钙离子

钙离子

钙离子是钙元素在化合物中的存在形式。钙原子失去了两个电子就成了钙离子。

钙元素(Ca)是重要的人体组成之一，一般总以钙离子形式存在。钙在人体内含量很大，绝大部分都存在与骨骼和牙齿中，很少量存在于血液和组织里。由于新陈代谢每天都需要从食物中补充一定量的钙。

成人推荐每日摄取1000毫克，长身体的时候推荐每日1300毫克。所以青少年需要的钙比成人高一些，因为骨骼的发育需要。身高发育跟遗传有关，但跟后天营养同样有关。保证足够的营养包括钙很重要，这也是为什么现在的人比父母辈平均身高高的原因。

各种食物里都有钙离子，牛奶和奶制品里最多。比如200毫升牛奶(一杯左右)含钙离子300毫克左右。所以即使胃口不好吃不好东西加上两杯牛奶也足够了。如果真的要补的话多吃些豆制品，菠菜等钙含量高的食物，天然食物营养均衡是最好的选择。

镁离子

镁离子是由镁原子失去最外层的两个电子得到的。

镁是人体必需的矿物元素，因为镁在人体的含量较多，故被成为常量元素。正常成人身体总镁含量约25克，其中60%-65%存在于骨，齿，27%分布于软组织。镁主要分布于细胞内，细胞外液的镁不超过1%。

镁的主要生理功能是：激活人体多种酶的活性;维护骨骼生长和神经肌肉的兴奋性;维护胃肠道和激素的功能。如果镁缺乏，对上述功能会发生影响，可导致血清钙下降;神经肌肉兴奋性亢进;对血管功能可能有潜在的影响(有人报告低镁血症患者可有房室性早搏，房颤以及室速和室颤，半数有血压升高;可能是绝经后妇女骨质疏松症的一种危险因素;也有研究表明镁耗竭可导致胰岛素抵抗(与糖尿病有关)。

镁在粗粮，绿叶蔬菜，坚果中含量丰富，而肉类，淀粉食物和牛奶中镁的含量属中等。

钙镁离子对人体的重要性

钙是构成人体骨骼最重要的成分，也是人体内含量最多的矿物质元素。我们体内的钙大约有1公斤，其中99%存在于骨骼和牙齿中，1%(约10克)分布于其他组织内。血清中每100毫升约有10毫克左右的钙，其中50%(5毫克)是蛋白质结合钙，10%(1毫克)是非离子钙，40%(4毫克)是离子钙。

在正常情况下，蛋白质结合钙与非离子钙、离子钙的比例是6:4，在体内直接起作用的几乎都是离子钙。只有离子化的钙才能起到正常生理作用，保持血液pH值在7.35~7.45之间，维持人体为弱碱性健康体质。

如果钙离子增加，细胞会变得很活跃，反之，细胞就会老化或受到破坏，导致人体过早衰老。钙离子对诸多的细胞功能有重大影响，其作用类似激素，因此有人称钙离子为生物学信使。钙离子对酶的激活、神经的传导、肌肉的收缩、均起着重要的调节作用。

当血浆中钙离子缺乏时，就会首先从骨骼中调动钙，骨骼中钙的减少会形成骨质疏松，容易发生骨折，同时进入血浆的钙会积滞于血管壁，动脉壁就会损伤，这样胆固醇等脂质很容易渗入，加速了动脉粥样硬化的形成，使心脑血管疾病发病率上升。

镁、钾分布于细胞内，而钠、钙分布于细胞外液中。钾离子可使心脏扩张，钙离子可使心脏收缩，二者共同维持心脏的正常搏动。同时，细胞外液中钙离子与细胞内镁离子总是处于动态平衡状态，有协同作用。当二者处于平衡状态时，细胞保持旺盛的活性。

镁离子是一个直接的血管扩张剂，镁缺乏可增加血管张力，易发生高血压;镁缺乏可引起多种心律紊乱;镁缺乏与冠状动脉痉挛和变异性心绞痛有关。因此，补充人体所需的钙、镁离子，且保持其相对平衡，对延缓衰老、防治疾病是至关重要的，而钙、镁离子的含量及状态又与各地水质状况密切相关。

地下水中钙镁离子检测与去除研究

总硬度(CaCO3值)≥180mg/L为高硬度水;120～180mg/L为硬水;60～120mg/L为中等硬度水;0～60mg/L为软水;最适宜饮用的水中镁离子的含量为30～150mg/L，钙离子的含量为75～200mg/L，钙离子引起的钙硬度和镁离子引起的镁硬度比例要适中，3：1最好，接近于人体内钙、镁离子的比例，这样的水才有利于人体的吸收，口感也较好。

一、实验原料与仪器

模拟水样是用1000mg/L的氯化钙溶液和1000mg/L的氯化镁溶液混合而成的。斜发沸石选用粒径在4mm左右的天然斜发沸石，用自来水清洗除去泥土等杂质，再经干燥、破碎、筛分制取不同粒径的沸石颗粒备用。

