基于13C-NMR 偶極去相技術(shù)的有機(jī)肥料中有機(jī)組分特征研究

摘要： 【目的】在固體13C-NMR 的交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)全邊帶抑制（cross polarization/magic angle spinning/totalsuppression of sidebands，CP/MAS/TOSS） 技術(shù)得到的譜圖中，質(zhì)子碳與非質(zhì)子碳的信號(hào)重疊。偶極去相（dipolardephasing，DD） 技術(shù)利用13C-1H 異核耦合作用大小的差異，區(qū)分與不同質(zhì)子結(jié)合的13C 核基團(tuán)。本研究基于DD 技術(shù)探討有機(jī)肥料中碳結(jié)構(gòu)特征?！痉椒ā抗┰囉袡C(jī)肥料樣品包括3 種秸稈（小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈）、3 種糞肥（雞糞、牛糞、豬糞） 和3 種腐植酸肥（腐植酸銨、腐植酸鈉、腐植酸鉀） 樣品，利用13C-NMR 譜的CP/MAS/TOSS 結(jié)合DD 技術(shù)，測(cè)定了不同來源的有機(jī)肥料樣品圖譜，比較其碳分布比例?！窘Y(jié)果】秸稈和糞肥樣品中烷氧碳組分較多，占鑒定出所有碳組分的比例分別為55% 和31%～37%，非質(zhì)子化的烷氧碳占比不到3%；秸稈、豬糞樣品中非質(zhì)子芳香碳占3%～4%，雞糞和牛糞樣品中非質(zhì)子芳香碳分別占15% 和11%，較秸稈和豬糞樣品含有更多的非質(zhì)子化芳香族化合物。糞肥和秸稈樣品中甲氧基碳占比低于烷基氮。腐植酸樣品以芳香碳、羧基碳和酰胺基碳為主，羧基碳和酰胺基碳占到12%～16%，總芳香族碳占48%～72%，非質(zhì)子芳香碳占25%～37%，表明腐植酸芳香骨架上可能存在較多取代?！窘Y(jié)論】基于CP/TOSS 結(jié)合DD 技術(shù)（偶極相移延時(shí)時(shí)間設(shè)置為40 μs） 分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雞糞和牛糞中非質(zhì)子芳香碳占比高于豬糞和秸稈；腐植酸肥芳香族碳比例高于糞肥和秸稈，尤其是非質(zhì)子芳香碳占比較高，表明腐植酸肥芳香化程度高于糞肥和秸稈。

關(guān)鍵詞： 有機(jī)肥料； 13C-核磁共振； 交叉極化； 偶極去相

我國有機(jī)肥料資源豐富，每年養(yǎng)分總量約為7519.5 萬t，原料主要來源于畜禽糞便、秸稈、腐植酸等[1]。表征有機(jī)肥料官能團(tuán)組成與組分結(jié)構(gòu)特征，有助于闡明有機(jī)肥料降解機(jī)理及有機(jī)肥料功能，對(duì)鑒定有機(jī)肥料原料來源，保障產(chǎn)品質(zhì)量也具有重要意義。

核磁共振技術(shù)（nuclear magnetic resonance，NMR） 是根據(jù)外加磁場(chǎng)和射頻脈沖作用下，特定原子的原子核能級(jí)躍遷產(chǎn)生的共振現(xiàn)象，探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。根據(jù)譜圖上共振峰位置、強(qiáng)度和精細(xì)結(jié)構(gòu)研究樣品的分子結(jié)構(gòu)[2?3]。固體13C-核磁共振波譜技術(shù)（solid state 13C-NMR） 被廣泛應(yīng)用于土壤、沉積物等樣品的有機(jī)質(zhì)與腐殖質(zhì)碳結(jié)構(gòu)測(cè)定[4?10]。交叉極化/魔角旋轉(zhuǎn)（cross polarization/magic angle spinning，CP/MAS） 技術(shù)克服固體樣品化學(xué)位移各向異性、偶極偶合作用等[11]，提升了13C 核探測(cè)靈敏度和信號(hào)累積效率[12]。普通CP/MAS 脈沖序列高頻率去偶時(shí)段加入4 個(gè)π13C 脈沖，利用邊帶全抑制（total suppressionof sidebands， TOSS） 譜線編輯技術(shù)，解決了固體樣品NMR 分析時(shí)的旋轉(zhuǎn)邊帶干擾問題[13]，但CP/TOSS 試驗(yàn)得到的譜圖中仍然存在質(zhì)子碳與非質(zhì)子碳的信號(hào)重疊。

