Шороонд PVP хэрхэн ажилладаг вэ?

PVP-ийн (поливинилпирролидон) шороонд үзүүлэх үндсэн үйлдэл нь түүний молекулын бүтэц (туйлшралтай бүлгүүд болон полимерийн гинж) ба физик-химийн шинж чанар (усанд уусах, шингээх, чийгийг хадгалах) . Шорооны жижиг хэсэг, ус, эрдэс болон бохирдуулагчидтай "молекулуудын хоорондын харилцан үйлчлэл" эсвэл "физик байдлын зохицуулалтаар" шууд бусаар шорооны физик бүтцийг, чийгийн байдал, эрдэсийн хэмжээ, бохирдуулагчийн идэвхжлийг сайжруулдаг. Тухайн механизмийг үндсэн үйлдлийн нөхцөл байдлаар ангилан молекул, шорооны түвшинд алхам алхмаар тайлбарлав.

1. Шороог нягтарснаас сэргийлэх зарчим: шорооны жижиг хэсгүүдийн нэгдэх, холбогдох процессыг зохицуулах

Хөрсийг шахалтын үндэс нь хөрсний жижиг хэсгүүд (тухайлбал, боргоцойн жижиг хэсгүүд) цахилгаан сорилцоо, усны бүрхүүлийн наалдац болон бусад хүчин зүйлсийн нөлөөгөөр шахагдан нягтран, түүний нүхлэг багасах явдал юм . PVP энэхүү үйл явцыг "жижиг хэсгүүдийг сарниулах, микробүтцийг бий болгох" замаар задална. Тухайн зарчим нь дараах байдалтай:

• Молекулын шингээлт ба жижиг хэсгийн гадаргуугийн өөрчлөлт: Жижиг хэсгүүдийн шууд наалдацыг бууруулна.
  PVP-ийн молекулын хэлхээн дэх пирролидоны тог (саармаг амид бүлгийг -CONH- агуулсан) pVP-ийн молекулын хэлхээн дэх пирролидоны тог (саармаг амид бүлгийг -CONH- агуулсан) хүчтэй усанд сайн сайралдах чанартай ба шингээх чадвартай. Энэ нь "устөрөгчийн холбоо" эсвэл "ван дер Ваальсын хүч"-ээр хөрсний жижиг хэсгүүдийн (боргоцой, тоосонцорын жижиг хэсгүүд) гадаргуу дээр шингэж, ультра нимгэн полимерийн хамгаалах бүрхүүвч (нано хэмжээст) :
  • Энэ бүрхүүл нь зэргэлдээ хөрсний жижиг хэсгүүдийг «ялгаар» тусгаарлан, цахилгаан сорилцооны (хөрсний жижиг хэсгүүд сөрөг цэнэгтэй бөгөөд эерэг ионуудыг хялбар шингээж, хоорондоо ойртох) эсвэл усны бүрхүүлийн наалдах үзэгдлээс (хөрс хатах үед усны бүрхүүл арилаад жижиг хэсгүүд шууд хоорондоо мөргөлдөх) шалтгаалан том нэгдлүүд үүсэхээс сэргийлнэ.
  • Зэрэг дээр PVP-ийн молекул хэлхээний «ойртолтын саад болох эффект» нь шингээсэн хөрсний жижиг хэсгүүдийг хоорондоо түлхэлцүүлж, нэгдэх магадлалыг бууруулж, жижиг хэсгүүдийн тархалтыг хадгалж («смазка» эффекттэй төстэй), шахалтын дараах шахагдсан хөрсний хатуулагийг бууруулна.
• Полимерийн хэлхээгээр холбох: сул микро-агрегатын бүтцийг бий болгох, хөрсний порыг нэмэгдүүлэх.
  Урт полимерийн хэлхээ pVP-ийнх (молекулын жин ихэвчлэн 10,000-1 сая Da) нь «молекул холбоо»-н үүрэг гүйцэтгэж, тархсан жижиг хөрсний хэсгүүдийг (элс, тоосонцор) жижигхэн микрон хэмжээний микро-агрегатууд (диаметр 10-100μm)-д холбоно :
  • Эдгээр микро-агрегатууд нь шахагдмал хэлбэр биш, харин сул холбогдсон PVP гинжнүүдээс үүссэн нүхлэгт бүтэц юм. Агрегатуудын хооронд олон тооны "капилляр нүх" ба "ажиллах нүх" үүсдэг. Капилляр нүх нь чийгийг хадгалдаг бол ажиллах нүх нь агаар эргэлдэх боломжийг олгох бөгөөд хөрсийг агааргүй, шахагдсан болохоос сэргийлдэг.
  • Анхаар: Микро-агрегатууд нь сул тогтвортой байдаг "физик түр зуурын бүтэц" юм (их хэмжээний бороо эсвэл давтамжтай усалтанд задарч болно). Тэд органик бодисын тусламжтай үүссэн органик бүртгэлээр бэхлэгдсэн, удаан хугацаанд элсэлтэнд тэсвэртэй "усанд тэсвэртэй агрегатуудыг" орлох боломжгүй. Зөвхөн богино хугацаанд шахалтыг багасгахад тусална.
• Усны чийгийг хадгалах, ууршихийг хянах: гадаргуугийн хөрсийг хатах, хатуурахас сэргийлнэ.
  PVP-ийн гидрофиль бүлэг (амид бүлэг) нь хөрсний чөлөөт усыг шингээж гидрогель үүсгэх боломжтой (усны агууламж нь өөрийн жингээс 10-20 дахин их байж болно) ба хөрсний гадаргууг дагана:
  • Гидрогель удаан явцад усыг ялгаруулах бөгөөд гадаргын хөрсний усны хурдан аэрацтай болохийг удашруулна (тухайлбал, салхин эсвэл өндөр температуртай орчинд);
  • Хөрсний гадарга шахагдах гол шалтгаан нь «усийг гэнэт алдах нь хэсгүүдийн хумсныг бууруулах, наалдах» юм. PVP-ийн чийгийг хадгалах нөлөө нь гадаргын хөрсний чийглэг төлөвийг хадгалж, хуурай трещины үүсэлтийг бууруулах, шууд бусаар шахагдлыг урьдчилан сэргийлнэ.

