Mineralwasser und Balneotherapie. Klassifizierung mineralischer Zusatzstoffe. Klassifizierung nach dem Grad der Anwesenheit eines Elements wie Radon im Mineralwasser

Bestehende Systeme zur Klassifizierung mineralischer Elemente im Körper von Tieren basieren auf einer von drei Ausgangsprämissen: 1) der vorherrschenden Lokalisierung von Elementen in bestimmten Organen und Geweben, 2) dem quantitativen Gehalt von Elementen im Körper und 3) ihrer Bedeutung für Leben.
Die auf der Verteilung von Elementen in Organen und Geweben basierende Klassifizierung basiert auf dem „Tropismus“, d. h. der Organ- und Gewebespezifität von Elementen, oder umgekehrt, deren Fehlen.
Nach diesem Schema werden Mineralelemente in drei Gruppen eingeteilt: 1) im Knochengewebe lokalisiert (osteotrop); 2) lokalisiert im retikuloendothelialen System; 3) keine Gewebespezifität aufweisen, d. h. gleichmäßig im gesamten Körpergewebe verteilt.
Zur ersten Gruppe von Elementen gehören Kalzium, Magnesium, Strontium, Beryllium, Fluor, Vanadium, Barium, Titan, Radium, Blei usw.; das zweite - Eisen, Kupfer, Mangan, Silber, Chrom, Nickel, Kobalt, Teil der Lanthaniden; zum dritten - Natrium, Kalium, Schwefel, Chlor, Lithium, Rubidium, Cäsium.
Aus physiologischer Sicht ist dieses Schema unvollkommen. Zunächst einmal sind die meisten „Triple“-Elemente keine Triple-Elemente im eigentlichen Sinne des Wortes. Magnesium kommt beispielsweise in den Knochen vor, ist aber auch das wichtigste intrazelluläre Kation im Weichgewebe. Phosphor ist ein osteotropes Element (bis zu 83 % davon kommen im Skelett als Hydroxylapatit vor), ist jedoch Teil komplexer organischer Verbindungen und ein unverzichtbarer Bestandteil der inneren Umgebung des Körpers.
Darüber hinaus bestimmt die Anreicherung etwaiger Elemente in Knochen, Leber, Milz usw. noch nicht deren Bedeutung für die Entwicklung und Funktion dieses Organs. So erfüllen einige osteotrope Elemente (Blei, Beryllium, Barium, Zirkonium, Zinn, Aktinide) offenbar keine biologische Funktion und sind Ballast für das Skelett. Die Konzentration einer Reihe von Elementen (z. B. Kupfer, Kobalt) in der Leber hängt direkt von ihrer Aufnahme aus der Nahrung ab; Bei anderen Elementen (Mangan, Eisen) ist diese Abhängigkeit schwach ausgeprägt, obwohl ihr Gehalt in der Leber recht hoch ist.
Was das retikuloendotheliale System (Makrophagensystem) betrifft, so bezieht sich dieser Name auf eine Reihe von Formationen unterschiedlicher Strukturen, die die Funktion haben, den Körper vor fremden Partikeln oder Substanzen zu schützen. Dazu gehören retikuläre Zellen und Gefäßendothel im Knochenmark, der Milz, den Lymphknoten und der Lunge; spezielle Endothelzellen (Kupffer-Zellen) in den Kapillaren der Leber, ähnliche Zellen im Nebennierenmark und in der Adenohypophyse. Die Anreicherung mineralischer Elemente in diesen Organen dient weniger als Beweis für ihre Bedeutung für die Funktion eines bestimmten Organs, sondern als Indikator für ihre Toxizität oder Nutzlosigkeit für den Körper.
Schließlich gibt es Elemente, die überhaupt nicht in eine der aufgeführten Gruppen fallen. Dabei handelt es sich um Jod, das in der Schilddrüse und den Eierstöcken konzentriert ist, Tellur in den Nieren, Arsen und Antimon in den roten Blutkörperchen, Zink und Cadmium in der Bauchspeicheldrüse, den Genitalien und den Knochen.
Im Allgemeinen ist die beschriebene Klassifizierung für Toxikologen und Strahlenbiologen nützlicher als für Physiologen.
Nach der Klassifizierung anhand quantitativer Merkmale, Alle Mineralelemente werden entsprechend ihrem Gehalt im Körper von Tieren in drei Gruppen eingeteilt: Makroelemente, Mikroelemente und Ultramikroelemente (Tabelle 1).

Das quantitative Klassifizierungssystem ist einfach und praktisch, beantwortet jedoch nicht die Hauptfrage – welche biologische Rolle dieses oder jenes Elements im Körper spielt. Darüber hinaus kann der quantitative Gehalt einiger Elemente im Körper je nach Lebensraum, Ernährung und Tierart des Tieres erheblich variieren (dies gilt insbesondere für Fluor, Vanadium, Selen, Strontium, Molybdän, Cadmium).
Nach Ansicht einiger Forscher sollten Mikro- und Ultramikroelemente überhaupt nicht mit Mineralstoffen gleichgesetzt werden, da sie in Futtermitteln und tierischen Organismen hauptsächlich in Form organischer Verbindungen oder Komplexe mit biologischer Aktivität enthalten sind. Dieser Umstand ist jedoch offenbar keine Grundlage für die Einteilung von Mikroelementen in eine spezielle Gruppe biologisch aktiver Substanzen.
Nach dem derzeitigen Wissensstand kann der Stoffwechsel eines mineralischen Elements nicht nur im Hinblick auf die Dynamik seiner anorganischen Salze betrachtet werden.
Aus Sicht der Tierernährungswissenschaft sind Spurenelemente ebenso notwendige Bestandteile der Ernährung wie andere Mineralstoffe, unabhängig von der Form, in der sie in den Körper gelangen.
Klassifizierung basierend auf der biologischen Rolle von Elementen, ist für Physiologen, Biochemiker und Spezialisten auf dem Gebiet der Tierernährung von größtem Interesse. Gemäß dieser Klassifizierung werden im Körper von Tieren vorkommende Mineralelemente in drei Gruppen eingeteilt: 1) lebenswichtige (biogene, biotische Elemente), 2) wahrscheinlich (bedingt) notwendige und 3) Elemente mit einer wenig untersuchten oder unbekannten Rolle.
Für die meisten Säugetiere, darunter auch Nutztiere, lässt sich diese Klassifizierung wie folgt darstellen:

Die Gruppe der biotischen Elemente umfasst alle Makroelemente, einige Mikro- und Ultramikroelemente. Dies bestätigt die Idee, dass die Konzentrationsreihenfolge eines bestimmten Mikroelements im Körper noch nicht seine biologische Bedeutung bestimmt.
Ein Element kann als biotisch eingestuft werden, wenn es die folgenden Anforderungen erfüllt:
- ist im Körper von Tieren ständig in Mengen vorhanden, die bei verschiedenen Individuen ähnlich sind;
- Stoffe werden entsprechend dem Inhalt eines bestimmten Elements immer in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet;
- Eine synthetische Diät, die dieses Element nicht enthält, verursacht bei Tieren charakteristische Mangelerscheinungen und bestimmte biochemische Veränderungen im Gewebe;
- Diese Symptome und Veränderungen können durch die Zugabe dieses Elements zur Versuchsdiät verhindert oder beseitigt werden.
Alle diese Anforderungen werden im Lichte moderner Daten durch die oben aufgeführten 15 Elemente erfüllt. Selbst ein Element wie Fluorid, das offensichtlich eine vorbeugende Wirkung gegen Zahnkaries hat und offenbar die Knochenbildung fördert, gehört nicht zu dieser Gruppe. Tatsache ist, dass es bisher nicht möglich war, die Symptome eines Fluoridmangels in Versuchen zu reproduzieren, wenn Tiere mit einer Ernährung mit einem Mangel an diesem Element gehalten wurden. Es ist zu beachten, dass die Reproduktion eines Nährstoffmangels aufgrund des äußerst geringen Bedarfs des Tieres an den untersuchten Elementen und des Vorhandenseins ihrer Spuren in den Bestandteilen der gereinigten Nahrung (Sojaprotein, Glukose, Saccharose, Gelatine, Kasein) manchmal schwierig ist , usw.).
Unter den 15 lebenswichtigen Elementen sind 9 Kationen – Kalzium (Ca2+), Natrium (Na+), Kalium (K+), Magnesium (Mg2+), Mangan (Mn2+), Zink (Zn2+), Eisen (Fe2+), Kupfer (Cu2+) und Kobalt (Co2+) und 6 weitere sind Anionen oder sind in komplexen anionischen Gruppen enthalten – Chlorid (Cl-), Jodid (J-), Phosphat (PO4b3-), Sulfat (SO4b2-), Molybdat (MoO4b2-) und Selenit ( SeO3b2 -).
Wahrscheinlich kommen die notwendigen Elemente auch in tierischen Geweben ständig in relativ stabilen Mengen vor, erfüllen aber nicht alle oben genannten Anforderungen. Die Beteiligung dieser Elemente an Stoffwechselprozessen kann auf einzelne Gewebe beschränkt sein und bedarf in manchen Fällen einer experimentellen Bestätigung.
Was Elemente anbelangt, deren Rolle im Körper wenig erforscht oder unbekannt ist, so reichern sich viele von ihnen offenbar zufällig im Körper an, gelangen mit der Nahrung und erfüllen keine nützliche Funktion. Eine strikte Eingrenzung der Gruppe biogener Elemente ist jedoch auch nicht möglich, da die Entdeckung der biologischen Rolle neuer Elemente möglich ist. Beispielsweise wurde in den letzten Jahren die biotische Rolle von Selen nachgewiesen und es liegen experimentelle Daten zur Beteiligung von Fluor, Chrom, Silizium und Arsen an Stoffwechselprozessen vor.
Abbildung 2.1 zeigt ein Klassifizierungsschema für die Elemente des tierischen Körpers, das gleichzeitig deren quantitative Eigenschaften und Bedeutung für Lebensprozesse berücksichtigt.
Die Klassifizierung von Elementen nach dem Grad ihrer Biogenität weist wie die beiden vorherigen erhebliche Nachteile auf: Sie ist zu allgemein, spiegelt nicht den Einflussmechanismus mineralischer Elemente auf den Körper wider und ermöglicht keine genaue Vorhersage des Möglichen biologische Rolle oder toxikologische Wirkung eines bestimmten Elements. Derzeit sind Forscher in der Regel gezwungen, jedes Element einzeln zu bewerten.

Abhängig von den Aushärtungsbedingungen werden mineralische Bindemittel in drei Gruppen eingeteilt:

1. Luft

2. Hydraulisch

3. Autoklavhärtende Bindemittel.

Luftbinder.

Erst an der Luft härten sie aus und gewinnen an Festigkeit. Diese Bindemittel weisen eine geringe Wasserbeständigkeit auf und können nur im trockenen Zustand verwendet werden.

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung werden sie in 4 Untergruppen eingeteilt:

1. Kalkbindemittel, hauptsächlich bestehend aus Calciumoxid (CaO).

2. Gipsbindemittel, hauptsächlich bestehend aus Calciumsulfat (CaSO 4)

3. Magnesium,

4. Bindemittel auf Basis von Flüssigglas, bei denen es sich um Natrium- oder Kaliumsilikate handelt (NaO cdot m SiO_2 oder K_2 O cdot m SiO_2)

Hydraulische Bindemittel.

