第14章 沉淀与结晶(精品).ppt

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1、沉淀与结晶沉淀与结晶Precipitation and Precipitation and CrystallizationCrystallization 沉淀法与结晶法都是将溶质以固体形式从溶液中沉淀法与结晶法都是将溶质以固体形式从溶液中析出的方法，若析出的是晶体，则称为析出的方法，若析出的是晶体，则称为结晶结晶；析出；析出的是无定形物质，则称为的是无定形物质，则称为沉淀沉淀。沉淀和结晶沉淀和结晶本质上同属一个过程，都是新相析出本质上同属一个过程，都是新相析出的过程，两者的区别在于构成单位的排列方式不同，的过程，两者的区别在于构成单位的排列方式不同，晶体的原子、离子或分子排列是规则的，而沉淀是

2、晶体的原子、离子或分子排列是规则的，而沉淀是不规则的。不规则的。沉淀和结晶通常被统称为固相析出技术。沉淀和结晶通常被统称为固相析出技术。1/25/20231沉淀法沉淀法1.1.概述概述（1 1 1 1）定义：利用）定义：利用）定义：利用）定义：利用沉淀剂沉淀剂沉淀剂沉淀剂使所需提取的生化物质或杂质使所需提取的生化物质或杂质使所需提取的生化物质或杂质使所需提取的生化物质或杂质在溶液中的在溶液中的在溶液中的在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀溶解度降低而形成无定形固体沉淀溶解度降低而形成无定形固体沉淀溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过的过的过的过程。程。程。程。（2 2 2 2）特点：操作简单

3、、经济、浓缩倍数高）特点：操作简单、经济、浓缩倍数高）特点：操作简单、经济、浓缩倍数高）特点：操作简单、经济、浓缩倍数高（3 3 3 3）缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性）缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性）缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性）缺点：针对复杂体系而言，分离度不高、选择性不强；杂质含量高不强；杂质含量高不强；杂质含量高不强；杂质含量高（4 4 4 4）种类：盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀、非离）种类：盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀、非离）种类：盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀、非离）种类：盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀、非离子型聚合物沉淀、金属离子沉淀法等

4、子型聚合物沉淀、金属离子沉淀法等子型聚合物沉淀、金属离子沉淀法等子型聚合物沉淀、金属离子沉淀法等（5 5 5 5）一般操作过程）一般操作过程）一般操作过程）一般操作过程 加沉淀剂加沉淀剂加沉淀剂加沉淀剂陈化陈化陈化陈化分离（过滤或离心）分离（过滤或离心）分离（过滤或离心）分离（过滤或离心）2.12.12.12.1基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：盐析：盐析：盐析：盐析：在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生在高浓度的中性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分子物质在水溶液中的溶解度物大分子物质在水溶液中的溶解度物

5、大分子物质在水溶液中的溶解度物大分子物质在水溶液中的溶解度随盐浓度的升高会随盐浓度的升高会急剧下降急剧下降，并产生沉淀，这种现象称为盐析。，并产生沉淀，这种现象称为盐析。，并产生沉淀，这种现象称为盐析。，并产生沉淀，这种现象称为盐析。盐溶：盐溶：在低盐浓度下，蛋白质的溶解度随盐浓度的在低盐浓度下，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高，溶解度略有上升，升高，溶解度略有上升，这种现象这种现象这种现象这种现象称为盐溶。称为盐溶。2.2 2.2 2.2 2.2 盐析原理盐析原理盐析原理盐析原理（1 1 1 1）首先需要了解生物大分子在水溶液中的存首先需要了解生物大分子在水溶液中的存首先需要了解生物大分子在水溶

6、液中的存首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态在状态在状态在状态蛋白质溶于水的原因蛋白质溶于水的原因蛋白质溶于水的原因蛋白质溶于水的原因2.2.盐析法盐析法1/25/20233（2 2）原理）原理a.a.盐离子中和盐离子中和prpr分子表面电荷，静电斥力减弱。分子表面电荷，静电斥力减弱。b.b.盐亲水性大于盐亲水性大于prpr亲水性破坏水化模亲水性破坏水化模PSPS：不同的：不同的prpr结构不同，溶解度不同，盐所需要的结构不同，溶解度不同，盐所需要的浓度也不同浓度也不同分级沉淀分级沉淀。a.a.a.a.两性电解质，由于静电力的作用，分子间相互两性电解质，由于静电力的作用，分子间相互两性电

