天津商业大学：《生物工艺学》课程PPT教学课件（下）第二十三章 结晶 Crystallization

23结 晶 Crystallization

23结 晶 Crystallization

结晶的概念 ◼ 溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则 的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一， 具有各种对称的晶体，其特征为离子和分子 在空间晶格的结点上呈规则的排列 ◼ 固体有结晶和无定形两种状态 ◼ 结晶：析出速度慢，溶质分子有足够时间进 行排列，粒子排列有规则 ◼ 无定形固体：析出速度快，粒子排列无规则- 沉淀

结晶的概念 ◼ 溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则 的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一， 具有各种对称的晶体，其特征为离子和分子 在空间晶格的结点上呈规则的排列 ◼ 固体有结晶和无定形两种状态 ◼ 结晶：析出速度慢，溶质分子有足够时间进 行排列，粒子排列有规则 ◼ 无定形固体：析出速度快，粒子排列无规则- 沉淀

◼ 只有同类分子或离子才能排列成晶体， 因此结晶过程有良好的选择性。 ◼ 通过结晶，溶液中大部分的杂质会留 在母液中，再通过过滤、洗涤，可以 得到纯度较高的晶体。 ◼ 结晶过程具有成本低、设备简单、操 作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、 抗生素、维生素、核酸等产品的精制

◼ 只有同类分子或离子才能排列成晶体， 因此结晶过程有良好的选择性。 ◼ 通过结晶，溶液中大部分的杂质会留 在母液中，再通过过滤、洗涤，可以 得到纯度较高的晶体。 ◼ 结晶过程具有成本低、设备简单、操 作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、 抗生素、维生素、核酸等产品的精制

AFM下的抗生素晶体

AFM下的抗生素晶体

AFM下的抗生素晶体层

AFM下的抗生素晶体层

23.1结晶过程分析 ◼ 饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该 溶质在同等条件下的饱和溶解度时， 该溶液称为饱和溶液； ◼ 过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解 度时，该溶液称之为过饱和溶液； ◼ 溶质只有在过饱和溶液中才能析出； ◼ 溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶 体大小）有关

23.1结晶过程分析 ◼ 饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该 溶质在同等条件下的饱和溶解度时， 该溶液称为饱和溶液； ◼ 过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解 度时，该溶液称之为过饱和溶液； ◼ 溶质只有在过饱和溶液中才能析出； ◼ 溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶 体大小）有关

凯尔文（Kelvin）公式 C*-小晶体的溶解度； C-颗粒半径为r的溶质溶解度 σ-固体颗粒与溶液间的界面张力； ρ-晶体密度 R-气体常数； T-绝对温度 RT r M c c  2 * ln =

凯尔文（Kelvin）公式 C*-小晶体的溶解度； C-颗粒半径为r的溶质溶解度 σ-固体颗粒与溶液间的界面张力； ρ-晶体密度 R-气体常数； T-绝对温度 RT r M c c  2 * ln =

结晶过程的实质 ◼ 结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析 出，形成新相的过程。 ◼ 这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固 体，还包括这些分子有规律地排列在 一定晶格中，这一过程与表面分子化 学键力变化有关； ◼ 因此，结晶过程是一个表面化学反应 过程

结晶过程的实质 ◼ 结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析 出，形成新相的过程。 ◼ 这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固 体，还包括这些分子有规律地排列在 一定晶格中，这一过程与表面分子化 学键力变化有关； ◼ 因此，结晶过程是一个表面化学反应 过程

晶体的形成 ◼ 形成新相（固体）需要一定的表面自由能。 因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体 尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶 解度后，才可能有晶体析出。 ◼ 首先形成晶核，由Kelvin公式，微小的晶 核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶 液中，晶核是处于一种形成—溶解—再形 成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱 和度以后，晶核才能够稳定存在

晶体的形成 ◼ 形成新相（固体）需要一定的表面自由能。 因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体 尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶 解度后，才可能有晶体析出。 ◼ 首先形成晶核，由Kelvin公式，微小的晶 核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶 液中，晶核是处于一种形成—溶解—再形 成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱 和度以后，晶核才能够稳定存在

◼ 过饱和度S： c * c S = 最先析出的微小颗粒是以后晶体的中心，称为晶核。 晶体的形成过程： 过饱和溶液的形成 晶核的形成 晶体生长 其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过 饱和度是结晶的推动力

◼ 过饱和度S： c * c S = 最先析出的微小颗粒是以后晶体的中心，称为晶核。 晶体的形成过程： 过饱和溶液的形成 晶核的形成 晶体生长 其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过 饱和度是结晶的推动力