鈣離子

鈣離子是鈣元素在化合物中的存在形式。鈣原子失去了兩個電子就成了鈣離子。

鈣元素(Ca)是重要的人體組成之一，一般總以鈣離子形式存在。鈣在人體內(nèi)含量很大，絕大部分都存在與骨骼和牙齒中，很少量存在于血液和組織里。由于新陳代謝每天都需要從食物中補充一定量的鈣。

成人推薦每日攝取1000毫克，長身體的時候推薦每日1300毫克。所以青少年需要的鈣比成人高一些，因為骨骼的發(fā)育需要。身高發(fā)育跟遺傳有關(guān)，但跟后天營養(yǎng)同樣有關(guān)。保證足夠的營養(yǎng)包括鈣很重要，這也是為什么現(xiàn)在的人比父母輩平均身高高的原因。

各種食物里都有鈣離子，牛奶和奶制品里最多。比如200毫升牛奶(一杯左右)含鈣離子300毫克左右。所以即使胃口不好吃不好東西加上兩杯牛奶也足夠了。如果真的要補的話多吃些豆制品，菠菜等鈣含量高的食物，天然食物營養(yǎng)均衡是最好的選擇。

鎂離子

鎂離子是由鎂原子失去最外層的兩個電子得到的。

鎂是人體必需的礦物元素，因為鎂在人體的含量較多，故被成為常量元素。正常成人身體總鎂含量約25克，其中60%-65%存在于骨，齒，27%分布于軟組織。鎂主要分布于細胞內(nèi)，細胞外液的鎂不超過1%。

鎂的主要生理功能是：激活人體多種酶的活性;維護骨骼生長和神經(jīng)肌肉的興奮性;維護胃腸道和激素的功能。如果鎂缺乏，對上述功能會發(fā)生影響，可導致血清鈣下降;神經(jīng)肌肉興奮性亢進;對血管功能可能有潛在的影響(有人報告低鎂血癥患者可有房室性早搏，房顫以及室速和室顫，半數(shù)有血壓升高;可能是絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松癥的一種危險因素;也有研究表明鎂耗竭可導致胰島素抵抗(與糖尿病有關(guān))。

鎂在粗糧，綠葉蔬菜，堅果中含量豐富，而肉類，淀粉食物和牛奶中鎂的含量屬中等。

鈣鎂離子對人體的重要性

鈣是構(gòu)成人體骨骼最重要的成分，也是人體內(nèi)含量最多的礦物質(zhì)元素。我們體內(nèi)的鈣大約有1公斤，其中99%存在于骨骼和牙齒中，1%(約10克)分布于其他組織內(nèi)。血清中每100毫升約有10毫克左右的鈣，其中50%(5毫克)是蛋白質(zhì)結(jié)合鈣，10%(1毫克)是非離子鈣，40%(4毫克)是離子鈣。

在正常情況下，蛋白質(zhì)結(jié)合鈣與非離子鈣、離子鈣的比例是6:4，在體內(nèi)直接起作用的幾乎都是離子鈣。只有離子化的鈣才能起到正常生理作用，保持血液pH值在7.35~7.45之間，維持人體為弱堿性健康體質(zhì)。

如果鈣離子增加，細胞會變得很活躍，反之，細胞就會老化或受到破壞，導致人體過早衰老。鈣離子對諸多的細胞功能有重大影響，其作用類似激素，因此有人稱鈣離子為生物學信使。鈣離子對酶的激活、神經(jīng)的傳導、肌肉的收縮、均起著重要的調(diào)節(jié)作用。

當血漿中鈣離子缺乏時，就會首先從骨骼中調(diào)動鈣，骨骼中鈣的減少會形成骨質(zhì)疏松，容易發(fā)生骨折，同時進入血漿的鈣會積滯于血管壁，動脈壁就會損傷，這樣膽固醇等脂質(zhì)很容易滲入，加速了動脈粥樣硬化的形成，使心腦血管疾病發(fā)病率上升。

鎂、鉀分布于細胞內(nèi)，而鈉、鈣分布于細胞外液中。鉀離子可使心臟擴張，鈣離子可使心臟收縮，二者共同維持心臟的正常搏動。同時，細胞外液中鈣離子與細胞內(nèi)鎂離子總是處于動態(tài)平衡狀態(tài)，有協(xié)同作用。當二者處于平衡狀態(tài)時，細胞保持旺盛的活性。

鎂離子是一個直接的血管擴張劑，鎂缺乏可增加血管張力，易發(fā)生高血壓;鎂缺乏可引起多種心律紊亂;鎂缺乏與冠狀動脈痙攣和變異性心絞痛有關(guān)。因此，補充人體所需的鈣、鎂離子，且保持其相對平衡，對延緩衰老、防治疾病是至關(guān)重要的，而鈣、鎂離子的含量及狀態(tài)又與各地水質(zhì)狀況密切相關(guān)。

地下水中鈣鎂離子檢測與去除研究

總硬度(CaCO3值)≥180mg/L為高硬度水;120～180mg/L為硬水;60～120mg/L為中等硬度水;0～60mg/L為軟水;最適宜飲用的水中鎂離子的含量為30～150mg/L，鈣離子的含量為75～200mg/L，鈣離子引起的鈣硬度和鎂離子引起的鎂硬度比例要適中，3：1最好，接近于人體內(nèi)鈣、鎂離子的比例，這樣的水才有利于人體的吸收，口感也較好。

一、實驗原料與儀器

模擬水樣是用1000mg/L的氯化鈣溶液和1000mg/L的氯化鎂溶液混合而成的。斜發(fā)沸石選用粒徑在4mm左右的天然斜發(fā)沸石，用自來水清洗除去泥土等雜質(zhì)，再經(jīng)干燥、破碎、篩分制取不同粒徑的沸石顆粒備用。