7、解质，由于静电力的作用，分子间相互两性电解质，由于静电力的作用，分子间相互排斥，形成稳定的分散系。排斥，形成稳定的分散系。排斥，形成稳定的分散系。排斥，形成稳定的分散系。b.b.b.b.蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞。避免了相互碰撞。避免了相互碰撞。避免了相互碰撞。1/25/202342.3.12.3.1离子强度对盐析过程的影响离子强度对盐析过程的影响离子强度对盐析过程的影响离子强度对盐析过程的影响oo(1(1）CohnxCohnx经验公式经验公式oo

8、S S蛋白质溶解度蛋白质溶解度，mol/Lmol/L;ooI I离子强度离子强度 c c:离子浓度；离子浓度；Z Z：离子化合价离子化合价，Ks常数2.3 2.3 盐析过程盐析过程盐析过程盐析过程1/25/20235oo 盐浓度为盐浓度为0 0时，蛋白质溶解度的对数值。时，蛋白质溶解度的对数值。与蛋白质种类、温度、与蛋白质种类、温度、pHpH值有关，与盐无关；值有关，与盐无关；ooKsKs盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有关，盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有关，与温度、与温度、pHpH值无关。值无关。（2 2）和和KsKs的物理意义的物理意义1/25/20236oKsKs盐析法盐析法(分级沉

9、淀）分级沉淀）：在一定在一定pHpH和温度下，和温度下，改变体系离子强度进行盐析的方法；改变体系离子强度进行盐析的方法；o盐析法盐析法(分级沉淀）分级沉淀）：在一定离子强度下，在一定离子强度下，改变改变pHpH和温度进行盐析；和温度进行盐析；其中，其中，K Ks s盐析法由于蛋白质对离子强度的盐析法由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生共沉淀现象，因此常用变化非常敏感，易产生共沉淀现象，因此常用于于提取液的前处理提取液的前处理。而而盐析法由于溶质溶解度变化缓慢，且盐析法由于溶质溶解度变化缓慢，且变化幅度小，因此分辨率更高，常用于变化幅度小，因此分辨率更高，常用于初步的初步的纯化。纯化。2.

10、3.22.3.2盐析的方法盐析的方法1/25/202372.4.12.4.12.4.12.4.1选用盐析用盐的几点考虑选用盐析用盐的几点考虑选用盐析用盐的几点考虑选用盐析用盐的几点考虑oo盐析作用要强盐析作用要强oo盐析用盐需有较大的溶解度盐析用盐需有较大的溶解度oo盐析用盐溶解度受盐析用盐溶解度受T T影响小影响小oo盐析用盐必须是惰性的盐析用盐必须是惰性的oo来源丰富、经济来源丰富、经济2.4.2.4.2.4.2.4.盐析用盐的选择盐析用盐的选择盐析用盐的选择盐析用盐的选择1/25/202382.4.22.4.2一般的规律为一般的规律为 在相同离子强度下，盐的种类对蛋白质溶解度在相同离子强

11、度下，盐的种类对蛋白质溶解度的影响有一定差异：的影响有一定差异：n n半径小半径小的高价离子的的高价离子的盐析作用较强盐析作用较强，半径大，半径大的低价离子作用较弱的低价离子作用较弱n n（KsKs）磷酸钾磷酸钾硫酸钠硫酸钠硫酸铵硫酸铵柠檬酸钠柠檬酸钠硫酸镁硫酸镁1/25/202392.4.32.4.3常用的盐析用盐常用的盐析用盐oo硫酸铵硫酸铵硫酸铵硫酸铵：溶解度大：溶解度大：溶解度大：溶解度大（767g/L767g/L），对），对），对），对T T不敏感、分级不敏感、分级不敏感、分级不敏感、分级效果好，对蛋白有稳定作用，价廉；具腐蚀性且缓效果好，对蛋白有稳定作用，价廉；具腐蚀性且缓效果好，