Dabei handelt es sich um Stoffe, die nicht nur an der Luft, sondern auch im Wasser aushärten und an Festigkeit gewinnen können. Sie sind äußerst langlebig und wasserbeständig und können unter allen Bedingungen verwendet werden.

Chemisch gesehen handelt es sich um komplexe Verbindungen. Sie enthalten hauptsächlich 4 Oxide - CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -Fe 2 O 3.

Je nach Zusammensetzung (welche Oxide sind größer) werden hydraulische Bindemittel in 2 Untergruppen eingeteilt:

1. Silikatzemente, hauptsächlich bestehend aus Calciumsilikaten.

◦ Portlandzement und seine Sorten.

2. Alluminatzemente, hauptsächlich bestehend aus Calciumalluminaten.

◦ Tonerdezement und seine Sorten

Autoklavhärtende Bindemittel.

Dabei handelt es sich um Substanzen, die in der Atmosphäre der Autoklavensynthese bei einer Temperatur von 175 bis 200 Grad und einem Druck von 0,8 bis 1,3 Megapascal dauerhaftes Gestein bilden können. Dazu gehören kalkhaltige Bindemittel, bestehend aus Kalk und einer silikatischen Komponente (Sand, Schlacke oder Asche).

Luftbinder.

1. Gipsbindemittel.

Als Gips bezeichnet man Gips, der aus mineralischen Rohstoffen durch Brennen und Mahlen gewonnen wird und überwiegend Calciumsulfat enthält.

Die Rohstoffe für die Herstellung von Gipsbindemitteln sind Gesteine ​​(Gipsstein CaSO 4 * 2H 2 0) und Anhydrit (CaSO 4) sowie Industrieabfälle (Phosphogips). Abhängig von der Wärmebehandlungstemperatur werden Gipsbindemittel in niedrigbrennende und hochbrennende Bindemittel unterteilt.

1.1. Niedrigbrennende Gipsbindemittel.

Sie werden durch Wärmebehandlung von Gipsstein bei Temperaturen von 110 bis 180 Grad gewonnen. Dabei entsteht der sogenannte halbwässrige Gips (CaSO 4 * 0,5H 2 0). Sie haben eine geringe Festigkeit und Wasserbeständigkeit. Zu den Vorteilen zählen gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften, Umweltfreundlichkeit und die Fähigkeit, die Luftfeuchtigkeit in Innenräumen zu regulieren.

1.1.1. Hierzu zählen folgende Sorten:

1.1.1.1 Baugips

Es wird durch Wärmebehandlung von Gipsstein in offenen Fermentern oder Öfen gewonnen. In diesem Fall entsteht %beta – eine Modifikation von halbwässrigem Gips mit kleinen und schlecht geformten Kristallen, daher ist die Festigkeit von Baugips gering. Sie wird durch die Baugipssorte G ausgedrückt, die die Druckfestigkeit (R-Druckfestigkeit) von Gipsbalkenhälften mit den Maßen 4x4x16 Zentimeter angibt. Baugips wird in drei Qualitäten hergestellt: G3, G4 und G5. Dies bedeutet, dass die Druckfestigkeit 3-5 MPa beträgt.

Der Zeitpunkt, zu dem der Gipsteig in einen steinartigen Zustand übergeht, wird als Abbindezeit bezeichnet. Es wird zwischen Beginn und Ende der Einstellung unterschieden. Beginn der Einstellung- Dies ist die Zeit, in der das Bindemittel-Wasser-System gerade beginnt, seine Beweglichkeit zu verlieren. Für Baugips frühestens 4 Minuten. Ende der Einstellung- Dies ist die Zeit, in der das Bindemittel-Wasser-System seine Beweglichkeit vollständig verliert, d. h. Das System wird zu Stein. Für Bauputz von 6 bis 30 Minuten.

1.1.1.2. Hochfester Gips.

Es wird durch Wärmebehandlung von Gipsstein in Autoklaven bei erhöhtem Druck gewonnen. Halbwässriger Gips bildet große und korrekt geformte Kristalle – die Alpha-Modifikation von halbwässrigem Gips. Dies führt dazu, dass die Festigkeit von hochfestem Gips viel höher ist als die von Baugips.

1.1.1.3. Formgips.

Die Zusammensetzung entspricht der von Baugips (Beta-Modifikation), enthält jedoch weniger Verunreinigungen und ist feiner gemahlen. Wird in der Keramikindustrie zur Herstellung von Formen verwendet.

1.1.2. Aushärten niedrig gebrannter Gipsbindemittel.

Tritt auf, wenn sie mit Wasser interagieren. Die Hälfte des Wassers wird zum Doppelten von normalem Wasser. Die Aushärtung ist einstellbar – verlangsamt und beschleunigt. Die Aushärtung wird durch Zugabe von Elektrolyten (CaCl, NaCl) oder durch Zugabe von gemahlenen Gipssteinpartikeln beschleunigt, die als zusätzliche Kristallisationszentren dienen. Die Aushärtung von Gips wird durch das Einbringen von filmbildenden Stoffen, die den Zutritt von Wasser behindern, beispielsweise einer wässrigen Lösung von Holzleim, verlangsamt.

1.1.3. Anwendung.

Niedrigbrennende Gipsbindemittel werden zum Verputzen von Mörteln, zur Herstellung von Gipsfliesen und Stuck verwendet. Darüber hinaus werden daraus Verbundwerkstoffe hergestellt – Gipsfaserplatten (GVL) aus Gips und zu Fasern aufgelockertem Papier sowie Gipskartonplatten aus Gips und Dickkarton. Darüber hinaus produzieren sie Trockenmischungen für die Wand- und Deckenveredelung sowie Leim und Gipsmörtel.

1.2. Hochgebrannte Gipsbindemittel

Sie werden durch Brennen von Gipsstein bei einer Temperatur von 600–1000 Grad hergestellt. Im Vergleich zu niedrig gebrannten haben sie eine höhere Festigkeit und Wasserbeständigkeit, härten aber sehr langsam aus.

Zu den hochgebrannten Gipsen gehören:

a) Anhydritzement, er wird entweder durch Hochtemperaturbrennen von Gipsstein oder durch Mahlen von Anhydritgestein gewonnen.

Dieses Bindemittel härtet extrem langsam aus und um den Prozess zu beschleunigen, werden 3 bis 5 % Kalk CaO zugesetzt. Abbindezeit: Beginn frühestens 30 Minuten, Ende spätestens 24 Stunden. Rcom von 5 bis 20 MPa.

b) Straußengips. Es wird durch Brennen von Gipsstein bei einer Temperatur von 800-1000 Grad gewonnen.

9Der Härtungskatalysator CaO entsteht beim Brennvorgang, d.h. Der technologische Betrieb seiner Einführung ist ausgeschlossen. Ansonsten hat Estrichgips die gleichen Eigenschaften und Qualitäten wie Anhydritzement.

Anwendung: für Putzmörtel, Herstellung von Kunstmarmor-Veredelungsmaterial sowie für die Verlegung von geräuscharmen, selbstnivellierenden Böden.

(Kalk, Magnesia und Bindemittel auf Basis von Flüssigglas unabhängig voneinander)

Die Klassifizierung von Mineralien nach chemischer Zusammensetzung basiert auf der chemischen Zusammensetzung und der Kristallstruktur

Da jedes Mineral eine spezifische chemische Verbindung mit einer charakteristischen Struktur ist, basiert die moderne Klassifizierung von Mineralien auf der chemischen Zusammensetzung und der Kristallstruktur. Es gibt zehn Klassen von Mineralien: Silikate, Carbonate, Oxide, Hydroxide, Sulfide, Sulfate, Halogenide, Phosphate, Wolframate
und Molybdate, native Elemente.

Die Beziehungen zwischen den Mengen der Mineralarten nach Klasse und ihrem Gehalt in der Erdkruste sind in Tabelle -1 angegeben. Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, sind Silikate und Alumosilikate sowie Oxide und Carbonate am häufigsten, die fast 94 % der Erdkruste ausmachen, was dem allgemeinen Vorkommen chemischer Elemente in der Natur entspricht (siehe Tabelle 2). Die Systematik aller chemischen Elemente der Erdkruste nach ihrer quantitativen Rolle in der Zusammensetzung der Mineralien wurde von A.S. Povarennykh durchgeführt (siehe Tabelle 3).

Für die in der Natur am häufigsten vorkommenden Mineralien der Silikatklasse wird häufig eine Klassifizierung nach Strukturmerkmalen verwendet: Insel - Oliven, Granat, Sillimanit, Melinit; Ring - Beryll; Kettenpyroxene; Bandamphibole, Hornblende; Blattglimmer, Chlorite, Gerüstfeldspäte, Feldspatoide. Nachfolgend sind die Eigenschaften der wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien aufgeführt.

Tabelle 1. Verteilung der Mineralarten zwischen einzelnen Mineralklassen und deren Gehalt in der Erdkruste

Silikate. Die zahlreichste und am weitesten verbreitete Klasse von Mineralien. Silikate haben eine komplexe chemische Zusammensetzung
und isomorpher Ersatz einiger Elemente und Elementkomplexe durch andere. Allen Silikaten gemeinsam ist die Anwesenheit in der anionischen Gruppe
Silizium-Sauerstoff-Tetraeder 4- in verschiedenen Kombinationen. Die Gesamtzahl der Mineralarten von Silikaten beträgt etwa 800. Gemessen an der Häufigkeit machen Silikate mehr als 75 % aller Mineralien in der Lithosphäre aus.

Silikate sind die wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien, die den Großteil der Gesteine ​​ausmachen (Feldspäte, Glimmer, Hornblende, Pyroxene, Olivin, Chlorit, Tonminerale). Die in der Natur am häufigsten vorkommenden Mineralien sind die Feldspat-Mineralien.

2. Karbonate. Carbonate sind Salze der Kohlensäure. Hierbei handelt es sich um eine große Gruppe von Mineralien, von denen viele weit verbreitet sind. Am weitesten verbreitet sind sie auf der Erdoberfläche und im oberen Teil der Erdkruste. Karbonate kommen hauptsächlich in sedimentären und metamorphen (Marmor-)Gesteinen vor. Die meisten Carbonate sind wasserfrei und einfache Verbindungen, hauptsächlich Ca, Mg und Fe mit einem komplexen Anion 2-. Typische Vertreter der Klasse der Carbonate sind Calcit, Dolomit, Malachit, Siderit und Magnesit.

3-4.Oxide und Hydroxide. Oxide sind Verbindungen von Elementen mit Sauerstoff; Hydroxide enthalten auch Wasser. In der Erdkruste beträgt der Anteil an Oxiden und Hydroxiden etwa 17 %. Die häufigsten Mineralien dieser Klasse sind die Oxide von Si, Al, Fe, Mn, Ti, während das Mineral Quarz SiO2 das häufigste Mineral auf der Erde ist (ca. 12 %). In den Kristallstrukturen von Mineralien der Oxidklasse sind Metallkationen von Sauerstoffanionen O2- (in Oxiden) oder Hydroxyl [OH] 1- (in Hydroxiden) umgeben. Charakteristische Vertreter: Quarz, Korund, Magnetit, Hämatitoxide; Limonit, Bauxit – Hydroxide.

Tabelle 2. Durchschnittliche Häufigkeit der ersten zehn chemischen Elemente in der Erdkruste, Massenprozent und ihre Mineralproduktivität.

