Faktat kuparista

Mikä on kupari?

Kupari on vaalean punertavanruskea metallielementti, jonka alkuaineiden jaksollisessa taulukossa on symboli "Cu" ja atominumero 29. Nimi kupari on johdettu sanasta Kypros, saari, jolta roomalaiset hankkivat kuparinsa. Se oli ensimmäinen metalli, jota ihmiset käyttivät laajalti.

Luonnossa esiintyvää puhdasta kuparia kutsutaan "natiivikupariksi". Kuparia löytyy myös luonnosta sekoitettuna muiden alkuaineiden kanssa useissa yhdisteissä, joista monet erottuvat sinivihreästä väristään. Turkoosi, malakiitti ja atsuriitti ovat kolme loistavan väristä kupariyhdistettä, joita käytetään jalokivinä. Kuparisulfaatti ja kuparioksidi ovat kaksi tärkeää kupariyhdistettä, joita käytetään teollisuudessa ja maataloudessa. Kuparia voidaan sekoittaa muiden metallien kanssa seoksiksi, kuten pronssiksi (kupari ja tina) ja messingiksi (kupari ja sinkki).

Hapetettu kupari tai kupari, joka on altistunut ilmalle, muodostaa vihreän pinnoitteen tai "patinan", joka näkyy vanhoissa kuparipenneissä, Vapaudenpatsaalla ja kuparikatoissa.

Mistä kuparia löytyy?

Kuparia on luonnollisesti kivessä joko puhtaassa muodossaan tai yhdisteinä. Geologiset, meteorologiset ja biologiset prosessit levittävät kuparia ilmaan, maaperään ja veteen sekä organismeihin.

Maailman suurimmat tunnetut kuparimalmiesiintymät ovat Chuquicamatassa Chilen Andeilla, ja suurin alkuperäisen kuparin esiintymä on Michiganin yläniemimaalla. Tärkeimmät kuparin tuottajat ovat Chile, joka toimittaa 35 prosenttia maailman kuparista, ja Yhdysvallat, joka tuottaa noin 11 prosenttia. Myös Kanada, entisen Neuvostoliiton maat, Sambia, Kiina, Puola ja Kongon demokraattinen tasavalta ovat kuparia tuottavia maita.

Ihmisen toiminta muodostaa suuren osan nykyään ilmasta, maaperästä ja vedestä löytyvästä kuparista. Teolliset toiminnot, kuten sulatot, valimot, voimalaitokset, polttolaitokset ja muut polttolähteet päästävät kuparia ilmakehään, josta se voi palata sateen mukana maahan. Sulatat ja muut kuparin tuotantolaitokset päästävät korkeita kuparipitoisuuksia ympäröivään ilmaan ja maaperään. Kuparikaivokset voivat olla merkittävä saastelähde. Rikastushiekkauksessa oleva kupari ja muut mineraalit - kivestä malmin louhinnan jälkeen jääneet jätteet - päätyvät maaperään ja vesistöön. Vettä voivat saastuttaa myös monet muut kuparilähteet, mukaan lukien kuparipohjaisia ​​torjunta-aineita käyttävien maatilojen maatalouden valuma.

Kupari on välttämätön alkuaine kaikille eläville organismeille, joten sitä on syömissämme ravinnossa - olipa se sitten kasveja tai eläimiä - ja ihmisen kudoksissa.

Mitkä ovat kuparin käyttötarkoitukset?

Ihminen on käyttänyt kuparia lähes kymmenentuhatta vuotta. Muinaisista ajoista lähtien kuparia on käytetty yksinään ja yhdessä muiden metallien kanssa aseiden, työkalujen, taloustavaroiden ja taideteosten valmistukseen.

Kuparin korkea johtavuus teki siitä suosituimman metallin sähkötekniikan kehityksessä 1700- ja 1800-luvuilla. Kupari on kolmanneksi eniten käytetty metalli maailmanlaajuisesti - teräksen ja alumiinin jälkeen. Nykyään rakentaminen kuluttaa eniten kuparia. Kuparia käytetään asuntojen ja muiden rakennusten rakentamisessa, autojen ja lentokoneiden valmistuksessa sekä vesijohtoputkissa. Sähkö- ja sähkötuoteteollisuus on seuraavaksi suurin kuparin kuluttaja. Kuparia käytetään myös tietoliikenteessä. Huomattava määrä Yhdysvalloissa käytettävää kuparia tulee kierrätetystä romusta ja kuparin tuotannosta yli jääneestä romusta.

