金属元素与人体健康

1、金属元素与人体健康X王玉光（内蒙古财经学院旅经系）摘 要：随着人们健康意识逐渐增强，营养素与人体健康的关系越来越引起人们的关 注。本文从金属元素的结构特点论述了金属元素与人体健康的关系。关键词：金属；结构；健康在已发现的化学元素中，金属元素约占80%。上 个世纪60年代，一些化学家为了对金属作更深入的 研究，将金属划分为A型、B型和过渡型三类。A型 金属是指前三个短周期的金属,A型金属离子主要 特征是离子不含d轨道电子，离子呈球型对称结构， 所以极化力小，在人体中重要的常量元素钾、钠、钙、 镁等均属于这一类。A型金属形成配合物的稳定性 规律，基本上可以用静电作用模型加以解释即这些 金属离子配合

2、物的稳定性与金属离子或配体所带电 荷数的平方比金属离子或配体的半径大小有正相关 关系。A型金属普遍特性是对配体中电负性较大的 O、F的亲和性大于配体中S和其他卤素亲和性。A 型金属的水合物非常稳定，不易形成氨合物和氰化 物。碳酸盐、磷酸盐、氢氧化物等化合物是二价入型 金属重要的难溶物质，还可以与有机化合物中含氧 官能团（如羰基、羧基）形成弱的配合物。B型金属离子含有d轨道电子（d轨道电子处于 充满状态），最外层的价电子有的全失、有的部分失 去。B型金属与A型金属相比较有了轨道的电子 容易变形，所以极化力强，其典型的离子有一价的银 离子、二价的锌离子、二价的铅离子和二价锡离子 等。B型金属离子比

3、A型金属离子更容易形成稳定 的配合物，而且配位键起着重要作用，仅靠解释A型 金属的静电模型是不够的，影响配合物的稳定性还 与金属离子和配体中配位原子的电负性有关。一般 金属离子电负性高而配体中配位原子电负性彳氐形 成的配合物稳定性相对就高。如第二副族的锌、镉、 汞随着原子序数的增加电负性逐渐增强其配合物 的稳定性一般也随着原子序数的增加而增强。还如 卤素离子随着原子序数的增加电负性逐渐减弱，其 配合物的稳定性一般在逐渐增强（ 卤化银的稳定性 AgI大于AgBr大于AgCl ）。B型金属离子还有一个 显著的特点，可直接与碳形成有机配合物，而且稳定 性也较高，对人体健康构成了极大的威胁。过渡金属离

4、子的电子构型是介于A型金属离子 和B型金属离子之间的一种状态d轨道含有1至9个电子，过渡金属离子不仅有空轨道，而且各轨道的 能量也比较接近，具备了形成配合物的基本条件。同 时过渡金属离子的半径小、核电荷数较高中心原子 对配位体极化作用较强，使其比A型金属离子和B 型金属离子更易形成配合物。影响过渡金属离子配 合物稳定性的因素也远比对A型金属离子和B型金 属离子复杂的多。一般第一系列比第二系列更接近 A型金属离子的性质，同一系列从左到右随着原子 序数的增加性质更接近于B型金属离子。静电作用 对过渡金属离子配合物的稳定性影响非常大第一 列过渡金属二价金属离子随着原子序数的增加原子 半径递减，由此造

5、成的强静电效应使过渡金属配合 物的稳定性增加。特别有趣的是，人体中各种金属的含量多少与 这种金属在地壳表面的丰度相对一致。而且金属上 述分类方法与金属对人体健康的影响方面也表现出 某种规律性。A型金属K、Na、Ca、Mg这四种金属元 素在营养学被称为常量金属元素。（常量元素是指： 以人体重0. 01%为界计，小于的为微量元素，大于的 为常量元素；如以需求标准计算，每人每日需求量在 100毫克以下的当属微量元素，超过100毫克的为常 量元素。）这四个金属元素是人体重要的必需营养 素，在调节人体体液酸碱平衡；细胞内外渗透压的平 衡；维持神经、肌肉的兴奋性；形成骨骼等硬组织，支 撑身体，维持有力运动

6、形式；肌肉的收缩；使血的凝 固和酶活化发挥重要生理功能。再看金属微量元素 它们几乎都是过渡型金属，主要包括Fe、Mn、Co、 Cu、Zn、Mo、V、Ni、Cr、Li等。过渡金属离子虽然它 们在人体体内存在的量很低，每种金属微量元素的 标准量不足人体总重量的万分之一，却在低浓度下 具有非常重要生物学功能。它能影响人体免疫功能 胎儿的生长发育；还与癌症的发病率等有关。过渡金30内蒙古石油化工2009年第13期X 收稿日期：2009- 02- 19属离子与A型金属离子相比，不仅易于配位体中的 O形成稳定的配合物，而且与配位体中的N、S也可 形成很稳定的配合物。人体经过漫长的进化过程形 成了一套维持这

