酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究

学号：11401428常州大学
毕业设计（论文）
（2015届）
题目酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究
学生张勇超
学院石油化工学院专业班级化工114
校内指导教师冷一欣专业技术职务教授
二〇一五年六月
酒石酸溶解度和结晶介稳区的研究
摘要：
根据溶解度和结晶介稳区宽度这两种物理性质可以为结晶过程控制最优的操作条件、设计最合理的生产设备。

本文采用静态法测定了在25-55 °C的温度范围内，L-酒石酸在水、乙醇以及不同比例的乙醇-水混合溶剂中的溶解度与超溶解度，得到了L-酒石酸在水和乙醇-水混合溶剂中的结晶介稳区，并推算出表观成核级数m（m值在文中表出），得出成核速率方程。

采用λh方程，修正Apelblat和CNIBS/R-K关联方程拟合了溶解度数据，三种关联方程所得104RMSD数值区间分别为：3.008-14.641，1.505-11.497，4.044-7.510，以上拟合结果表明，这三个方程都能很好的拟合L-酒石酸在实验数据，并且CNIBS/R-K关联方程可以更好的拟合L-酒石酸的溶解度数据。

对L-酒石酸的溶解过程进行了热力学分析，结果表明L-酒石酸在大部分浓度的乙醇水溶液溶解过程中，对吉布斯自由能变化的贡献焓补偿要比熵补偿更为显著，此外，L-酒石酸在溶剂中的溶解过程为吸热过程，并非自发进行。

研究过程中用最大过冷度ΔT max表示介稳区宽度，并利用激光法考察了温度、溶剂组成、降温速率、搅拌速率等因素对结晶介稳区宽度的影响。

研究结果表明：L-酒石酸的溶解度随着温度的升高而增大，随着乙醇质量分数的增大而减小。

在一定条件下，L-酒石酸介稳区宽度随溶液温度的升高和搅拌速率的增大而变窄；随乙醇含量和降温速率的增大而变宽。

关键词：
L-酒石酸；溶解度；介稳区；超溶解度
Determination of Solubility and Metastable Zone Width for
Tartaric Acid
Abstract：
Solubility and metastable zone width is the two important physical properties for crystallization process, which can provide the optimum operating conditions for crystallization process, and design the most reasonable production equipment. In this study, the solubility and supersolubility of L-tartaric acid in water, ethanol and ethanol-water mixtures was determined by a static analytical technology at temperatures ranging from 25 to 55 °C, and calculated the apparent nucleation series m, the nucleation rate equation was given.
The measured solubility data was correlated by λh, the modified Apelblat and CNIBS/R-K equations. The 104RMSD values of three equations were observed in the range of 3.008-14.641 for the λh equation, 1.505-11.497 for the modified Apelblat equation and 4.044 -7.510 for the CNIBS/R-K equation, respectively. This result demonstrates that the calculated solubility of L-tartaric acid in solvent mixtures agree well with experimental data, and the CNIBS/R-K equation correlates the solubility data best owing to its lowest value of the 104RMSD. The thermodynamics analysis of L - tartaric acid in the dissolution process demonstrates that the enthalpy to the Gibbs free energy change contributes more than the entropy in the most ethanol + water mixture solutions. Additionally, the dissolution process of L-tartaric acid is endothermic and not spontaneous.
Furthermore, the metastable zone width was described using the maximum supercooling ΔT max. The influences of temperature, solvent composition, agitation rate and cooling rate on the width of metastable zone were explored using the laser-monitoring dynamic method, respectively. The results show that L - tartaric acid solubility increases with the rising of temperature, and decreases with the increasing mass fraction of ethanol. Under certain conditions, L-tartaric acid metastable zone width decreases with the increasing solution temperature and agitation rate, and increases with the increasing ethanol content and cooling rate.
Key words：
L-Tartaric Acid；Solubility；Metastable zone width；Supersolubility
目录
摘要： (I)
Abstract： (II)
1 文献综述 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 L-酒石酸的理化性质 (1)
1.2.1 L-酒石酸的物理性质 (1)
1.2.2 L-酒石酸的化学性质 (2)
1.3 酒石酸的应用 (2)
1.3.1 医药工业方面 (2)
1.3.2 食品工业方面 (2)
1.3.3 日用化工方面 (2)
1.4 酒石酸的生产 (2)
1.4.1 L-酒石酸的制备 (2)
1.4.2 D-酒石酸的制备 (3)
1.5 溶解度及其测定方法 (4)
1.5.1 溶解度概念 (4)
1.5.2 溶解度的测定方法 (4)
1.6 介稳区及其测定方法 (4)
1.6.1 介稳区概念 (4)
1.6.2 介稳区的测定方法 (5)
1.7结晶 (6)
1.8 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 (6)
1.8.1 研究内容 (6)
1.8.2 研究目标 (6)
1.8.3 拟解决的关键问题 (6)
1.9 课题研究的意义 (6)
2 实验部分 (6)
2.1 实验试剂 (6)
2.2 实验仪器 (7)
2.3 实验方法 (7)
2.3.1 溶解度的测定方法 (7)
2.3.2 介稳区的测定方法 (8)
2.4 L-酒石酸溶解度及介稳区测定实验装置 (8)
2.4.1 激光法测定原理 (8)
2.4.2 实验装置 (8)
2.5 实验步骤 (9)
2.5.1 溶解度的测定步骤 (9)
2.5.2 介稳区的测定步骤 (9)
3 实验结果与讨论 (10)
3.1 可靠性检验 (10)
3.2 溶解度的测定 (10)
3.2.1 溶解度 (10)
3.2.2 溶解度关联 (12)
3.2.3 热力学分析 (14)
3.3 介稳区宽度的测定 (15)
3.3.1 饱和温度对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (16)
3.3.2 饱和温度对L-酒石酸在10%乙醇水溶液中介稳区的影响 (16)
3.3.3 降温速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (17)
3.3.4 搅拌速率对L-酒石酸在水中介稳区的影响 (19)
4 结论 (20)
参考文献 (21)
致谢 (24)
1 文献综述
1.1 研究背景
酒石酸是一种常用于工业的重要有机酸，仅存在于自然界少数植物中，如葡萄、罗望子等。