Tisch 3. Durchschnittliche Zusammensetzung der Erde und der Erdkruste, Massen-% (nach A.A. Beus, 1972)

5. Sulfide. Es gibt mehr als 200 Arten von Schwefel und ähnlichen Mineralien, aber ihr Gesamtgehalt in der Erdkruste ist nicht hoch, etwa 1 %. Aus chemischer Sicht handelt es sich um Derivate des Schwefelwasserstoffs H2S. Der Ursprung von Sulfiden ist hauptsächlich hydrothermaler, aber auch magmatischer, seltener exogener Natur. Mineralien der Sulfidklasse entstehen in der Regel in einer Tiefe unterhalb der Eindringgrenze von Luftsauerstoff in die Erdkruste.

Im oberflächennahen Bereich werden Sulfide zudem zerstört, bei der Reaktion mit Wasser und Sauerstoff bilden sie Schwefelsäure, die eine aggressive Wirkung auf Gesteine ​​hat. Somit sind Sulfide eine schädliche Verunreinigung in natürlichen Baustoffen. Die häufigsten Eisensulfide sind Pyrit und Chalkopyrit; andere Vertreter
-Galena, Sphalerit, Zinnober.

6. Sulfate. Sulfate sind Salze der Schwefelsäure. Viele von ihnen sind wasserlöslich, da es sich um Sedimente von Salzwasserkörpern im Meer oder See handelt. Einige Sulfate sind Produkte der Oxidationszone; Sulfate werden auch als Produkte vulkanischer Aktivität bezeichnet. Sulfate machen 0,5 % der Masse der Erdkruste aus. Es gibt wasserfreie und wässrige Sulfate, die neben dem allen gemeinsamen Anionenkomplex 2- auch zusätzliche Anionen (OH) 1- enthalten. Vertreter: Baryt, Anhydrit – wasserfrei, Gips, Mirabilit – wässrig.

7.Halogenide. Zu dieser Klasse gehören Fluorid-, Chlorid- und sehr seltene Bromid- und Iodidverbindungen. Fluorverbindungen sind größtenteils mit magmatischer Aktivität verbunden; sie sind Sublimationen von Vulkanen oder Produkte hydrothermaler Prozesse und haben manchmal sedimentären Ursprung. Chloridverbindungen von Na, K und Mg sind überwiegend chemische Sedimente von Meeren und Seen und die Hauptmineralien von Salzlagerstätten. Halogenide machen etwa 0,5 % der Masse der Erdkruste aus. Typische Vertreter: Fluorit (Flussspat), Halit (Steinsalz), Sylvit, Carnallit.

8. Phosphate. Mineralien dieser Klasse sind Salze der Phosphorsäure; Die Kristallstruktur dieser Mineralien ist durch das Vorhandensein anionischer Komplexe [PO4]3- gekennzeichnet. Dies sind hauptsächlich seltene Mineralien; Das am weitesten verbreitete Mineral magmatischen Ursprungs ist Apatit und sedimentäre biogene Phosphorite mit derselben chemischen Zusammensetzung.

9. Wolframate und Molybdate. Diese Klasse enthält eine kleine Anzahl von Mineralarten; Die Zusammensetzung der Mineralien entspricht der von Salzen
33 Wolfram- und Molybdänsäure. Die Hauptvertreter sind Wolframit und Scheelit.

10. Native Elemente. Etwa 40 chemische Elemente sind in der Natur in ihrem ursprünglichen Zustand bekannt, die meisten davon sind jedoch sehr selten; Im Allgemeinen machen native Elemente etwa 0,1 % der Masse der Erdkruste aus. Im natürlichen Zustand vorkommende Metalle sind Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; Halbmetalle – As, Sb, Bi und Nichtmetalle – S, C (Diamant und Graphit).

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Klassifizierung von Mineralien

Die Untersuchung biologisch aktiver Substanzen (einschließlich Mineralien) beginnt in der Regel mit ihrer Klassifizierung.

Die einfachste Klassifizierung mineralischer Elemente basiert auf einem quantitativen Merkmal. Die Gesamtmenge jedes Elements kann sehr unterschiedlich sein, daher wird zwischen sogenannten Makroelementen und Mikro- (oder Ultramikro-) Elementen unterschieden. Mikroelemente (ME) sind eine Gruppe chemischer Elemente, die im menschlichen und tierischen Körper in sehr geringen Mengen im Bereich von 10-3-10-12 % vorkommen. Nach der Definition von N.A Agadzhanyan und A.V. Skalny (2001): „MEs sind keine zufälligen Bestandteile von Geweben und Flüssigkeiten lebender Organismen, sondern Bestandteile eines natürlich existierenden, sehr alten und komplexen physiologischen Systems, das an der Regulierung der lebenswichtigen Funktionen von Organismen in allen Entwicklungsstadien beteiligt ist.“ Die Einteilung der Mineralstoffe nach quantitativen Kriterien ist recht willkürlich, da das gleiche Element im Körper sowohl als Makroelement als auch als Mikroelement wirken kann. Ein Beispiel hierfür ist Kalzium, das in großen Mengen in den Knochen vorkommt und in diesem Fall definitiv ein Makronährstoff ist. Aber das gleiche Kalzium spielt die Rolle eines sekundären Botenstoffs des Hormonsignals in den Zellen, in diesem Fall wird seine Menge in Mikrogramm gemessen und es ist natürlich ein Mikroelement.

Obwohl die Klassifizierung anhand quantitativer Merkmale einfach und bequem ist, hilft sie nicht bei der Beantwortung der Frage nach der biologischen Rolle jedes einzelnen Elements im Körper. Diese Methode der Einteilung mineralischer Elemente in Gruppen entsprechend ihrer Menge kann noch weniger nützlich sein, um die kombinierte Wirkung von Mineralien im Körper zu bestimmen, sei es eine synergistische oder antagonistische Wirkung. Daher äußern Forscher aus verschiedenen biologischen und medizinischen Fachgebieten ihre Ansichten zu diesem Thema.

Mineralien unterscheiden sich stark voneinander in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften und biologischen Wirkungen. Die Funktionen von Biomineralien im Körper sind äußerst vielfältig und hängen von vielen Faktoren ab: der Konzentration in biologischen Substraten, von den Eigenschaften des Biosubstrats selbst, von ihrer Wechselwirkung untereinander und mit anderen biologisch aktiven Substanzen im Körper. In diesem Fall können sie als „anorganische Vitamine“ wirken – (als Teil von Enzymen, mit Hormonen, mit anderen biologisch aktiven Verbindungen).

Der Beginn einer ernsthaften Untersuchung der Rolle von Makro- und Mikroelementen für das Leben des Körpers reicht bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zurück. Schon damals stellte sich die Frage nach der Klassifizierung mineralischer Elemente in Bezug auf die Merkmale der menschlichen Ernährung (zitiert nach: Petrovsky K.S., Vanhanen V.D., 1981). Diese Klassifizierungsmöglichkeit basiert auf der Eigenschaft von Mineralien, das Säure-Basen-Gleichgewicht zu verändern.

Die Untersuchung der Mineralzusammensetzung von Lebensmitteln hat gezeigt, dass einige von ihnen durch eine überwiegende Zusammensetzung mineralischer Elemente gekennzeichnet sind, die im Körper elektropositive (Kationen) verursachen, während andere überwiegend elektronegative (Anionen) Verschiebungen verursachen. Dabei sind kationenreiche Lebensmittel alkalisch und anionenreiche Lebensmittel sauer orientiert. Angesichts der Bedeutung der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Haushalts im Körper und des möglichen Einflusses saurer und alkalischer Substanzen in Lebensmitteln darauf hielten es die Autoren dieser Klassifizierung für angemessen, die mineralischen Bestandteile von Lebensmitteln in Substanzen mit alkalischer und saurer Wirkung zu unterteilen . Darüber hinaus werden mineralische Elemente, die in geringen Mengen in Lebensmitteln vorkommen und eine hohe biologische Aktivität im Körper aufweisen, als eigenständige Gruppe von Biomikroelementen identifiziert.

Alkalische Mineralelemente (Kationen): Calcium, Magnesium, Kalium, Natrium.

Mineralische Elemente saurer Natur (Anionen): Phosphor, Schwefel, Chlor.

Nach dem derzeitigen Kenntnisstand ist die obige Klassifizierung bereits etwas veraltet, denn Der Stoffwechsel eines Mineralelements kann nicht nur unter dem Gesichtspunkt seiner Alkalität oder Säure betrachtet werden.

Von größtem Interesse für Physiologen, Biochemiker und Spezialisten auf dem Gebiet der menschlichen Ernährung ist die Klassifizierung anhand der biologischen Rolle von Elementen. Nach dieser Klassifizierung werden von den 81 im menschlichen Körper vorkommenden Elementen 15 lebenswichtige oder essentielle Elemente unterschieden: Kalzium, Phosphor, Kalium, Chlor, Natrium, Zink, Mangan, Molybdän, Jod, Selen, Schwefel, Magnesium, Eisen, Kupfer und Kobalt. Bei einem „absoluten Mangel“ (nach Avtsyn A.P. et al., 1991) an essentiellen Substanzen kommt es zum Tod.

Darüber hinaus werden bedingt essentielle Elemente unterschieden: Fluor, Silizium, Titan, Vanadium, Chrom, Nickel, Arsen, Brom, Strontium und Cadmium.

Es gibt auch eine ziemlich große Gruppe von Elementen, die sich häufig über die Nahrung, die eingeatmete Luft oder das Trinkwasser im Körper anreichern, deren biologisch nützliche Funktion jedoch noch nicht geklärt ist. Im Gegenteil, einige dieser Elemente sind zweifellos giftig. Zu den bekannten giftigen Stoffen gehören Blei, Quecksilber, Cadmium, Beryllium und einige andere. Die Einteilung der Elemente in essentielle und toxische Elemente ist weitgehend willkürlich. Daher werden einige allgemein toxische Elemente (Arsen, Blei und sogar Cadmium) von einigen Autoren zumindest für Versuchstiere als essentiell angesehen. Andererseits können rein essentielle Spurenelemente wie Kupfer, Mangan, Selen, Molybdän, Jod, Fluor, Kobalt unter bestimmten Bedingungen Vergiftungserscheinungen hervorrufen.

Auch die Einteilung der Elemente nach ihrer biogenen Aktivität ist nicht ohne Nachteile. Erstens spiegelt es keine Veränderungen der biologischen Eigenschaften von Biomineralien in Abhängigkeit von ihrer Dosis, Kombination mit anderen Elementen, ihrem Synergismus oder Antagonismus wider. Darüber hinaus kann die biologische Rolle von Biomineralien in Abhängigkeit von einer Reihe anderer Faktoren variieren: Lebensbedingungen, Alter, schlechte Gewohnheiten usw.

IN UND. Smolyar (1989) identifizierte fünf Kriterien für die Biogenität eines chemischen Elements oder ME:

1) Vorhandensein im Gewebe eines gesunden Körpers;

2) leichte Unterschiede in der relativen Häufigkeit in verschiedenen Organismen;

3) Wenn es von der Ernährung ausgeschlossen wird, werden die durch seine Unzulänglichkeit verursachten morphologischen Veränderungen deutlich reproduziert;

4) spezifische Störungen biochemischer Prozesse bei Hyperelementose;

5) Erkannte Änderungen werden durch die Einführung des fehlenden Elements beseitigt.

