磷酸鈣(calciumphosphate,或Tricalcium phosphate,縮寫TCP)又叫磷酸三鈣或原磷酸鈣,是一種無機化合物,為白色晶體或無定形粉末,密度為3.14g/cm3,熔點為1670℃。其化學性質穩定,微溶于水,易溶于稀鹽酸和硝酸,不溶于乙醇、丙酮和乙醚。磷酸鈣主要存在三種晶型:α、α′和β型。磷酸鈣可與硫酸混合,生成過磷酸鈣,也可在高溫下與碳素生成一氧化碳。
磷酸鈣在人的骨骼、牙齒以及牛奶中普遍存在。在自然界,磷酸鈣常以磷礦(包括磷灰石、磷灰土等)形式存在。其在醫藥領域常作為新型人工骨的材料,也可用作片劑和膠囊劑的稀釋劑或填充劑、抗粘劑、助流劑以及制作鈣片等; 在食品領域可作為抗結劑、水分保持劑、膨松劑、酸度調節劑、穩定劑、凝固劑添加劑等;此外,磷酸鈣還可作為飼料添加劑,以及用于牙膏、牙粉的生產,木材的防火涂料和除去水中氟[fú]等。
過量攝入或吸入可導致磷酸鈣結晶在人體組織中沉積,從而引起炎癥,并使沉積部位的組織受損。同時磷酸鈣也是結石中的常見成分,磷酸鈣結晶可見于健康人尿液,也可見于慢性尿路感染,腎小管性酸中毒或導致尿潴留的疾病等,如結晶長期、大量存在,有形成磷酸鹽結石的可能。
分布
磷酸鈣在人的骨骼中普遍存在,同時其也是牙齒的主要成分,比如牙釉質的主要成分是磷酸鈣結晶,牙本質的主要成分是非晶態的磷酸鈣。人體內,鈣和磷分別占到人體重的1.5%和1.0%。其中在骨礦物質中,95%是固體鈣和磷,無定形的鈣-磷固體在嫩的、新形成的骨組織中較多(40%~50%),在老的、成熟的骨組織中少(25%~30%)。
牛奶中也含有磷酸鈣,其中新鮮牛奶呈乳白色,主要就是干酪素與磷酸鈣結合的極微細顆粒,引起光折射造成的。
在自然界,磷酸鈣常以磷礦(包括磷灰石、磷灰土等)形式存在。其中磷灰石主要在火成巖、沉積巖、變質巖及堿性巖中形成,其主要產地有美國、德國、加拿大、意大利、葡萄牙、西班牙、印度以及中國等;而磷灰土則主要存在于沉積巖中。
生理功能
人體內,鈣和磷都是含量較多的必需常量元素,也是人體必需的礦物質營養要素,并且鈣和磷代謝相互關聯。無定形磷酸鈣是最初沉積的無機鹽,以非晶體形式存在,占成人骨無機質總量的20%~30%。無定形磷酸鈣繼而組建成結晶的羥基磷灰石,并參與骨骼和牙齒的形成。骨骼中鈣、磷含量的比例為2:1,使得骨骼具有特殊的硬度和強度,從而可以作為人體的支架。
鈣對保證骨骼的正常生長發育和維持骨健康起著至關重要的作用。此外,鈣的其他生理作用包括:可作為激素的第二信使,在細胞信息的傳遞過程中起重要作用;能夠降低毛細血管及細胞膜的通透性;維持神經和肌肉的興奮性;在骨骼肌中,當鈣濃度達到10-7~10-5mol/L時,?可迅速地與肌鈣蛋白結合,進而導致肌肉收縮;鈣離子也是凝血因子之一,可參與血液凝固過程;鈣離子是很多酶的激活劑和抑制劑;其還可參與神經遞質的合成與分泌等。
磷除了作為骨的成分外,還有其他生理作用:其是細胞膜、核酸及某些輔酶的組成成分;直接參與體內物質代謝反應及代謝調節,如參與葡萄糖的磷酸化、酶的共價修飾等;參與體內能量的生成、儲存和利用;參與體內酸堿平衡的調節等。
應用領域
醫藥領域
隨著骨修復理論逐漸成熟,人們提出了可替代自體骨的新型人工骨。如磷酸鈣作為植骨材料,已被用于臨床治療伴有骨缺損的粉碎性和橈骨遠端骨折。其中β-磷酸三鈣的化學成分無細胞毒性,植入后能夠承擔植入部位的正常負荷,滿足人體硬組織所需的力學性能要求,擁有足夠的強度,同時具有良好的生物相容性、骨引導作用和可降解性能。磷酸鈣作為骨組織的主要無機成分,能與活體組織形成化學性鍵合,具有優良的骨傳導性和骨誘導性。植入體內后在生理環境中降解迅速,降解產物Ca、P可進入活體循環系統。有學者應用β-磷酸三鈣治療牙周炎角形吸收并觀察其療效,植骨后6個月骨粉已完全吸收,為自然骨所取代。