酒石酸分子中有两个不对称碳原子，这种分子结构特点使酒石酸有左旋、右旋和内消旋[1]三种光学异构体。

外消旋酒石酸（DL-TA）可由左旋酒石酸和右旋酒石酸等量混合制成，也可由化学方法合成。

D-酒石酸和L-酒石酸是对映异构体[2]，内消旋酒石酸无手性特征。

L-酒石酸是各种酒石酸异构体中最为重要的一种，也称为天然有机酸，主要作为饮料、糖果及果酱等食品的酸度调节剂和抗氧化剂；D-酒石酸主要用于生物化学研究；DL-酒石酸可用于有机合成，也可作为测定钙和钾时定性和定量分析的掩蔽剂。

随着国内外食品领域、医学领域和化工领域的迅猛发展，近年来世界范围内对酒石酸的需求量与日俱增。

1.2 L-酒石酸的理化性质
1.2.1 L-酒石酸的物理性质
酒石酸又称为葡萄酸，学名2，3-二羟基丁二酸，分子式为HOOCCH（OH）-CH （OH）COOH，分子结构如图1-1所示，相对分子质量150.09，相对密度1.7598，是有较强酸味的白色晶体或白色粉末。

酒石酸溶解性较大，可溶于简单醇类和甘油等有机溶剂，微溶于乙醚，部分溶于氯仿[3]。

不同光学异构体的物理性质列于表1-1。

图1-1 酒石酸分子结构
表1-1不同异构体酒石酸的物理性质[4,5]
异构体名称熔点/℃密度/（g/ml）旋光度
D-酒石酸168-174 1.760 -12.0
L-酒石酸168-174 1.760 +12.0
Meso-酒石酸140-147 1.666 -
DL-酒石酸205-206 1.697 0
1.2.2 L-酒石酸的化学性质
（1）分子中有两个羧基和两个羟基，故具有良好的蒙囿作用，尤其对铁鞣蒙囿作用特好。

