 pH와 이온강도에 관계 없이 용해된다.[12]

자연 속의 휴머스는 죽은 유기체로부터 조직을 생분해함으로써 생성되며, 따라서 대략 유기물과 동의어가 된다; 둘 사이의 구별은 종종 정확하고 일관성 있게 이루어지지 않는다.

전통적으로 실험실에서 생산되는 휴미산은 단일산이 아니다. 오히려 카르복실 및 페놀레이트 그룹을 포함한 여러 가지 다른 산의 혼합물로서 혼합물이 기능적으로 작용하거나 때로는 트리파스산처럼 작용하도록 한다. 토양 개조에 사용되는 험산은 이와 같이 잘 확립된 절차를 사용하여 제조된다. 휴미산은 환경에서 흔히 발견되는 이온으로 콤플렉스를 형성할 수 있으며, 이온으로 인해 휴미콜로이드가 생성된다. 휴미산은 산성 pH의 물에서 용해되지 않는 반면, 풀빅산은 또한 유머 물질에서 파생되지만 전체 범위의 pH에 걸쳐 물에 용해된다.[13] 유머와 풀빅산은 농업에서 토양 보충제로 흔히 사용되며, 인간의 영양 보충제로는 덜 사용된다.[14] 영양 보충제로서 풀빅산은 미네랄 콜로이드의 성분으로 액체 형태로 발견될 수 있다. 풀빅산은 다전극이며 다른 모든 콜로이드들은 그렇지 않은 반면에 막을 통해 쉽게 확산되는 독특한 콜로이드들이다.[15]

휴머노믹스라고 불리는 순차 화학분석은 더 많은 균일한 분율을 분리하고 첨단 분광법과 크로마토그래픽 방법에 의해 분자 구조를 결정하는 데 사용될 수 있다.[16] 유머 추출물에서 그리고 토양에서 직접 확인되는 물질은 모노, 디아드록시산, 지방산, 디카복시산, 선형 알코올, 페놀산, 테르페노이드, 탄수화물, 아미노산 등이다.[17]

비판

죽은 식물 재료의 분해 생산물은 광물과 밀접하게 연관되어 토양 유기 성분을 분리하고 특성화하는 것을 어렵게 한다. 18세기 토양 화학자들은 알칼리 추출물을 성공적으로 사용하여 토양에 있는 유기성분의 일부를 분리했다. 이것은 '습기' 과정이 '습기 물질'을 만들어 냈다는 이론으로 이어졌다; 가장 흔히 '습산', '풀빅산', '습인'[18]이다. 그러나 이러한 유머 물질은 토양에서 관찰되지 않았다. 비록 '습기' 이론은 증거에 의해 뒷받침되지 않지만, "기초 이론은 현재 교과서를 포함한 현대 문학에서 지속되고 있다."[19] '습기 물질'을 유효한 용어로 재정의하려는 시도는 "과학적으로 정확한 토양 과정과 성질을 전달하는 우리의 능력을 넘어 광범위한 함축적 함의와 함께 양립할 수 없는 정의의 확산을 초래했다."[20]

자연내 유머물질의 화학적 특성

현대 화학이 시작된 이래 자연 물질 중에서 유머 물질이 가장 많이 연구되고 있다. 오랜 연구에도 불구하고, 그들의 분자 구조와 화학 물질은 여전히 이해하기 어렵다. 전통적인 견해는 유머 물질은 점토와 다양한 연관성을 가진 이단결핵산염이라는 것이다.[21] 보다 최근의 견해는 상대적으로 작은 분자도 역할을 한다는 것이다.[22] 체내 교환 용량의 50~90%는 유머 물질이다. 점토와 비슷하게, char와 coloridal humus는 cation 영양소를 가지고 있다.[23] {{시공 중}}}

전통적으로 생산되는 유머물질의 화학적 특성

퀴논, 페놀, 카테콜, 스가르모이에티[24] 등 다양한 성분이 있는 대표적인 허머산의 예

대표적인 유머 물질은 많은 분자의 혼합물이며, 그 중 일부는 페놀과 카복시성 대체물이 함께 연결된 방향성 핵의 모티브에 기초하고 있다; 그림은 전형적인 구조를 보여준다. 유머 물질의 표면 전하와 반응성에 가장 많이 기여하는 기능 그룹은 페놀 그룹과 카복시 그룹이다.[24] 휴미산은 디기초산의 혼합물로 작용하며, 카복실 그룹의 양성에는 pK1 값이 약 4이고 페놀레이트 그룹의 양성에는 약 8이다. 개별적인 휴먼산들 사이에는 전반적으로 상당한 유사성이 있다.[25] 이러한 이유로, 주어진 표본에 대해 측정된 pK 값은 구성 종과 관련된 평균 값이다. 또 다른 중요한 특징은 전하 밀도다. 분자는 반 데르 발스 힘, π-π, CH-π 결합과 같은 비공생력에 의해 함께 유지되는 초분자 구조를 형성할 수 있다.[22]

카르복시산염과 페놀레이트 그룹이 존재하면, 휴미산은 Mg2+, Ca2+, Fe2+, Fe와3+ 같은 이온으로 콤플렉스를 형성할 수 있다. 많은 휴미산은 킬레이트 복합체를 형성할 수 있도록 이러한 그룹 중 두 개 이상을 배열한다.[26] (셸) 콤플렉스의 형성은 금속 이온의 생체이용성을 조절하는 데 있어서 휴미산의 생물학적 역할의 중요한 측면이다.[25]

물 시료 내 험산 측정

음용 또는 산업용으로 의도된 물에 험산이 존재하면 해당 물의 처리 가능성과 화학적 소독 과정의 성공에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 유머와 풀빅산은 염소 처리 과정에서 사용되는 화학 물질과 반응하여 인간에게 독성이 있는 디할로아세토나이트릴레스와 같은 소독 부산물을 형성할 수 있다.[27][28] 따라서, 특히 온대 기후에서 상류층 피티 유역으로부터 물을 공급받는데 있어서, 험산 농도를 설정하는 정확한 방법은 필수적이다.