实验中用的主要试剂有分析纯氯化铵、氯化钠、盐酸、氢氧化钠、钙指示剂、铬黑T、pH10的NH3-NH4Cl缓冲液、10%盐酸羟胺、20%三乙醇胺、2%硫化钠溶液、锌标准溶液、36.4mmol/L的EDTA标准液。

主要仪器：50mL酸式滴定管，万用电阻炉，THZ-C型水浴恒温振荡器，101-1型指针式电热鼓风恒温干燥箱，AY220型电子天平，DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，PHS-3C型精密pH计，20目、40目、120目、200目的分样筛，250mL锥形瓶，5mL、10mL、1mL移液管，100mL、500mL烧杯，100mL、250mL、500mL、1000mL容量瓶，100mL、500mL量筒。

二、实验与数据处理方法

1、实验原理

水的总硬度的测定：在pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定溶液中的钙镁离子，铬黑T和EDTA都能和钙镁离子形成配合物，其配合物稳定性顺序为：[CaY]2-﹥[MgY]2-﹥[MgIn]2-﹥[CaIn]2-，加入铬黑T后，部分Mg2+与铬黑T形成配合物使溶液呈酒红色。

用EDTA滴定时，EDTA先与Ca2+和游离Mg2+反应形成无色的配合物，化学计量点时，EDTA夺取指示剂配合物中的Mg2+，使指示剂游离出来，溶液由酒红色变成纯蓝色即为终点，根据消耗的EDTA标准溶液的体积V1计算水的总硬度。

钙镁离子的测定：取与测定总硬度时相同体积的水样，加入NaOH调节pH=12，Mg2+即形成Mg(OH)2沉淀。然后加入钙指示剂，Ca2+与钙指示剂形成红色配合物。用EDTA滴定时，EDTA先与游离Ca2+形成配合物，再夺取已与指示剂配位的Ca2+，使指示剂游离出来，溶液由红色变为纯蓝色。

由消耗EDTA标准溶液的体积V2计算钙的含量。再由测总硬度时消耗的EDTA体积V1和V2的差值计算出镁的含量。水中若含有Fe3+、Al3+，可加三乙醇胺掩蔽;若有Cu2+、Pb2+、Zn2+等，可用Na2S或KCN掩蔽。

2、实验测定步骤

①用移液管移取水样50.00ml，置于250ml锥形瓶中，加5ml三乙醇胺，摇匀。加5ml pH=10的NH3·3H2O-NH4Cl缓冲溶液，加铬黑T指示剂约0.1g(或溶液5滴)，加入5滴盐酸羟胺掩蔽锰离子干扰，1ml硫化钠溶液掩蔽铜离子、锌离子等重金属离子，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色，记下EDTA用量V1。计算水的总硬度。

②钙镁含量的测定：用移液管移取水样50.00ml，置于锥形瓶，加5ml三乙醇胺(无Fe3+、Al3+时可不加)摇匀。再加3ml的2mol/L NaOH，摇匀后加钙指示剂少许，用EDTA标准溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色，记录EDTA用量V2。计算水中钙和镁的质量浓度。

3、数据处理方法

①锌标准溶液物质的量浓度

C=(W/65.38×0.1)×1/10式中：C表示锌标准溶液的浓度，单位mol/L;W表示所称锌的质量，单位g;0.1表示配制锌标准溶液的体积，单位L;65.38表示锌摩尔质量，单位g/mol;1/10表示稀释倍数。

②EDTA溶液物质的量浓度的计算

C EDTA=C1V1/V式中：C EDTA表示EDTA标准溶液的浓度，单位mmol/L;V表示标定时消耗的EDTA溶液的体积，单位mL;C1表示锌标准溶液的物质的浓度，单位mmol/L;V1表示锌标准溶液的体积，单位mL。

③水总硬度的计算

总硬度(mmol/L)=C EDTA VEDTA/V0式中：C EDTA表示EDTA标准溶液的浓度，单位mmol/L;VEDTA表示水样消耗EDTA标准溶液的体积，单位mL;V0表示水样的体积，单位mL。

钙离子的浓度(mmol/L)=C EDTAV EDTA/V0

镁离子的浓度=总硬度-钙离子浓度

三、钙镁离子去除与检测

1、实验方法

采用改性斜发沸石法的关键是水中的钙镁离子的有效快速检测，其次是沸石的投加量和吸附时间、沸石粒度等因素条件的选择与确定。

钙镁离子的检测方法：加NaOH调节pH，摇匀后加钙指示剂少许，用EDTA标准溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色，记录EDTA用量，计算水中钙和镁的浓度。

2、去除效率检测

称取15%NaOH活化、电阻炉定性的0.125-0.208mm的改性斜发沸石13g，加入200mL废水中(钙、镁离子浓度均为500mg/L)，在水浴恒温振荡器中25℃、120r/min的条件下吸附钙镁离子，时间为80min。吸取上层清液分析残余的钙镁离子浓度，结果见下表，钙离子去除率为89.4%，镁离子去除率为87.6%。