对钛盐有比较好的蒙囿作用，其效果仅次于柠檬酸[4]。

( 2）具有较强的还原性，酸性，可进行酯化、与金属离子络合等反应，也可被进一步氧化及还原[5]。

1.3酒石酸的应用
酒石酸是常用的食品添加剂，它作为酸味剂、可食用防腐剂常被用于各种食品的制作。

除此之外，酒石酸还经常被用于制药、电镀和制革等生产领域。

总之，酒石酸的应用领域十分广阔，可概括如下：
1.3.1 医药工业方面
在医药工业中，酒石酸可作为医药中间体，美托洛尔、托特罗定缓释片和酒石酸唑吡坦等医学用药均可以酒石酸作为中间体来合成；此外，酒石酸还是一种常见的高效拆分剂[6]。

1.3.2 食品工业方面
（1）由于酒石酸的抗氧化作用显著，因此酒石酸可被用作食品抗氧化剂和防腐剂。

（2）酒石酸是一种风味独特的酸味剂，其增酸效果比柠檬酸显著得多，因此可用作啤酒发泡剂、饮料、糖果及果酱等食品的酸味剂，尤其适合用作葡萄酒的酸味剂[7]。

（3）由酒石酸制成的发酵粉等产品相较于由其他食用有机酸制成的产品，有其独特的性质，因此酒石酸还可用于螯合剂、增香剂、膨松剂[8]的生产。

1.3.3 日用化工方面
（1）在化工生产领域，酒石酸常被用于酒石酸盐和酒石酸酯生产过程的中间体；根据酒石酸与多种金属离子的配位属性，可用来对金属表面清洗和抛光。

此外，酒石酸在皮革、水泥、照相显影等行业也有重要的应用[9]。

（2）酒石酸分子是一种手性分子，在有机合成领域，常将其用作手性配体制备许多重要的手性催化剂，从而合成许多常用的天然产物分子。

（3）酒石酸常被用作助剂和还原剂应用于制镜工业中，因为酒石酸可以控制银镜的电镀速度，以实现镀层均匀的工艺要求[10]。

（4）在纺织工业中，酒石酸和单宁合用，可作为酸性染料的媒染剂，也可作为印染的防染剂等。

1.4 酒石酸的生产
1.4.1 L-酒石酸的制备
L-酒石酸在葡萄、罗望子等果实中较为常见，工业上常通过葡萄糖发酵来抽提[11]。

西班牙、法国、德国和意大利等国家是世界闻名的葡萄产地，在上世纪是酒石酸的主要生产国。

随着化工行业和酿酒行业的发展，酒石酸供应链出现短缺，来源不稳定的情况，
导致酒石酸供应不足，价格也产生波动。

近年来国内各领域对酒石酸的需求量大幅增长，虽然我国科研技术水平有了较大进步和提升，实现了酒石酸的工业化生产，但产品纯度与国际先进水平仍有差距，生产工艺亟需优化。

目前L-酒石酸的生产方法主要有以下4种：
（1）抽提法：首次在酒石酸钾中分离出L-酒石酸是由Jabiribn Hayyan实现的[12]，1769年瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒对此工艺进行了进一步改进，并且延用至今。

（2）葡萄糖发酵法：利用微生物发酵的方法，曲霉菌能使葡萄糖变成L-酒石酸[13]，该方法在1929年首次被报道。

1968年山田浩一等科学家直接发酵Gluconobacter Suboxyans生产出L-酒石酸，转化率达到29%[14]。

1972年Kotera等报道了在葡萄糖基质上弱氧化葡萄糖杆菌分解能产生L-酒石酸[15]，酒石酸的最高产率是葡萄糖原料的30%。

（3）化学拆分法：经拆分DL-酒石酸可各得50%的右旋酒石酸和左旋酒石酸。

但该工艺实际操作困难，而且左旋酒石酸市场尚未完全打开，因此生产成本较高且产品利用率较低[16]，不适用于规模化生产。

（4）酶法合成：经过环氧化反应，马来酸可生成顺式环氧琥珀酸及顺式环氧琥珀酸盐，再利用环氧琥珀酸水解酶（ESH）将其水解获得酒石酸；也可以通过发酵顺式环氧琥珀酸二钠盐获得酒石酸。