偶極去相（dipolar dephasing，DD） 技術(shù)利用13C-1H異核耦合作用大小的差異，區(qū)分與不同質(zhì)子結(jié)合的13C 核基團(tuán)。質(zhì)子碳13C-1H 耦合作用較強(qiáng)，當(dāng)去耦器關(guān)閉，橫向馳豫時(shí)間T 2H 較短的質(zhì)子化碳（ C H、CH2） 快速去相位，而橫向馳豫時(shí)間T2H 較長的非質(zhì)子碳如季碳（Cq）、非質(zhì)子烷氧碳（OCq）、非質(zhì)子芳香碳（aromatic C―C）、芳香碳氧（aromatic C―O）、?；?羧基碳（N―C＝O/COO） 或快速活動(dòng)性組分（mobile components） 如甲基碳（CH3 ）、甲氧基碳（OCH3）、亞甲基碳 [（CH2）n] 去相位較慢，在去偶器再次打開前得到保留[14]。Opella 等[15]提出了DD 的脈沖序列，在CP/MAS 基礎(chǔ)上加入延時(shí)時(shí)間（TD），即在交叉極化和數(shù)據(jù)采集之間加入一個(gè)短暫TD， 1H 耦器先關(guān)閉再打開，在TD 期間，質(zhì)子化碳受到偶極作用較強(qiáng)， 磁化強(qiáng)度即被馳豫，共振信號(hào)強(qiáng)度衰減，而非質(zhì)子碳、快速活動(dòng)性官能團(tuán)的信號(hào)強(qiáng)度受影響甚微。為解決旋轉(zhuǎn)邊帶和相位畸變問題，Carduner[16]提出了改進(jìn)DD 脈沖序列，在TD 延時(shí)前添加4 個(gè)π 脈沖提高了分辨率。TD 延時(shí)時(shí)間影響質(zhì)子碳去除效率與T2H 相關(guān)，只有TD 大于T2H 時(shí)才能有效去除質(zhì)子碳信號(hào)。秦匡宗等[17]指出干酪根的13C-NMR 譜中質(zhì)子碳T2H 在10～15 μs，非質(zhì)子碳T2H 達(dá)200 μs。Alemany等[18]利用固體13C-NMR 技術(shù)研究了對(duì)二叔丁基苯等11 種有機(jī)物芳香族及環(huán)化物中13C-1H 偶極相互作用對(duì)CP 和DD 試驗(yàn)的影響，結(jié)果顯示質(zhì)子碳共振峰強(qiáng)度衰減75% 所需TD 分別為20～30 μs 和25～40 μs，非叔丁基CH3 和叔丁基CH3 共振峰強(qiáng)度衰減75% 所需的TD 分別為80～310 μs 和1300 μs，非質(zhì)子的SP2和SP3 雜化碳共振峰強(qiáng)度衰減75% 所需的TD 分別在165 和1500 μs 以上。趙丕裕等[19]分析不同延時(shí)條件下羥基苯甲酸乙酯樣品中各類碳的信號(hào)衰減規(guī)律，結(jié)果表明，DD 技術(shù)可以較有效地抑制質(zhì)子化碳（甲基碳除外） 的共振信號(hào)，信號(hào)在TD 40 μs 時(shí)衰減為零。TD 40 μs 也應(yīng)用土壤、沉積物等樣品的DD 試驗(yàn)[20?22]，可從固體樣品CP/MAS/TOSS-NMR 譜圖中有效區(qū)分CH 和CH2 碳信號(hào)。

