在沉淀结晶的初期引入晶种诱导成核或抑制初级成核,是结晶的有效手段。有助于从溶液中析出结晶或沉淀。晶种通常是被析出物质的小晶体,能够挤进预定的位置,以便形成较大晶体。1

在结晶过程中的作用当溶液处于过饱和状态时,分子间的分散或排斥作用小于分子间的相互吸引作用,便于开始形成沉淀或结晶。结晶过程是一个相变过程,即物质在特定的物理、化学条件下由气相、液相或固相形成晶体的过程。由气相或液相形成晶体,开始是很困难的,原子或分子在气相或液相的吉布斯函数很高,必须在很大程度上降低分子熵才能形成晶体的胚芽——晶核。加入预先制成的晶核,可使结晶过程容易进行,还可使从晶核成长的晶体达到均匀一致,从而提高晶体的产量和质量。晶种在晶体的生长中起着重要的作用。2

晶种的来源及预处理一般说来,理想的晶种应当是在同一沉淀系统中得到的结构和成分较为完整的相同晶体。 在特殊的情况下, 也可以使用结构和成分类似的晶体作晶种。晶种应当具有较高的纯度。 选好的晶种要仔细地进行清洁处理, 可以经过洗涤或轻微溶解,晶体表面的附着物最好溶去。有时,晶种需要研磨,研磨过程中,晶体表面会造成一定损伤,在加晶种之前,可事先将其分散于饱和溶液或沉淀剂中以修复表面损伤。损伤的晶体和带有缺陷的晶体会使成核机理变得复杂。2

晶种的粒度、大小及用量晶种的粒度分布直接影响着最终产品的粒度分布。通常认为, 晶种应当具有更窄的粒度分布。也就是说, 晶种的粒度比较均匀。获得晶种最好的办法是借助细晶消除操作或采用超声波起晶等方法制备粒度比较均一的晶种。另外,为得到粒度分布均匀的产品, 筛分操作也是经常用到的操作之一。2

添加晶种的条件添加晶种成功的关键在于加晶种时溶液中没有晶体,且没有越过介稳区。在介稳区内加入晶种, 如果沉淀剂的流加速率控制适当,可以使过饱和度停留在较低的水平,实现恒定过饱和度操作。在个别情况下或介稳区很窄的条件下,也可以往不饱和溶液中加入晶种,此时真正意义上的晶种量要小于实际加入量。

晶种可以直接加入,可以用饱和溶液或惰性溶剂分散加入, 还可以随着某一反应剂或沉淀剂一起加入。加入点的位置应选择在流体混合效果最佳的区域,因为沉淀结晶的成核和成长过程受流体力学条件及传质过程的影响很大 。加晶种时的流体力学条件应当比较温和, 搅拌速率控制在能使晶种处于完全悬浮状态即可,当然如果要求生产小粒度的产品,则搅拌速率要高于此值。 一般说来,高搅拌强湍流应当避免,这可能造成晶种的破碎,也不利于随后的晶体生长。添加晶种时,溶液的初始过饱和度不宜过高, 高过饱和度容易导致晶种和二次核的聚结。 初始过饱和度的水平应有经验确定。

若晶种以饱和溶液或惰性溶剂分散,则晶种浆的温度应与溶液系统温度一致, 以免温度变化影响晶种的效果。2

方法1)有现成晶体时,取少量现成晶体研碎后,稀释至一定浓度(稍稍过饱和),倒进待结晶的溶液中,用玻棒轻轻搅拌,放置一段时间后即有结晶析出。

2)无现成晶体时,取1-2滴结晶溶液置表面玻璃皿上,缓慢蒸发除去溶剂,可获得少量晶体。或取少量待结晶溶液置于一试管中,旋转蒸发至一定程度后冷却试管,管壁上即可形成一层结晶。

3)玻璃微粒作为异种晶核。

4)蛋白质和酶结晶时,常加入金属离子才能形成晶核。

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蒲富永 - 教授 - 西南大学