酶法合成L-酒石酸具有产品纯度高、转化率高、生产安全性好等优点，非常适合工业化生产。

1.4.2 D-酒石酸的制备
随着中国经济的持续发展，D-酒石酸在各个工业领域正发挥着越来越重要的作用。

尤其在医药、食品领域更是处于被无法取代的重要地位。

然而，实现工业化化学合成D-酒石酸的难度较高，一时成为大规模生产的瓶颈。

目前能实现规模化生产D-酒石酸的工艺主要有以下两种：
(1)以酒石为原料制备D-酒石酸[17,18]
二十世纪二十年代，Scheele（罗氏）发现在葡萄、罗望子等植物中含有较多的D-酒石酸盐，并成功从酿酒副产品—酒石中提取出D-酒石酸。

以此形成了以酒石为原料制备D-酒石酸的古老工艺。

D-酒石酸在酒石中主要以D-酒石酸氢钾的形式存在，需要将其转化为D-酒石酸钙，然后酸化生成D-酒石酸。

但由于酿酒工艺的不断成熟，作为副产品的酒石来源受限，D-酒石酸氢钾的产量相应降低，阻滞了该工艺的发展。

(2)以顺式环氧琥珀酸二钠为原料的半生物合成工艺
1974年佐藤英次等人[19]率先指出采用Achromobacter tartarogens和Alcaligeres epoxylgticus水解顺式环氧琥珀酸（cis-epoxysuccinic acid）生产D-酒石酸的半生物合成工艺。

该工艺以顺式环氧琥珀酸二钠为原料，采用Nocar-dia tartaricans nov Sp（微工研菌2882号），制备D-酒石酸。

与其他方法相比，微生物转化法因具有发酵含量高、产品纯度高、转化率高、更具安全性等优点而受到普遍关注。

现在，该工艺普遍被采用，并不断得到优化，将为D-酒石酸的工业化生产做出更大贡献。

(3) D-酒石酸也可由外消旋体拆分获得[20]
有文献表明[21]，在强碱和加热的条件下，L-酒石酸分子内部会发生空间结构上的转化，形成DL-酒石酸，拆分外消旋体可得D-酒石酸。

另外化学方法制取D-酒石酸也较为常用。

目前，尚未发现在自然界中存在meso-酒石酸，主要采用化学方法来合成。

1.5 溶解度及其测定方法
1.5.1 溶解度概念
温度一定时，命名某物质在某溶剂中的溶解度为该物质在单位质量溶剂中可溶解的质量[22]。

当体系中溶质质量等于该溶质的溶解度时，该溶液为饱和溶液。

当体系中溶质质量超过溶解度的时候，该溶液为过饱和溶液[23]。

1.5.2 溶解度的测定方法
溶解度的测定方法有动态法和静态法两种。

（1）静态法是在液相溶剂中加入过量的待测溶质，加热处于密封环境下的溶液至设定温度后保持恒温，在恒温条件下通过连续或间歇搅拌来促进溶质的溶解，使溶液达到理想的固-液相平衡状态。