12、对蛋白有稳定作用，价廉；具腐蚀性且缓效果好，对蛋白有稳定作用，价廉；具腐蚀性且缓冲能力差，冲能力差，冲能力差，冲能力差，oo硫酸钠硫酸钠硫酸钠硫酸钠oo磷酸盐磷酸盐磷酸盐磷酸盐oo柠檬酸盐柠檬酸盐柠檬酸盐柠檬酸盐1/25/2023102.5影响盐析的因素影响盐析的因素(1)(1)(1)(1)溶质种类的影响：溶质种类的影响：溶质种类的影响：溶质种类的影响：KsKsKsKs和和和和值值值值(2)(2)(2)(2)溶质浓度的影响：溶质浓度的影响：溶质浓度的影响：溶质浓度的影响：n n蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉作用明显，分辨蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉作用明显，分辨蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉

13、作用明显，分辨蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉作用明显，分辨率低；率低；率低；率低；n n蛋白质浓度小，盐的用量大，共沉作用小、分辨率蛋白质浓度小，盐的用量大，共沉作用小、分辨率蛋白质浓度小，盐的用量大，共沉作用小、分辨率蛋白质浓度小，盐的用量大，共沉作用小、分辨率高高高高(3)pH(3)pH(3)pH(3)pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量值：影响蛋白质表面净电荷的数量值：影响蛋白质表面净电荷的数量值：影响蛋白质表面净电荷的数量n n通常调整体系通常调整体系通常调整体系通常调整体系pHpHpHpH值使其在值使其在值使其在值使其在pIpIpIpI附近；且附近；且附近；且附近；且prprprpr稳

14、定性好稳定性好稳定性好稳定性好(4)(4)(4)(4)盐析温度盐析温度盐析温度盐析温度-常温常温常温常温n n一般在高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降一般在高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降一般在高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降一般在高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降1/25/2023112.6硫酸铵盐析操作（1 1 1 1）固体加入法：）固体加入法：）固体加入法：）固体加入法：以少量多次方式缓慢加入以少量多次方式缓慢加入以少量多次方式缓慢加入以少量多次方式缓慢加入硫酸铵硫酸铵硫酸铵硫酸铵，其，其，其，其用量由表用量由表用量由表用量由表可得。可得。可得。可得。如：现有如：现有

15、如：现有如：现有20ml20ml20ml20ml料液，饱和度为料液，饱和度为料液，饱和度为料液，饱和度为20202020，以加固体，以加固体，以加固体，以加固体硫酸铵的方硫酸铵的方硫酸铵的方硫酸铵的方式盐析，需要达到的硫酸铵饱和度为式盐析，需要达到的硫酸铵饱和度为式盐析，需要达到的硫酸铵饱和度为式盐析，需要达到的硫酸铵饱和度为40404040，问需要加入，问需要加入，问需要加入，问需要加入多少固体硫酸铵？多少固体硫酸铵？多少固体硫酸铵？多少固体硫酸铵？盐析饱和度（盐析饱和度（盐析饱和度（盐析饱和度（SaturationSaturationSaturationSaturation）的概念的概念的

16、概念的概念：以硫酸铵为例：以硫酸铵为例：以硫酸铵为例：以硫酸铵为例：252525250 0 0 0C C C C时，硫酸铵的饱和溶解度是时，硫酸铵的饱和溶解度是时，硫酸铵的饱和溶解度是时，硫酸铵的饱和溶解度是767g/L767g/L767g/L767g/L定定定定义为义为义为义为100%100%100%100%饱和度。（饱和度。（饱和度。（饱和度。（50505050饱和度？饱和度？饱和度？饱和度？）1/25/20231225硫酸铵水溶液由原来的饱和度达到所需饱和度时，每升硫酸铵水溶液应加入固体硫酸铵的克数1/25/202313（2）加饱和硫酸铵溶液V-加入体积；V0原液体积S3所加硫酸铵的饱和

17、度S2需要达到的硫酸铵的饱和度S1原液硫酸铵的饱和度PS：操作时注意事项a.Tb.分级盐析c.条件严格控制（有重复性）d.静止0.51h后过滤或离心（沉淀完全）e.搅拌1/25/2023143 有机溶剂沉淀3.13.13.13.1概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的亲水的亲水的亲水的有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。3.23.23.23.2原理：原理

18、：原理：原理：（1 1 1 1）降低了降低了降低了降低了溶质的介电常数溶质的介电常数溶质的介电常数溶质的介电常数，使，使，使，使溶质之间的静电引溶质之间的静电引溶质之间的静电引溶质之间的静电引力增加力增加力增加力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。，从而出现聚集现象，导致沉淀。，从而出现聚集现象，导致沉淀。，从而出现聚集现象，导致沉淀。（2 2 2 2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，从而降度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，从