Liiti?等[23]利用CP+DD 技術(shù)研究土壤中木質(zhì)素的縮合程度。Mao 等[24]將DD 技術(shù)結(jié)合直接極化魔角旋轉(zhuǎn)、化學(xué)位移各向異性過濾等技術(shù)，獲得了泥炭腐植酸固體13C-NMR 圖譜，結(jié)果顯示泥炭腐植酸中芳香碳比例為45%，非質(zhì)子芳香碳占芳香碳的0.64%。Smernik 等[ 2 5 ]利用CP+DD 技術(shù)測(cè)定了土壤中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)、蛋白等組分特征，通過不同TD 時(shí)間與共振峰峰面積的關(guān)系計(jì)算組分中質(zhì)子碳和非質(zhì)子碳的T2H，結(jié)果顯示，非質(zhì)子碳的T2H 不低于167 μs，非甲基化質(zhì)子碳的T2H 不高于17.26 μs，大多數(shù)質(zhì)子碳核磁信號(hào)在TD 40 μs 時(shí)消失。Mao 等[26]綜述了天然有機(jī)物的固體NMR 技術(shù)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率lt;10 kHz，40 μs 的TD 時(shí)間可去除大部分天然有機(jī)物中質(zhì)子碳。Huang 等[10]設(shè)置40 μs 的TD 時(shí)間，利用NMR 技術(shù)研究了堆肥70 天的豬糞、雞糞、牛糞中有機(jī)碳結(jié)構(gòu)變化。Almendros 等[27]采用DD 技術(shù)揭示了森林火災(zāi)后土壤中含碳有機(jī)物的分布。利用DD 技術(shù)研究不同原料來源的有機(jī)肥料組分特征少見報(bào)道。本研究利用1 3C-NMR 譜的CP/MAS/TOSS 結(jié)合DD 技術(shù)，測(cè)定了秸稈、糞肥、腐植酸等9 個(gè)不同來源的有機(jī)肥料樣品圖譜，比較其碳分布比例，以期深入闡明不同有機(jī)組分的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征。

1 材料與方法

1.1 供試有機(jī)肥料樣品

選擇9 個(gè)有機(jī)肥料樣品：小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈、雞糞、牛糞、豬糞、腐植酸銨、腐植酸鈉、腐植酸鉀。 樣品碳氮含量見表1。樣品用研磨儀研磨粉碎過0.15 mm 篩后烘干，裝入樣品袋中備用。

1.2 試驗(yàn)步驟

稱取100 mg 左右試樣，填充裝入氧化鋯轉(zhuǎn)子中，將轉(zhuǎn)子放入CP-MAS 4 mm 探頭。固體核磁共振波譜儀（型號(hào)：Bruker Advance III 400， Bruker BioSpinGmbH， Rheinstetten， Germany） 設(shè)置測(cè)定參數(shù)為：13C 頻率為100 MHz，MAS 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為5 kHz，TD為0.8 s ，CP 接觸時(shí)間（contact time） 為2 ms，1H 90°脈寬3.75 μs。TOSS 技術(shù)的4 個(gè)180°脈寬8.4 μs。掃描次數(shù)為4096 次。使用甘氨酸（glycine） 和金剛烷（adamantane） 標(biāo)定化學(xué)位移。DD 試驗(yàn)采用Carduner[16]提出的改進(jìn)偶極去相脈沖序列（圖1）。

