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1、第八章结晶(Crystallization)分离技术8.1:结晶及晶体的性状8.1.1:结晶及晶体的定义结晶:是物质由液态或气态通过一定条件转变成晶体的过程。晶体是许多性质相同的粒子(包括分子、原子或离子)在三维空间中排列成有规则格子状的固态物质。围绕晶体的天然平面称为晶面,二个晶面的交线称为晶棱,而晶体中每个格子称为晶胞。某些液体内部结构与固态晶体一样,明显地具有规律性的空间排列,称为液态晶体或液晶。ExampleofCrystallization1.Waterfreezing 2. Removingsucro
2、sefrombeetsolutionsorsugarcane 3. RemovingKClfromanaqueoussolution8.1.2:晶体的性质晶体与非晶体,可以通过如下几点加以区别:1、晶体具有方向性和多向差异性。在同一个方向,晶体具有相同的性质(包括电学和光学等性质),而不同的方向之间则性质有差别。非晶体不具有此种特性。2、晶体具有一定的对称性。由于组成晶体粒子的排列具有空间点阵的周期性,因此晶体内部结构和外部形态都具有有规律性的对称,使得晶体的外形结构具有一定的几何规律性。3、晶体物质较纯。由于晶
3、体内部具有有规则的结构,形成晶体必须是相同的离子或分子,方能按一定的距离周期性地排列,这就决定了物质必须达到一定的纯度才能形成晶体。因此物质形成晶体的前提是具有比较高的纯度。4、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,如偶数碳原子的脂肪酸和奇数碳原子的脂肪酸都具有数种晶型。5.晶体的形状：Crystalsaregrowninmanyshapes,whicharedependentupondownstreamprocessingorfinalproductrequirements. Crystal
4、shapescaninclude：cubic,tetragonal,Orthorhombic（斜方(晶)〕,Hexagonal（六边形〕,Monoclinic（单斜(晶系)〕,triclinic(三斜晶系),andtrigonal.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。但是这些生物大分子都是由相同或相似的单体经过聚
5、合而成,如蛋白质、酶由多种-氨基酸通过肽键连接而成。因此从其内部结构来看,生物大分子也具备有形成晶体的条件。但能否形成结晶还与大分子的结构及外形有很大关系。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。8.2:晶体形成的条件8.2.1:能形成晶体的物质物质能否形成晶体,取决于该物质的本性。这是结晶的先决条件。能够形成晶体的无机化合物有:NaCl、Na2SO4.、NH4Cl、(NH4)2HPO4、MgSO4、KCl、KNO3、K2SO4许多盐类以及尿素等。能够形成晶
6、体的有机小分子物质有:各种有机酸、单糖、氨基酸、核苷酸、维生素、辅酶、双糖等。多糖、蛋白质、核酸和酶等生物大分子形成晶体就困难些,其中一些结构复杂、对称性不好的核酸、蛋白质和酶等,迄今仍末获得晶体。8.2.2: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。至于溶质的纯度达到什么样的要求方能形成结晶,要依不同的
7、溶质而定。多数蛋白质和酶的纯度必须达到50%时方能结晶,而胱氨酸的结晶对纯度的要求不是很严格，可以在毛发的水解液中单独结晶析出。为了使结晶过程能顺利进行并获得较好质量的晶体,一般在结晶前都要经过除杂阶段。例如糖的澄清除杂,谷氨酸的脱色除铁处理等。8.2.3: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
8、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。晶体的形成就是在溶质的析出过程中实现的。Inorderforcrystallizationtotakeplaceasolutionmustbe"supersaturated". Supersaturationreferstoastateinwhichtheliq