7、些金属微量元素的体内平衡机制， 体内缺乏和过度摄入都会导致人体生理功能发生异 常，缺乏会使人体生理功能出现障碍，严重时会导致 疾病的发生甚至死亡；过量时，首先出现临界毒性， 之后达到致死毒性。尤其体内微量元素过量比缺乏 更难对付，缺乏时适量补充很容易恢复正常，而过量 后清除起来往往非常困难。任何营养素都有一个最 佳范围，基本原则是“少了不行，多了有害”。B型金 属元素在营养学上认为是一些与正常人体生命活动 无关的人体非必需金属元素，而其中二价汞离子、二 价镉离子、二价铅离子等微小的量进入人体就会对 身体健康产生严重毒害作用。发生在上个世纪中叶 日本震惊世界的水俣病和骨痛病恶性中毒事件以及 罗马

8、帝国的灭亡的罪魁祸首就是这三种离子。其中 “水俣病”就是由于甲基汞中毒引起的。汞及其化合 物广泛应用于工农业生产，如：电镀、仪表、化工、制 药、涂料、化妆品、另外有机汞拌种或在农作物生长 期施用有机汞农药均可污染环境进入人体的汞主 要来源与受污染的食品。由工厂排出的工业废水、废 气、废渣中含有一定量的无机汞离子，这些无机汞在 环境中在有机物的作用下转化成有机汞（主要是甲 基汞）。而且还发现，生活在汞含量在0. 0001mg / L 水中的浮游生物体内汞的含量可达0. 001- 0.002mg / L,并且随着食物链的级别而逐渐升高，生物 体内汞的含量也呈现递增趋势，大型食肉动物体内 汞含量竟高

9、达水中的数万倍甚至更高。这种现象称 之生物累积作用。这种存在形态的改变和生物累积 作用是重金属对人体健康造成危害的两个重要特 征。环境中的轻微污染，就可能对人类健康构成巨大 危害。汞在胃肠道吸收与其汞存在形式有关。金属 汞很少由肠道吸收，故其经口毒性较小。二价无机汞 化合物在胃肠道中的吸收率为1. 4% %15.6% ,平 均为7. 0%左右。吸收后经血液转运，约以相等的量 分布于红细胞和血浆中，一般与血红蛋白血浆蛋白 的巯基结合。二价无机汞化合物一般不易通过胎盘 屏障，主要由尿和粪便排出。无机汞作用的靶器官主 要是肝脏和肾脏及神经系统，严重中毒者神经系统 遭到破坏。口腔炎和意向性震颤是汞中毒

10、典型症状。 长期与汞接触的人群有牙齿松动、脱落，呕吐、口水 增多等症状，神经系统机能出现症状主要表现为手 指、舌尖甚至眼连睑明显震颤、尤其以手的震颤最为 厉害。早期为微小震颤，随着病情加重震颤越来越厉 害。有机汞吸收较高，如甲基汞的吸收率为95%。因 甲基汞脂溶性很高，通过脂肪易于扩散进入组织细 胞中，也主要蓄积与人体的肝脏和肾脏，并且通过血 脑屏障进入脑组织。大脑组织中的一些成分对甲基 汞具有特殊的亲和力，其浓度是血液浓度36倍。 汞的存在形式不同，其毒性也不同。无机汞一般主要 引起急性中毒，有机汞多引起慢性中毒。有机汞在 人体内的生物半衰期平均为70天左右，而在大脑内 的半衰期为230天左

11、右。甲基汞的毒性大多认为是 其在机体内与含有巯基酶相结合 这些酶包括过氧 化酶、葡萄糖脱氢酶、细胞色素氧化酶、琥珀酸氧化 酶、琥珀酸脱氢酶等。它们与甲基汞结合后成为酶的 抑制剂使酶失去活性，从而破坏了细胞新陈代谢的 基本功能。慢性甲基汞中毒的病理损害主要为细胞 变性、坏死周围神经髓鞘脱失。中毒表现起初为疲 乏、无力、头晕、失眠，而后感觉异常，出现手指、足 趾、舌和口唇等末稍处麻木，严重者出现共济失调、 发抖、视力范围变小、听力丧失、精神紊乱最严重者 可因疯狂痉挛而导致死亡。“骨痛病”就是由二价镉 对食品的污染引起的。镉对食品的污染主要是工业 废水的排放造成的。含镉工业废水污染水体，在经水 生生

12、物的累积作用，使水产品中镉的含量显著增加。 用含镉的污水灌溉农田亦可污染土壤再经农作物 吸收是食品中镉的残留量大大增高。用含镉金属的 容器存放酸性食品或饮料时，导致大量的镉溶出 造 成对食品的污染。日本某镉污染严重地区 稻米平均 含量为1. 41mg / kg,（而非污染区一般含量为0.08mg / kg）,贝类含量竟高达420mg / kg （而非污染区 为0. 05mg/ kg ）。食品被镉污染后，含镉量有很大的 差别，海产品和动物食品（尤其是肾脏）高于植物性 食品，一般植物性食品以谷类、根茎类含量较高。镉 对人体健康的危害主要为镉进入人体以消化道吸收 为主，吸收率为5%左右，低蛋白、低钙

