Advanced gel electrophoresis techniques reveal heterogeneity of humic acids based on molecular weight distributions of kinetically inert Cu-humate complexes

高度ゲル電気泳動法を用いて速度論的に解離不活性なCu-フミン酸錯体の分子量分布を評価することによってフミン酸の不均一性を解明する

丸茂 和樹*; 松本 篤正*; 中野 純佳*; 渋川 雅美*; 斉藤 拓巳*; 原賀 智子   ; 齋藤 伸吾*

Marumo, Kazuki*; Matsumoto, Atsumasa*; Nakano, Sumika*; Shibukawa, Masami*; Saito, Takumi*; Haraga, Tomoko; Saito, Shingo*

フミン酸(HA)は環境中に存在する不定形有機高分子であり、環境中の有害重金属や放射性金属イオンと錯形成し、それらの動態を制御している。そのため、土壌や河川の環境評価や放射性廃棄物処分の安全評価において、HAによる金属イオンの保持挙動を解明することが重要である。本研究では、HAに保持された銅イオンの分子量分布を評価するため、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(PAGE)を基盤とした新規分析法を開発した。本法により、HAに対して高い分離能を有し、かつ泳動場の汚染金属イオンを抑制することが可能となり、HAの分子量に対する精確な金属イオン分布を得ることに成功した。また、PAGE, UV-Vis測定および励起蛍光マトリクス-平行因子分析を組み合わせることにより、HAの分子量,金属イオン分布およびHA蛍光成分分布の相関を評価することにも成功した。本研究により、HA中の金属イオン配位サイトやHA蛍光成分はHAの分子量に対して不均一に分布しており、HAによる金属イオンの保持挙動は金属イオンの電荷や立体配位座によって大きく異なることを明らかにした。

Humic acids (HA) are responsible for the fate of metal ions in the environment. We developed a polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) technique to investigate the MW distributions of metal ion (copper ion). Combining contaminant-metal-free and high-resolution PAGE systems for HA provided accurate MW distributions for the metal ions. Coupling this system with UV-Vis spectrometry and the excitation-emission matrix (EEM) spectrometry-parallel factor analysis (PARAFAC) method revealed new insights into metal-HA complex. Interestingly, the MW distributions of the three metal ions were entirely different, indicating that the presence of specific binding environments in HA for the metal ions depending its MW. The MW distributions of five fluorescent components were associated with the metal ion distributions. Our PAGE-based methodology suggests that metal binding sites and fluorescent components in HA exhibit heterogeneity in terms of metal binding affinity and MW.