2. Хөрсний ус чийгийг хадгалах зарчим: Гидрогелийн “Чийгийг хадгалах – Удаан ялгаруулах” усны механизм

Хөрсөнд байгаа PVP-ийн чийгийг хадгалах үйлдвэр нь голдуу "физик шингээлт + гелээр хүрээлэх" замаар усыг "хадгалах" ба "удаан ялгаруулах" зорилготойгоор чийгийн үр дүнтэй ашиглалтыг сайжруулдаг. Тодорхой зарчим нь дараах байдлаар тайлбарлагдана:

• Молекул түвшний чийг шингээх: Чөлөөт усыг холбох
  PVP-ийн молекулын гинж дэх амид бүлэг (-CONH-) нь хүчтэй гидрофиль бүлэг бөгөөд энэ нь хөрсний чичирхийллийн хэсгүүдэд шингээгдээгүй чөлөөт усны молекулуудтай 'устөрөгчийн холбоо'-р нэгдэж, полимерын гинжийн орчимд усыг 'холбоотой усны давхарга' үүсгэхэд зориулан бэхлэх боломжтой юм;
  • Энэ холбоотой ус нь транспираци эсвэл гравитацийн нөлөөгөөр алдахад хялбар бус бөгөөд хөрсөнд удаан хугацаагаар хадгалагдаж, тариан ургамлын язрууд удаан хугацаагаар шингээж авах боломжийг олгоно (энэ нь энгийн чөлөөт ус хурдан уурших эсвэл гүн хөрсний давхаргад нэвтрэхээс сэргийлнэ).
• Макро-гидрогел үүсгэх: 'усны нөөцийн санг' бий болгох
  PVP-ийн агууламж тодорхой утганд хүрэх үед (ихэвчлэн хөрсний ху dry в жингийн 0.1%-0.5%,), ус шингээсэн PVP-ийн молекулын гинжүүд хоорондоо холбогдон гидрогелийн гурван хэмжээст сүлжээний бүтэц (яг л сампантай адил) үүсгэнэ:
  • Гидрогель нь их хэмжээний усыг (өөрийн жингийн 80%-90%-ийг) "хүрээлэн баглах" чадвартай бөгөөд хөрсөнд "микро усны агуулах"-ыг үүсгэдэг;
  • Хөрсний гадаргууд ус хангалтгүй үед осмос даралтын зөрүүгээс шалтгаалан гидрогель усыг удаан ялгаруулж, хөрсний шингэнийг нөхөн орлуулж, үндэслээр тойрсон чийглэг орчинг хадгалж, ургамлын цэцэглэлтийн стрессыг бууруулдаг.
• Хөрсний чийгийн ууршилыг бууруулах: Физик саатуулах нөлөө
  Гидрогель нь хөрсний жижиг хэсгийн гадаргууг хучин эсвэл порыг дүүргэж "хагас нэвтрэх чадвартай мембран" үүсгэж, хөрсний доторх чийгийн атмосфер руу нэвтрэхийг саатуулж, уурших хурдыг бууруулдаг - судалгааны өгөгдлөөр хөрсөнд 0.3% PVP нэмэх нь өдөрт дунджаар усны ууршилыг 15%-25%-иар бууруулдаг (эмчилгээгүй хөрстэй харьцуулахад).