設(shè)置TD 延時(shí)20、40、60、80 μs 條件，測(cè)定秸稈CP/TOSS 和DD 譜圖見圖2。在TD 延時(shí)40 μs時(shí)，化學(xué)位移范圍在60～93 ppm 的烷氧碳（O-alkylC） 和93～113 ppm 的異頭碳（anomeric C） 的共振峰信號(hào)被顯著抑制，而在174 ppm 處的非質(zhì)子官能團(tuán)羧基/酰胺基（COOH/N―C＝O） 的信號(hào)保留。圖譜在40、60 和 80 μs 的TD 延時(shí)條件下共振峰未見明顯變化。TD 延時(shí)為40 μs 條件，DD 試驗(yàn)可篩選出秸稈樣品中的非質(zhì)子碳及快速活性移動(dòng)組分。

1.3 數(shù)據(jù)分析

核磁共振圖譜使用Bruker Topspin 2.1 和Mestrec（Bruker BioSpin GmbH， Rheinstetten， Germany） 調(diào)整零級(jí)、一級(jí)相位，校正基線，平滑處理，對(duì)圖譜進(jìn)行積分，獲得不同碳核官能團(tuán)占譜圖總積分面積的相對(duì)比例，根據(jù)文獻(xiàn)[10， 26]，圖譜中含碳官能團(tuán)與化學(xué)位移δ 對(duì)應(yīng)：烷基碳（alkyl C） 0～44 ppm；甲氧基碳/烷基氮（methoxyl C/N-alkyl） 44～60 ppm；烷氧碳（O-alkyl C） 60～93 ppm；異頭碳（anomeric C） 93～113 ppm；芳香碳（aromatic C） 113～142 ppm；芳香碳氧（aromatic C―O） 142～162 ppm；羧基/酰胺基碳（carbonyl/amides C） 162～188 ppm；酮/醛基碳（ketone/aldehyde C） 188～220 ppm。由于去耦器關(guān)閉導(dǎo)致質(zhì)子碳、非質(zhì)子碳均產(chǎn)生信號(hào)衰減，將174 ppm處非質(zhì)子官能團(tuán)羧基/酰胺基（COOH/N―C＝O） 的共振峰作為校正因子校正偶極去相期間的信號(hào)損失。CP/MAS/TOSS 圖譜與DD 圖譜差減得到質(zhì)子化碳組分。

2 結(jié)果與分析

2.1 CP/MAS/TOSS 譜圖解析

有機(jī)肥料的CP/MAS/TOSS 譜圖見圖3，各類碳官能團(tuán)所占相對(duì)比例見表2。秸稈樣品在0～188 ppm范圍內(nèi)存在共振峰，以烷氧碳、異頭碳、烷基碳官能團(tuán)為主。烷氧碳（60～93 ppm） 占比55% 左右，歸屬為碳水化合物如醇類、纖維素、半纖維素糖苷特征。異頭碳（93～113 ppm） 占比約14% 左右，系纖維素半纖維素中的β-1，4 糖苷鍵中的C1、C4 特征。烷基碳（0～44 ppm） 占比在7%～11%，該區(qū)域存在雙峰，21 ppm 共振峰由CH3 及少量CH2 引起，30 ppm 共振峰由CH2 引起。甲氧基碳/烷基氮（44～60 ppm） 占比6%，歸屬為木質(zhì)素中甲氧基特征或氮取代的烷基碳。羧基/酰胺基碳（162～188） 占比5%～7%。芳香碳（113～142 ppm） 占比5%～6% 左右，共振峰集中在128、134 ppm 附近，為木質(zhì)素中芳香碳C―H 或C―N、C―C。芳香碳氧（142～162 ppm） 占比3%～5%，為木質(zhì)素特征，由木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元香豆醇、松柏醇或芥子醇中被氧取代的酚基引起。酮基碳、醛基碳及醌基區(qū)域（188～220 ppm）信號(hào)與基線持平。