In unserem Land auf Vorschlag des Akademikers der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften A.P. Avtsyn und seine Kollegen (1983) bezeichneten alle pathologischen Prozesse, die durch einen Mangel, einen Überschuss oder ein Ungleichgewicht an Makro- und Mikroelementen verursacht werden, führten das Konzept der Mikroelementosen ein und schlugen eine Arbeitsklassifikation menschlicher Mikroelementosen vor, die auf dem Prinzip der Priorisierung der Ätiologie beruhte Faktor chemischer Natur. Daher sollte jede Mikroelementose nach dem Namen des ME benannt werden, dessen Mangel oder toxische Wirkung die Krankheit verursacht hat. Mikroelementosen können offensichtlich sein, d.h. klinisch ausgedrückt, entweder latent oder potenziell.

Nach seiner Klassifikation (Avtsyn A.P. et al., 1991) können alle Mikroelementosen in natürliche endogene, natürliche exogene und vom Menschen verursachte unterteilt werden. Wenn natürliche Mikroelementosen nicht mit menschlicher Aktivität in Verbindung gebracht werden, dann sind vom Menschen verursachte Mikroelementosen mit menschlicher Produktionstätigkeit verbunden. Dies sind: 1) industrielle (berufliche) Aktivitäten, die mit menschlichen Produktionsaktivitäten verbunden sind. Gleichzeitig werden Krankheiten und Syndrome durch einen Überschuss an bestimmten Mikroelementen (ME) und deren Verbindungen direkt im Produktionsbereich verursacht. 2) Die sogenannten „Nachbarschafts“-Mikroelementosen, die sich in der Nähe der Produktion entwickeln. 3) Transgressive Mikroelementosen entwickeln sich in beträchtlicher Entfernung von der Produktion aufgrund der Luft- oder Wasserübertragung von ME.

Unabhängig von der Vielfalt und Bedeutung einer bestimmten Klassifizierung wird der Einfachheit und Bequemlichkeit halber häufiger die einfachste verwendet – basierend auf einem quantitativen Merkmal.

2. Allgemeine Konzepte über Makroelemente, ihre Rolle und Wirkung auf den menschlichen Körper

Kalzium

„Eine Zelle kann ohne Kalzium nicht leben..., aber wenn es zu viel davon gibt, stirbt sie sofort ab“, sagt I.P. Pawlow.

Von allen Elementen im menschlichen Körper ist Kalzium in der höchsten Menge enthalten: Auf jedes Kilogramm Körpergewicht kommen etwa 20 g Kalzium. Somit enthält der Körper eines Erwachsenen 1-1,5 kg dieses äußerst nützlichen Elements.

Die biologische Rolle von Kalzium ist sehr vielfältig. Seine wichtigste physiologische Bedeutung ist plastisch. Calcium dient als wichtiger Strukturbestandteil bei der Bildung von Stützgewebe und der Knochenverknöcherung. 99 % seiner Gesamtmenge im Körper sind in den Knochen des Skeletts konzentriert. Der Rest ist ständig im Blut und anderen Körperflüssigkeiten vorhanden. Da alte Knochenzellen abgebaut werden, müssen die Kalziumreserven für die rechtzeitige Bildung von neuem Knochengewebe ständig wieder aufgefüllt werden, da der Körper sonst den Mangel durch eigene Zähne und Knochen ausgleicht, diese zerstört und schwächt.

Calcium ist ein ständiger Bestandteil des Blutes. Es ist am Prozess der Blutgerinnung beteiligt. Die Wirkung der Thrombokinase bei der Umwandlung von Prothrombin in Thrombin erfolgt nur in Gegenwart von Calciumionen. Calcium ist Teil zellulärer Strukturen: Es ist in Membransystemen vorhanden, spielt eine wichtige Rolle bei der Zellfunktion, verringert die Gefäßpermeabilität, erhöht die Widerstandskraft des Körpers gegen Giftstoffe und Infektionen und hat eine entzündungshemmende Wirkung.

Die Bedeutung dieses Elements für die vollständige intrauterine Entwicklung des Fötus kann nicht hoch genug eingeschätzt werden: Calciumsalze legen den Grundstein für die lebenswichtigen Systeme und Prozesse im Körper des Kindes.

Calcium ist eine schwer verdauliche Substanz. Seine Verdaulichkeit hängt maßgeblich von den Begleitstoffen der Nahrung ab. Die Aufnahme von Kalzium wird durch überschüssigen Phosphor und Magnesium negativ beeinflusst. In solchen Fällen ist die Bildung verdaulicher Formen von Kalzium eingeschränkt und die daraus resultierenden unverdaulichen Formen werden aus dem Körper ausgeschieden.

Eine optimale Calciumaufnahme erfolgt bei einem Calcium-Phosphor-Verhältnis von 1:1,3 und einem Calcium-Magnesium-Verhältnis von 1:0,5. In jüngster Zeit wurden Vorschläge gemacht, ein physiologisch angemesseneres Verhältnis von Kalzium und Phosphor von 1:1 einzuführen. Im Alter von 1 bis 6 Monaten beträgt das optimale Verhältnis von Kalzium und Phosphor 1,5:1, im Alter von 6 bis 12 Monaten , 1,3 : 1 und im Alter ab 1 Jahr 1:1.

Dieses Verhältnis kann bis ins Erwachsenenalter beibehalten werden. Die Aufnahme von Kalzium wird auch durch Kalium beeinflusst, dessen Überschuss die Aufnahme beeinträchtigt. Einige Säuren (Inositolphosphorsäure, Oxalsäure) bilden mit Kalzium starke unlösliche Verbindungen, die vom Körper nicht aufgenommen werden. Insbesondere Kalzium aus Brot, Getreide und anderen Getreideprodukten, die erhebliche Mengen an Inositphosphorsäure enthalten, wird schlecht absorbiert. Ein Überschuss oder Mangel an Fett in der täglichen Ernährung wirkt sich negativ auf die Aufnahme von Kalzium aus.

Die beste Kalziumquelle in der menschlichen Ernährung sind Milch und Milchprodukte. Calcium ist der wichtigste Makronährstoff in der Milch. Es ist in leicht verdaulicher Form enthalten und mit Phosphor gut ausbalanciert. Der Kalziumgehalt in Kuhmilch liegt zwischen 100 und 140 mg %. Die Menge hängt von der Futterration, der Tierrasse, dem Laktationsstadium und der Jahreszeit ab. Im Sommer ist der Ca-Gehalt geringer als im Winter.

Ca kommt in der Milch in drei Formen vor: In Form von freiem oder ionisiertem Kalzium – 10 % des Gesamtkalziums (8,5–11,5 mg %); In Form von Calciumphosphaten und Citraten – ca. 68 % Calcium fest an Kasein gebunden – ca. 22 %;

Ein halber Liter Milch oder 100 g Käse decken den Tagesbedarf eines Erwachsenen an Kalzium (800 mg). Schwangere und stillende Mütter benötigen eine erhöhte Kalziumzufuhr – 1500 mg pro Tag. Kinder im schulpflichtigen Alter sollten täglich 100-1200 mg Kalzium erhalten. Es kommt auch in grünem Gemüse vor: Knoblauch, Petersilie, Kohl, Sellerie und einigen Beeren und Früchten.

Im Gegensatz dazu beeinträchtigen eine Reihe von Lebensmitteln wie Spinat, Sauerampfer und Getreide die Aufnahme von Kalzium aus der Nahrung. Daher lohnt es sich, diese Wechselwirkung bei der Erstellung einer Diät zu berücksichtigen.

In den Tabellen im Anhang ist der Kalziumgehalt einiger Lebensmittel aufgeführt.

Magnesium

Ohne Magnesium kann ein Mensch nicht vollkommen gesund sein. Jeder im Körper ablaufende Prozess kann ohne Magnesiumsalze und -ionen nicht auskommen. Dieses Element steuert die Prozesse der Zellteilung und -reinigung, der Proteinbildung und des Stoffwechsels. Ein Erwachsener sollte 400-600 mg Magnesium zu sich nehmen. Die empfohlene Magnesiumzufuhr pro Tag (mg pro Tag) ist in Tabelle Nr. 15 im Anhang angegeben.

Diese Verzehrnorm kann mit einer ausgewogenen, richtigen Ernährung vollständig gedeckt werden. Es ist nützlich zu wissen, dass bei Überfunktion der Schilddrüse, Psoriasis, Arthritis, Nephrokalzinose und Legasthenie bei Kindern der Magnesiumgehalt im Körper erhöht ist.

Die physiologische Bedeutung und die biologische Rolle von Magnesium sind nicht ausreichend untersucht, seine Rolle bei der Übertragung nervöser Erregung und der Normalisierung der Erregbarkeit des Nervensystems ist jedoch gut bekannt. Magnesium hat antispastische und gefäßerweiternde Eigenschaften sowie die Fähigkeit, die Darmmotilität zu stimulieren und die Gallensekretion zu steigern. Es gibt Hinweise auf eine Senkung des Cholesterinspiegels durch eine Magnesiumdiät. Beteiligt sich aktiv an Immunprozessen, wirkt antiallergisch, entzündungshemmend, stresshemmend und toxisch, fördert die Aufnahme von Kalzium aus dem Darm sowie die Aufnahme von Kalium, Phosphor, Vitamin B, C, und E. Es ist ein wesentlicher Teilnehmer an vielen biochemischen Prozessen des Körpers und der Regulierung lebenswichtiger Funktionen und erhält die normale Aktivität der Zellmembranen aufrecht. Magnesium hat antispastische und gefäßerweiternde Eigenschaften sowie die Fähigkeit, die Darmmotilität zu stimulieren und die Gallensekretion zu erhöhen. Es gibt Hinweise auf eine Senkung des Cholesterinspiegels durch eine Magnesiumdiät.

Der Einsatz von Magnesium ist bei der Behandlung vieler Krankheiten sehr wirksam: Nervenstörungen, Herzinfarkt, Leukämie, Muskelschwäche, Sklerose. Magnesium ist im Kampf gegen Krebs unerlässlich.

Bei einem Mangel an Magnesium steigt der Kalziumgehalt in den Wänden der Arterien, des Herzens und der Muskeln. Bei Magnesiummangel in den Nieren kommt es zu degenerativen Veränderungen mit nephrotischen Erscheinungen, schmerzhaften Muskelkontraktionen, der Alterungsprozess beschleunigt sich, der Cholesterinspiegel im Blut steigt, die Immunität nimmt ab, infolge einer Verschlechterung der Kapillarelastizität wird die Mikrozirkulation gestört und es kommt zu Anämie .

Ein über die Norm hinausgehender Magnesiumgehalt im Körper ist äußerst selten, da die Nieren den Überschuss dieses Elements sofort ausscheiden. Daher ist die Gefahr einer Magnesiumvergiftung auch bei erhöhter Zufuhr über die Nahrung unwahrscheinlich. Solche Vergiftungen treten vor allem bei übermäßiger intravenöser Gabe von Magnesium-haltigen Arzneimitteln oder bei eingeschränkter Nierenfunktion auf.

Magnesium in Lebensmitteln

Magnesium kommt in Chlorophyll vor, einem grünen photosynthetischen Pigment, das in den meisten Pflanzen, Algen und Blaualgen vorkommt. Chlorophyll kommt auch in grünem Gemüse wie Spinat und Brokkoli vor.

Viel Magnesium findet sich in Lebensmitteln wie Bohnen (103 mg), Erbsen (88 mg), Spinat (82 mg), Wassermelone (224 mg), Milchpulver (119 mg), Tahini Halva (153 mg), Haselnüssen ( 172 mg).

