第十一章 結(jié)晶與成品干燥技術(shù)

1、第十一章第十一章 結(jié)晶與成品結(jié)晶與成品干燥技術(shù)干燥技術(shù)目目 錄錄結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)生物成品濃縮與干燥技術(shù)生物成品濃縮與干燥技術(shù)412學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)要求知識(shí)要求能力要求能力要求熟練進(jìn)行結(jié)熟練進(jìn)行結(jié)晶過程分析晶過程分析和選擇產(chǎn)品和選擇產(chǎn)品的干燥技術(shù)的干燥技術(shù)掌握結(jié)晶的過程及結(jié)晶的掌握結(jié)晶的過程及結(jié)晶的擴(kuò)散學(xué)說擴(kuò)散學(xué)說熟悉獲得飽和溶液的方法以熟悉獲得飽和溶液的方法以及藥物的多晶型現(xiàn)象及藥物的多晶型現(xiàn)象掌握生物藥品的濃縮和常用掌握生物藥品的濃縮和常用干燥技術(shù)干燥技術(shù)了解結(jié)晶、噴霧干燥和冷凍了解結(jié)晶、噴霧干燥和冷凍干燥的影響因素干燥的影響因素第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶和重結(jié)晶

2、技術(shù) 固態(tài)物質(zhì)分為晶型（包括假晶型）和無定形兩種形態(tài)，溶液中固態(tài)物質(zhì)分為晶型（包括假晶型）和無定形兩種形態(tài)，溶液中的溶質(zhì)在一定條件下，因分子有規(guī)則的排列而結(jié)合成晶體，晶體的溶質(zhì)在一定條件下，因分子有規(guī)則的排列而結(jié)合成晶體，晶體的化學(xué)成分均一，具有各種對(duì)稱的晶體，其特征為離子和分子在的化學(xué)成分均一，具有各種對(duì)稱的晶體，其特征為離子和分子在空間晶格的結(jié)點(diǎn)上呈規(guī)則的排列，而無定形則相反?？臻g晶格的結(jié)點(diǎn)上呈規(guī)則的排列，而無定形則相反。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù) 通過改變?nèi)芤旱哪承l件，如溫度、通過改變?nèi)芤旱哪承l件，如溫度、pHpH、溶液中無機(jī)、溶液中無機(jī)鹽組成及含量以及有機(jī)調(diào)節(jié)劑

3、等，使溶質(zhì)以晶體析出鹽組成及含量以及有機(jī)調(diào)節(jié)劑等，使溶質(zhì)以晶體析出的過程就是結(jié)晶（的過程就是結(jié)晶（CrystalizationCrystalization）。同一種元素或）。同一種元素或化合物在不同條件下生成結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物性完全不同化合物在不同條件下生成結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物性完全不同的晶體的現(xiàn)象稱為多晶現(xiàn)象。的晶體的現(xiàn)象稱為多晶現(xiàn)象。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù) 混合體系中對(duì)某一組分進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，初析出混合體系中對(duì)某一組分進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，初析出的結(jié)晶可能或多或少吸附、夾雜或共沉淀一些雜的結(jié)晶可能或多或少吸附、夾雜或共沉淀一些雜質(zhì)，故有時(shí)需要反復(fù)結(jié)晶才能得到較純的產(chǎn)品，質(zhì)，故有時(shí)需要反復(fù)結(jié)

4、晶才能得到較純的產(chǎn)品，這種通過這種通過二次以上結(jié)晶作用二次以上結(jié)晶作用精制獲得較純的結(jié)晶精制獲得較純的結(jié)晶或單一晶體的過程或單一晶體的過程叫做重結(jié)晶叫做重結(jié)晶(或稱或稱再結(jié)晶、復(fù)結(jié)晶再結(jié)晶、復(fù)結(jié)晶)，晶體經(jīng)過過濾、，晶體經(jīng)過過濾、洗滌，可以達(dá)到洗滌，可以達(dá)到較高的純度。較高的純度。一、結(jié)晶過程分析一、結(jié)晶過程分析（一）結(jié)晶的條件（一）結(jié)晶的條件 飽和溶液：在一定溫度和溶劑條件下，當(dāng)某飽和溶液：在一定溫度和溶劑條件下，當(dāng)某一物質(zhì)在溶劑中的濃度等于溶質(zhì)在該溫度和溶劑條一物質(zhì)在溶劑中的濃度等于溶質(zhì)在該溫度和溶劑條件下的溶解度。件下的溶解度。 過飽和溶液：同等條件下，溶質(zhì)濃度超過飽過飽和溶液：同等條件