Vuoden 1936 yhdysvaltalainen kupariseoksesta valmistettu penni, vuoden 1943 sinkitty teräspenni ja moderni vuodelta 2004 kuparipinnoitettu sinkkipenni. Kuva: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Yhdysvaltain penniä valmistettiin puhtaasta kuparista vuosina 1793–1837. Seuraavina vuosina niitä valmistettiin erilaisista kupariseoksista, mukaan lukien pronssi ja messinki. Vuonna 1943, kun kuparitoimitukset ohjattiin toisen maailmansodan sotatoimiin, suurin osa lyödyistä penneistä oli sinkittyä terästä. Vuodesta 1982 lähtien pennit sisältävät vain 2,5 prosenttia kuparia - ne ovat sinkkiä ohuella kuparipinnoitteella.

Kuparisulfaattia, luonnossa esiintyvää ja valmistettua kuparisuolaa, käytetään viljelykasvien sienitautien torjunta-aineena, torjunta-aineena etanoiden ja etanoiden tappamiseen sekä vedenkäsittelyssä vesikasvillisuuden tuhoamiseen. Tällä kemikaalilla on vakava krooninen myrkyllisyys, joka vaikuttaa maataloustyöntekijöihin ja ympäristöön.

Modernit kuparista tai kupariseoksesta valmistetut rannekorut Zimbabwesta. Kuva: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Kupariyhdisteitä käytetään myös puun säilöntään sekä nahan parkituskemikaalina ja peittausaineena (kiinnitysaineena) tekstiilien värjäyksessä. Kuparia käytetään edelleen taideteoksissa ja koruissa ympäri maailmaa. Joissakin osissa Afrikkaa kupariset rannekorut ja taideteokset valmistetaan käytöstä poistetusta kuparilangasta ja romuista. Monissa osissa Etelä- ja Kaakkois-Aasiaa kuparia, messinkiä ja pronssia käytetään laajalti keittiövälineissä, astioissa, uskonnollisissa patsaissa ja taideteoksissa. Navajo ja muut Yhdysvaltojen lounaisheimokansat käyttävät joskus kuparia koruissa.

Tarvitsemmeko kuparia terveyteen?

Kuparia sisältävät ruoat. Kuva: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Kupari on välttämätön ravintoaine kaikille eläville olennoille. Kupari on osa yli 30 entsyymiä ihmiskehossa, joista osa osallistuu kollageenisynteesiin. Ihmisillä kupari on välttämätön sidekudoksen, hermopäällysteiden ja luun terveelle kehitykselle. Se osallistuu myös sekä raudan että energian aineenvaihduntaan. Kuparin puute, vaikka se onkin harvinainen, voi aiheuttaa anemiaa ja sidekudoksen, luuston ja hermoston poikkeavuuksia.

Dietary Reference Intake (DRI) -suositukset, jotka Yhdysvaltain elintarvike- ja ravitsemuslautakunta National Academies Institute of Medicine on asettaneet 2001, asettavat sekä suositellut ravintomäärät (RDA) että ylärajat. kuparin saantitasot. Ryhmän saantisuositus on 0,9 milligrammaa kuparia päivässä aikuisille, enemmän imettäville naisille (1,3 milligrammaa) ja vähemmän lapsille (0,34 milligrammaa alle 3-vuotiaille lapsille ja 0,44 milligrammaa 4–8-vuotiaille lapsille) ). Yläraja on 10 milligrammaa päivässä terveille aikuisille. Koska elimistö ei syntetisoi kuparia, tämän välttämättömän kuparin on tultava ravinnosta.

Hyviä ravinnonkuparin lähteitä ovat maksa ja muut elimet, osterit, pähkinät, siemenet, tumma suklaa ja täysjyvät. Osa kuparia on myös perunoissa, rusinoissa, sienissä ja kikherneissä ja muissa palkokasveissa. Kupariputkissa syötetty juomavesi voi edistää kuparin saantia.

Liiallinen ravinnon sinkki voi aiheuttaa kuparin puutetta.

Voiko kupari aiheuttaa terveysriskin?

Aivan kuten osa kuparista on välttämätön terveydelle, liika määrä voi olla haitallista. Terve ihminen voi erittää ylimääräistä kuparia. Suuret annokset, pitkäaikainen altistuminen ja tietyt altistumisreitit voivat kuitenkin ylittää biologiset prosessit, jotka erittävät ylimääräistä kuparia kehosta.

Kuparipölyn ja -höyryjen hengittäminen (kuparin tuotanto- ja käsittelylaitoksista) voi vaikuttaa hengitysteihin aiheuttaen yskimistä, aivastelua ja rintakipua. Se voi myös vaikuttaa haitallisesti maha-suolikanavaan aiheuttaen pahoinvointia ja ripulia. Myös maksan ja endokriinisen toiminta saattaa vaikuttaa. Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet muutoksia veressä, mukaan lukien alentunut hemoglobiini- ja punasolujen määrä kuparille altistumisen jälkeen hengitettynä. Kuparipöly ja -höyryt voivat aiheuttaa silmien ärsytystä, päänsärkyä ja lihassärkyä.