19、而降度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，从而降度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，从而降低了亲水性，导致脱水凝聚低了亲水性，导致脱水凝聚低了亲水性，导致脱水凝聚低了亲水性，导致脱水凝聚破坏水化膜破坏水化膜破坏水化膜破坏水化膜。1/25/202315（3 3）加有机溶剂后，）加有机溶剂后，prpr等分子的等分子的空间结构可能发空间结构可能发生变化生变化，使内部疏水基团，使内部疏水基团部分外露部分外露，并与有机溶剂，并与有机溶剂的疏水基团结合成疏水层，从而使蛋白沉淀。的疏水基团结合成疏水层，从而使蛋白沉淀。3.33.3溶剂选择溶剂选择oo介电常数要小介电常数要小介电常数要小介电常数要小oo致变性作

20、用要小致变性作用要小致变性作用要小致变性作用要小oo毒性要小、挥发性适中毒性要小、挥发性适中毒性要小、挥发性适中毒性要小、挥发性适中oo水溶性要好（与水无限混溶）水溶性要好（与水无限混溶）水溶性要好（与水无限混溶）水溶性要好（与水无限混溶）1/25/2023163.43.43.43.4有机溶剂沉淀的特点有机溶剂沉淀的特点有机溶剂沉淀的特点有机溶剂沉淀的特点（1 1）分辨率高；）分辨率高；）分辨率高；）分辨率高；（2 2）溶剂容易分离）溶剂容易分离）溶剂容易分离）溶剂容易分离，并可回收使用；并可回收使用；并可回收使用；并可回收使用；产品洁净；产品洁净；产品洁净；产品洁净；（3 3）容易使蛋白质等

21、生物大分子失活；）容易使蛋白质等生物大分子失活；）容易使蛋白质等生物大分子失活；）容易使蛋白质等生物大分子失活；（4 4）应注意在低温下操作；应注意在低温下操作；（5 5）成本高）成本高）成本高）成本高1/25/2023173.5常用的有机溶剂沉淀剂常用的有机溶剂沉淀剂（1 1 1 1）乙醇：）乙醇：）乙醇：）乙醇：沉淀作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、沉淀作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、沉淀作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、沉淀作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉淀；多糖等生物大分子的沉淀；多糖等生物大分子的沉淀；多糖等生物大分子的

22、沉淀；（2 2 2 2）丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性大，应用范围）丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性大，应用范围）丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性大，应用范围）丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性大，应用范围不广不广不广不广；（3 3 3 3）甲醇）甲醇）甲醇）甲醇介电常数小，介电常数小，介电常数小，介电常数小，60%60%60%60%乙醇的介电常数是乙醇的介电常数是乙醇的介电常数是乙醇的介电常数是48484848；丙酮的介电常数是丙酮的介电常数是丙酮的介电常数是丙酮的介电常数是22222222；容易获取；容易获取；容易获取；容易获取1/25/2023183.63.6影响有机溶剂沉淀的主

23、要因素影响有机溶剂沉淀的主要因素（1 1 1 1）温度预冷）温度预冷）温度预冷）温度预冷 低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；（有机溶剂溶于水放热）（有机溶剂溶于水放热）（有机溶剂溶于水放热）（有机溶剂溶于水放热）（2 2 2 2）搅拌速度散热）搅拌速度散热）搅拌速度散热）搅拌速度散热（3 3 3 3）溶液）溶液）溶液）溶液pHpHpHpH值：值：值：值：目标蛋白与杂质带有相同的电荷，目标蛋白与杂质带有相同的电荷，目

24、标蛋白与杂质带有相同的电荷，目标蛋白与杂质带有相同的电荷，pIpIpIpI附近；稳定性好附近；稳定性好附近；稳定性好附近；稳定性好（4 4 4 4）离子强度）离子强度）离子强度）离子强度:离子强度低有利于沉淀，离子强度低有利于沉淀，离子强度低有利于沉淀，离子强度低有利于沉淀，0.010.010.010.010.05mol/L0.05mol/L0.05mol/L0.05mol/L（5 5 5 5）样品浓度）样品浓度）样品浓度）样品浓度:0.5:0.5:0.5:0.52%2%2%2%n n稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀作用小稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀作用小稀：溶剂用量大，回收率低，但共

