Matéria húmica de sapal: variações estruturais e complexação com o cobre

No presente trabalho foram estudadas as variações na composição, estrutura e comportamento das substâncias húmicas sedimentares (SHS), promovidas pela presença de duas espécies de plantas da família Chenopodiacea, presentes nos sapais da Ria de Aveiro: a Halimione portulacoides e a Arthrocnemum fruticosum. Para além das variações espaciais horizontais, foram investigadas as variações ao longo de um perfil de profundidades. Desta forma, para além da camada superficial (0-10 cm) de sedimentos com diferentes espécies de plantas e sem plantas, também foram investigadas camadas de sedimentos intermédia (20-25 cm) e profunda (45-50 cm). Para a extracção das SHS recorreu-se a uma pequena modificação do método proposto pela International Humic Substances Society (IHSS) para extracção e purificação de substâncias húmicas de solos. As SH extraídas foram caracterizadas através dos métodos espectroscópicos de absorção no ultravioleta visível, de fluorescência molecular síncrona, de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e de RMN 13C em estado sólido. Estas técnicas de caracterização foram complementadas pela análise elementar e termogravimetria. Em algumas amostras, foram ainda determinados o conteúdo em alguns metais por ICP-AES e o conteúdo funcional ácido por titulações potenciométricas. Após exaustiva caracterização das amostras de AH, procedeu-se ao estudo da sua capacidade de complexação com o cobre, recorrendo a titulações monitorizadas por fluorescência molecular síncrona. Os resultados revelaram que a colonização de sedimentos por plantas vasculares superiores conduz a uma alteração profunda no ambiente sedimentar e que esta é reflectida na diagénese das substâncias húmicas sedimentares, tendo-se observado variações a uma pequena escala espacial. O estudo deste tipo de variações nunca tinha sido efectuado em trabalhos anteriores. Nos ácidos fúlvicos detectaram-se diferenças na composição e estrutura das amostras correspondentes às camadas superiores de sedimentos, reflectindo a presença de diferentes colonizações vegetais. Relativamente aos ácidos húmicos, foi possível classificá-los em dois tipos distintos. Os AH do tipo I correspondem aos sedimentos superficiais e intermédios dos locais com plantas. Neste tipo de AH verificou-se uma incorporação de polissacarídeos e estruturas peptídicas, em estados de humificação pouco desenvolvidos. Os AH do tipo II correspondem aos sedimentos mais profundos de todos os locais e aos intermédios do local sem plantas e caracterizam-se por um maior grau de humificação e polimerização, um maior conteúdo aromático e de estruturas conjugadas e um maior conteúdo de grupos carboxílicos. Essas diferenças estruturais conduzem a diferentes comportamentos ácido/base e de complexação com o cobre. Assim, os AH do tipo I, que apresentam sinais espectroscópicos mais baixos associados a grupos carboxílicos e fenólicos, têm menor conteúdo de grupos funcionais ácidos e menor capacidade de complexação com o cobre quando se consideram ligandos característicos de unidades aromáticas conjugadas. Relativamente aos valores de log K dos complexos de AHS com o cobre, as amostras representativas da camada superficial dos sedimentos com plantas apresentaram valores superiores aos das restantes amostras de AH estudadas, cujos valores de log K são similares entre si. Atendendo aos resultados de análise elementar e espectroscópica, este facto pode estar associado à presença de compostos de azoto não peptídicos. Quanto a outros ligandos para o cobre, nomeadamente os representativos de estruturas peptídicas contendo o aminoácido triptofano e estruturas aromáticas simples, não foi possível obter resultados conclusivos. Dado que os ácidos húmicos do tipo I demonstraram um maior conteúdo peptídico e menor conteúdo aromático, o estudo destes ligandos torna-se importante para compreender melhor o efeito da presença de plantas nos sedimentos de sapal sobre o comportamento dos ácidos húmicos sedimentares como ligandos para o cobre. Refere-se ainda que foram detectadas certas especificidades na variação das características do sedimento e das substâncias húmicas com a profundidade nos diferentes locais estudados que não podem ser explicadas meramente com a presença de material vegetal oriundo de diferentes espécies de plantas, requerendo um conhecimento mais aprofundado das comunidades bentónicas e do ambiente físico-químico do sedimento.

The variations in composition, structure and behaviour of the sedimentary humic substances (SHS), promoted by the presence of two Chenopodiacea plant species, existing in the Ria de Aveiro salt marshes, were studied. The plant species were Halimione portulacoides and Arthrocnemum fruticosum. Horizontal and in depth variations were studied. Thus, the study included three layers of sediments from sites without vegetation and vegetated by each plant species: surface layer (0-10 cm), intermediate layer (20-25 cm) and deep layer (45-50 cm). SHS were extracted and purified using a slight modification of the International Humic Substances Society (IHSS) method for the extraction and purification of soil humic substances. The extracted HS were characterized using UV-Visible, molecular fluorescence, Fourier transform infrared (FTIR), and solid state 13C NMR spectroscopies. These characterization techniques were complemented with elemental and thermogravimetric analysis. In some samples metals contents and the acidic functional groups contents were determined by ICP-AES and potentiometric titrations, respectively. After the exhaustive characterization of the humic acids samples, their copper complexation capacity was studied by fluorimetric titrations. The results showed that the sediment colonization by superior vascular plants leads to a deep modification on the sediment environment that is reflected on the SHS diagenesis, revealing small scale spatial variations. This kind of variatons was not documented in previous works. In the fulvic acids, differences were detected in the composition and structure of the surface layers samples, reflecting the presence of different plant colonization. Relatively to the humic acids (HA) it was possible to classify them into two distinct types. The HA of the type I correspond to the surface and intermediate layers of sediments from the sites with plants. HA of this type revealed an incorporation of polysaccharides and peptidic structures and a low degree of humification. The type II HA corresponded to the deepest sediment layer of all the sites and the intermediate sediment layer of the site without plants. These HA are characterized by a higher humification degree and polymerization, a higher content of aromatic and conjugated structures and a higher carboxylic content. The structural differences lead to different acid/base and copper complexation behaviour. Thus, the type I HA, that exhibit the lowest spectroscopic signals of carboxylic and phenolic groups, have the smallest acidic functional groups contents and copper complexation capacities associated to conjugated aromatic ligands. Relatively to the log K values of the sedimentary HA/copper complexes, the samples representative of the vegetated sediment surface layer exhibited the highest values comparatively to the other samples whose log K values were similar between them. Considering the spectroscopic and elemental analysis results, this fact may be associated to the presence of non peptidic nitrogen compounds. Relatively to the other copper ligands, namely those that represent the peptidic structures with the amino acid tryptophan and simple aromatic structures, it was not possible to obtain conclusive results. Since the type I HA revealed a larger peptidic content and a smaller aromatic content, the study of these ligands is important to better understand the effect of the plants presence in the salt marsh sediments on the sedimentary humic acids behaviour as copper ligands. It was also observed that there are some specific features on the variation of sediment and HA characteristics along depth in the different sites. These specific features can’t be explained only by the presence of material coming from different plant species, requiring a deepest knowledge of the benthonic communities and of the physical-chemical environment of the sediment.

Doutoramento em Quimica