磷酸盐
磷酸盐(phosphate),符号:PO3−4,是磷酸的盐,在无机化学、生物化学及生物地质化学上是很重要的物质。是几乎所有食物的天然成分之一,作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。
2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,磷-32,磷酸盐形式在一类致癌物清单中。
2025年3月16日,根据《中华人民共和国食品安全法》规定,经食品安全国家标准审评委员会审查通过,发布50项食品安全国家标准和9项修改单。其中包含《食品中多种磷酸盐的测定》(GB 5009.256-2025)1。
基本信息
- 中文名
磷酸盐
- 外文名
phosphorous salts
- 分类
正磷酸盐、缩聚磷酸盐
- 用途
重要的食品配料和功能添加剂
- 化学符号
PO3−4
- 涉及学科
无机化学、生物化学、生物地质化学
物质结构
磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一,作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。
天然存在的磷酸盐是磷矿石(含磷酸钙),用硫酸跟磷矿石反应,生成能被植物吸收的磷酸二氢钙和硫酸钙,可制得磷酸盐。磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐:在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐、钙盐、钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐,常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种,磷酸钠盐是国内食品磷酸盐的主要消费种类,随着食品加工技术的发展,磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。
磷酸盐是元素磷自然产生的形态,在多种磷酸盐矿物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很难发现的(只有极少量在陨石中可以找到)。在矿物学及地质学,磷酸盐是指含有磷酸盐离子的石或矿石。
在生物中,磷是以溶液中游离的磷酸盐离子的形态出现,称为“无机磷酸盐”,这是要与其他在磷酸酯中的磷酸盐作出区别的。无机磷酸盐是会以Pi来表示,它可以是由焦磷酸盐(以PPi来表示)水解而得: 如左图。
但是,磷酸盐最普遍是以一磷酸腺苷(AMP)、二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)、脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)的形式出现,且可以经由水解ADP或ATP而被释放出来。对于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反应。在ADP及ATP,或其他二磷及三磷核苷中的磷酸酐键,包含着大量的能量,所以它们在生物中有着重要的地位。它们一般会被称为高能磷酸磷,就像在肌肉组织中的磷酸肌酸一样。一些如膦的化合物在有机化学上亦会被使用,但它却似乎没有自然的相应物。
由于磷酸盐对生物的重要性,所以在生态学上,它是高度被采集。因此,它在环境中往往是限量试剂,而它的可得性则决定生物成长的速度。将大量的磷酸盐加入缺乏磷酸盐的环境或微生物环境中,会对生态有着重大的影响。例如,某一种生物的瀑涨会使其他生物死亡,及某种生物数量的减少会令如氧等资源的缺乏等(参富营养化)。在污染的问题下,磷酸盐是总溶解固体量(一种主要的水质指标)的主要成份。
理化性质
在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。在碱性的溶液下,该官能团会释放两个氢原子,并离化磷酸盐带有-2的形式电荷。磷酸盐离子是一个多原子的离子,它包含一个磷原子,并由四个氧原子所包围,形成一个正四面体。磷酸盐离子带有-3的形式电荷,且是磷酸氢盐离子的共轭碱;磷酸氢盐离子则是磷酸二氢盐离子的共轭碱;而磷酸二氢盐离子又是磷酸的共轭碱。它是一个超价分子(磷原子在其价壳层有着10个电子)。磷酸盐亦是一个有机磷化合物,其化学式为OP(OR)3。
除了一些碱金属外,大部份磷酸盐,在标准状态下,都是不可溶于水的。
在稀释的水溶液中,磷酸盐以四种形式存在。在强碱环境下,磷酸盐离子会较多;而在弱碱的环境下,磷酸氢盐离子则较多。在弱酸的环境下,磷酸二氢盐离子较为普遍;而在强酸的环境下,则水溶的磷酸是主要存在的形式。
分布情况
在北美洲最大型的磷矿粉矿床位于美国的佛罗里达州中部、爱德荷州的索达斯普陵、北卡罗莱那州沿岸区域。而其次的是位于蒙大拿州、田纳西州、佐治亚州及南卡罗莱那州近查尔斯顿。瑙鲁这个细少的岛国就曾经是有着大量高质素的磷酸盐矿产,但现时已被大量挖掘。磷矿粉亦可以在纳弗沙岛、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及约旦找到,这些地方亦有大量的磷酸盐矿业。
应用领域
化工化肥产业
磷酸盐一般会用在清洁剂中作为软水剂(water softener),但是因为藻类的繁荣衰退周期会影响磷酸盐在分水岭的排放,所以在某些地区磷酸盐清洁剂是受到管制的。
在农业上,磷酸盐是植物的三种主要养分之一,且是肥料的主要成份。磷矿粉是从沉积岩的磷层中开采。以前它在开采后不用加工便可使用,但现时未加工的磷酸盐只会用在有机耕种上。一般它都是会化学加工制成过磷酸石灰、重过磷酸钙或磷酸二氢铵,它们的浓度都较磷酸盐高,且较易溶于水,所以植物可以较快吸收。
肥料级数一般有三个数字:第一个是指氮的数量,第二个是指磷酸盐的数量,而第三个是指碱水。所以一个10-10-10的肥料就每种成份各有10%,而其他的则是填充物。