第八章第二节结晶分离案例

（二）晶体的形成过程
1. 达到过 饱和状态
晶体从溶液中形成，不论是通过减少溶剂量 还是通过降低温度，首先须使其介质达到过 饱和状态。
当介质达到过饱和状态后，溶液中便产生细 小晶粒（称为晶核）。晶核的形成是晶体生 长过程必不可少的核心。 在过饱和溶液中，溶质质点在过饱和度推动 力的作用下，向晶核或加入的晶种运动，并 在其表面有序堆积，使晶核或晶种不断长大 形成晶体。
2. 晶核的形 成
3.晶体的生长
1.

达到过饱和状态
在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，当溶质 不能继续溶解时，所得的溶液叫做这种溶质的饱和溶液。 一定温度、压力下，当溶液中溶质的浓度已超过该温度、 压力下溶质的溶解度，而溶质仍不析出的现象叫过饱和 现象，此时的溶液称为过饱和溶液。

只有过饱和度形成时才能发生结晶，而过饱和 度是其推动力。
挂线结晶养大法
3. 晶体的生长

晶体生长： 物质在一定温度、压力、浓度、介质、 pH 等条件下由气相、液相、固相转化， 形成特定维 度尺寸晶体的过程。 晶体生长机理: 在过饱和溶液中已有晶体形成（加入 晶种）后，以过饱和度为推动力，溶质质点会继续一 层层地在晶体表面有序排列，晶体将长大的过程。

晶体生长过程
3. 溶液的饱和度

能够形成晶体的物质,只有在一定的浓度时,才能形成晶体。这 是因为: 结晶形成的最主要条件是在一定的浓度下 ,结晶粒子有足够的 碰撞机会并按一定的速率定向地排列聚集才有晶体的形成。 溶液的浓度状态与结晶之间的关系是：
当溶液处于不饱和状态时,溶质可溶解至饱和, 当溶液处于饱和状态时,溶质不再溶解,也不会有晶体析出, 当溶液达到过饱和状态时,这时会有溶质析出,然后回到饱和状态。
清华大学生命科学学院施一公教授研究组在《自然》（Nature）在线发 表题为《细菌能量耦合因子转运蛋白结构》的研究论文，首次报道了能量耦 合因子转运蛋白复合物四聚体的晶体结构，并通过结构信息阐述了该蛋白复 合物的工作的分子机制。
2. 溶质的纯度



溶质要形成晶体 , 必须要有一定的纯度。这是结晶 的必要条件之一。 杂质含量越低则溶质的纯度就越高 , 这样就有利于 结晶的形成和生长。 杂质的存在 , 有时会影响到结晶粒子在结晶面上的 定向排列以致使结晶进行得很慢甚至无法进行。而 有些杂质则会与结晶粒子形成络合物。

均相一次成核：是在均相过饱和溶液中自发产生晶核
的过程。 非均相一级成核：在非均相过饱和溶液中自发产生晶 核的过程。实际上溶液中有外来固体物质颗粒，如大 气中的灰尘或其他人为引入的固体粒子，这些外来杂

质粒子对一次成核过程有诱导作用 . 非均相成核可在
比均相成核更低的过饱和度下发生。
（2） 二次成核
至几微米。

成核机理：一次成核和二次成核。
（1）一次成核

一次成核：在没有晶体存在的条件下自发产生晶 核的过程，是从纯液体或纯溶液中形成新的相。

一次成核速率较大，对过饱和度变化非常敏感，
很难将其控制在一定的水平。除了超细粒子制造
源自文库
外，一般结晶过程都要尽量避免一次成核的发生。

一次成核分为非均相和均相一次成核。
第八章 其他分离技术
第二节 结晶分离
一、概述
二、结晶的基本原理
三、晶体形成的条件 四、影响晶体生成的因素 五、常用的结晶方法 六、 结晶分离技术的应用
一、 概述

结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、溶液或熔融物中析 出的过程。是一种获得固体产物的重要手段。 如：从海水中得到食盐晶体。

结晶分离的特点




添加晶种诱导晶核形成
通常方法:
现成的晶体,可将其研碎,加入少量的溶剂,离心除去大颗粒 , 再稀释使之处于低饱和状态 , 这时悬浮液中具有许多小晶 核 , 将其倒入到待结晶的溶液中 , 经过轻轻搅拌后放置一段 时间即有结晶析出。
少量的待结晶液体进行蒸发，待产生晶体后再行加入.
投放晶种养大法
（1）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液层，
从溶液中转移至晶体表面。
（2）到达晶体表面的溶质嵌入晶面，使晶体长大，同时放 出结晶热。 （3）放出来的结晶热传导至溶液中。
三、晶体形成的条件
1. 溶质的性质



各种有机酸、单糖、核苷酸、氨基酸、维生素、 辅酶等分子量子较小，结构比较简单的物质，当 其纯度达到一定程度后,一般都可以结晶成分子型 或离子型的晶体。 而多糖、蛋白质、酶和核酸等成分,由于分子量大 ,结构复杂 ,分子不容易定向聚集 ,获得结晶就困难 些。 分子支链较少而对称性好的大分子比支链多,对称 性差的大分子容易结晶。一般来讲，分子越大越 难结晶。

二次成核：在已有晶体的条件下产生晶核的过程，即通
过溶液中已有的晶化剂结晶成晶体而产生晶核。 二次成核的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。 剪应力成核：当过饱和溶液以较大的流速流过正在生长中 的晶体表面时，在流体边界层存在的剪应力能将一些附着 于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。 接触成核：当晶体与其他固体物接触时所产生的晶体表面 的碎粒。 在工业结晶器中，晶体与搅拌桨、器壁间的碰撞，以及晶 体与晶体之间的碰撞都有可能发生接触成核。
（1）能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形 成纯净的晶体。 （2 ） 固体产品有特定的晶体结构和形态 ( 如晶形、粒度分布 等)。 （ 3 ）能量消耗少 ,操作温度低，对设备材质要求不高，三废排 放少，有利于环境保护。 （4）结晶过程及其设备种类繁多。
二. 结晶的基本原理
（一）晶体的几个基本概念

晶体：是许多性质相同的粒子在三维空间排列成规则格子状的
固态物质，是由晶面构成的具点阵结构的多面体。
石墨及其晶体结构
雪花的结晶体
5
牛胰岛素晶体图片
6
生殖细胞的蛋白质
7
同质多晶现象: 有些物质具有不同的结晶形 态,即同质多晶现象。

晶体与非晶体的区别:
1、晶体具有方向性和多向差异性。 2、晶体具有一定的对称性。 3、晶体物质较纯。
如何得到过饱和溶液？
完 全 纯 净 的 溶 液
不受外界扰 动和刺激
降 温 或 蒸 发
过 饱 和 溶 液
① 过饱和溶液浓度与溶解度之差称为过饱和度;
② 当达到一定的过饱和度后，就开始析出晶核;
2. 晶核的形成

晶核: 过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶
体生长过程的核心。晶核的大小粗估为数十纳米