25、沉淀作用小稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀作用小n n浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低1/25/2023194.4.等电点沉淀等电点沉淀4.14.14.14.1概念：概念：概念：概念：调节体系调节体系调节体系调节体系pHpHpHpH值，使两性电解质的溶解度下降，值，使两性电解质的溶解度下降，值，使两性电解质的溶解度下降，值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为析出的操作称为析出的操作称为析出的操作称为等电点沉淀等电点沉淀等电点沉淀等电点沉淀。4.24.24.24.2原理

26、：原理：原理：原理：蛋白质是两性电解质，当溶液蛋白质是两性电解质，当溶液蛋白质是两性电解质，当溶液蛋白质是两性电解质，当溶液pHpHpHpH值值值值处于等电点处于等电点处于等电点处于等电点时，分子表面净电荷为时，分子表面净电荷为时，分子表面净电荷为时，分子表面净电荷为0 0 0 0，双电层和水化膜双电层和水化膜双电层和水化膜双电层和水化膜结构结构结构结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。进而产生沉淀。进而产生沉淀。进而产生沉淀。1/25/20232

27、01/25/202321oo操作时的注意事项：操作时的注意事项：操作时的注意事项：操作时的注意事项：（1 1 1 1）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通常会发生常会发生常会发生常会发生“漂移漂移漂移漂移”，阳，阳，阳，阳-高，阴高，阴高，阴高，阴-低低低低（2 2 2 2）溶质的稳定性）溶质的稳定性）溶质的稳定性）溶质的稳定性（3 3 3 3）由于在）由于在）由于在）由于在等电点附近等电点附近等电点附近等电点附近，溶质仍然有一定的溶溶质仍然有一定的溶溶质仍然有一定的溶溶质仍然有一

28、定的溶解度，解度，解度，解度，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀法联合使用法联合使用法联合使用法联合使用1/25/2023225.其它沉淀法（1 1）非离子型聚合物沉淀法（）非离子型聚合物沉淀法（PEGPEG）（2 2）聚电解质沉淀法：聚丙烯酸）聚电解质沉淀法：聚丙烯酸（3 3）金属离子沉淀法）金属离子沉淀法（4 4）有机酸沉淀

29、法：鞣酸、）有机酸沉淀法：鞣酸、TCATCA等，可与有机分子的碱性等，可与有机分子的碱性功能团形成复合物而沉淀功能团形成复合物而沉淀（5 5）选择性变性沉淀）选择性变性沉淀a.a.选择性酸碱变性（选择性酸碱变性（TCATCA）b.b.热稳定性不同热变性热稳定性不同热变性c.c.表面活性剂或有机溶剂选择性变性（表面活性剂或有机溶剂选择性变性（SDSSDS、氯仿）、氯仿）1/25/2023231.1.结晶的概念结晶的概念 溶液中的溶质在一定条件下，因溶液中的溶质在一定条件下，因溶液中的溶质在一定条件下，因溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则分子有规则分子有规则分子有规则的排列而结合的排列而结合的

30、排列而结合的排列而结合成晶体。成晶体。成晶体。成晶体。特征：特征：特征：特征：晶体的化学成分均一，具有各种对称的晶体，离子和晶体的化学成分均一，具有各种对称的晶体，离子和晶体的化学成分均一，具有各种对称的晶体，离子和晶体的化学成分均一，具有各种对称的晶体，离子和 分子在空间晶格的结点上呈分子在空间晶格的结点上呈分子在空间晶格的结点上呈分子在空间晶格的结点上呈规则的排列规则的排列规则的排列规则的排列.固体有两种状态固体有两种状态固体有两种状态固体有两种状态：结晶结晶结晶结晶和和和和无定形无定形无定形无定形结晶结晶结晶结晶：析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列：析出速度慢，溶质分子有足

31、够时间进行排列，粒子排列：析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列：析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则有规则有规则有规则无定形固体无定形固体无定形固体无定形固体：析出速度快，粒子排列无规则：析出速度快，粒子排列无规则：析出速度快，粒子排列无规则：析出速度快，粒子排列无规则结结 晶晶 技技 术术1/25/202324典型的晶体结构典型的晶体结构1/25/2023252.结晶操作的特点结晶操作的特点（1 1 1 1）只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此）只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此）只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此）只有同类分子或离子才能排列成晶体，因

