人类骨灰的主要化学成分是什么?元素比例如何?

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感谢邀请,昨晚(2020年4月11日)11点多看到这个邀请,我还点了稍后答……觉得还是挺有意思而且挺冷门的一个问题,想着今天查查资料,然后回答一下,然而没想到,今天醒了就看到大佬 @赵泠 的回答了……

虽然大佬的回答已经非常准确和详尽了,但我觉得我依然可以再做些边边角角的补充~


首先

骨灰是骨被煅烧掉有机物并以骨灰研磨机磨碎而成的灰白色粗糙破片

火化炉分为扒灰式和捡灰式,都不一定需要研磨,也不是每个地方都有专门的研磨机,即便没有研磨机,扒灰式出来的一般也会很细碎,主要是因为需要用铁钎去翻动遗体,结束后还要扒骨灰……对于捡灰式火化炉,出来的骨灰甚至可以保持原本的骨骼形态……


其次,根据这篇文章[1]中提到的牛骨灰(下面图里),CaO和P2O5的含量与赵姐所说的比例差不多正好相反

说明这个比例或许和物种有关系,当然也可能和不同人测定的样品不同有关系~

火葬专家称,可以将人骨灰视为:
氧化钙 39.0%
五氧化二磷 50.2%

然后我觉得不是很对劲,我就简单算了一下(对于固体粉末,百分比通常默认指代质量分数)

如果是磷酸三钙 Ca_{3}(PO_{4})_{2} 的话,换算为氧化钙和五氧化二磷大概的质量比可以这样算一下:

其中钙元素和磷元素摩尔比 Ca:P\sim3:2

那么换成氧化钙和五氧化二磷,摩尔比就是CaO:P_{2}O_{5}\sim3:1

他们的质量比就是

56.077(氧化钙相对分子质量)×3:141.94(五氧化二磷相对分子质量)×1

也就是168.231:141.94=1.1852

那么我找的这个文献里牛骨的氧化钙:五氧化二磷质量比是1.340,而赵姐数据来源里人骨的氧化钙:五氧化二磷质量比是0.777


那么问题就来了,如果钙多磷少(我文献里的牛骨),就相对磷酸钙来说,少了一些阴离子,那么可能是存在的其他钙盐有哪些呢?我简单搜了一下,结合牛骨灰里主要元素考虑,可能还有

硅酸钙 CaSiO_{3} (高强度,耐高温,号称石棉替代物,也是应用在陶瓷、玻璃等,除了保温、耐火之类的应用,也做抛光、助滤之类用)

钛酸钙 CaTiO_{3} (最典型的钙钛矿,可以用来做压电陶瓷的原料,当然,钛酸钡本身就是一种非常有名的压电陶瓷材料)

铝酸钙 xCaO·yAl_{2}O_{3} (一种硬度大、熔点高的化合物,常用于水泥原料和灭火材料里,在钢铁冶炼中也用来脱硫脱氧)

铁酸钙 xCaO·yFe_{2}O_{3} (主要用在钢铁冶炼中,加速化渣,同时用来脱磷)

以及他们的套娃,比如硅铝酸钙 xCaO·yAl_{2}O_{3}·zSiO_{2} ,铁铝酸钙 xCaO·yAl_{2}O_{3}·zFe_{2}O_{3} ……

当然了,无机非金属材料的结构一般都很复杂, 而写法又很随意的,所以,完全可以有类似 mCaO·nAl_{2}O_{3}·wFe_{2}O_{3}·xTiO_{2}·yP_{2}O_{5}·zSiO_{2} 这样的终极套娃写法~~~



如果钙少磷多(赵姐数据里的人骨),那就应该是钾离子、钠离子、镁离子之类来提供阳离子

类似可以写成 mK_{2}O·nNa_{2}O·xMgO·yCaO·zP_{2}O_{5} ~~~

(鉴于我不是专门学无机非金属的,所以如果在写法上有什么问题,欢迎大佬们指正)


还有,主要成分很可能不是磷酸钙,而是羟基磷灰石

顺便,在这篇文章里,作者还研究了骨灰煅烧的过程(虽然是牛骨)

通常火化炉主燃室火化温度温度是900℃或900-1000℃,所以从红外光谱里大家可以对应看c或者d曲线……明显还有碳酸根的信号峰的(1500左右是碳氧双键伸缩振动峰,1000以下的应该是个弯曲振动峰),也就论证了骨灰里确实存在少量碳酸盐

不过还是可以有1~4%的碳以碳酸盐形式残留,这些碳可以被提取出来加工成钻石,近年来也算一种丧葬形式 (引自赵姐回答)

以及从X射线粉晶衍射的c和d里看,作者还是认为骨灰中存在的是羟基磷灰石的(而非磷酸钙),于是我又搜了一下,有说法是羟基磷灰石熔点能到1100℃[2],还有论文说,羟基磷灰石普遍烧至1200-1350℃,分解为β-磷酸钙的转化效率才会比较高[3],所以对于火化的温度来说,还是很有可能依然是羟基磷灰石的(不过这个图三还是有问题,1400℃按说都应该已经转化为磷酸钙了……)


