Alumīnijs ir trešais izplatītākais dabas elements Zemes garozā (8%), tas ir sastopams minerālos kā silikāti, oksīdi, hidroksīdi, kā arī savienojumā ar citiem elementiem – nātriju un fluorīdiem, vai arī kompleksos ar organiskām vielām. Alumīnijs savas reaktīvās dabas dēļ nav sastopams brīvā elementa formā. Neorganiskie alumīnija savienojumi parasti satur trīsvērtīgo alumīniju. Tīram alumīnijam piemīt labas veidojošās īpašības un augsta elastība, tā mehāniskā izturība ir zema, tāpēc to bieži izmanto sakausējumos.
Alumīnijs ir sastopams gan augsnē, gan ūdenī, gan gaisā. Alumīniju izmanto būvniecībā, metālu sakausējumos, elektrorūpniecībā, iepakojuma materiālos u.c. Alumīnija savienojumus izmanto kā zāles – kuņģa skābes mazināšanai, kā kosmētikas līdzekli – pret svīšanu, pārtikas ražošanā kā pārtikas piedevas. Alumīnija savienojumus izmanto arī kā koagulantu dzeramā ūdens apstrādei, lai samazinātu organiskās vielas, uzlabotu ūdens kvalitāti (krāsu, duļķainību) un samazinātu mikroorganismu līmeni.
Alumīnijs ūdenī var būt visdažādākās formās – koloidālu šķīdumu un gēlu veidā, tas var veidot arī kompleksus ar dažādiem organiskiem savienojumiem (humik- vai fulvikskābēm) un kompleksus ar neorganiskiem radikāļiem (fluorīdi, hlorīdi, sulfāti), no kuriem lielākā daļa ir ūdenī šķīstoši.
Tīrā ūdenī ar neitrālu pH 5,5 – 6,0 alumīnija savienojumu šķīdība ir minimāla, bet kopējais izšķīdušā alumīnija daudzums pieaug pie augstākiem un zemākiem pH līmeņiem. Alumīnija izgulsnējas no ūdens kā baltas plēksnes, velkot sev līdz citas vielas. Ja koagulācijas process ir normāls, tad veidojas lielas, smagas daļiņas, kas nogulsnējas, atstājot ūdenī arī nelielu izšķīdušo alumīnija daudzumu. Alumīnija līmeni mēra kā kopējo alumīniju, kas ir izšķīdušo un daļiņu summa.
Alumīnija līmenis vidē
Atmosfēras gaisā alumīnija koncentrācijas ir ļoti mainīgas – virs Antarktīdas tā ir 0,0005µg/m3, kamēr pilsētās rūpniecības rajonos koncentrācija var sasniegt 1µg/m3.
Ūdenī – ar neitrālu pH līmeni alumīnija koncentrācija ir robežās no 0,001 – 0,05 mg/l, bet skābākos un ar organiskām vielām bagātākos ūdeņos alumīnija koncentrācija var sasniegt 0,5-1,0mg/l. Dzeramajā ūdenī alumīnija koncentrācija mainās atkarībā no tā avota un/ vai alumīnija savienojumi ir lietoti kā koagulanti ūdens attīrīšanas procesā.
Pārtikā – dabīgi augsts alumīnija līmenis ir kartupeļos, spinātos un tējā. Neapstrādāta pārtika var saturēt alumīniju mazāk kā 0,1mg/kg (olās, ābolos, kāpostos, graudos un gurķos), tējā sasniedzot pat 4,5mg/kg. Arī apstrādātie piena produkti, milti un zīdaiņu maisījumi var saturēt samērā augstu alumīnija līmeni, galvenokārt uz alumīniju saturošu pārtikas piedevu rēķina.
Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas un Pasaules veselības organizācijas kopējā komiteja par pārtikas piedevām (JEFCA) (1989) noteica pagaidu nedēļas uzņemšanas devu (PTWI) alumīnijam līdz 7 mg uz kg svara kopējai uzņemšanai, t.sk. ietverot pārtikas piedevas alumīnija sāļus. Caurmērā ar pārtiku Apvienotajā Karalistē alumīnija uzņemšana sasniedz 10mg/uz personu/dienā (MAFF, 1998). Ar pārtiku alumīniju vidēji uzņem līdz 5mg/dienā, no kura dzeramais ūdens dod apmēram 4%. Ar gaisu uzņemšana ir ļoti niecīga. Arī sastopams medicīnā – terapijā līdz 5g/personu/dienā. ASV dzeramais ūdens nodrošina apmēram 5% no vispārējās alumīnija uzņemšanas, jo lielākā daļa saistīta ar pārtiku (ceptiem produktiem, kur alumīnijs lietots, lai stabilizētu cepamo pulveri un miltus; dzērieniem), no pretsviedru līdzekļiem, traukiem, iepakojuma folijas, kā arī internetā piedāvātajiem medikamentiem, kuņģa skābes līmeņa mazināšanai. Reizēm alumīnija iedarbība saistīta arī lietojot nemazgātus augļus un dārzeņus, kā arī uzturoties rūpniecības rajonos, kur ir paaugstinātas alumīnija emisijas gaisā.