在确定溶液浓度恒定后静置，吸取上层饱和溶液，然后选取有效方法分析溶液组成，得到溶解度数据[25]。

采用静态法时，无论溶质的溶解速度快或慢都不会对实验结果产生影响。

不过，采用静态法测溶解度时应考虑到该法效率较低、耗时较长、样品和试剂用量均较大的缺点。

（2）动态法测定是通过改变溶解条件，例如升高温度，提高搅拌速率等来加快溶解，通过观察溶液的物性变化如透光率来确定溶解度。

采用动态法时，溶解度实验结果受溶解时间和溶液过饱和度的影响明显，溶解度数值一般要较静态法测定值大，并且实验结果也会受不同的实验装置的影响[26]。

动态法可分为两种。

一种是测量去除沉淀后溶液的浓度；另一种则是将未溶溶质作为溶液浓度限制的标志[27]。

动态法具有投样少，效率高等优点，在实验研究工作中得到了广泛运用。

本实验采用静态法，用酸碱滴定的方式来测定L-酒石酸的含量。

1.6 介稳区及其测定方法
1.6.1 介稳区概念
在二十世纪初期，威廉奥斯特瓦尔德过[28]首次发现超溶解度现象。

在封闭环境下对一个固-液相平衡体系缓慢降温，而溶质不会轻易析出，此时的溶液即为过饱和溶液。

但当温度低于某一临界值时，晶核就会析出，澄清的过饱和溶液会逐渐变浑浊。

这种不稳定区段叫作“不稳区”。

表示过饱和溶液极限浓度的曲线称为超溶解度曲线。

介于饱和与过饱和析晶之间的状态为介稳状态。

溶液的过饱和度是溶质结晶的主要推动力。

一般情况下，过饱和程度越低，溶液越不易自发成核，所以溶液自发析晶的首要条件是要有足够大的过饱和度。

结晶介稳区宽
度的表示如图1-2所示：在稳定区内晶核不会自发析出；在不稳区内能自发析晶；在介稳区内，溶液只有当受到外部刺激时，才会有晶体析出，所以超溶解度曲线的位置会随溶液浓度、搅拌速率、降温速率等诸多因素的改变而发生变化。

哈姆斯基[29]将介稳区一分为二，如图1-2所示。

当溶液处于第一介稳区时，不能自发析晶；只有在第二介稳区内，溶液才可以自发析晶。

Mersmann [30]等人根据晶核生长理论以及表面成核机理，给出易溶物质所得溶液结晶过程中冷却速率与介稳区宽度之间的关系式：
eq ln ln d C T C T d T
∆∆= (1.1) ΔC ：相对过饱和度；ΔT ：温差；T ：绝对温度；C eq ：介稳区宽度
c max
c ：质量浓度；T ：温度；ΔT max ：介稳区宽度
图1-2 结晶介稳区宽度示意图
1.6.2 介稳区的测定方法
目前测定介稳区的方法可分以下3种：
直接法测介稳区：利用目测或激光仪器观察是否出现析晶从而确定介稳区范围，直接观察简单方便，但此方法依赖于检测仪器的高精密性；
间接法测介稳区：根据待测溶液折光率、电导率等性质的变化来判断是否析晶，从而确定介稳区宽度。

诱导期法测介稳区：通过测定溶液的成核诱导期来确定超溶解度。

哈姆斯基[29]根据不同过饱和溶液的成核诱导期t ind ，作诱导期—过饱和度关系图，推至当t ind 趋于无穷大时所对应的过饱和度即为极限过饱和度。

工业生产中，避免溶液的自发成核是保证产品纯度高，质量好的重要条件。

在设计和选取结晶器时，应充分考虑到目标产物的介稳区性质。

因此在进行结晶之前，研究目标产物在特定条件下的介稳区性质就显得尤为重要物质。

本实验采用直接法，用氦氖激光仪测定L-酒石酸在水和乙醇水溶液中的介稳区宽度。

1.7 结晶
固相从液相或蒸汽中以晶体状态析出的过程，称为结晶。

结晶是化工领域常用的提纯精制技术[22]。

酒石酸易溶于水，0℃时，在100mL水中的溶解度为8.2g。

随着温度的提高，溶解度大大提高。

酒石酸结晶能在不稳区开始，也可在介稳区开始。

通过结晶可以得高纯度，并且具有一定粒度分布及较好晶形晶体产品，使得产品的包装、储运及使用更为便捷[31]。

除了纯度高、回收率高以外，酒石酸的结晶还对产品的晶形、晶体粒度及粒度分布也有较高要求。

酒石酸本身有易结块特性，所以通过改变该产品粒度来延缓结块时间。

优良的结晶产品可以给人以晶莹美观、品质优良之感。

结晶操作牵涉的问题多，技术难度大，操作条件要求细致，它是控制成品质量的关键环节之一。

本课题将会通过研究L-酒石酸在水、乙醇及不同浓度乙醇水溶液中的溶解度和L-酒石酸结晶介稳区性质，为优化L-酒石酸结晶工艺提供数据和理论支持。

1.8 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题
1.8.1 研究内容
（1）测定L-酒石酸在水、甲醇、无水乙醇和乙醇水溶液中的溶解度
（2）研究饱和温度、降温速率和搅拌速率对L-酒石酸介稳区宽度的影响
（3）研究饱和温度对水在乙醇水溶液中介稳区宽度的影响
1.8.2 研究目标
研究L-酒石酸在水、乙醇和乙醇水溶液中的溶解度与超溶解度性质，研究L-酒石酸的结晶介稳区性质，并研究L-酒石酸溶解的热力学性质，为L-酒石酸结晶工艺的进一步研究提供数据和理论依据。