Mit Roggenbrot (46 mg) und Weizenbrot (33 mg), schwarzen Johannisbeeren (31 mg), Mais (36 mg), Käse (50 mg), Karotten (38 mg) ist es durchaus möglich, den Tagesbedarf an Magnesium zu decken. , Salat (40 mg), Schokolade (67 mg) Der Magnesiumgehalt in Fleisch und Fleischprodukten beträgt: Schweinefleisch – 20 mg, Kalbfleisch – 24 mg, Kaninchen – 25 mg, Schinken – 35 mg, Amateurwurst – 17 mg , Teewurst - 15 mg , Würstchen - 20 mg.

Kartoffeln enthalten Magnesium in einer Menge von 23 mg pro 100 g Produkt, Weißkohl – 16 mg, Rüben – 22 mg, Tomaten – 20 mg, Frühlingszwiebeln und Zwiebeln – 18 mg bzw. 14 mg.

In Äpfeln und Pflaumen sind relativ geringe Mengen Magnesium enthalten – nur 9 mg pro 100 g Produkt.

Am wenigsten Magnesium wird über Nahrungsmittel wie Hirse, Fleisch und Fisch aufgenommen.

Früher erhielten die Menschen etwas Magnesium über ihr Wasser, insbesondere wenn das Wasser aus unterirdischen Brunnen stammte. Doch moderne Methoden der Wasserreinigung und -enthärtung reduzieren den Magnesiumgehalt im Leitungswasser deutlich. Wasser, das viele Mineralien, darunter auch Magnesium, enthält, wird als „hart“ bezeichnet und ist normalerweise enthärtet.

Eine ausreichende Menge verschiedener Hülsenfrüchte, Getreide, Nüsse oder Gemüse in unserer täglichen Ernährung könnte wahrscheinlich unseren erforderlichen durchschnittlichen Tagesbedarf an Magnesium decken. Allerdings kann man sich auf diese Aussage nicht vollständig verlassen, und dafür gibt es folgende gute Gründe:

1. Je älter ein Mensch ist, desto weniger Nährstoffe kann er über die Nahrung aufnehmen. Die Salzsäure in unserem Magen, der Hauptbestandteil, der uns bei der Aufnahme von Nährstoffen hilft, wird mit zunehmendem Alter vom Körper immer weniger produziert.

2. Unsere Nahrungsversorgung enthält weitaus weniger Nährstoffe als noch vor 50 Jahren. Böden werden nach und nach ausgelaugt und dadurch sind in der Nahrung immer weniger nützliche Nährstoffe enthalten. Dem Boden werden zusätzliche Düngemittel ausgebracht, die jedoch nur drei Mineralien enthalten: Stickstoff, Phosphor und Kalium. In der Regel werden angebaute Produkte nach Ertrag und finanzieller Attraktivität ausgewählt, nicht jedoch nach ihrem Nährstoffgehalt. Während unser Körper Nährstoffe und Mineralien aus der Nahrung beziehen muss, strebt der Landwirt danach, mit minimalem finanziellen Aufwand den maximalen Ertrag zu erzielen. Und beim Kauf von Produkten orientieren wir uns meist eher am Preis als am Nährstoffgehalt der Produkte.

Kalium

Kalium ist ein sehr wichtiges intrazelluläres Element, das für die normale Funktion der Weichteile des Körpers notwendig ist. Endokrine Drüsen, Kapillaren, Blutgefäße, Nervenzellen, Gehirn, Niere, Leber, Herz und andere Muskeln können ohne dieses Element nicht vollständig funktionieren. Kalium macht 50 % aller Flüssigkeiten im Körper aus.

Die Bedeutung von Kalium im Leben des Körpers liegt vor allem in seiner Fähigkeit, den Flüssigkeitsabtransport aus dem Körper zu fördern. „Kalium“-Diäten können eingesetzt werden, wenn eine Steigerung der Diurese und eine Verbesserung der Natriumausscheidung erforderlich sind. Kalium spielt eine wichtige Rolle im intrazellulären Stoffwechsel. Es ist an enzymatischen Prozessen und an der Umwandlung von Phosphobrenztraubensäure in Brenztraubensäure beteiligt. Kalium ist wichtig für die Bildung von Puffersystemen (Bikarbonat, Phosphat etc.), die Veränderungen in der Reaktion des Mediums verhindern und dessen Konstanz gewährleisten. Kaliumionen spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung von Acetylcholin und bei der Nervenstimulation der Muskeln.

Die Hauptaufgabe von Kalium im Körper (zusammen mit Natrium) besteht darin, die Funktion der Zellwände aufrechtzuerhalten. Eine weitere äußerst wichtige Aufgabe des Elements besteht darin, die Konzentration eines essentiellen Nährstoffs für das Herz (Magnesium) und seine physiologischen Funktionen aufrechtzuerhalten.

Kalium normalisiert die Herzfrequenz, hält das Säure-Basen-Gleichgewicht des Blutes aufrecht und ist ein Antisklerotikum: Es verhindert die Ansammlung von Natriumsalzen in Zellen und Blutgefäßen.

Kalium trägt dazu bei, das Gehirn mit Sauerstoff zu versorgen, steigert die geistige Aktivität, senkt den Blutdruck, reinigt den Körper von Giftstoffen und Abfallstoffen und hilft bei der Behandlung allergischer Erkrankungen.

Kalium hält das Energieniveau des Körpers aufrecht, erhöht die Ausdauer und die körperliche Stärke.

Ein Mangel an diesem Element im Körper führt zu Funktionsstörungen der Nieren und Nebennieren, Störungen des Herzrhythmus und der Stoffwechselvorgänge im Myokard, Müdigkeit, körperlicher und emotionaler Erschöpfung, führt zu Erosion der Schleimhäute und verringert die Wundheilungsrate. Sprödes und glanzloses Haar sowie trockene Haut sind ebenfalls Anzeichen für einen Kaliummangel. Bei schwangeren Frauen kommt es zu Pathologien der fetalen Entwicklung und zu Komplikationen während der Geburt.

Kalium ist in Lebensmitteln pflanzlichen und tierischen Ursprungs gut vertreten. In Kartoffeln ist eine erhebliche Menge Kalium enthalten (568 mg pro 100 g Produkt), wodurch der Bedarf an Kalium hauptsächlich gedeckt wird. Regelmäßige, ausgewogene Ernährung liefert Kalium in einer Menge, die den Bedarf des Körpers deckt. Der Tagesbedarf an Kalium für Erwachsene beträgt 3-5 g.

Wie Sie sehen, ist die Bedeutung von Kalium für die Erhaltung der menschlichen Gesundheit und normalen Leistungsfähigkeit einfach von unschätzbarem Wert.

Kalium in Lebensmitteln

Der erste Schritt zum Erreichen des Mineralstoffgleichgewichts in unserem Körper besteht darin, die Salzmenge in unserer täglichen Ernährung zu reduzieren. Der nächste Schritt sollte darin bestehen, die Kaliumaufnahme zu erhöhen. Die reichsten Kaliumlieferanten sind Kulturpflanzen: frisches Obst, frisches Gemüse, gekeimte Körner, Hülsenfrüchte und Vollkornprodukte – diese Lebensmittel sind die Grundlage unserer gesunden Ernährung. Für optimale Ergebnisse sollten Sie über den Tag verteilt kaliumreiche Lebensmittel zu sich nehmen. Alle Früchte und die meisten Gemüsesorten enthalten zehn- oder sogar hundertmal mehr Kalium als Natrium. Daher sollte jedem von uns klar sein, wie wichtig es ist, den Anteil dieser Lebensmittel in unserer Ernährung zu erhöhen.

Orangen, Bananen und Ofenkartoffeln gelten seit langem als Kaliumquellen. Nehmen Sie sie daher regelmäßig in Ihre tägliche Ernährung auf.

Melone ist eine weitere ausgezeichnete Kaliumquelle. Nehmen Sie es öfter in Ihren Speiseplan auf. Zur Abwechslung können Sie den Saft trinken oder daraus Püree zubereiten – das Fruchtfleisch dieser Frucht ist recht zart.

Der Kaliumgehalt in Wassermelonen ist sehr hoch. Nutzen Sie die Reifezeit dieser Früchte voll aus und essen Sie so viel wie möglich davon. Für ein anderes Geschmackserlebnis können Sie sie wiederum entsaften oder pürieren – schälen und fertig.

Auch Hülsenfrüchte wie Kidneybohnen, Limabohnen und Linsen enthalten viel Kalium und Eiweiß. Alle Hülsenfrüchte ergeben wunderbare Suppen.

Sie können den Kaliumgehalt hausgemachter Suppen erhöhen, indem Sie Pastinaken, Steckrüben oder Kürbis hinzufügen. Beispielsweise deckt der Verzehr eines so bekannten und zugänglichen kaliumhaltigen Lebensmittels wie Kartoffeln in einer Menge von 500 Gramm pro Tag den täglichen Bedarf einer Person an diesem Element vollständig. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein übermäßiger Verzehr von Kartoffeln aufgrund der großen Menge an Stärke, die darin enthalten ist, zum Auftreten von „zusätzlichen Pfunden“ führen kann.

Fügen Sie Ihren hausgemachten Salaten und Sandwiches immer geriebene Karotten hinzu, um den Kaliumgehalt Ihrer Ernährung weiter zu erhöhen.

Avocadofrüchte enthalten viel Kalium und eignen sich hervorragend als Ergänzung zu verschiedenen Salaten und Sandwiches. Darüber hinaus enthält Avocado hochwertiges Eiweiß und Fettsäuren, die für den Körper sehr wichtig sind.

Durch den Verzehr frisch zubereiteter Säfte aus frischem Gemüse erleben Sie nicht nur echten Genuss, sondern versorgen Ihren Körper auch mit einer erheblichen Menge Kalium. Beispielsweise enthält ein Glas frisch zubereiteter Karottensaft etwa 800 mg dieses Elements.

Sie können verschiedene frische Obstsorten in einem Mixer mixen, um ein kaliumreiches Frühstück oder einen Snack zuzubereiten. Solch ein aromatisches Püree wird ein unübertroffener „Kaliumcocktail“ sein, der den Bedarf des Körpers an diesem Element deckt.

Um den größtmöglichen Kaliumgehalt in Lebensmitteln zu erhalten, empfiehlt es sich, sie zu dämpfen oder in einer minimalen Menge Wasser zu kochen. Nehmen Sie Kalium auf keinen Fall in Form von chemischen Verbindungen oder Darreichungsformen zu sich: Dies führt zu Es kommt zu Reizungen des Verdauungstraktes, die bei hohen Dosen sogar lebensbedrohlich werden können.

Digitale Daten zum Kaliumgehalt in Getreide und Hülsenfrüchten, Mehl und Getreide, Brot und Backwaren, Nudeln, Gemüse und Melonen, Obst und Beeren, Milchprodukten, Hüttenkäse und Käse, Fleisch, Geflügel und Eiern sowie Fisch werden im Anhang dargestellt .

Die Rolle von Kalium im Sportunterricht und im Sport

Kalium ist ein sehr wichtiges Spurenelement, das für die normale Aufrechterhaltung vieler physiologischer Reaktionen im menschlichen Körper notwendig ist. Bei der Ausübung von Leibeserziehung und Sport benötigen trainierende Personen zusätzliche Mengen dieses Elements. Dieser steigende Bedarf an Kalium kann mit Hilfe einer speziellen Diät gedeckt werden, die die zwingende Aufnahme einer ausreichenden Menge kaliumhaltiger Lebensmittel in die Ernährung erfordert.