Alumīniju saturoši metāliskie materiāli, kas saskaras ar pārtiku
Alumīniju un tā savienojumus plaši izmanto pannās, galda un virtuves piederumos, kā arī iepakojuma materiālos u.c. Alumīnija materiāli, kas saskaras ar pārtiku, ir bieži vien pārklāti ar sveķu bāzes pārklājumu. Alumīnija sakausējumi var saturēt sakausējuma elementus kā magniju, silīciju, dzelzi, mangānu, varu un cinku (Eiropas standarti EN601, EN 602). Alumīnijs un tā sakausējumi ir ļoti izturīgi pret koroziju. Saskarē ar gaisu šie materiāli veido plānu alumīnija oksīda plēvīti un pasargā no tālākas oksidēšanās vai ķīmiskām reakcijām.
Alumīnijs reaģē ar skābēm. Pie neitrāla pH līmeņa alumīnija hidroksīds nešķīst, bet šķīdība palielinās pie pH zem 4,5 un virs 8,5. Arī sārmi ātri izšķīdina metālu, tas nozīmē, ka alumīnijs var migrēt no nepārklātām virsmām saskarē ar pārtiku. Alumīnija virsmas ar pārklājumu ir drošas pret migrāciju. Alumīnijs emitē galvenokārt no alumīnija materiāliem bez virsmas pārklājuma, saskaroties ar skābiem pārtikas produktiem. Arī pārtika ar augstu sāls koncentrāciju (NaCl virs 3,5%) pastiprina alumīnija migrēšanu. Tomāti, kāposti, rabarberi un vairāki augļi veicina alumīnija emisiju no alumīnija traukiem (bez virsmas pārklājuma). Kā zināms temperatūra un uzglabāšanas laiks ietekmē alumīnija migrāciju pārtikā. Tipiskas alumīnija migrācijas vērtības no alumīnija folijas bija <0,05mg/dm2 pie 50C un attiecīgi 6mg/dm2 pie 400C.
Alumīnijs un dzeramais ūdens
Eiropas Savienības pašreizējā dzeramā ūdens kvalitātes direktīva nosaka alumīnijam indikatora vērtību (0,2mg/l). Arī Pasaules Veselības organizācija nenosaka vadlīnijas vērtību, bet norāda, ka labi darbojošās ūdens attīrīšanas sistēmas ietvaros ir sasniedzama alumīnija vidējā vērtība 0,1mg/l vai pat mazāka (lielajās ūdens piegādes sistēmās), bet mazajās – 0,2mg/l. Šī vērtība netiek noteikta, pamatojoties uz alumīnija ietekmes uz veselību izpēti, bet gan lai nodrošinātu dzeramā ūdens kvalitāti – pasargātu no alumīnija hidroksīda nogulsnēšanās dzeramā ūdens izplatīšanas sistēmās. Arī Ministru kabineta 2017.gada 14.novembra noteikumi Nr. 671 „Dzeramā ūdens obligātās nekaitīguma un kvalitātes prasības, monitoringa un kontroles kārtība” nosaka alumīnija kontroles rādītāju – 0,2 mg/l.
Tomēr jāatzīmē, ka pašreizējās vadlīniju vērtības nodrošina piesardzīgu pieeju, ņemot vērā arī šaubas par alumīnija nelabvēlīgo ietekmi uz veselību, kā arī nodrošina darbības raksturlielumus kvalitatīvam dzeramajam ūdenim. Dzeramā ūdenī problēmas rodas, ja alumīnija koncentrācija pārsniedz 0,2 mg/l, jo rutīnas atlieku vērtība alumīnijam ir 0,1 mg/l. Jāatzīmē, ka alumīnija atlieku daudzumu dzeramajā ūdenī var samazināt tikai izmantojot samērā dārgas un darbietilpīgas metodes – tvaika destilāciju un reversās osmozes filtrus.
Alumīnija savienojumi (alumīnija sulfāts, polialumīnija hlorīds) var tikt izmantoti kā koagulanti dzeramā ūdens apstrādē – barjerai pret patogēno mikroorganismu iekļūšanu dzeramajā ūdenī. Tomēr pēc apstrādes paliek nelielas alumīnija paliekas, galvenokārt kompleksu hidroksīdu veidā, izšķīduši un reaktīvi savienojumi, kas var saistīt organiskos kompleksus, kas savukārt rada bažas par ūdens drošību. Kvalitatīvs koagulācijas process dzidrina ūdeni, nodrošina efektīvu dezinfekciju, noņem nogulsnes, barības vielas, mikrobus un izšķīdušo organisko oglekli. Kā koagulantus izmanto arī dzelzs polimērus vai sāļus. Alumīnija koagulantu pārākums saistīts ar to, ka tas izgulsnē daudzus nevēlamus materiālus un nerada krāsas un garšas problēmas, kas rodas vairāk saistībā ar dzelzs savienojumu izmantošanu.