5、下，溶質(zhì)濃度超過飽和溶解度。和溶解度。 結(jié)晶條件：過飽和溶液、減少溶解度的因素結(jié)晶條件：過飽和溶液、減少溶解度的因素（溶劑、溫度、晶體大小、分散度）（溶劑、溫度、晶體大小、分散度）顆粒大小與溶解度之間的關(guān)系：顆粒大小與溶解度之間的關(guān)系： c顆粒半徑為顆粒半徑為r的溶質(zhì)的溶解度；的溶質(zhì)的溶解度； c*溶質(zhì)的正常溶解度；溶質(zhì)的正常溶解度； 固體顆粒和溶液間的界面張力。固體顆粒和溶液間的界面張力。 可見，當(dāng)可見，當(dāng)r減少時(shí)，溶解度減少時(shí)，溶解度c就增大。就增大。一、結(jié)晶過程分析一、結(jié)晶過程分析（二）結(jié)晶過程（二）結(jié)晶過程 結(jié)晶過程是溶質(zhì)自動(dòng)從過飽和溶液中析結(jié)晶過程是溶質(zhì)自動(dòng)從過飽和溶液中析出，形成新

6、相的過程，包括溶質(zhì)分子凝聚成出，形成新相的過程，包括溶質(zhì)分子凝聚成固體，以及這些分子有規(guī)律地排列在一定的固體，以及這些分子有規(guī)律地排列在一定的晶格中。當(dāng)溶液濃度達(dá)到飽和濃度時(shí)，不析晶格中。當(dāng)溶液濃度達(dá)到飽和濃度時(shí)，不析出晶體，當(dāng)濃度超過飽和濃度，達(dá)到一定的出晶體，當(dāng)濃度超過飽和濃度，達(dá)到一定的過飽和濃度時(shí)，才可能有晶體析出。最先析過飽和濃度時(shí)，才可能有晶體析出。最先析出的微小顆粒形成以后結(jié)晶的中心，稱為晶出的微小顆粒形成以后結(jié)晶的中心，稱為晶核。核。過飽和度（過飽和度（S）：）：S=C/C* 過飽和度通常用過飽和過飽和度通常用過飽和溶液的濃度溶液的濃度c與飽和溶液與飽和溶液濃度濃度c*之比之比

7、S來表示。來表示。晶核：最先析出的微小顆粒是以后結(jié)晶的中心晶核：最先析出的微小顆粒是以后結(jié)晶的中心過飽和溶液的形成過飽和溶液的形成晶核的形成晶核的形成晶體的生長晶體的生長結(jié)晶過程結(jié)晶過程溶液達(dá)到過飽溶液達(dá)到過飽和和是結(jié)晶的前是結(jié)晶的前提，提，過飽和度過飽和度是結(jié)晶的推動(dòng)是結(jié)晶的推動(dòng)力力晶種：在穩(wěn)定區(qū)和不晶種：在穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)之間，穩(wěn)定區(qū)之間，結(jié)晶不結(jié)晶不能自動(dòng)進(jìn)行。能自動(dòng)進(jìn)行。但如加但如加入晶體，則能誘導(dǎo)產(chǎn)入晶體，則能誘導(dǎo)產(chǎn)生結(jié)晶。這種加入的生結(jié)晶。這種加入的晶體稱為晶體稱為“晶種晶種”。二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶液的形成（二）結(jié)晶過程（二）結(jié)晶過程 結(jié)晶過程是溶質(zhì)自動(dòng)從過飽和溶液中析

8、結(jié)晶過程是溶質(zhì)自動(dòng)從過飽和溶液中析出，形成新相的過程，包括溶質(zhì)分子凝聚成出，形成新相的過程，包括溶質(zhì)分子凝聚成固體，以及這些分子有規(guī)律地排列在一定的固體，以及這些分子有規(guī)律地排列在一定的晶格中。當(dāng)溶液濃度達(dá)到飽和濃度時(shí)，不析晶格中。當(dāng)溶液濃度達(dá)到飽和濃度時(shí)，不析出晶體，當(dāng)濃度超過飽和濃度，達(dá)到一定的出晶體，當(dāng)濃度超過飽和濃度，達(dá)到一定的過飽和濃度時(shí)，才可能有晶體析出。最先析過飽和濃度時(shí)，才可能有晶體析出。最先析出的微小顆粒形成以后結(jié)晶的中心，稱為晶出的微小顆粒形成以后結(jié)晶的中心，稱為晶核。核。獲得過飽和溶液的方法獲得過飽和溶液的方法冷卻熱飽和溶液法冷卻熱飽和溶液法部分溶劑蒸發(fā)法部分溶劑蒸發(fā)法真

9、空蒸發(fā)冷卻法真空蒸發(fā)冷卻法化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶法化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶法鹽析法鹽析法有機(jī)溶劑法有機(jī)溶劑法二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶液的形成（一）冷卻熱飽和溶液（等溶劑結(jié)晶法）（一）冷卻熱飽和溶液（等溶劑結(jié)晶法） 物質(zhì)一般隨溫度升高其溶解度也升高，通過加物質(zhì)一般隨溫度升高其溶解度也升高，通過加溫使溶質(zhì)溶解，再通過降低溫度促使溶液在相對(duì)較低溫使溶質(zhì)溶解，再通過降低溫度促使溶液在相對(duì)較低的溫度下形成過飽和溶液。的溫度下形成過飽和溶液。 冷卻熱飽和溶液適用于冷卻熱飽和溶液適用于溶解度隨溫度降低而顯溶解度隨溫度降低而顯著減小著減小的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 該法基本不除去溶劑，而是使溶液冷卻降溫，該法基本不除去溶劑，而是使溶