3. Хооллох бодис/шоргоолжоор түгээх зарчим: Полимерийн гинжний "хүрээлэн баглах-хатах-удаан ялгаруулах" механизм

PVP-г шороонд усанд сайн уусдаг хоолтой бодисууд (маянга, шорооны бошлого) эсвэл бага хортой үр хоргүйжүүлэгчдийн "аргалан чөлөөлөх зөөвөр" болгон ашиглаж, тэдгээрийн уусан алдагдлыг бууруулж, үйлчлэх хугацааг уртасгах боломжтой. Зарчим нь дараах байдалтай байдаг:

• Физик баглац: хоолтой бодисын хурдан нүүлтийг саатуулах.
  PVP-ийн полимерийн гинж нь "бөглөрөлтийн" нөлөөгөөр гурван хэмжээст сүлжээний бүтцээр усанд уусдаг хоолтой бодис/үр хоргүйжүүлэгчийн молекулыг хүрээлэн баглах бөгөөд "микрокапсуль" хэлбэр үүсгэдэг:
  • Энэ давхарга нь хоолтой бодис/үр хоргүйжүүлэгчдийг борооны эсвэл полшийн усаар шорооны гүнд хурдан нэвтрэхээс (уусан алдагдлаас зайлсхийх) сэргийлдэг бөгөөд мөн тэдгээрийн агаарт шууд нисэхийг (азотлог бошлогын аммиак нисэх гэх мэт) багасгадаг.
  • Хүнсний бодис болон хортон шавьтныг ургамал шингээх эсвэл үйлчлэхийн тулд шорооны шингэнд дарагдах нь зөвхөн ус шороонд удаан нэвтрэх, эсвэл микробууд PVP-ийн гинжийг аажмаар задлах үед л явагдана.
• Химийн шингээлт: Хүнсний бодис болон шорооны хоорондын холбоог сайжруулна.
  The амид pVP-ийн бүлэг нь "устөрөгчийн холбоо" эсвэл "цахилгаан статик нөлөө"-өөр хүнсний ионуудыг (жишээ нь NH₄⁺, K⁺, PO₄³⁻) шингээж, холбож, шорооны жижиг хэсгүүдийн гадаргуу дээр (PVP-г "холбоо" болгон ашиглан) бэхэлнэ:
  • Энэхүү шингээлт нь хүнсний бодисын "зөөрөх чадварыг" бууруулж, тэдгээрийг хүндийн хүчний улмаас доош алдагдахаас сэргийлнэ;
  • Шорооны хүнсний бодисын агууламж буурвал (ургамал шингээж, хэрэглэснээр) шингээлтийн тэнцвэр алдагдаж, хүнсний ионууд удаан тусгаарлагдан шорооны шингэнд дахин орж, "шаардлагын дагуу ялгаруулах" үйл явцыг хангана.
• Орчны нөхцөлд нийцсэн ялгаралт: Шорооны нөхцөл байдалд тохируулах
  PVP-ийн усанд уусах чадвар ба хөндлөн холбох зэргийг шорооны орчны (жишээ нь pH, температур, чий) нөлөөлдөг:
  • Шороо чийтэй үед PVP-ийн гинжүүд хавагнаад, багтаасан нутриентүүдийг ялгаруулах хурд нэмэгддэг; шороо хуурай үед гинжүүд агшиж, ялгаруулах хурд удаашран, ургамал шаарддаггүй үед нутриентүүдийн илүүдэл хуримтлалыг саатуулдаг.
  • Хүчиллэг шороонд (pH < 6.0), PVP-ийн амид бүлгийн протонжуулалт нэмэгдэж, эерэг цэнэгтэй нутриентүүдийн (жишээ нь K⁺) шингээх чадвар сайжирч, удаан ялгаруулах үе хурдан болдог.