32、此结晶过程有良好的结晶过程有良好的结晶过程有良好的结晶过程有良好的选择性。选择性。选择性。选择性。n n通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高的晶体。的晶体。的晶体。的晶体。（2 2 2 2）结晶过程具有）结晶过程具有）结晶过程具有）结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便成本低、设备简单、操作方便成本低、设备简单、操作方便成本低、设

33、备简单、操作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、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。核酸等产品的精制。核酸等产品的精制。核酸等产品的精制。1/25/2023263.结晶过程分析结晶过程分析oo饱和溶液饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质：当溶液中溶质浓度等于该溶质质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液；称为饱和溶液；oo过饱和溶液过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液；该溶液称之为

34、过饱和溶液；n n溶质只有在过饱和溶液中才能析出；溶质只有在过饱和溶液中才能析出；溶质只有在过饱和溶液中才能析出；溶质只有在过饱和溶液中才能析出；3.13.1基本概念基本概念1/25/2023273.2凯尔文（凯尔文（Kelvin）公式公式C C C C2 2 2 2-小晶体的溶解度；小晶体的溶解度；小晶体的溶解度；小晶体的溶解度；C C C C1 1 1 1-普通晶体的溶解度普通晶体的溶解度普通晶体的溶解度普通晶体的溶解度-晶体与溶液间的表面张力；晶体与溶液间的表面张力；晶体与溶液间的表面张力；晶体与溶液间的表面张力；-晶体密度晶体密度晶体密度晶体密度2 2 2 2-小晶体的半径；小晶体的半

35、径；小晶体的半径；小晶体的半径；1 1 1 1-普通晶体半径普通晶体半径普通晶体半径普通晶体半径 R-R-R-R-气体常数；气体常数；气体常数；气体常数；T-T-T-T-绝对温度绝对温度绝对温度绝对温度uu溶质溶解度与温度、溶质分散度溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶体大小）有关。（晶体大小）有关。1/25/2023283.3结晶过程的实质结晶过程的实质oo结晶是指结晶是指结晶是指结晶是指溶质自动从溶质自动从溶质自动从溶质自动从过饱和溶液过饱和溶液过饱和溶液过饱和溶液中析出中析出中析出中析出，形成新相的形成新相的形成新相的形成新相的过程过程过程过程oo这一过程包括：这一过程包括：这一过程包括：这

36、一过程包括：n n溶质分子凝聚成固体溶质分子凝聚成固体溶质分子凝聚成固体溶质分子凝聚成固体n n分子有规律地排列在一定晶格中分子有规律地排列在一定晶格中分子有规律地排列在一定晶格中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；这一过程与表面分子化学键力变化有关；这一过程与表面分子化学键力变化有关；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。因此，结晶过程是一个表面化学反应过程。因此，结晶过程是一个表面化学反应过程。因此，结晶过程是一个表面化学反应过程。1/25/2023293.4 晶体的形成晶体的形成oo形成新相（固体）需要一定的表面自由能。因此

37、，形成新相（固体）需要一定的表面自由能。因此，形成新相（固体）需要一定的表面自由能。因此，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，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度只有当溶质浓度只有当溶质浓度只有当溶质浓度超过超过超过超过饱和溶解度后，饱和溶解度后，饱和溶解度后，饱和溶解度后，才可能才可能才可能才可能有晶有晶有晶有晶体析出。体析出。体析出。体析出。oo首先形成晶核，由首先形成晶核，由首先形成晶核，由首先形成晶核，由KelvinKelvinKel

38、vinKelvin公式，公式，公式，公式，微小的晶核具有微小的晶核具有微小的晶核具有微小的晶核具有较大的溶解度。较大的溶解度。较大的溶解度。较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，实质上，在饱和溶液中，实质上，在饱和溶液中，实质上，在饱和溶液中，晶核是晶核是晶核是晶核是处于一种形成处于一种形成处于一种形成处于一种形成溶解溶解溶解溶解再形成的动态平衡之中再形成的动态平衡之中再形成的动态平衡之中再形成的动态平衡之中，因此，因此，因此，因此，只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能够稳定存在。够稳定存