Der Körper einer erwachsenen Frau enthält durchschnittlich etwa 225 Gramm Kalium (das sind etwa 10 % weniger als der Körper eines Mannes). Der tägliche Kaliumbedarf eines Menschen beträgt 2 – 4 Gramm. Bei intensiver körperlicher Aktivität sollte der Körper täglich mindestens 5 Gramm dieses Mikroelements aufnehmen. Es ist durchaus möglich, diese Menge Kalium durch den Verzehr kaliumhaltiger Lebensmittel bereitzustellen.

Warum sind kaliumhaltige Produkte besonders nützlich für Menschen, die aktiv Sport treiben? Tatsache ist, dass bei der Durchführung verschiedener körperlicher Übungen während des Trainings die Belastung des Herz-Kreislauf-Systems deutlich zunimmt. Und Kalium sorgt für die normale Funktion dieses menschlichen Organsystems und reguliert den Blutdruck und die Herzfrequenz. Darüber hinaus ist Kalium an den Prozessen der Muskelkontraktion und -entspannung beteiligt, sorgt für die Weiterleitung von Impulsen in Nervenfasern und reguliert die Flüssigkeitsverteilung im Körper. Wird bei der Zubereitung einer Diät gebührend auf kaliumhaltige Produkte geachtet, laufen alle oben genannten physiologischen Prozesse im Körper eines Trainierenden konstant im erforderlichen Maß ab. Kalium kann auch Schlaganfällen vorbeugen und Müdigkeit und Nervosität reduzieren.

Eine unzureichende Menge dieses Elements im Körper führt zu niedrigem Blutdruck, Herzrhythmusstörungen, erhöhtem Cholesterinspiegel im Blut, Muskelschwäche, erhöhter Knochenbrüchigkeit, eingeschränkter Nierenfunktion, der Entwicklung von Schlaflosigkeit und Depressionen. Bei diesen Pathologien wird weiteres Training gesundheitsgefährdend. Um die oben genannten Symptome zu lindern, verwenden sie häufig nicht nur die Aufnahme notwendiger Lebensmittel in die Ernährung, sondern verschreiben auch spezielle kaliumhaltige Medikamente. Solche pathologischen Zustände entstehen vor allem bei der Einnahme von Diuretika (was viele Sportler häufig tun, um durch Feuchtigkeitsverlust schnell das Körpergewicht zu reduzieren und bei Wettkämpfen in die gewünschte Gewichtsklasse zu gelangen) und bestimmten Hormonpräparaten (insbesondere Nebennierenhormonen). Auch vermehrtes Schwitzen, das bei körperlicher Betätigung im Training unweigerlich auftritt, sowie häufiger Durchfall oder Erbrechen führen zu einem Kaliummangel im Körper. In diesen Fällen ist es zur Wiederherstellung des normalen Gleichgewichts dieses Elements auch notwendig, kaliumhaltige Produkte zu sich zu nehmen.

Natrium

Die biologischen Wirkungen von Natrium sind vielfältig. Es spielt eine wichtige Rolle bei den Prozessen des intrazellulären und intergeweblichen Stoffwechsels. Natriumsalze kommen hauptsächlich in extrazellulären Flüssigkeiten vor – Lymphe und Blutserum. Eine äußerst wichtige Rolle spielen Natriumverbindungen (Bicarbonate, Phosphate) bei der Bildung eines Puffersystems, das den Säure-Basen-Zustand sicherstellt. Natriumsalze sind von großer Bedeutung für die Erzeugung eines konstanten osmotischen Drucks im Protoplasma und in den biologischen Flüssigkeiten des Körpers. Die Konstanz des Natriumgehalts im Körper wird durch die Regulierung der Ausscheidung aufrechterhalten, wodurch bei unzureichender Natriumaufnahme aus der Nahrung die Ausscheidung verringert wird.

Natrium ist aktiv am Wasserstoffwechsel beteiligt. Natriumionen bewirken ein Aufquellen von Gewebekolloiden und tragen so zur Retention von gebundenem Wasser im Körper bei.

Der natürliche Natriumgehalt von Lebensmitteln ist vernachlässigbar. Es gelangt hauptsächlich über Natriumchlorid in den Körper, das der Nahrung in beliebigen Mengen zugesetzt wird.

Die normale Natriumaufnahme für Erwachsene beträgt 4 – 6 g pro Tag, was 10 – 15 g Natriumchlorid entspricht. Diese Menge Natrium kann bei systematischem Verzehr als harmlos angesehen werden. Bei starker körperlicher Anstrengung, in heißen Klimazonen und bei vermehrtem Schwitzen steigt der Bedarf an Natrium (manchmal verdoppelt er sich). Die Menge an Speisesalz in der Ernährung einer Person sollte individuell berechnet werden. Bei Herz- und Nierenerkrankungen wird empfohlen, den Verzehr einzuschränken – diese Organe werden bei der Blutverarbeitung mit überschüssigem Natrium überlastet.

Ein Überschuss dieses Makroelements führt zu Schwellungen im Gesicht und an den Beinen: Natriumionen führen zu einer Schwellung von Gewebekolloiden, was wiederum zur Speicherung und Ansammlung von Wasser im Körper beiträgt. Bei viel Salz in der Nahrung, bei Funktionsstörungen der Nebennierenrinde, Neigung zu Bluthochdruck, Diabetes, Neurosen, bei eingeschränkter Wasser-Salz-Stoffwechsel- und Ausscheidungsfunktion der Nieren steigt die Natriummenge im Körper. Übermaßsymptome: Hyperaktivität, Beeinflussbarkeit, schnelle Erregbarkeit, Schwitzen, erhöhter Durst.

Lebensmittel (nicht gesalzen!) enthalten unterschiedliche Mengen an Natrium und werden im Anhang in Tabellenform dargestellt.

Phosphor

Phosphor ist ein sehr wichtiges Element für das Leben des Körpers. Phosphor kommt wie Kalzium in erheblichen Mengen im Knochengewebe vor, ist zusammen mit Kalzium für die Festigkeit und Stabilität des Knochengewebes verantwortlich und ist auch Bestandteil von Nukleinsäuren und Proteinen.

Der Bedarf des Körpers an Phosphorsalzen ist noch größer als an Calciumsalzen: 1,6-2 g pro Tag. Schwangere und stillende Frauen sollten täglich 3–3,8 g zu sich nehmen, Kinder 1,5–2,5 g.

Nicht weniger wichtig ist jedoch das Verhältnis von Phosphor und Kalzium (ca. 2 zu 3), da diese beiden Elemente untrennbar miteinander verbunden sind. Als Folge eines Ungleichgewichts in diesem Gleichgewicht können verschiedene Pathologien auftreten: Überschüssiges Kalzium führt zu Urolithiasis, überschüssiger Phosphor führt zur Entfernung von Kalzium aus den Knochen. Der Körper enthält jedoch ein sehr nützliches Element, das den Phosphor-Kalzium-Stoffwechsel steuert – Vitamin D.

Phosphor spielt eine führende Rolle bei der Funktion des Zentralnervensystems. Der Stoffwechsel von Phosphorverbindungen steht in engem Zusammenhang mit dem Stoffwechsel, insbesondere von Fetten und Proteinen. Phosphor spielt eine wichtige Rolle bei Stoffwechselprozessen in membranständigen intrazellulären Systemen und Muskeln (einschließlich des Herzens).

Phosphorverbindungen sind die häufigsten Bestandteile im Körper und nehmen aktiv an allen Stoffwechselprozessen teil.

Bei erhöhter körperlicher Aktivität sowie bei unzureichender Proteinzufuhr aus der Nahrung steigt der Phosphorbedarf des Körpers stark an.

Viele Phosphorverbindungen bilden mit Proteinen, Fettsäuren und anderen Säuren komplexe Verbindungen, die sich durch eine hohe biologische Aktivität auszeichnen. Dazu gehören Nukleoproteine ​​von Zellkernen, Phosphoproteine ​​(Kasein), Phosphatide (Lecithin) usw.

Schlechte Ernährung und der Einfluss anderer ungünstiger Faktoren, die zu einem Mangel an Phosphorverbindungen im Körper führen, führen zu häufigen Frakturen, Karies, Gelenk- und Knochenerkrankungen. Auch Nervenstörungen und Hauterkrankungen können auftreten.

Die Aufnahme von Phosphor hängt mit der Aufnahme von Kalzium, dem Proteingehalt der Nahrung und anderen damit zusammenhängenden Faktoren zusammen. Einige Phosphorverbindungen werden schlecht absorbiert. Dabei handelt es sich vor allem um Phytinsäure, die in Form von Phytinverbindungen in Getreide vorkommt.

Der Tagesbedarf eines Erwachsenen an Phosphor beträgt 1200 mg.

In den Tabellen im Anhang ist der Magnesiumgehalt bestimmter Lebensmittel aufgeführt.

Chlor

Die physiologische Bedeutung und biologische Rolle von Chlor liegt in seiner Beteiligung an der Regulierung des osmotischen Drucks in Zellen und Geweben sowie an der Normalisierung des Wasserstoffwechsels. Chlor ist im Körper in Salzsäure enthalten – dem Hauptbestandteil des Magensaftes; zusammen mit Natrium hält es das Wasser-Elektrolyt-Gleichgewicht des Körpers aufrecht, fördert die Ansammlung von Wasser im Gewebe, beteiligt sich an der Bildung von Blutplasma und hilft entfernt Giftstoffe und Abfallstoffe aus dem Körper, verbessert die Leberfunktion, fördert die normale Verdauung, aktiviert einige Enzyme, beteiligt sich am Prozess des Fettabbaus, kontrolliert den Zustand der roten Blutkörperchen und fördert die rechtzeitige Entfernung von Kohlendioxid aus dem Körper.

Chlor kann über den Schweiß ausgeschieden werden, die Hauptausscheidung von Chlor erfolgt jedoch über den Urin. Chlor in hypertonen Natriumchloridlösungen reduziert das Schwitzen sowohl bei Muskelarbeit als auch bei hohen Umgebungstemperaturen.

Ein erheblicher Teil des Natriumchlorids wird in der Haut zurückgehalten, was zu einer verstärkten Schwellung der Hautproteine ​​und einem Anstieg der Menge an gebundenem Wasser führt. Gleichzeitig steigt die Menge an Wasser, die zum Auflösen von Elektrolyten benötigt wird. All dies führt zu einer verminderten Wasserabgabe aus der Haut und zu einer verminderten Schweißbildung. Die zusätzliche Zugabe von Natriumchlorid in kohlensäurehaltiges Wasser wird häufig in Hot Shops von Industrieunternehmen eingesetzt. Die Ergebnisse einiger Studien belegen jedoch nicht, dass das Schwitzen unter dem Einfluss zusätzlicher Chlormengen, die als Bestandteil von Natriumchlorid zugeführt werden, abnimmt.

Der natürliche Chlorgehalt in Lebensmitteln ist unbedeutend. Im Wesentlichen gelangt Chlor in den Körper durch die Zugabe von Natriumchlorid zu Lebensmitteln gemäß der Rezeptur für deren Herstellung oder durch die Zugabe von Natriumchlorid zu Lebensmitteln durch den Verbraucher nach eigenem Ermessen.