Suurten kupariyhdisteiden (kuten kuparisulfaatin) nieleminen voi aiheuttaa kuoleman hermoston, maksan ja munuaisten vajaatoiminnan vuoksi. Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että kuparin nauttiminen voi myös olla osallisena sepelvaltimotautiin ja korkeaan verenpaineeseen, vaikka toiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kuparin puute voi vaikuttaa sepelvaltimotautiin. Juomaveden korkeat kuparipitoisuudet voivat aiheuttaa oksentelua, vatsakipua, pahoinvointia ja ripulia, ja sitä on raportoitu ihmisillä, jotka juovat vettä kupariputkista.

Sinkkiä ja kelatointiaineita voidaan käyttää poistamaan ylimääräistä kuparia kehosta.

Kuparilla ei tiedetä olevan merkitystä syövässä tai synnynnäisissä epämuodostumissa.

Kenelle kuparimyrkytys voi aiheuttaa vahinkoa?

Suuret annokset kuparia sisältäviä yhdisteitä, kuten kuparisulfaattia, ovat myrkyllisiä myös niille, joilla on terve maksa. Joillakin ihmisillä on kuitenkin suurempi riski kuparin myrkyllisyydestä. Ihmiset, joilla on tietyt maksasairaudet ja ne, joilla on perinnöllinen kyvyttömyys metaboloida kuparia, ovat erityisen herkkiä kuparin toksisuudelle, kuten ihmiset, joilla on Menkesin tauti, perinnöllinen aceruloplasminemia ja Wilsonin tauti.

Penisillamiinia, jonka kemiallinen rakenne on esitetty tässä, käytetään kelatoivana aineena Wilsonin taudin hoidossa. Kuva: Dartmouth Toxic Metals Research Program

Ihmiset, joilla on Wilsonin tauti, resessiivinen perinnöllinen kyvyttömyys poistaa kuparia elimistöstä, ovat erityinen riski kehittää myrkyllisiä kuparipitoisuuksia kudoksissaan, erityisesti maksassa ja aivoissa. Hoitamattomana tämä tila voi johtaa maksan vajaatoimintaan, vakaviin neurologisiin tai psykiatrisiin ongelmiin ja kuolemaan.

Wilsonin tautia voidaan hoitaa tehokkaasti sinkkiasetaatilla, joka estää kuparin imeytymisen. Kelatoivat aineet ovat myös tehokkaita sitoutumalla kupariin kehossa ja sallimalla sen erittymisen virtsaan. Molempien hoitomuotojen on oltava jatkuvaa potilaan koko elämän ajan. Ruokavalion kuparin vähentäminen voi myös vähentää oireita, vaikka tämä ei yksinään ole tehokasta hoitoa. Taudin kantajat - ihmiset, joilla on yksi kopio viallisesta geenistä - eivät kehitä tautia, mutta heillä voi olla hieman epänormaali kupariaineenvaihdunta. Vaikka Wilsonin tautia esiintyy vain yhdellä 30:stä, 000 ihmisestä maailmanlaajuisesti, jopa yhdellä sadasta ihmisestä voi olla taudin aiheuttajageeni. Taudin diagnosointiin on useita menetelmiä, kuten virtsan analyysi ja maksabiopsia. Vielä ei ole saatavilla geneettistä seulontatutkimusta riskiryhmien tunnistamiseksi, koska sairauden aiheuttaa jokin 200 mutaatiosta.

On muitakin kuparin toksisuuteen liittyviä tiloja, joilla näyttää olevan geneettinen yhteys. Intialainen lapsuuden kirroosi, joka vaikuttaa lapsiin Etelä-Aasian maissa, näyttää johtuvan geneettisestä taipumuksesta kupariherkkyyteen yhdistettynä korkeaan kuparille altistumiseen (usein kupari- tai messinkipannuissa keitetystä maidosta). Vastaavia sairauksia lapsilla on esiintynyt muualla maailmassa, jossa vesi sisälsi runsaasti kuparia. Jälleen näillä lapsilla näyttää olevan geneettinen taipumus huonoon kupariaineenvaihduntaan.

Ihmiset, jotka asuvat lähellä tai työskentelevät kuparin tuotantolaitoksissa, kuten kaivoksissa, sulatoissa tai jalostuslaitoksissa, tai kuparin valmistuksessa, joilla on kohonnut riski altistua liiallisille kuparimäärille. Altistuminen voi tapahtua hengittämällä kuparipölyä ja kuparihöyryjä.