Alumīnija ietekme uz cilvēka veselību
Alumīnijam nav tieša pozitīva ietekme uz veselību. Literatūrā saistībā ar alumīnija iedarbību kā akūtas saindēšanās gadījums tiek minēts notikums 1988. gadā Anglijā, Kamelfordā (Camelford), kad vismaz piecas dienas apmēram 20 000 personas tika pakļautas palielinātai alumīnija līmeņa iedarbībai ar dzeramo ūdeni (avārija, izmantojot alumīnija sulfātu ūdens apstrādei). Cilvēkiem konstatēja šādus simptomus - slikta dūša, vemšana, caureja, ādas izsitumi, sāpes locītavās. Simptomi nebija ļoti krasi izteikti un tie bija īslaicīgi, kā arī nekonstatēja ilglaicīgus veselības efektus pēc šīs iedarbības.
Eksperimentos ar dzīvniekiem tika konstatēts, ka alumīnija absorbcija no kuņģa zarnu trakta ir mazāka par 1%, pie tam absorbciju palielina komplekso savienojumu un/vai citrātu klātbūtne. Alumīnija uzsūkšanās procesi savstarpēji mijiedarbojas ar kalcija un dzelzs transportēšanas sistēmām. Nav pierādījumu, ka pārtika (ēdieni un dzērieni) varētu radīt paaugstinātu alumīnija līmeni asinīs. Tomēr ēdienu gatavošana alumīnija traukos varētu radīt zināmas bažas par iespējamu alumīnija nelabvēlīgu iedarbību.
Alumīnijs izšķīdušā veidā ir konstatēts cilvēka kuņģī pat pie ļoti zemiem pH līmeņiem. Taču absorbcija no kuņģa var notikt tikai gadījumos, kad kuņģa sienas ir bojātas no stresa, etanola vai aspirīna. Ir zināmi pierādījumi, ka alumīnija savienojumi, kas atrodas dzeramajā ūdenī, vieglāk absorbējas no kuņģa – zarnu trakta, nekā alumīnija savienojumi pārtikas vai medikamentu lietošanas gadījumos. Bažas rada pierādījumi, ka daži alumīnija savienojumi absorbējas tievajās zarnās, visbiežāk gados veciem cilvēkiem, vai arī cilvēkiem ar novājinātu imūno sistēmu.No kuņģa – zarnu trakta absorbētais alumīnijs izplatās vairākos orgānos, bet uzkrājas galvenokārt kaulos. Ir eksperimentāli dati, ka alumīnijs nelielā ierobežotā daudzumā iet caur asins – smadzeņu barjeru un var izplatīties arī uz augli caur placentu. Nav norādījumu par alumīnija kancerogenitāti, par iedarbību uz reproduktīvo sistēmu, bet alumīnijam ir raksturīga neirotoksiska iedarbība.
Alumīnija iedarbība dialīzes pacientiem. Ilgstoša iedarbība dialīzes pacientiem var radīt encefalopātiju un kaulu mineralizācijas traucējumus. Lai to novērstu, Eiropas Savienības noteikumi nosaka alumīnija robežkoncentrāciju ūdenī dialīzes šķīdumiem – maksimāli līdz 30µg/l.
Slimniekiem ar Alcheimera slimību smadzeņu audos konstatēja alumīnija uzkrāšanos līdz ar citiem ķīmiskiem elementiem. Alcheimera slimības izcelsmes teorijas ietver vairāku faktoru iedarbību – ģenētisko, infekcijas aģentu, vides faktoru, t.sk., alumīnijs, šķīdinātāji u.c., kā arī metaboliskas izmaiņas organismā. Tika veikti pētījumi, lai novērtētu saistību starp alumīniju daudzumu dzeramajā ūdenī un Alcheimera slimības biežumu populācijā. Pētījumu rezultāti nav pārliecinoši, pie tam pēdējā laika pētījumos neparādās vispārējas sakarības. Relatīvais slimības risks saistībā ar alumīnija iedarbību ir zems. Vides faktora loma kā primārais cēlonis šai slimībai ir daudz vājāks nekā pierādījumi par ģenētisko faktoru lomu. Arī eksperimentāliem dzīvniekiem nav iespējams izraisīt Alcheimera slimībai līdzīgas izmaiņas smadzenēs, tos pakļaujot alumīnija iedarbībai.
Literatūra:
- Guidelines for drinking water quality, 2004, WHO.http://www.who.int/entity/water_sanitation_health/dwq/fulltext.pdf
- Aluminium and health, Agriculture and Agri-Food Canada, 2007
- Aluminium in drinking water, Water UK technical briefing note, 2006 http://www.water.org.uk/resources-and-links/waterfacts/drinkingwater/technical-brifings/aluminium.pdf
- Aluminium in drinking water, Background document for development of WHO Guidelines for Drinking water quality, WHO, 2003 http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/en/aluminium.pdf
- Guidelines on metals and alloys used as food contact materiāls, Council of Europe’s policy statements, 13.02. 2002