怎样高效培养单晶

安阳工学院学报

Journal of Anyang Institute of Technology

2009年

单晶培养的方法和注意事项

靳梅芳

（安阳工学院,河南安阳

455000）

摘

要：近年来，随着X-光晶体结构解析技术的日益成熟，以及同步幅射光源的使用逐渐普遍，解析X-光晶体结构所

需的时间已大幅缩短，加上此技术一般说来没有分子量的上限，因此研究物质的晶体结构越来越便利。所以单晶的培养越来越受到人们的关注。

关键词:单晶；单晶培养；培养方法；注意事项中图分类号：O65

文献标识码：A

文章编号：1673-2928（2009）06-0040-02

收稿日期：2009-04-03

作者简介：靳梅芳（），女，山东德州人，安阳工学院教师，硕士。研究方向：金属有机框架物的合成。

单晶结构分析可以提供一个化合物在固态中所有原子的精确空间位置，包括原子的连接形式、分子构象、准确的键长和键角等数据，从而为化学、材料科学和生命科学等研究提供广泛而重要的信息。到目前为止，已经有多位科学家借助X 射线单晶结构分析方法开展研究，取得十分重要成果并获得诺贝尔化学奖。单晶的培养方法很多，本文介绍了几种简单实用的单晶培养的方法和注意事项。

1单晶的培养方法

单晶培养的方法多种多样，如溶剂缓慢挥发法、溶剂热法、扩散法、共结晶法等。其中最简单的最实用的是溶剂缓慢挥发法、溶剂热法、扩散法，

99％的单晶是用以上三种方法培养出来的。1.1

挥发溶剂法

用金属配合物的良溶剂将金属盐和配体溶解在小烧杯中，小烧杯的内表面越光滑单晶性越好，否则晶体形状不好缺陷多就会给后面的收单晶衍射数据带来麻烦，甚至会造成无法解晶体结构；烧杯用滤纸或塑料薄膜封口防止灰尘落入，同时减慢挥发速度，长出较好晶形的单晶，一般挥发性稍差的溶剂有：水，DMF ,DMA ,DMSO 等。静置至发现满意的晶体出现。

1.2溶剂热法

溶剂热法与原来的水热法原理是一样的，只

是溶剂不再局限于水。反应容器一般用反应釜或玻璃管。

1.2.1反应釜法

一般是将金属盐、配体与溶剂混合，放入有聚

四氟衬里的不锈钢反应釜里，将反应釜封好后放入

烘箱中加热，设置烘箱温度慢慢上升至80～200摄氏度，随着温度的升高反应物就会逐渐溶解，在自生压力下反应。保持恒温一段时间，然后慢慢降温使晶体析出。这种方法反应时间短，而且解决了反应物在室温下不能溶解的问题，并且剧烈的极端反应条件下，可以得到常温反应不能得到的结构，从而可以大大地增加合成路线和合成产物结构的多样性。

1.2.2真空封管法

将金属盐、配体、溶剂加入一端封好的玻璃管

中，用超声使混合物溶解。将玻璃管放入液氮中冷凝，用真空泵将内部抽真空，再把另一端用酒精喷灯烧结封好。最后将其放入烘箱中加热，方法同烧反应釜。但要注意温度不能超过180摄氏度，否则管子会爆掉。若观察到有晶体，则将管子用锉锉一下，用手掰开将晶体取出。此方法创造了真空无氧的条件，以保证结构更好。

1.3扩散法

1.3.1气象扩散法

此方法的原理是：利用两种完全互溶的沸点相差较大的有机溶剂，固体易溶于高沸点的溶剂（如

DMF ,DMSO 等），难溶或不溶于低沸点溶剂（如乙

醚等）。在密封容器中，使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中，降低固体的溶解度，从而析出晶核，生长成单晶。反应容器一般用大瓶套小瓶或H 管。大瓶套小瓶法：将配体和金属离子溶解在高沸点溶剂中，装入小瓶中，将小瓶放在盛有易挥发溶剂的大瓶中，然后将大瓶的口封好，静置待晶体慢慢析出。