雞糞、牛糞和豬糞圖譜在0～220 ppm 范圍內(nèi)存在共振峰。3 個(gè)糞肥樣品烷氧碳占比31%～37%。雞糞和牛糞中芳香碳占比分別為18% 和11%，歸屬木質(zhì)素特征，雞糞樣品共振峰在127、148 ppm，牛糞共振峰在133、152 ppm；豬糞芳香碳占比5%，共振峰在130 和148 ppm。烷基碳在雞糞和牛糞中貢獻(xiàn)占比分別為12% 和11%，豬糞為28%，牛糞在18 ppm處有明顯單峰，雞糞、豬糞在14、23、32 ppm 處為多重峰，0～25 ppm 由CH3 和少量CH2 引起，25～44 ppm 由長鏈CH2 引起。甲氧基碳/烷基氮位移在57 ppm，雞糞、牛糞、豬糞中占比分別為8%、15%、6%，為木質(zhì)素中OCH3 結(jié)構(gòu)或氨基酸蛋白質(zhì)成分。異頭碳在3 個(gè)糞肥中占比為10%～12%，位移集中在105 ppm。羧基/酰胺基碳位移集中在173 ppm，雞糞、牛糞、豬糞中占比分別為10%、7%、11%。糞肥樣品中酮/醛基碳占比不超過1%。

腐植酸銨和腐植酸鈉譜圖相近，主要在60～188 ppm 范圍內(nèi)存在共振峰，腐植酸鉀在0～60 ppm范圍內(nèi)還存在共振峰。3 個(gè)腐殖酸樣品有機(jī)碳?xì)w屬以芳香碳為主，腐植酸銨、腐植酸鈉和腐植酸鉀芳香碳占比分別為72%、67%、48%，共振峰在130 和156 ppm 附近，為木質(zhì)素來源的芳香碳和芳香碳氧特征。異頭碳在腐植酸銨、腐植酸鈉、腐植酸鉀占比分別為6%、12%、6%，共振峰不明顯，與芳香區(qū)域重疊。腐植酸銨、腐植酸鈉、腐植酸鉀樣品中羧基/酰胺基碳（176 ppm） 占比分別為16%、12%、16%。腐植酸鉀中烷基碳占比為14%，共振峰在21 和30 ppm，甲氧基碳/烷基氮 （49 ppm） 占比6%。3 個(gè)腐植酸在酮/醛基碳區(qū)域信號(hào)與基線持平。

2.2 DD 譜圖解析

DD 譜圖（圖3） 可篩選出有機(jī)肥料中的非質(zhì)子碳和快速活動(dòng)性組分，相比CP 譜圖，0～142 ppm 位移范圍內(nèi)信號(hào)出現(xiàn)明顯衰減，而142 ～220 ppm 范圍內(nèi)的信號(hào)損失較少，與CP 圖譜相近，表明該化學(xué)位移范圍內(nèi)的多是非質(zhì)子碳，C―H 耦合作用較弱，40 μs 的去耦時(shí)間不足使其失相。將CP 和DD 譜圖由校正因子校正后差減，得到去質(zhì)子碳等相應(yīng)官能團(tuán)的比例 （表2）。

秸稈樣品中，烷基碳（Cq） 和快速活動(dòng)性組分占比3%～5%，OCH3 占比1%～2%；烷氧碳中非質(zhì)子OCq 和非質(zhì)子異頭碳O―Cq―O 占比很少，不超過1%；非質(zhì)子芳香碳占比3%～4%。說明秸稈樣品主要以纖維素來源的質(zhì)子碳OCH、O―CH―O 基團(tuán)為主。秸稈樣品中NCH 略高于木質(zhì)素來源的OCH3。存在超過一半芳香碳為非質(zhì)子芳香碳，說明芳環(huán)上存在較多取代基。

3 種糞肥樣品烷基碳（Cq） 和快速活動(dòng)性組分占比7%～12%；雞糞非質(zhì)子烷氧碳OCq 占比3%，牛糞與豬糞無OCq 信號(hào)；糞肥樣品非質(zhì)子異頭碳O―Cq―O 占比不到2%。雞糞、牛糞與豬糞OCH3 占比分別為3%、6% 和1%；非質(zhì)子芳香碳占比15%、11%和3%。糞肥樣品烷基碳和快速活動(dòng)性組分、非質(zhì)子芳香碳占比明顯高于秸稈樣品。雞糞、牛糞芳香碳中非質(zhì)子化比例分別為15% 和11%，高于豬糞（3%），豬糞與秸稈樣品類似。