Die tägliche harmlose Chlordosis für einen Erwachsenen beträgt 5-7 g.

Symptome eines Chlormangels: Muskelschwäche, Schläfrigkeit, Lethargie, Gedächtnisverlust, Appetitlosigkeit, Mundtrockenheit, Zahn- und Haarausfall. Ein starker und erheblicher Rückgang der Chlormenge im Körper kann zum Koma und sogar zum Tod führen.

Ein erhöhter Chlorgehalt im Körper ist schädlich, da er zu Wassereinlagerungen in Geweben und Organen führt, was vor allem zu einem Anstieg des Blutdrucks führt. Andere Symptome von überschüssigem Chlor: Schmerzen im Kopf und in der Brust, dyspeptische Störungen, trockener Husten, Tränenfluss, Schmerzen in den Augen. In schwereren Fällen kann es zu einem toxischen Lungenödem und einer Bronchopneumonie mit erhöhter Temperatur kommen.

Die Ursachen für überschüssiges Chlor: Einatmen konzentrierter chlorhaltiger Dämpfe in gefährlichen Industrien (Textil-, Pharma-, Chemieindustrie), Einnahme bestimmter Medikamente sowie eine Reihe von Krankheiten: Überfunktion der Nebennierenrinde, Schädigung des Hypothalamus und andere. Desinfektion von Trinkwasser mit Chlor, was zur Bildung von Verbindungen führt, die zu Viruserkrankungen der Atemwege, Gastritis, Lungenentzündung und einigen Berichten zufolge sogar Krebs führen. Es wird auch davon ausgegangen, dass beim Einatmen konzentrierter giftiger Substanzen während längerer heißer Duschen ein hohes Risiko einer Chlorvergiftung besteht.

In den Tabellen im Anhang ist der Chlorgehalt bestimmter Lebensmittel aufgeführt.

Schwefel

Schwefel ist ein mineralischer Bestandteil, ein gelbes Pulver, das in Verbindung mit Wasserstoff nach faulen Eiern riecht.

Die Bedeutung von Schwefel für das Leben des Körpers ist nicht ausreichend geklärt. Es ist bekannt, dass Schwefel ein notwendiger Strukturbestandteil einiger Aminosäuren (Methionin, Cystin), Vitamine (Thiamin usw.) ist, außerdem Bestandteil von Insulin ist und an dessen Bildung beteiligt ist. Schwefel ist für die Aufrechterhaltung einer normalen Leberfunktion und der Reinigung des Körpers notwendig.

Schwefel spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Enzymen – Wirkstoffen, die chemische Reaktionen im Körper beschleunigen. Einige Studien deuten darauf hin, dass Schwefelverbindungen den Blutdruck, den Blutzucker- und den Cholesterinspiegel senken können.

Die negativen Folgen eines übermäßigen Gehalts des Elements wurden in der Literatur nicht beschrieben. Ein Mangel an Schwefel führt zu Störungen von Stoffwechselprozessen, insbesondere des Pigmentstoffwechsels. Es wird angenommen, dass mögliche Symptome eines Elementarmangels ein erhöhter Blutzucker- und Triglyceridspiegel sowie Gelenkschmerzen sein können.

Die Menge dieses Makronährstoffs in der Nahrung ist proportional zum Proteingehalt. In tierischen Produkten ist mehr Schwefel enthalten: Geflügel, Fleisch, Meeresfrüchte, Eigelb. Unter den Produkten pflanzlichen Ursprungs sind Zwiebeln, Spargel, Bohnen, Knoblauch, Meerrettich, Nüsse, Radieschen, Radieschen, Kohl, Spinat, Pflaumen und Stachelbeeren zu erwähnen.

In den Tabellen im Anhang ist der Schwefelgehalt bestimmter Lebensmittel aufgeführt.

3. Methoden zur Bestimmung des qualitativen und quantitativen Gehalts an Makroelementen in Lebensmitteln

In unserer Zeit des technologischen Booms gibt es viele Methoden zur Bestimmung der Zusammensetzung von Lebensmitteln, von altbekannten bis hin zu den innovativsten. In diesem Abschnitt betrachten wir die gängigsten und relativ unkomplizierten Methoden im Hinblick auf ihre Umsetzung, nämlich die physikalisch-chemischen.

Diese Methoden werden am häufigsten zur Beurteilung der Qualität von Konsumgütern eingesetzt. Diese Methoden unterscheiden sich dadurch, dass die Untersuchung von Gütern mit Messgeräten durchgeführt wird und die Ergebnisse in objektiven Mengen ausgedrückt werden, sodass die Definition zuverlässig ist und durch wiederholte Analyse überprüft werden kann. Physikalisch-chemische Methoden stellen den Zusammenhang zwischen den physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung des Produkts her. Das Prinzip der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung mit jeder Methode ist dasselbe: Die Zusammensetzung eines Stoffes wird durch seine Eigenschaften bestimmt.

3.1 Emissionsspektralanalyse

Die Emissionsspektralanalyse ist eine physikalisch-chemische Analysemethode bzw. eine optische Methode.

Jeder Stoff unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung und Struktur von anderen Stoffen und weist einige individuelle Eigenschaften auf, die nur ihm eigen sind. PR, Emissionsspektren, Absorption und Reflexion von Strahlung durch einen Stoff haben eine für jeden Stoff charakteristische Form. Dieser Stoff ist auch an seiner Löslichkeit und Kristallform zu erkennen.

Bei der Verwendung von f-x-Methoden interessiert uns die Konzentration des Analyten, d. h. sein Gehalt pro Volumeneinheit der untersuchten Lösung. Die Konzentration von Stoffen wird dadurch bestimmt, dass immer ein Zusammenhang zwischen ihr und der Größe der vom Stoff ausgehenden Signale besteht. Unabhängig von der Analysemethode sind die Methoden zur Berechnung des Gehalts der gewünschten Komponente im Produkt für alle physikalisch-chemischen Methoden gleich.

3.2 Atomemissionsspektroskopie: die beliebteste Methode zur Analyse mehrerer Elemente

Es gibt kein Spektrometer zur Messung der Intensität der Lichtemission angeregter Atome – eine separate externe Strahlungsquelle als aktuelle: Die Probe selbst, ihre angeregten Atome, dienen als Strahlungsquelle. Im Zerstäuber erfolgt die Zerstäubung und Anregung der Atome gleichzeitig. Ein Zerstäuber ist eine Quelle für Niedertemperatur- oder Hochtemperaturplasma.

Die Methode basiert auf der Untersuchung von Emissionsspektren, die durch Anregung von Proben in einer harten Anregungsquelle erhalten werden. Um ein Emissionsspektrum zu erhalten, muss den Partikeln des Analyten zusätzliche Energie zugeführt werden. Zu diesem Zweck wird bei der Spektralanalyse eine Probe in eine Lichtquelle gebracht, wo sie erhitzt und verdampft wird und die in der Gasphase eingeschlossenen Moleküle in Atome dissoziieren, die beim Zusammenstoß mit Elektronen in einen angeregten Zustand übergehen. Atome können für sehr kurze Zeit (10-7 Sekunden) in einem angeregten Zustand bleiben. Sie kehren spontan in einen Normal- oder Zwischenzustand zurück und geben überschüssige Energie in Form von Lichtquanten ab.

Die Intensität der Spektrallinie bzw. die Strahlungsleistung beim Übergang von Atomen von einem Energiezustand in einen anderen wird durch die Anzahl der emittierenden Atome Ni (die Anzahl der Atome im angeregten Zustand i) und die Wahrscheinlichkeit Aik des Atomübergangs bestimmt vom Zustand i zum Zustand k.

Die optimale Temperatur, bei der die maximale Linienintensität erreicht wird, hängt vom Ionisierungspotential der Atome und der Anregungsenergie einer gegebenen Spektrallinie ab. Darüber hinaus hängt der Ionisierungsgrad von Atomen und damit die Intensität der Spektrallinie auch von der chemischen Zusammensetzung und Konzentration anderer Elemente ab.

Die Intensität der Spektrallinie hängt von der Temperatur der Lichtquelle ab. Daher ist es bei der Atomemissionsspektralanalyse üblich, die Intensität der Analyselinie relativ zur Intensität einer bestimmten Referenzlinie zu messen. Meistens handelt es sich hierbei um eine Linie, die zur Hauptkomponente der Probe gehört.

In der Praxis der Atomemissionsspektralanalyse werden Gleich- und Wechselstromlichtbögen, Flammen, kondensierte Nieder- und Hochspannungsfunken, Niederspannungsimpulsentladungen, Mikrowellenentladungen usw. als Quellen zur Anregung von Spektren verwendet.

Zur Aufzeichnung des Spektrums werden visuelle, fotografische und fotoelektrische Geräte verwendet. Bei den einfachsten Instrumenten – Stylometern und Styloskopen – wird die Intensität von Spektrallinien visuell durch ein Okular beurteilt. In Spektrographen werden Fotoplatten als Strahlungsempfänger verwendet. Bei Quantenmetern und photoelektrischen Stylometern dient eine Fotozelle als Strahlungsempfänger.

Für die quantitative Analyse ist ein weiterer Vorgang erforderlich: Messen Sie die Intensität der Spektralbänder, die zu Makroelementen gehören, und berechnen Sie anhand zuvor erstellter Kalibrierungsdiagramme oder Standards deren Konzentration, d. h. ermitteln Sie die quantitative Zusammensetzung der Probe. Für die quantitative Analyse mittels Atomemissionsspektroskopie wird Plasma als Anregungsquelle gegenüber einer Lichtbogen- oder Funkenentladung bevorzugt. Aufgrund von Schwankungen der Anregungsbedingungen sollte bei der Bestimmung der Konzentration eines Elements die Linie eines anderen Elements, ein sogenannter interner Standard, zum Vergleich herangezogen werden.

Die qualitative Analyse von Lebensmitteln mittels Atomemissionsspektroskopie umfasst die folgenden Vorgänge: Erhalten eines Spektrums, Bestimmen der Wellenlängen von Spektrallinien. Anhand dieser Daten wird mit Hilfe von Nachschlagetabellen die Zugehörigkeit der Spektrallinien zu bestimmten Makroelementen ermittelt, also die qualitative Zusammensetzung der Probe ermittelt.

Mit Plasmazerstäubern ist auch eine qualitative Analyse auf Metalle und solche Nichtmetalle möglich, deren Anregungsenergie im UV-sichtbaren Bereich liegt.

Alle Methoden der Atomemissionsspektroskopie sind relativ und erfordern eine Kalibrierung mit geeigneten Standards.

Die Messung der Intensität von Spektrallinien in der Emissionsspektralanalyse kann mit visuellen, fotografischen und fotoelektrischen Methoden durchgeführt werden.

Im ersten Fall erfolgt ein visueller Vergleich der Intensitäten der Spektrallinien des zu bestimmenden Makroelements und benachbarter Linien aus dem Spektrum des Hauptbestandteils der Probe.

Fotografische Methoden zur Aufnahme von Spektren werden am häufigsten in der Atomemissionsspektralanalyse eingesetzt. Ihr Vorteil ist die Dokumentation der Analyse, die gleichzeitige Registrierung, niedrige Nachweisgrenzen für viele Elemente und die Möglichkeit der wiederholten statistischen Verarbeitung von Spektren

Bei der fotografischen Registrierung kommt es zu einer Verschiebung der Kalibrierungskurven aufgrund von Schwankungen der Eigenschaften der fotografischen Emulsion von einer Platte zur anderen und einer unzureichend genauen Wiedergabe der Entwicklungsbedingungen.