39、在。够稳定存在。够稳定存在。1/25/2023304.结晶步骤结晶步骤oo过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成oo晶核的形成晶核的形成晶核的形成晶核的形成oo晶体生长晶体生长晶体生长晶体生长 其中，其中，其中，其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；溶液达到过饱和状态是结晶的前提；溶液达到过饱和状态是结晶的前提；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。过饱和度是结晶的推动力。过饱和度是结晶的推动力。过饱和度是结晶的推动力。4.14.1一般步骤一般步骤1/25/2023314.2温度与溶解度的关系温度与溶解度的关系oo由于物质在溶解时要吸收热量、结晶时要

40、放由于物质在溶解时要吸收热量、结晶时要放由于物质在溶解时要吸收热量、结晶时要放由于物质在溶解时要吸收热量、结晶时要放出结晶热。因此，结晶也是一个出结晶热。因此，结晶也是一个出结晶热。因此，结晶也是一个出结晶热。因此，结晶也是一个质量与能量质量与能量质量与能量质量与能量的传递过程的传递过程的传递过程的传递过程，它与体系温度的关系十分密切。，它与体系温度的关系十分密切。，它与体系温度的关系十分密切。，它与体系温度的关系十分密切。oo溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱和曲线表示和曲线

41、表示和曲线表示和曲线表示1/25/2023324.3饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线SS-饱和曲线饱和曲线TT-过饱和曲线过饱和曲线TT-超溶解曲超溶解曲线线1/25/202333（1 1）稳定区和亚稳定区）稳定区和亚稳定区）稳定区和亚稳定区）稳定区和亚稳定区ooa.a.a.a.在温度在温度在温度在温度-溶解度关系图中，溶解度关系图中，溶解度关系图中，溶解度关系图中，SSSSSSSS曲线下方曲线下方曲线下方曲线下方为稳定区，为稳定区，为稳定区，为稳定区，在该区域任意一点溶液均是稳定的；在该区域任意一点溶液均是稳定的；在该区域任意一点溶液均是稳定的；在该区域任意一点溶液均是稳定的；oob

42、.b.b.b.而在而在而在而在SSSSSSSS曲线和曲线和曲线和曲线和TTTTTTTT曲线之间曲线之间曲线之间曲线之间的区域为亚稳定区，此刻的区域为亚稳定区，此刻的区域为亚稳定区，此刻的区域为亚稳定区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定；保持稳定；保持稳定；保持稳定；ooc.c.c.c.加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓加入晶核后，溶质在

43、晶核周围聚集、排列，溶质浓度降低，并降至度降低，并降至度降低，并降至度降低，并降至SSSSSSSS线；线；线；线；ood.d.d.d.介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域，可以进一步划分域，可以进一步划分域，可以进一步划分域，可以进一步划分刺激结晶区刺激结晶区刺激结晶区刺激结晶区和和和和养晶区养晶区养晶区养晶区1/25/202334（2 2）不稳定区）不稳定区）不稳定区）不稳定区oo在在在在TTTTTTTT曲线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一曲

44、线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一曲线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一曲线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一点溶液均能点溶液均能点溶液均能点溶液均能自发形成结晶自发形成结晶自发形成结晶自发形成结晶，溶液中溶质浓度迅速降低至，溶液中溶质浓度迅速降低至，溶液中溶质浓度迅速降低至，溶液中溶质浓度迅速降低至SSSSSSSS线（饱和）；线（饱和）；线（饱和）；线（饱和）；n n晶体生长速度快，晶体尚未长大，溶质浓度便降至饱晶体生长速度快，晶体尚未长大，溶质浓度便降至饱晶体生长速度快，晶体尚未长大，溶质浓度便降至饱晶体生长速度快，晶体尚未长大，溶质浓度便降至饱和溶解度，此时已形

45、成大量的和溶解度，此时已形成大量的和溶解度，此时已形成大量的和溶解度，此时已形成大量的细小结晶细小结晶细小结晶细小结晶，晶体质量差；，晶体质量差；，晶体质量差；，晶体质量差；oo因此，工业生产中通常采用因此，工业生产中通常采用因此，工业生产中通常采用因此，工业生产中通常采用加入晶种加入晶种加入晶种加入晶种，并将，并将，并将，并将溶质浓度控制溶质浓度控制溶质浓度控制溶质浓度控制在养晶区（亚稳定区）在养晶区（亚稳定区）在养晶区（亚稳定区）在养晶区（亚稳定区），以利于大而整齐的晶体形成。，以利于大而整齐的晶体形成。，以利于大而整齐的晶体形成。，以利于大而整齐的晶体形成。1/25/202335（3 3