腐植酸樣品中，非質(zhì)子烷氧碳OCq 占比2%～5%，異頭碳O―Cq―O 占比2%～8%。礦源腐植酸鉀中NCH 和 OCH3 分別占比5% 和1%，質(zhì)子化烷基碳和非質(zhì)子烷基碳占比分別為9% 和5%。腐植酸樣品主要以芳香族化合物為主，非質(zhì)子芳香碳占比25%～37%，明顯高于糞肥與秸稈樣品，說明芳香碳存在較多的取代基團(tuán)。

3 討論

DD 技術(shù)通過有機(jī)物中13C―1H 耦合作用強(qiáng)弱來區(qū)分質(zhì)子碳與非質(zhì)子碳、剛性組分和快速活動(dòng)性組分，與1H 直接相接的質(zhì)子碳相比于非質(zhì)子碳有較短的橫向弛豫時(shí)間，因此在一定TD 時(shí)間內(nèi)，質(zhì)子碳快速失相，例如脂肪長鏈的CH2、芳香族的CH，而非質(zhì)子碳如Cq、O―Cq、芳香碳等以及快速活動(dòng)性組分信號(hào)保留下來，這是由于甲基快速旋轉(zhuǎn)減少了13C―1H 偶極耦聯(lián)[26]。因此DD 圖譜相比于CP 圖譜可獲得更多的有機(jī)碳官能團(tuán)結(jié)構(gòu)信息。

農(nóng)作物秸稈化學(xué)成分以纖維素、半纖維素、木質(zhì)素為主。Bhattacharyya 等[28]測(cè)定了印度東部18 個(gè)不同品種水稻秸稈化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、二氧化硅平均占比分別為36.29%、20.67%、9.42%、6.67%。Cogle 等[29]利用13C 固體NMR 技術(shù)測(cè)定了小麥秸稈的CP/TOSS 圖譜，小麥秸稈碳官能團(tuán)歸屬位移多在60～108 ppm 范圍，以碳水化合物為主，占比為72%，其次是108～160 ppm（芳香碳） 和0～50 ppm （烷基碳），占比為9%。Xiao等[30]提取了玉米、黑麥、水稻秸稈中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，并獲得13C-NMR 圖譜，結(jié)果顯示3種農(nóng)作物秸稈中木質(zhì)素為非縮合愈創(chuàng)木基和紫丁香基單元，而對(duì)羥基苯基單元較少。玉米和黑麥秸稈的半纖維素以葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖為主，而水稻秸稈中半纖維素主要是α-葡聚糖和4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸。本研究3 個(gè)秸稈的13C-NMR 圖譜，顯示以纖維素來源的烷氧碳為主，纖維素是由D-葡萄糖以β-1，4 糖苷鍵組成的大分子多糖，糖環(huán)上的碳基本為質(zhì)子碳，DD 技術(shù)可明顯區(qū)分開。由于禾本科植物木質(zhì)素的芳香結(jié)構(gòu)以愈創(chuàng)木基?紫丁香基為主，存在OCH3、酚基取代，DD 技術(shù)的TD 延時(shí)后，少部分的芳香碳?xì)湫盘?hào)損失。秸稈樣品表皮上角質(zhì)和軟木脂存在大量的含快速活動(dòng)性組分的脂肪長鏈，在偶極去相后信號(hào)消失。烷氧碳占比55% 左右，歸屬為碳水化合物如醇類、纖維素、半纖維素糖苷特征。異頭碳占比約14% 左右，系纖維素半纖維素中的β-1，4糖苷鍵中的C1、C4 特征。烷基碳占比在7%～11%，該區(qū)域存在雙峰。