然后,另一个有意思的事情就出现了……有心的小伙伴们可能已经关注到了,我引的文章是一个做骨灰瓷的文章……我甚至还专门拿搜了一下~

骨灰瓷

英国是骨灰瓷的发祥地,有较久的生产历史。英国将取自动物骨灰的磷酸三钙至少含有30 % 的透明瓷器称为骨灰瓷。(美国要求的比例至少是25%,日本没有比例上的严格要求)
骨灰瓷的生产始于英国,但究竟谁第一个制成了骨灰瓷尚无定论,一般认为乔赛亚· 斯波德(1755-1827年)是创始人。现在的骨灰瓷出现于十八世纪末到十九世纪初。
英国利用骨灰作为瓷器原料的动机出自于对中国瓷器的了解。他们为了也能制造出象中国那样洁白、透光性好的瓷器,而想到了利用骨灰的可能性。起初是以各种动物的骨灰为其原料,而现在则是以牛骨为主(因其含杂质少)。[4]

这么看来,其实根本没必要通过把亲人骨灰里面微量的碳烧成钻石保留下来……直接拿全部骨灰烧成陶瓷似乎效果更好(手动狗头)

顺便吐槽一句,这个领域国内2000年之后研究比较多的似乎是厦门大学……随便搜了一下“骨灰成分”,搜到5篇骨灰瓷相关文献,居然有三篇都是厦大的,一个期刊,两个硕士学位论文……



补充一下,这个回答发了之后,给同学看到,同学告诉我,还真有用人骨灰做的骨灰瓷……为这个行业的脑洞和大佬们的商业头脑点赞


另外,还看到一篇文献[5],是研究猪的养殖的,发现投喂饲料里面钙和磷含量会对猪骨骨灰中钙和磷的含量有影响

骨骼灰分和骨磷含量与可消化钙磷水平呈线性相关,同时可消化钙磷水平对其的影响表现为显著交互效应(P < 0.05)

所以说,类比到人身上,补钙之类的不仅生前会有体现,在人死后还会体现在骨灰中钙和磷的含量上……

参考

  1. ^戴瑾,严星煌,李锦堂,罗学涛;骨灰煅烧改性对骨质瓷性能的影响[J];厦门大学学报(自然科学版);2009年04期 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDZK200904020.htm
  2. ^羟磷灰石 https://www.chemsrc.com/cas/1306-06-5_951432.html
  3. ^杨春. 羟基磷灰石(HAP)材料制备及性能研究[D].哈尔滨工程大学,2010. https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFD0911&filename=1011021329.nh&v=MTMzMTNpbmtXci9CVkYyNkg3TzZIOUxPcHBFYlBJUjhlWDFMdXhZUzdEaDFUM3FUcldNMUZyQ1VSN3FmWStkc0Y=
  4. ^矶野赳夫·市古忠利;刘光耀;;谈谈骨灰瓷[J];河北陶瓷;1976年Z1期 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBTC1976Z1012.htm
  5. ^何博,王勤,郑淑容.可消化钙水平对饲喂不同磷含量日粮生长猪生长性能和骨成分的影响[J].中国饲料,2020(02):80-84. https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFDAUTO&filename=SLGZ202002020&v=MTk0OTF0RkNybVVMdkpOaUhNZExHNEhOSE1yWTlIWklSOGVYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVI3cWZZK2Q=

人骨灰是人的骨骼被煅烧掉有机物并以骨灰研磨机等手段打碎而成的灰白色粗糙破片,主成分是磷酸三钙。其具体材料配比受该骨头的部位与病变状况和死者生前的生活习惯、身体情况、死亡年龄等影响,可含有钠、钾、镁、铜、锌、铅、镉、锶、钡、硼、氟、硅、锰、铁、钴、铬、砷、银、锂、硒、钒、钛、钚、铀等等。

火葬专家称,可以将人骨灰视为:

氧化钙 39.0%

五氧化二磷 50.2%

氧化钾 4.8%

氧化钠 3.8%

氧化镁 0.9%

二氧化硅 1.1%

三氧化二铁 0.2%

氧化锌 0.1%

近几十年的检测可以发现锶占了人骨灰的0.07~0.25%,锂、硼、钡通常不到0. 01%的水平。

硫和大部分碳在煅烧过程中排出,不过还是可以有1~4%的碳以碳酸盐形式残留,这些碳可以被提取出来加工成钻石,近年来也算一种丧葬形式。

另一火葬专家的想法:

牙科治疗用的金牙、银牙、钯、铂等也会留在骨灰里,可以捡走。心脏起搏器、人造髋关节之类通常在火化之前取下,以免起搏器爆炸、坚硬金属损伤研磨机。

其它脊椎动物的骨灰配比和人类有差异,材料都是一回事。