Um Daten mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit zu erhalten, werden häufig photoelektrische Methoden zur Aufzeichnung und Photometrie von Spektren verwendet. Der Kern dieser Methoden besteht darin, dass der Lichtstrom der gewünschten Analyselinie mithilfe eines Monochromators vom Rest des Probenspektrums getrennt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Intensität der Linie wird anhand des Werts dieses Signals (Strom oder Spannung) gemessen.

Moderne Spektrometer sind mit Datenbanken ausgestattet, die bis zu 50.000 wichtige Linien verschiedener Elemente enthalten. Durch sequentielles Scannen des gesamten Wellenlängenbereichs mit solchen Geräten ist es möglich, in relativ kurzer Zeit – 45 Minuten – eine vollständige qualitative Analyse durchzuführen.

Die Atomemissionsspektroskopie wird überall dort eingesetzt, wo eine Multielementanalyse erforderlich ist: in der Medizin, bei der Untersuchung der Zusammensetzung von Erzen, Mineralien, Wässern, bei der Analyse der Qualität von Lebensmitteln und des Gehalts an Makroelementen in ihnen.

3.3 Atomabsorptionsspektralanalyse

AAA ist eine Methode zur Bestimmung der Konzentration durch Absorption von Schichten von Parametern eines Elements monochromatischen Lichts, dessen Wellenlänge dem Zentrum der Absorptionslinie entspricht. Die Analyse erfolgt anhand der empfindlichsten Spektrallinien der Absorption, die Übergängen vom Grundzustand in einen Zustand höherer Energie entsprechen. In den meisten Fällen sind diese Linien auch die empfindlichsten in der Emissionsanalyse. Wenn die Moleküle eines Stoffes Licht in Streifen über breite Wellenlängen absorbieren, erfolgt die Absorption durch Atompaare in engen Grenzen, in der Größenordnung von einem Tausendstel Nanometer.

Bei AAA wird der Analyt unter dem Einfluss thermischer Energie in Atome zerlegt. Dieser Vorgang wird Atomisierung genannt, d. h. die Umwandlung einer Substanz in einen Dampfzustand, in dem die zu bestimmenden Elemente in Form freier Atome vorliegen, die Licht absorbieren können. Die Emission und Absorption von Licht sind mit den Übergangsprozessen von Atomen von einem stationären Zustand in einen anderen verbunden. Bei Anregung bewegen sich die Atome in einen stationären Zustand k mit der Energie Ek und kehren dann mit der Energie in den ursprünglichen Grundzustand i zurück und emittieren Licht einer bestimmten Frequenz.

Strahlungsübergänge erfolgen spontan und ohne äußeren Einfluss.

Die meisten zu unterschiedlichen Zeiten vorgeschlagenen Klassifizierungen basieren auf den Eigenschaften der chemischen oder gasförmigen Zusammensetzung von Wässern, und als Grundlage für die Unterscheidung von Klassen wurden üblicherweise entweder die vorherrschenden Ionen oder Mikroelemente oder Gase usw. herangezogen. Der Hauptnachteil dieser Klassifizierungen ist das Fehlen eines umfassenden Prinzips bei der Bewertung von Mineralwässern.

V. V. Ivanov und G. A. Nevraev entwickelten eine Klassifizierung, die auf den Hauptkriterien für ihre Bewertung und Daten zu den Entstehungsmustern von Mineralwässern basiert. Basierend auf den tatsächlich in der Natur vorkommenden Wasserarten schlugen sie eine Klassifizierungstabelle vor, in der jedem Wasser ein genau definierter Platz zugeordnet wird. Eine solche Klassifizierungstabelle hat eine wichtige praktische Bedeutung: Mithilfe der Analogie- und Vergleichsmethode kann man die medizinischen Eigenschaften des neu gewonnenen Wassers beurteilen (aufgrund seiner Größe wird die Tabelle hier nicht angezeigt).

Nach der Klassifikation von Ivanov und Nevraev werden alle natürlichen (unterirdischen) Gewässer nach Zusammensetzung, Eigenschaften und medizinischem Wert in sechs balneologische Hauptgruppen eingeteilt.

Gruppe A. Wässer ohne „spezifische“ Bestandteile und Eigenschaften. Ihr medizinischer Wert wird nur durch die ionische Zusammensetzung und die Menge an Mineralisierung bestimmt, da in ihrem Gasbestandteil hauptsächlich Stickstoff und Methan vorhanden sind, die im Wasser in gelöstem Zustand bei atmosphärischem Druck nur in geringen Mengen enthalten sind.

Gruppe B. Das Wasser ist kohlensäurehaltig. Ihr medizinischer Wert wird vor allem durch das Vorhandensein großer Mengen gelösten Kohlendioxids bestimmt, das in der Gesamtgaszusammensetzung dieser Wässer eine dominierende Stellung einnimmt (80-100 %), sowie durch die ionische Zusammensetzung und die Menge der Mineralisierung.

Gruppe B. Schwefelwasserstoff (Sulfid)-Wasser. Diese Wässer zeichnen sich durch das Vorhandensein von freiem Schwefelwasserstoff und Hydrosulfidionen in ihrer Zusammensetzung aus, die die therapeutische Wirkung von Mineralwässern bestimmen, die hauptsächlich für Bäder verwendet werden. Der Gesamtschwefelwasserstoffgehalt dieser Wässer sollte nicht unter 10 mg/l liegen.

Gruppe G. Das Wasser ist eisenhaltig (Fe + Fe), arsenhaltig (As) und weist einen hohen Gehalt an Mn, Cu, Al usw. auf. Ihre therapeutische Wirkung wird zusätzlich zur Ionen- und Gaszusammensetzung und Mineralisierung durch das Vorhandensein von einem dieser Stoffe bestimmt oder mehrere der aufgeführten pharmakologisch aktiven Bestandteile. Für den Gehalt an Mn, Cu und Al in diesen Gewässern wurden keine Standards festgelegt. Diese Elemente kommen in erhöhten Konzentrationen normalerweise nur in stark eisenhaltigen Sulfatwässern der Oxidationszone von Erzlagerstätten sowie in stark sulfat- und chloridsulfathaltigen (fumarolischen) Thermalwässern vulkanischer Gebiete vor.

Gruppe D. Das Wasser ist Bromid (Br), Jodid (I) und reich an organischer Substanz. Um Wässer als Bromid und Jodid (oder Jod-Bromid) zu klassifizieren, beträgt der zulässige Bromgehalt 25 mg/l und der Jodgehalt 5 mg/l mit einer Mineralisierung von nicht mehr als 12–13 g/l. Mit höherer Mineralisierung erhöhen sich die Normen entsprechend.

Es wurden noch keine ausreichend begründeten Standards zur Beurteilung des hohen Gehalts an organischer Substanz in medizinischen Mineralwässern entwickelt. Es sind zwei Arten von Mineralwässern mit einem hohen Gehalt an organischer Substanz bekannt: Naftusya (Westukraine) und Bramstedt (Deutschland).

Gruppe E. Das Wasser ist Radon (radioaktiv). Zu dieser Gruppe gehören alle Mineralwässer, die mehr als 50 Eman/l (14 Mache-Einheiten) Radon enthalten.

Gruppe J. Kieselhaltige Thermalbäder. Zu dieser Gewässergruppe zählen die in der Natur weit verbreiteten kieselsäurehaltigen Thermalwässer. Als bedingte Norm wird ein Gehalt von 50 mg/l bei einer Temperatur von mehr als 35 °C angenommen.

Darüber hinaus werden Wassergruppen entsprechend ihrer Gaszusammensetzung in drei Untergruppen eingeteilt: a) Stickstoff, bei dem das Gas hauptsächlich atmosphärischen Ursprungs ist; b) Methan (einschließlich Stickstoff-Methan und Kohlendioxid-Methan), wobei das Gas hauptsächlich biochemischen Ursprungs ist; c) Kohlendioxid, wobei das Gas meist endogenen Ursprungs ist. Zur letzten Gruppe zählen auch vulkanische Gase, bei denen fast immer Kohlendioxid vorherrscht.

Mineralwässer der Gruppe A können Stickstoff- und Methangase enthalten; in den Gruppen B und F - Stickstoff, Methan und Kohlendioxid; in den Gruppen G und E - Stickstoff und Kohlendioxid; in Gruppe D - Stickstoff und Methan; Alle Wässer der Gruppe B sind ausschließlich kohlenstoffhaltig.

Gleichzeitig werden alle Mineralwässer nach Zusammensetzung und Mineralisierung in 9 Klassen eingeteilt ( Anhang 1). Dabei wurden alle Ionen berücksichtigt, die in Mengen von mindestens 20 % Äquivalent enthalten waren. Wie aus ersichtlich ist Anwendungen 1 Die erste Klasse umfasst alle Wässer mit einer Gesamtmineralisierung von bis zu 2 g/l, unabhängig von ihrer Zusammensetzung, da bei einer so geringen Mineralisierung die therapeutische Wirkung von Mineralwasser nicht durch die ionische Zusammensetzung, sondern durch das Vorhandensein jeglicher pharmakologischer Substanzen bestimmt wird aktive Mikrokomponenten oder spezifische Eigenschaften. In allen anderen Klassen liegt die Anzahl der Unterklassen zwischen 3 und 7.

IN Anhang 1 Es wurden mehrere Mineralisierungsgrade identifiziert: bis zu 2, 2-5, 5-15, 15-35, 35-150 und über 150 g/l. Eine solche balneologisch und genetisch sinnvolle Einteilung zeigt die übliche Mineralisierung der in der Natur am häufigsten vorkommenden Mineralwasserarten.

Basierend auf der Temperatur werden Mineralwässer in drei Gruppen eingeteilt:

immer kalt, bildet sich in der Regel in geringer Tiefe;

je nach Zirkulationstiefe kalt, warm oder heiß;

immer heiß, deren Entstehung und kompositorische Merkmale eng mit ihrer Territorialität verbunden sind. Letztere umfassen alle Begriffe der Gruppen B und D. ( Anwendung 2)

Basierend auf dem pH-Wert werden Gewässer in 6 Gruppen eingeteilt. Für die therapeutische Beurteilung schwefelwasserstoffhaltiger (sulfidhaltiger) Wässer ist der pH-Wert besonders wichtig, da er das Verhältnis von freier und kieselsäurehaltiger Thermik in den Wässern bestimmt, wobei die Menge und Form des Vorkommens von der Alkalität bzw. dem Säuregehalt der Wässer abhängt.

Diese Einteilung der Mineralwässer nach dem pH-Wert – nach Säure-Base-Eigenschaften – wurde von A.N. Pavlov und V.N.

Diese Klassifizierungen von Heil-, Industrie- und Thermalwasser sind privater Natur und haben einen besonderen Zweck. Es gibt zahlreiche Versuche, allgemeine, naturgeschichtliche, genetische und andere Klassifizierungen natürlicher Gewässer nach Zusammensetzung und Mineralisierung zu erstellen.

Die Klassifizierung der Mineralwässer von Ivanov und Nevraev nach Mineralisierung ist für Heilwässer bestimmt und nicht für industrielle und thermische Energieanwendungen geeignet. IN Anhang 3 Es wird eine allgemeine Klassifizierung von Gewässern nach Mineralisierung vorgeschlagen.