46、 3 3）影响溶液过饱和度的因素）影响溶液过饱和度的因素）影响溶液过饱和度的因素）影响溶液过饱和度的因素a.a.a.a.饱和曲线是固定的饱和曲线是固定的饱和曲线是固定的饱和曲线是固定的b.b.b.b.不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、冷却速度的快慢等因素的影响冷却速度的快慢等因素的影响冷却速度的快慢等因素的影响冷却速度的快慢等因素的影响（4 4 4 4）结晶与溶解度之间的关系）结晶与溶解度之间的关系）结晶与溶解度之间的关系）结晶与

47、溶解度之间的关系oo晶体产量晶体产量晶体产量晶体产量取决于溶液与固体之间的取决于溶液与固体之间的取决于溶液与固体之间的取决于溶液与固体之间的溶解溶解溶解溶解析出平衡析出平衡析出平衡析出平衡；n n固体溶质加入未饱和溶液固体溶质加入未饱和溶液固体溶质加入未饱和溶液固体溶质加入未饱和溶液溶解溶解溶解溶解；n n固体溶质加入饱和溶液固体溶质加入饱和溶液固体溶质加入饱和溶液固体溶质加入饱和溶液平衡平衡平衡平衡（Vs=Vs=Vs=Vs=VdVdVdVd）n n固体溶质加入过饱和溶液固体溶质加入过饱和溶液固体溶质加入过饱和溶液固体溶质加入过饱和溶液晶体析出晶体析出晶体析出晶体析出1/25/2023364.

48、4过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成（1 1 1 1）冷却）冷却）冷却）冷却a.a.a.a.适用于适用于适用于适用于溶解度随温度升高而增加溶解度随温度升高而增加溶解度随温度升高而增加溶解度随温度升高而增加的体系；同的体系；同的体系；同的体系；同时，溶解度随温度变化的幅度要适中。如：时，溶解度随温度变化的幅度要适中。如：时，溶解度随温度变化的幅度要适中。如：时，溶解度随温度变化的幅度要适中。如：L L L L脯氨酸浓缩液至脯氨酸浓缩液至脯氨酸浓缩液至脯氨酸浓缩液至4 4 4 4，放置，放置，放置，放置4h4h4h4h，大量晶体析，大量晶体析，大量晶体析，大量晶体析出。出。出。出。b.b.b.b.自

49、然冷却、间壁冷却（冷却剂与溶液隔开）、自然冷却、间壁冷却（冷却剂与溶液隔开）、自然冷却、间壁冷却（冷却剂与溶液隔开）、自然冷却、间壁冷却（冷却剂与溶液隔开）、直接接触冷却（在溶液中通入冷却剂）直接接触冷却（在溶液中通入冷却剂）直接接触冷却（在溶液中通入冷却剂）直接接触冷却（在溶液中通入冷却剂）1/25/202337（2 2 2 2）部分溶剂蒸发法）部分溶剂蒸发法）部分溶剂蒸发法）部分溶剂蒸发法a.a.a.a.适用于适用于适用于适用于溶解度随温度降低变化不大溶解度随温度降低变化不大溶解度随温度降低变化不大溶解度随温度降低变化不大的体系，或的体系，或的体系，或的体系，或随温度升高溶解度降低的体系；

50、随温度升高溶解度降低的体系；随温度升高溶解度降低的体系；随温度升高溶解度降低的体系；b.b.b.b.减压或常压蒸馏减压或常压蒸馏减压或常压蒸馏减压或常压蒸馏如：如：如：如：灰黄霉素的丙酮萃取液灰黄霉素的丙酮萃取液灰黄霉素的丙酮萃取液灰黄霉素的丙酮萃取液，真空浓缩除去部分，真空浓缩除去部分，真空浓缩除去部分，真空浓缩除去部分丙酮后即可有晶体析出。丙酮后即可有晶体析出。丙酮后即可有晶体析出。丙酮后即可有晶体析出。1/25/202338（3 3 3 3）真空蒸发冷却法）真空蒸发冷却法）真空蒸发冷却法）真空蒸发冷却法a.a.a.a.使溶剂在使溶剂在使溶剂在使溶剂在真空真空真空真空下迅速下迅速下迅速下迅