매우 다양한 물리적 연관성의 많은 다른 생물 유기 분자들이 자연 환경에서 함께 섞이기 때문에, 인체 상부 구조에서 그들의 정확한 농도를 측정하는 것은 번거롭다. 이러한 이유로, 휴먼산의 농도는 전통적으로 유기물질의 농도(일반적으로 총유기탄소(TOC) 또는 용존유기탄소(DOC)의 농도로부터 추정된다.

추출 절차는 토양 유머 물질(주로 커틴이나 수베린과 같은 생물 고분자 내 에스테르 결합)에 존재하는 화학적 연결의 일부를 변경하기 마련이다. 그 유머 추출물은 아직 완전히 분리되고 식별되지 않은 많은 다른 생물 유기 분자로 구성되어 있다. 그러나 잔류 생체분자의 단일 종류는 선택적 추출과 화학적 분리에 의해 확인되었으며, 알카노 및 히드록시 알카노산, 레진, 왁스, 리긴 잔류물, 당류, 펩타이드로 대표된다.

생태효과

유기물 토양 수정은 농부들에 의해 기록된 역사보다 오랫동안 식물 성장에 이로운 것으로 알려져 왔다.[29] 그러나 유기물질의 화학성분과 기능은 인간이 18세기부터 이에 대해 추측하기 시작한 이래 논란의 대상이 되어 왔다. 리빅 시대까지는 식물이 유머를 직접 사용한다고 생각했지만, 리빅이 식물성장이 무기화합물에 의존한다는 것을 보여준 후, 많은 토양과학자들은 유기물질이 그 성분인 영양소 원소를 무기체 형태로 방출하면서 분해되기 때문에 생식에만 유용하다는 견해를 견지했다. 현재, 토양 과학자들은 보다 전체적인 견해를 가지고 있으며 적어도 혹이 토양의 수분 보유능력에 미치는 영향을 통해 토양의 다산에 영향을 미친다는 것을 인지하고 있다. 또한, 식물들이 전신 살충제의 복잡한 유기 분자를 흡수하고 번역하는 것을 보여주었기 때문에, 그들은 식물이 수용성 형태의 유머를 흡수할 수 있다는 생각을 더 이상 의심하지 않을 수 없다;[30] 이것은 사실 그렇지 않으면 불용성 철 산화물 섭취에 필수적인 과정일 수도 있다.

오하이오 주립대학에서 식물의 성장에 대한 허산의 영향에 관한 연구를 실시했는데, 부분적으로 "휴먼산이 식물의 성장을 증가시켰다"고 하며 "적극적으로 낮은 적용률에서 큰 반응이 있었다"[31]고 말했다.

노스캐롤라이나 주립농업생명과학대학의 과학자들에 의한 1998년 연구는 흙에 콧물을 첨가하는 것이 서서히 휘어지는 그라스 잔디의 뿌리 질량을 상당히 증가시켰다는 것을 보여주었다.[32][33]

알버타 대학 과학자들의 2018년 연구는 실험실 실험에서 허산은 프리온 감염성을 감소시킬 수 있지만, 그 효과를 완충하는 토양 내 미네랄 때문에 환경에서는 이러한 효과가 불확실할 수 있다는 것을 보여주었다.[34]

농업용 쓰레기에서 합성된 인공허미산(A-HA)과 인공풀빅산은 토양 내 용해된 유기물질과 총 유기탄소의 함량을 높일 수 있다.[35]

기술 응용 프로그램

휴먼산의 중금속 결합 능력은 폐수에서 중금속을 제거하기 위한 교정조치 기술을 개발하는 데 이용되어 왔다. 이를 위해 유리셰바 외 연구진은 자기 나노입자를 허미산으로 코팅했다. 납 이온을 포획한 후 나노입자는 자석을 이용하여 포획할 수 있다.[36]

고대의 석조

고고학에서 고대 이집트는 짚과 험산으로 강화된 진흙 벽돌을 사용했다는 것을 발견한다.[37]

경제지질학

경제지질학에서 험메이트라는 용어는 풍화탄층이나 갯바위, 또는 사암에 있는 모공물질과 같이 험산이 풍부한 지질 물질을 가리킨다. 휴메이트는 1970년대 이후 토양개정법으로 사용하기 위해 뉴멕시코 과일랜드 조성을 통해 채굴됐으며 2016년까지 6만톤 가까이 생산됐다.[38] 퇴적물은 또한 우라늄 광석의 생성에 중요한 역할을 할 수 있다.[39]

참고 항목

참조

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외부 링크

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