хүнд металл ионуудыг шингээх зарчим: координац холбооны холболт ба цэнэгийг саармагжуулах механизм

PVP нь хүнд металл (жишээ нь Pb²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺) -ээр харьцангуй бохирдсон шороог анагаахад тусалж, тэдгээрийн биологийн хүртэмжийг бууруулдаг (ургамлын шингээх хэмжээг багасгадаг). Зарчим нь дараах байдлаар тайлбарлагддаг:

• Координац холбооны холболт:
  PVP молекул дахь хүнд металл ионуудыг бэхлэх пирролидоны тог (азотын атом агуулсан) нь "цахилгаан буцалдаг хос"-той бөгөөд хүнд металлын катионуудтай (жишээ нь Pb²⁺, Cu²⁺) тогтвортой "координацийн холбоо" үүсгэж усанд уусадаггүй нариймсийг үүсгэдэг.
  • Энэ нариймс нь шорооны жижиг хэсгийн гадаргуугаар шингэрч, эсвэл PVP тунамжлах үед шорооны гадаргуу дээр үлдэж, ургамлын язрын системд шингэрэх боломжгүй болно (биологийн хэрэглээ багасна).
  • Туршилтаар 0.5% PVP нь шороо дахь Pb²⁺-ийн биологийн хэрэглээг 20%-30% хүртэл бууруулдаг (ургамлын язарт Pb хуримтлагдсаныг тодорхойлох замаар баталгаажсан).
• Цэнэгийн саармагжуулалт: хүнд металл ионуудын хөдөлгөөнийг бууруулах.
  Шорооны шороонцерийн жижиг хэсгүүд ихэвчлэн сөрөг цэнэгтэй байдаг тул эерэг цэнэгтэй хүнд металл ионуудыг (жишээ нь Cd²⁺) хялбархан шингэрүүлдэг. Гэсэн хэдий ч энэ шингэрэлт нь шороон дахь бусад катионуудын (жишээ нь Ca²⁺ ба Mg²⁺) нөлөөгөөр хялбархан орлуулагдаж, хүнд металийг дахин идэвхжүүлдэг.
  • PVP-ийн амид бүлэг протонжсны дараа эерэг цэнэгтэй болдог бөгөөд глинний сөрөг цэнэгтэй хэсэгтэй нэгдэж чадна. Мөн зэрэгцээ нь координацчилсан хүнд металл ионыг глин-PVP нарийвчлалд „баглах“ буюу бусад катионуудаас орон солигдох магадлалыг бууруулж, хүнд металлын хөдөлгөөнийг багасгадаг.

Дүгнэлт

PVP-ийн хөрсөнд эзлэх үүргийн үндэс нь молекулын бүтцэд байгаа „туйлын бүлгүүд“ ба „полимерийн гинж“-ийг ашиглан хөрсний хэсгүүд, ус, хооллох бодис, бохирдуулагчидтай „физик шингээлт“, „химийн холбоо“ эсвэл „хэлбэр зохицуулалт“-аар харьцах явдал юм , ингэснээр дараах зүйлийг сүүлийн эцэст хангана:

• Хөрсний физик бүтцийг сайжруулах (хөрсний шахагдлыг урьдчилан сэргийлэхэд тусална);
• Усны үр ашгийг сайжруулах (ус чийгийг хадгалж байх);
• Хооллох бодис/пестицидын үйлчлэлийн хугацааг удаашруулах (уртсаах чөлөөлөлт);
• Хүнд металлын биологийн эрсдэлийг бууруулах (шингээлт ба бат жигд болгох).

Эдгээр зарчимууд нь бүгд PVP-ийн «тусламж» үүргийг суурь болгодог гэдгийг тэмдэглэх хэрэгтэй - түүний нөлөө нь бага концентраци хэрэглэхэд хамааралтай байдаг бөгөөд органик бордоо, онцгой ус хадгалагч бодис, хөрс сайжруулагч зэрэгт орлох чадалгүй, зөвхөн тодорхой нөхцөл байдалд (жишээ нь сэлбэг ургамал, цэцэрлэгийн саван дахь ургамал, хөнгөн бохирдлын шинжтэй хөрсийг цэвэрлэх) тохиромжтой.