H 管法：将金属盐和配体的良性溶剂放于H 管的一

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第六期

侧，另一侧盛放该金属配合物的不良性挥发溶剂，两侧溶液要同时加入，保持相同的滴加速度，使两侧溶液低于连通管，封口静置至发现满意的晶体。

1.3.2液相扩散法

反应容器一般用试管或H管。试管分层法：将样品的水溶液放于试管下层，配体的有机溶剂溶液放于试管上层，中间是水和有机溶剂的混合溶剂，封口。操作要小心，最好是用滴管伸进试管靠近液面缓慢滴加。静置至发现满意的晶体出现。此方法主要是通过中间的空白溶剂减缓配体和金属离子的接触反应速度，以期晶体达到好的结构，避免沉淀的产生。并且下层溶剂的密度要大于等于上层溶剂。H管法：同气象扩散H管法，只不过两侧溶液要同时没过中间的连通管，封口静置，至发现满意的晶体。

2单晶培养的注意事项

2.1结晶容器的选择

敞口烧杯，既不能用从未使用过的新烧杯，也不能用很旧的烧杯。烧杯太新，不利于晶核的形成，而太旧则形成晶核的部位太多，不利于单晶的生长。最好把仪器的器壁用钢刀刮几道痕，这样单晶容易生长。

2.2溶剂的选择

单晶的培养溶剂的选择很重要，要注意选择合宜的溶剂和应用适量的溶剂。合宜的溶剂，溶解性不能太好也不能太差，最好是在冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大。溶剂的沸点亦不宜太高，具有一定的挥发性，不能挥发太快也不能太慢。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙醋等。但有些化合物在一般溶剂中不易形成结晶，而在某些溶剂中则易于形成结晶。如果一种物质在一些溶剂中溶解度太大，而在另一种溶剂中溶解度又太小，不能选择到一种合适的溶剂时，常可使用混合溶剂而得到满意的结果。所谓的混合溶剂，就是把对此物质溶解度很大的和溶解度很小的而又能互溶的两种溶剂（例如水和乙醇）混合起来，这样可获得新的良好的溶剂性能。常用的混合溶剂有乙醇—水，乙醚—甲醇，乙酸—水，乙醚—丙酮，丙酮—水，乙醚—石油醚，吡啶—水，苯—石油醚等。

2.3结晶速度

一般是溶液浓度高，降温诀，析出结晶的速度也快些。但是其结晶的颗粒较小，杂质也可能多些。有时自溶液中析出的速度太快，超过化合物晶核的形成式分子定向排列的速度，往往只能得到无定形粉未。有时溶液太浓，粘度大反而不易结晶化。如果溶液浓度适当，温度慢慢降低，有可能析出结晶较大而纯度较高的结晶。有的化合物其结晶的形成需要较长的时间。所以尽量慢的让溶剂挥发，一旦析出结晶，过滤可能得到单晶也可能是混晶，千万别用母液洗晶体。

2.4环境的选择

培养单晶时，要放在一个平稳的地方，千万不能有一丝一毫的震动，一般一天要去看一次，看的时候不要动，明显不行的体系（如析出絮状固体）就要重新用别的溶剂体系再重新培养。

3单晶的初步判断

首先用肉眼观察，如果颗粒有规则的外形，并且有光泽，就有可能是晶体，然后再用显微镜观察，有规则外形，透光，差不多就可以说是晶体了。最简单的方法，对着阳光，如果亮晶晶的就可能是晶体。然后再到显微镜下面看看，有没有规则外形。化合物的结晶都有一定的结晶形状、色泽、熔点和熔距，可以作为鉴定的初步依据。化合物结晶的形状和熔点往往因所用溶剂不同而有差异。原托品碱在氯仿中形成棱柱状结晶，熔点207℃；在丙酮中则形成半球状结晶，熔点203℃；在氯仿和丙酮混合溶剂中则形成以上两种晶形的结晶。所以文献中常在化合物的晶形、熔点之后注明所用溶剂。一般单体纯化合物结晶的熔距较窄，有时要求在0．5℃左右，如果熔距较长则表示化合物不纯。

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靳梅芳浅析单晶培养的方法和注意事项41