レーザー光散乱によって明らかにされた自己凝集タンニン酸の立体構造に対する溶液化学の効果

無機土壌溶液成分は、溶解した有機分子の電荷、サイズ、および立体構造を変化させ、環境行動に影響を与える可能性があります。ここでは、PH、陽イオンの原子価、および活性が、有機ポリエレクトロライトの立体構造の変化と凝集セダメント反応をどのように誘導するかを調査しました。そのために、3〜10のpH範囲で1〜30 g L-1のレーザー光散乱により、CACL2およびヒドロキシルALカチオンの電解質添加により、モデル化合物タンニン酸の流体力学的直径を決定しました。電荷特性は、高分子電解質滴定とゼータの潜在的測定により定量化されました。超音波処理による分散後、凝集は最大60分までの時間シーケンスで決定され、沈降実験では懸濁液の安定性が追跡されました。タンニン酸は、自己凝集状態の超純水に存在していました。pH <3および> 7.5では、その流体力学的直径が増加しました。高いpHでは、この挙動は分子コンフォメーションの展開に割り当てられる可能性がありますが、低pHでは、電荷中和が反発力を減少させ、凝集を促進する可能性があります。最大5 mmのpH 5およびイオン強度では、CACL2はタンニン酸の凝集状態に影響を与えず、結果は超純水で得られたものに似ていました。ヒドロキシル - アルシオンの添加は、AL-有機共沈化の形成下での自己凝集したタンニン酸構造を解散しました。強い集約は、反対の表面電荷が完全にバランスが取れていた混合比でのみ発生しました。自然条件下では、タンニン酸の自己凝集は、より高い溶液濃度でのみ予想されます。しかし、酸性のpHでは、ヒドロキシル酸とタンニン酸は、すでに低タンニン酸濃度で個別のコロイド粒子を形成し、懸濁液の不安定化をもたらす可能性があります。我々のデータは、土壌溶液の組成がタンニン酸の物理的状態を強く修正し、おそらく他の生体高分子、したがって環境マトリックス内の相互作用を強く変更することを強調しています。

Inorganic soil solution constituents can alter the charge, size, and conformation of dissolved organic molecules, thus affecting their environmental behavior. Here, we investigated how pH, cation valence and activities induce conformational changes and aggregation-sedimentation reactions of organic polyelectrolytes. For that we determined the hydrodynamic diameter of the model compound tannic acid by laser light scattering at concentrations of 1-30 g L-1 in the pH range from 3 to 10 and with electrolyte additions of CaCl2 and hydroxyl-Al cations. Charge properties were quantified by polyelectrolyte titration and zeta potential measurements. After dispersion by sonication, aggregation was determined in time sequences up to 60 min and suspension stability was traced in sedimentation experiments. Tannic acid was present in ultrapure water in a self-aggregated state. At pH <3 as well as >7.5, its hydrodynamic diameter increased. Whereas at high pH this behavior could be assigned to unfolding of molecular conformations, at low pH it is likely that charge neutralization decreased repulsive forces and facilitated aggregation. At pH 5 and ionic strengths of up to 5 mM, CaCl2 did not affect aggregation state of tannic acid and results resembled those obtained in ultrapure water. Addition of hydroxyl-Al cations broke-up the self-aggregated tannic acid structures under formation of Al-organic coprecipitates. Strong aggregation only occurred at mixing ratios where opposite surface charges were completely balanced. Under natural conditions, self-aggregation of tannic acid can be expected only at higher solution concentrations. However, at acidic pH, hydroxyl-Al cations and tannic acid may form discrete colloidal particles already at low tannic acid concentrations, resulting in the destabilization of suspensions. Our data emphasize that the soil solution composition strongly modifies the physical state of tannic acid, and likely also of other biopolymers, and thus their interactions within environmental matrices.