實驗中用的主要試劑有分析純氯化銨、氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、鈣指示劑、鉻黑T、pH10的NH3-NH4Cl緩沖液、10%鹽酸羥胺、20%三乙醇胺、2%硫化鈉溶液、鋅標準溶液、36.4mmol/L的EDTA標準液。

主要儀器：50mL酸式滴定管，萬用電阻爐，THZ-C型水浴恒溫振蕩器，101-1型指針式電熱鼓風恒溫干燥箱，AY220型電子天平，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，PHS-3C型精密pH計，20目、40目、120目、200目的分樣篩，250mL錐形瓶，5mL、10mL、1mL移液管，100mL、500mL燒杯，100mL、250mL、500mL、1000mL容量瓶，100mL、500mL量筒。

二、實驗與數(shù)據(jù)處理方法

1、實驗原理

水的總硬度的測定：在pH=10的NH3-NH4Cl緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標準溶液滴定溶液中的鈣鎂離子，鉻黑T和EDTA都能和鈣鎂離子形成配合物，其配合物穩(wěn)定性順序為：[CaY]2-﹥[MgY]2-﹥[MgIn]2-﹥[CaIn]2-，加入鉻黑T后，部分Mg2+與鉻黑T形成配合物使溶液呈酒紅色。

用EDTA滴定時，EDTA先與Ca2+和游離Mg2+反應形成無色的配合物，化學計量點時，EDTA奪取指示劑配合物中的Mg2+，使指示劑游離出來，溶液由酒紅色變成純藍色即為終點，根據(jù)消耗的EDTA標準溶液的體積V1計算水的總硬度。

鈣鎂離子的測定：取與測定總硬度時相同體積的水樣，加入NaOH調(diào)節(jié)pH=12，Mg2+即形成Mg(OH)2沉淀。然后加入鈣指示劑，Ca2+與鈣指示劑形成紅色配合物。用EDTA滴定時，EDTA先與游離Ca2+形成配合物，再奪取已與指示劑配位的Ca2+，使指示劑游離出來，溶液由紅色變?yōu)榧兯{色。

由消耗EDTA標準溶液的體積V2計算鈣的含量。再由測總硬度時消耗的EDTA體積V1和V2的差值計算出鎂的含量。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、實驗測定步驟

①用移液管移取水樣50.00ml，置于250ml錐形瓶中，加5ml三乙醇胺，搖勻。加5ml pH=10的NH3·3H2O-NH4Cl緩沖溶液，加鉻黑T指示劑約0.1g(或溶液5滴)，加入5滴鹽酸羥胺掩蔽錳離子干擾，1ml硫化鈉溶液掩蔽銅離子、鋅離子等重金屬離子，用EDTA標準溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{色，記下EDTA用量V1。計算水的總硬度。

②鈣鎂含量的測定：用移液管移取水樣50.00ml，置于錐形瓶，加5ml三乙醇胺(無Fe3+、Al3+時可不加)搖勻。再加3ml的2mol/L NaOH，搖勻后加鈣指示劑少許，用EDTA標準溶液滴定至溶液由紅色變?yōu)榧兯{色，記錄EDTA用量V2。計算水中鈣和鎂的質(zhì)量濃度。

3、數(shù)據(jù)處理方法

①鋅標準溶液物質(zhì)的量濃度

C=(W/65.38×0.1)×1/10式中：C表示鋅標準溶液的濃度，單位mol/L;W表示所稱鋅的質(zhì)量，單位g;0.1表示配制鋅標準溶液的體積，單位L;65.38表示鋅摩爾質(zhì)量，單位g/mol;1/10表示稀釋倍數(shù)。

②EDTA溶液物質(zhì)的量濃度的計算

C EDTA=C1V1/V式中：C EDTA表示EDTA標準溶液的濃度，單位mmol/L;V表示標定時消耗的EDTA溶液的體積，單位mL;C1表示鋅標準溶液的物質(zhì)的濃度，單位mmol/L;V1表示鋅標準溶液的體積，單位mL。

③水總硬度的計算

總硬度(mmol/L)=C EDTA VEDTA/V0式中：C EDTA表示EDTA標準溶液的濃度，單位mmol/L;VEDTA表示水樣消耗EDTA標準溶液的體積，單位mL;V0表示水樣的體積，單位mL。

鈣離子的濃度(mmol/L)=C EDTAV EDTA/V0

鎂離子的濃度=總硬度-鈣離子濃度

三、鈣鎂離子去除與檢測

1、實驗方法

采用改性斜發(fā)沸石法的關(guān)鍵是水中的鈣鎂離子的有效快速檢測，其次是沸石的投加量和吸附時間、沸石粒度等因素條件的選擇與確定。

鈣鎂離子的檢測方法：加NaOH調(diào)節(jié)pH，搖勻后加鈣指示劑少許，用EDTA標準溶液滴定至溶液由紅色變?yōu)榧兯{色，記錄EDTA用量，計算水中鈣和鎂的濃度。

2、去除效率檢測

稱取15%NaOH活化、電阻爐定性的0.125-0.208mm的改性斜發(fā)沸石13g，加入200mL廢水中(鈣、鎂離子濃度均為500mg/L)，在水浴恒溫振蕩器中25℃、120r/min的條件下吸附鈣鎂離子，時間為80min。吸取上層清液分析殘余的鈣鎂離子濃度，結(jié)果見下表，鈣離子去除率為89.4%，鎂離子去除率為87.6%。