1.8.3 拟解决的关键问题
通过对溶解度及介稳区宽度的研究，改善酒石酸晶体产品质量
1.9 课题研究的意义
酒石酸作为一种重要的有机酸，越来越受到人们的重视。

随着社会的不断发展，酒石酸的应用范围也随之不断拓宽。

国内外医药、食品、化工等工业领域对酒石酸的需求量与日俱增。

因此，酒石酸产品的质量，数量，能耗及其自身的性质目前大规模生产酒石酸亟需优化和解决的一环。

由于目前所知的文献中缺乏L-酒石酸的溶解度及介稳区宽度的详细资料，所以L-酒石酸的工业结晶还面临不少的困难。

本文通过研究L-酒石酸的溶解度性质和介稳区性质，形象体现出L-酒石酸的结晶特性，有利于L-酒石酸结晶工艺的改善。

2 实验部分
2.1 实验试剂
表2-1 实验所用试剂
试剂名称分子式规格生产单位
L-酒石酸C4H6O5分析纯常茂生物化学工程股份有限公司氢氧化钠NaOH 分析纯国药集团化学试剂有限公司无水乙醇C2H5OH 分析纯国药集团化学试剂有限公司
邻苯二甲酸氢钾C8H5KO4基准试剂PT 江苏永华化学科技有限公司蒸馏水H2O 电导率＜6.8 实验室自制
无水甲醇CH3OH 分析纯国药集团化学试剂有限公司
2.2 实验仪器
表2-2 实验所用仪器
仪器名称型号，规格生产单位
电子天平FA2104 上海良平仪器仪表有限公司
低温恒温槽DC-1006 上海恒平科学仪器有限公司
恒温磁力搅拌器XMTD-701 丹徒环球机电配件厂
激光功率指示仪GY-11 天津市托普仪器有限公司
He-Ne激光器GY-11 天津市托普仪器有限公司结晶器200mL 常州市昌华玻璃仪器厂
2.3 实验方法
2.3.1 溶解度的测定方法
本文采用静态法测定L-酒石酸的溶解度。