13、、低铁的膳食 有利于镉的吸收，发现维生素D也可促进镉的吸收。 吸收的镉经血液运至全身。血液中的镉一部分与红 细胞结合，一部分与血浆蛋白结合。这些结合的镉主 要分布在肝脏和肾脏，因此肝脏和肾脏是慢性镉中 毒的靶器官。镉的半衰期为12年左右。镉对肾脏的 危害作用主要在于有毒的镉的化合物蓄积在肾的表 皮中导致输尿管排出蛋白尿。一般当肾表皮镉的含 量达到200mmg / kg左右时，就会出现肾管机能失 调。镉污染造成最严重的事件就是“骨痛病”。1955 年日本富山县神通川流域一种奇怪的疾病，因为病 人患病后全身非常疼痛难以忍受整日喊痛不止因 此取名痛痛病（也称骨痛病）。经调查确定，位于该地 区上游有一

14、个开采铅锌矿，排放含镉的烟气和颗粒。 多年来，来自这个工厂的镉被带到下游地区污染了 土壤和水源，致使当地居民长期食用被镉污染的稻 米和被镉污染的水源而引起镉慢性中毒。此病的2009年第13期王玉光 金属元素与人体健康31水饱和蒸汽压的入13七0时。方程常数的比较X刘晖1 ,张洪涛2,肖红1(1.西安石油大学，陕西西安710065, 2.兰州石化公司丙烯酸厂，甘肃兰州730060)摘 要：本文用国内广泛使用的重要文献包括手册、专著、教科书等中提供的多套水蒸 汽 Antoine 方程常数，在各自标明的适用范围内计算了水的饱和蒸汽压 以水和水蒸汽性质国际协会发 布的水和水蒸汽性质工业公式(IAPWS

15、- IF1997)的计算结果为基准，考察了各套常数计算水蒸气压的 准确度，给出了计算偏差大小和分布。分析表明,用这些文献中所给出的常数计算水的饱和压力 有的 计算偏差整体偏高,有的在其适用范围内计算准确度很不均匀，在温度区间端部附近计算偏差较大。文 中最后给出了水的饱和蒸汽压Antoine常数的推荐意见，以便工程计算使用。关键词：水蒸汽；饱和蒸汽压;Antoine方程；偏差分析水蒸汽是化工、炼油工业中广泛应用的重要工质，饱和蒸汽压是其重要热力性质之一。准确的蒸汽 压数据是工艺过程设计、控制和运行时必不可少的。在各种饱和水蒸汽压方程中,Antoine方程是应用 最普遍的，众多文献都提供了水的An

16、toine方程常 数。由于各文献年代不同，拟合Antoine方程常数时 所依据的饱和水蒸汽压力实验数据不同，因此不同 文献中所给出的方程常数的适用范围、计算准确度 各异，故有必要对这些常数加以对比分析。为此本文 对国内使用较广泛的重要文献包括手册、专著、教科 书等中提供的多套水的Antoine方程常数，在各自 标明的适用范围内计算了水的饱和蒸汽压 并将计 算结果与水和水蒸汽性质国际协会发布的水和水蒸 汽性质工业公式(IAPWS - IF1997)的计算结果作 了比较。1 Antoine 方程及常数Antoine方程的常用形式为lnP= ABT + C= ABt+ 273. 14+ C(1)lg

17、P= ab t+ c(2)潜伏期一般为5年左右，甚至更长，几乎不可逆转。其主要病理是镉对肾功能损害使肾中的维生素。的活化过程被抑制，不能正常新陈代谢，进而导致骨胶原肽链上的羟基辅氨酸不能转化为醛基妨碍了 骨胶原的正常固化成熟而使骨质软化。另外镉的离 子半径与钙的离子半径比较接近镉含量较高时还会阻碍钙的吸收，破坏骨质。铅是有毒的元素。它能 抑制血红蛋白的合成，致使卟啉代谢发生障碍，引起 中毒。早期中毒，危害人的脑神经，类似于神经衰弱 症状，判断力差，记忆力减退，兴奋抑制两过程失去 平衡，自制能力衰退等。据科学画报1988年第1期 报导，古罗马多暴君，嗜好杀戮、征战和斗兽。原因固 然在于奴隶主阶级的本性，但也与他们过度接触铅 经常饮用铅严重污染的葡萄酒有关。铅进入机体后 对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系 统产生危害。目前常见的铅中毒大多属于轻度慢性 铅中毒，主要病变是铅对体内金属离子和酶系统产 生影响而引起植物神经紊乱、贫血、免疫力低下等。 科学家曾对暴力犯罪者的头发进行化验