畜禽糞便是畜禽糞尿與墊材、動(dòng)物毛發(fā)皮屑、飼料殘?jiān)退然旌衔颷2]。Luo 等[31]通過固體13C-NMR技術(shù)測(cè)定了雞糞中的總有機(jī)質(zhì)、堿提取有機(jī)質(zhì)、水提有機(jī)質(zhì)，DD 圖譜顯示烷氧碳和異頭碳共振峰信號(hào)被顯著抑制，部分烷基碳和芳香碳共振峰信號(hào)保留，這與我們的研究結(jié)果相符。Schnitzer 等[32]利用固體13C-NMR 測(cè)定了新鮮雞糞的CP 圖譜，雞糞中總脂肪碳含量占比87.2%，總芳香物質(zhì)占比6.3%。本試驗(yàn)收集的糞肥樣品中雞糞、牛糞經(jīng)過發(fā)酵堆肥腐熟過程[33]，脂肪族碳尤其烷氧碳占比較秸稈少，芳香碳含量增加，非質(zhì)子芳香碳占比也較秸稈樣品高，說明樣品中碳明顯趨向穩(wěn)定。本次試驗(yàn)采集的豬糞樣品，可能未經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)酵堆肥腐熟，與雞糞牛糞相比，豬糞樣品含有較高比例的質(zhì)子化烷基碳，芳香碳尤其是非質(zhì)子的芳香碳組分比例相對(duì)較低。

腐植酸類物質(zhì)是高分子聚合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍認(rèn)為其是多元酚和醌作為結(jié)構(gòu)單元的聚合物[34]。根據(jù)Schulten 等[35]提出腐植酸經(jīng)典模型，芳香酸和甲基化酚是腐植酸的主要官能團(tuán)。腐植酸具備脂肪?芳香族基本結(jié)構(gòu)單元及多種官能團(tuán)如羧基、羰基、醌基、酚羥基、醇羥基、胺基等[36]。本研究選擇的3 個(gè)腐植酸樣品，以芳香物質(zhì)和羧基酰胺基為主，在TD延時(shí)后芳香環(huán)碳?xì)湫盘?hào)僅損失了一小部分，這可能是由于腐植酸具備芳香環(huán)及周圍側(cè)鏈，存在羧基、酰胺基或雜原子取代基，與Mao 等[24] 和陽虹等[37]的研究結(jié)果相符。3 個(gè)腐植酸中存在12%～16% 芳香碳氧，表明了其具備大量的酚類結(jié)構(gòu)。與腐植酸鉀相比，腐植酸銨和腐植酸鈉擁有較多的脂肪碳，且脂肪碳以質(zhì)子碳CH、CH2 為主，推測(cè)其芳香環(huán)上存在脂肪長鏈。

4 結(jié)論

研究結(jié)果顯示在偶極相移TD 時(shí)間40 μs 下，利用DD 圖譜可篩選出有機(jī)肥料中非質(zhì)子碳和快速活動(dòng)性組分。秸稈和糞肥樣品以纖維素來源的烷氧碳為主，秸稈中烷氧碳占比55%，糞肥中占比31%～37%，非質(zhì)子的烷氧碳含量均不超過3%。雞糞、牛糞較秸稈樣品存在更多的非質(zhì)子脂肪族化合物和芳香化合物，糞肥和秸稈中甲氧基碳占比低于烷基氮。芳香碳、羧基碳和酰胺基碳在腐植酸樣品中含量最高，芳香族碳占比48%～72%，羧基酰胺碳占比不低于12%，腐植酸鉀相比于腐植酸銨和腐植酸鈉含有較多的脂肪碳，樣品芳香物質(zhì)上存在較多的取代基，非質(zhì)子芳香碳組分占總芳香碳比例50% 左右。利用CP/MAS/TOSS+DD 技術(shù)更加精細(xì)地研究有機(jī)肥料組分結(jié)構(gòu)特征，可獲取有機(jī)肥料的質(zhì)子碳和非質(zhì)子碳官能團(tuán)信息。

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