在溶剂中加入适量L-酒石酸晶体，在恒温条件下连续搅拌至溶液浓度不在变化，L-酒石酸不再溶解，形成过饱和溶液。

恒温静置至残留晶体完全沉到釜底，上层溶液澄清，吸取上层澄清溶液，通过酸碱滴定来测定L-酒石酸在溶液中的实际浓度w，并作溶解度曲线图。

测定溶解度时，温度和搅拌速率必须保持恒定，并且根据L-酒石酸在不同溶剂中的溶解平衡时间不同来控制溶解时间。

另外，测定过程中要时刻关注溶液温度与测试温度是否一致，取样时要迅速的一次性取上层清液，以免影响测定准确性。

2.3.2 介稳区的测定方法
本实验采用激光法测定L-酒石酸的结晶介稳区宽度。

本实验采用的仪器为氦氖激光器，由氦氖激光发射器、功率显示仪和激光接受器组成。

在过饱和溶液降温过程中，功率显示仪示数变化微小，当析晶发生时，由于晶体对光线的阻隔作用，示数会骤然变小。

通过观察功率接收器显示的波长变化，来确定晶核析出的时间点，并记录析晶时刻的温度。

2.4 L-酒石酸溶解度及介稳区测定实验装置
2.4.1 激光法测定原理
激光法结晶介稳区的原理如图2-1所示。

由图可知，在f-g区间内温度的降低并没有引发析晶产生。

温度降于f点与h点之间时，析晶微弱发生而不明显。

当温度降至h点时，记录仪信号示数骤然变小，这是因为在很短时间内，大量晶体析出的缘故。

图2-1 激光记录仪信号示意图
2.4.2 实验装置
为保证结晶器内的温度均匀，本实验采用低温恒温槽进行控温。

此外，用于实现水在低温槽与结晶器之间回流的橡皮管也应做好保温措施，且不宜过长以避免热量散失，保证实验准确性；通过观察激光功率显示器的示数变化来判断晶核是否出现，由于仪器灵敏度较高，并且析晶过程迅速，所以要仔细观察，在晶核出现时要立刻准确记录温度示数；温度计水银泡不能触碰到转子，以免打碎水银泡或影响搅拌速率；在温度较高的条件下及溶剂为乙醇水溶液时，应有冷凝装置避免溶剂挥发。

图2-2 L-酒石酸介稳区测定装置图
1-激光发射器；2-玻璃溶解釜；3-冷凝管；4-水银温度计；5-激光功率记录仪
6-激光接收器；7-低温恒温槽；8-磁力搅拌器；9-磁力转子
2.5 实验步骤
2.5.1 溶解度的测定步骤
（1）设定待测温度。

（2）在玻璃溶解釜中加入合适质量的L-酒石酸晶体和100.0g溶剂，将转子小心放入玻璃溶解釜。

（3）将玻璃溶解釜摆正放在磁力搅拌器上，用铁架台固定，连接恒温槽，通循环水。

（4）当温度升至设定温度后，开始搅拌，搅拌速率恒为400rpm搅拌6h，停止搅拌，静置2h，确保未溶晶体已完全沉淀，溶液达到固液相平衡。

（5）用预热过的5ml注射器一次性从上层清夜中迅速取样，用已知浓度的NaOH溶液滴定，记录滴定数据。

（6）利用所得数据，计算L-酒石酸溶解度（g/100g溶剂）。

（7）平行测量3次，取计算结果平均值，作为L-酒石酸该温度下的溶解度。

2.5.2 介稳区的测定步骤
（1）提前30 min打开激光器预热，并调试系统确保其正常、稳定地工作。

（2）调节低温恒温槽温度为实验所需温度。

（3）根据实验所得溶解度数据，配制L-酒石酸饱和溶液。

（4）通循环水，开启磁力搅拌仪使L-酒石酸全部溶解，然后调节恒温槽水温使其高于溶解温度5 °C，继续恒温10min确保溶质溶解完全。

（5）吸取适量上层清液，用已知浓度的NaOH溶液滴定，计算溶液浓度。

（6）保持搅拌速率、降温速率不变，冷却饱和溶液，关注激光功率记录仪示数变化情况。

（7）当功率仪示数突然变小时，表示开始析晶，及时记录此时的温度计温度。

（8）以上步骤重复三次，记录析晶时刻的溶液温度，取平均值。

（9）重复上述步骤测定其他条件下的介稳区宽度。

3 实验结果与讨论
3.1 可靠性检验
表3-1为实验所得L-酒石酸在水和乙醇中的溶解度数据与文献值的比较。

结果显示两者较为吻合，说明选用的实验装置、方法是正确的。

表3-1 L-酒石酸摩尔溶解度与文献值的比较
溶剂T/K 102x A102[32]102[33]102[34]
水298.1514.5114.3514.46-303.1515.2115.0315.1515.09 308.1515.8115.8315.87-313.1516.5816.3816.63-318.1517.4417.2017.43-323.1518.3718.2618.2818.11 328.1519.2219.2419.17-T/K102x1T/K[35]
乙醇298.157.60297.15 6.14 303.158.22301.157.12 308.158.89309.159.61 313.159.46313.1510.93 318.159.93316.8512.62 323.1511.14324.2516.02 328.1512.09
3.2 溶解度的测定
3.2.1 溶解度
通常用溶解度来表示固-液相平衡关系[22]。

有关文献指出，L-酒石酸在水中的溶解度最大[36]，在乙醇水溶液中的溶解度较小。

本实验测定了L-酒石酸在水、甲醇、乙醇和乙醇水溶液中的溶解度，并绘制数据图，如图3-1、3-2所示；。