Onko ympäristössä oleva kupari terveysriski?

Vastaus tähän kysymykseen on monimutkainen. Kupari on välttämätön ravintoaine ja sitä esiintyy luonnossa ympäristössä kivissä, maaperässä, ilmassa ja vedessä. Tulemme kosketuksiin kuparin kanssa näistä lähteistä päivittäin, mutta määrä on yleensä pieni. Osa kuparista, erityisesti vedessä, voi imeytyä ja käyttää elimistössä. Mutta suuri osa kuparista, jonka kanssa joudumme kosketuksiin, on tiukasti sidottu muihin yhdisteisiin, joten se ei ole hyödyllinen eikä myrkyllinen. On tärkeää muistaa, että aineen myrkyllisyys perustuu siihen, kuinka paljon organismi on altistunut, sekä altistumisen kestoon ja reittiin.

Ympäristössä on kuparin lähteitä, jotka aiheuttavat terveysriskin. Noin puolet EPA:n kansallisen prioriteettiluettelon vaarallisista jätepaikoista tiedetään sisältävän kuparia. Ilmassa ja maaperässä kuparinkäsittelylaitosten, kuten sulattojen, läheisyydessä on tyypillisesti paljon korkeampia kuparipitoisuuksia kuin muilla alueilla. Maatalouden valumavesi voi sisältää kuparipohjaisia ​​torjunta-aineita. Nämä voivat aiheuttaa terveysriskin ihmisille. Kupari sitoutuu kuitenkin erittäin helposti maaperän ja veden yhdisteisiin, mikä vähentää sen biologista hyötyosuutta ihmisille.

Mahdollinen liiallisen kuparialtistuksen lähde ihmisillä on kupariputkien ja messinkisten pesualtaiden läpi kulkeutuva juomavesi. Pieniä määriä kuparia liukenee putkistosta veteen, erityisesti kuumaan veteen ja veteen, joka on ollut putkissa useita tunteja tai yön yli. Hapan (matala pH) vesi liuottaa enemmän kuparia kuin emäksinen (korkea pH) vesi. Pehmeä vesi sisältää todennäköisesti enemmän kuparia kuin kova vesi, koska se ei sisällä mineraaleja, jotka muodostavat suojaavan kerroksen putkien sisäpuolelle ja estävät kuparin huuhtoutumisen. Sinivihreät vesitahrat hanojen alla ovat osoitus kuparista vedessä. Jotkut ihmiset, jotka juovat vettä, jossa on korkea kuparipitoisuus, voivat kokea pahoinvointia, oksentelua, vatsakipua ja ripulia. Kupariputkistosta peräisin olevasta vedestä tyypillisesti löydetty kuparimäärä ei yleensä ole terveysuhka.

Vain kylmän hanaveden käyttäminen juomiseen ja ruoanlaittoon voi vähentää putkistosta huuhtoutuvan kuparin määrää. Veden juokseminen, kunnes se on hyvin kylmää sen jälkeen, kun se on ollut putkissa yön yli tai yli kuusi tuntia, vähentää myös kuparipitoisuutta. Putkien korroosiota voidaan vähentää varmistamalla, että mitään sähkölaitteita ei ole maadoitettu putkistoon. Vesisuodattimet voivat myös poistaa kuparia vedestä. Tarkista suodattimen valmistajan etiketistä, onko kupari yksi suodatetuista kemikaaleista.

Onko kuparia koskevia liittovaltion ohjeita tai standardeja?

Liittovaltion Safe Drinking Water Actin mukaan Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) rajoittaa kuparin määrän julkisessa juomavedessä 1,3 mg:aan litrassa. Superfund Actin mukaan EPA pitää 5,000 paunaa kuparia tai 10 paunaa kuparisulfaattia alueella "vaarallisena aineena".

Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) sallii enintään 1 mg kuparia litrassa pullotettua vettä. Kansallisella työturvallisuus- ja terveysinstituutilla (NIOSH) ja työturvallisuus- ja työterveyshallinnolla (OSHA) on kullakin omat standardinsa työpaikalla sallitulle kuparin ja kuparihöyryjen määrälle.

Mistä voin oppia lisää kuparista?

Yhdysvaltain tautien valvonta- ja ehkäisykeskusten ATSDR-virastolla (Agenture for Toxic Substances and Disease Registry) on erinomainen kuparia koskeva web-pohjainen kansanterveyslausunto, joka on saatavilla Agency for Toxic Substance & Disease Registryssa.

Yhdysvaltain tautien valvonta- ja ennaltaehkäisykeskuksen myrkyllisten aineiden ja tautien rekisterivirastolla (ATSDR) on syvällinen kuparin toksikologinen profiili Agency for Toxic Substance & Disease Registryssä.