磷酸鈣可用作片劑和膠囊劑的稀釋劑或填充劑、抗粘劑、助流劑以及油性成分的吸收劑。此外,磷酸鈣還可用于制作鈣片,以及在醫藥上可作制酸劑,用于胃酸過多癥。
食品領域
在食品領域,磷酸鈣可用作奶粉、奶油粉、植脂末、米粉、小麥粉、五谷雜糧粉、食用淀粉的抗結劑等。如,雞精儲存太久會受潮產生結塊現象,加入抗結劑磷酸鈣則可延緩此現象發生此外。它又可以作為水分保持劑、膨松劑、酸度調節劑、穩定劑、凝固劑添加劑及增香劑等使用,適用范圍和計量同其他磷酸鹽類水分保持劑。
磷酸鈣還可作為飲料的營養強化劑,市場上的營養強化劑飲料大多將復合營養強化劑以溶液狀或乳化狀添加,有的是將強化劑以粉末狀干式混合,有的將強化劑輕微膠囊化后添加。
飼料
磷酸鈣可用于飼料添加劑,它能促進動物提早發育,增加肉和脂肪的生長。如中國臺灣、日本的飼料磷酸鹽的生產就以磷酸鈣為主。
其他
磷酸鈣可用于陶瓷、彩色玻璃、乳白玻璃、牙膏、牙粉的生產、木材的防火涂料和除去水中氟,還可用于拋光和磨光金屬的磨料組分,塑料穩定劑、橡膠及印染行業中?。
理化性質
物理性質
磷酸鈣化學式為Ca3(PO4)2,是一種白色晶體或無定形粉末,無臭無味,分子量為310.18,其中無定形粉末相對密度為3.14,折射率為1.63,熔點為1670℃,幾乎不溶于水,醇和乙酸,能溶于稀鹽酸和硝酸; 三種晶型中α型為無色至白色單斜晶系結晶,相對密度2.81~2.87;β型為無色至白色三斜晶系結晶,相對密度3.14;α'型為無色至白色單斜晶系結晶。
化學性質
磷酸鈣在1600~1700℃的高溫電爐內和不同量碳素反應。
結構
磷酸鈣主要存在三種晶型以及一種無定形結構,其中三種晶型為:α、α′和β型。β-TCP屬于三方晶系,在1180℃以下穩定;α-TCP與α'-TCP都屬于單斜晶體系,其中α型在1180?~1430℃穩定,α′型在1430℃以上穩定。β型磷酸鈣在1180℃加熱時可形成α型磷酸鈣,進而加熱至1430℃則得α'型磷酸鈣。α型比β型更易溶于檸檬酸中。
制備
磷酸三鈉法
將磷酸三鈉溶液在氨過量存在下與相應量的氯化鈣飽和溶液反應,此時即生成不溶性的磷酸鈣,其反應為:
磷酸鈣沉淀經過濾、洗滌及干燥后即為成品。
磷酸法
在飽和的石灰乳溶液中,加入磷酸溶液,即產生磷酸三鈣沉淀。控制沉淀組成中CaO/P2O5的摩爾比為3左右。沉淀物經過濾、洗滌、干燥后即為成品。
過磷酸鈣法
將過磷酸鈣干燥、粉碎,于890~1300℃下煅燒制得,其反應如下:
t小于570℃時,
在570~820℃時,
在820~1200℃時,
其他
磷酸鈣常存在磷灰石和骨灰中,可用天然磷礦石經熔融法、燒結法生產磷酸鈣;也可由煅燒動物骨獲得。
安全事宜
安全標志
GHS危險說明:H318 (100%),對眼睛造成嚴重傷害(危險:嚴重眼睛傷害/眼睛刺激)。
危害
過量攝入或吸入可導致磷酸鈣結晶在人體組織中沉積,從而引起炎癥,并使沉積部位的組織受損。大量攝入,可引起胃腸刺激、惡心、嘔吐、肌肉痙攣和腹瀉。眼部接該品可導致局部刺激,吸入空氣中高濃度的本品粉塵,可導致呼吸道的非特導性刺激。
血清中鈣、磷濃度之間存在一定關系。如鈣磷沉積過高,磷酸鈣晶體沉積在軟組織中的危險性則大大增加。同時磷酸鈣也是結石中的常見成分,但是通常與草酸鈣結石混合存在。臨床上,往往將草酸鈣和磷酸鈣結石統稱為含鈣結石,而且把這兩種成分混合結石的病因也歸為一類。磷酸鈣結晶可見于健康人尿液,也可見于慢性尿路感染,腎小管性酸中毒或導致尿潴留的疾病,甲狀腺功能亢進癥患者尿液中也可見到。如結晶長期,大量存在,有形成磷酸鹽結石的可能。
參考資料 >
Calcium Phosphate.pubchem.2024-01-30