10、液冷卻降溫，也稱之為等溶劑結(jié)晶。也稱之為等溶劑結(jié)晶。 冷卻方法：自然冷卻、間壁冷卻（冷卻劑與溶冷卻方法：自然冷卻、間壁冷卻（冷卻劑與溶液隔開）、直接接觸冷卻（在溶液中通入冷卻劑）液隔開）、直接接觸冷卻（在溶液中通入冷卻劑）二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶液的形成（二）部分溶劑蒸發(fā)法（等溫結(jié)晶法）（二）部分溶劑蒸發(fā)法（等溫結(jié)晶法） 部分溶劑蒸發(fā)法是借蒸發(fā)除去部分溶解劑的結(jié)晶部分溶劑蒸發(fā)法是借蒸發(fā)除去部分溶解劑的結(jié)晶方法，也稱等溫結(jié)晶法，它使溶液在加壓，常壓或減方法，也稱等溫結(jié)晶法，它使溶液在加壓，常壓或減壓下加熱蒸發(fā)達(dá)到過飽和。壓下加熱蒸發(fā)達(dá)到過飽和。 主要適用于溶解度隨溫度的降低而變化不大的物

11、主要適用于溶解度隨溫度的降低而變化不大的物系或隨溫度升高溶解度降低的物系。系或隨溫度升高溶解度降低的物系。 蒸發(fā)法結(jié)晶消耗熱能最多，加熱面結(jié)垢問題使操蒸發(fā)法結(jié)晶消耗熱能最多，加熱面結(jié)垢問題使操作遇到困難，一般不常采用。作遇到困難，一般不常采用。 主要采取的方法有加壓、減壓或常壓蒸餾等。主要采取的方法有加壓、減壓或常壓蒸餾等。二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶液的形成（三）真空蒸發(fā)冷卻法：使溶劑在真空下迅速蒸發(fā)，（三）真空蒸發(fā)冷卻法：使溶劑在真空下迅速蒸發(fā)，同時(shí)結(jié)合絕熱冷卻，是結(jié)合了冷卻和溶劑蒸發(fā)兩種效同時(shí)結(jié)合絕熱冷卻，是結(jié)合了冷卻和溶劑蒸發(fā)兩種效應(yīng)而達(dá)到過飽和度。應(yīng)而達(dá)到過飽和度。 該法設(shè)備簡單

12、，操作穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)，最突出的特點(diǎn)該法設(shè)備簡單，操作穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)，最突出的特點(diǎn)是容器內(nèi)無換熱面，所以不存在晶垢的問題。是容器內(nèi)無換熱面，所以不存在晶垢的問題。（四）化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶法：加入反應(yīng)劑或調(diào)節(jié)（四）化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶法：加入反應(yīng)劑或調(diào)節(jié)pH 值使值使新物質(zhì)產(chǎn)生的方法，當(dāng)該新物質(zhì)的溶解度超過飽和溶新物質(zhì)產(chǎn)生的方法，當(dāng)該新物質(zhì)的溶解度超過飽和溶解度時(shí)，就有結(jié)晶析出。解度時(shí)，就有結(jié)晶析出。 實(shí)質(zhì)就是利用化學(xué)反應(yīng)，對(duì)需要結(jié)晶的物質(zhì)進(jìn)實(shí)質(zhì)就是利用化學(xué)反應(yīng)，對(duì)需要結(jié)晶的物質(zhì)進(jìn)行修飾，一方面調(diào)節(jié)其溶解特性，同時(shí)也可以進(jìn)行適行修飾，一方面調(diào)節(jié)其溶解特性，同時(shí)也可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶

13、液的形成（五）鹽析法：向物系中加入某些物質(zhì)，從而使溶質(zhì)（五）鹽析法：向物系中加入某些物質(zhì)，從而使溶質(zhì)在溶劑中的溶解度降低而析出。常用沉淀劑為中性鹽，在溶劑中的溶解度降低而析出。常用沉淀劑為中性鹽，如硫酸銨、硫酸鈉等。如硫酸銨、硫酸鈉等。（六）有機(jī)溶劑法：有機(jī)溶劑可降低溶液的介電常數(shù)，（六）有機(jī)溶劑法：有機(jī)溶劑可降低溶液的介電常數(shù)，增加蛋白質(zhì)分子上不同電荷的引力，導(dǎo)致溶解度降低。增加蛋白質(zhì)分子上不同電荷的引力，導(dǎo)致溶解度降低。有機(jī)溶劑與水作用能破壞蛋白質(zhì)的水化膜，使蛋白質(zhì)有機(jī)溶劑與水作用能破壞蛋白質(zhì)的水化膜，使蛋白質(zhì)在一定濃度的有機(jī)溶劑中沉淀析出。在一定濃度的有機(jī)溶劑中沉淀析出。常用的有機(jī)溶劑：

14、乙醇和丙酮常用的有機(jī)溶劑：乙醇和丙酮注意事項(xiàng)：宜在低溫下進(jìn)行，且在加入有機(jī)溶劑時(shí)注注意事項(xiàng)：宜在低溫下進(jìn)行，且在加入有機(jī)溶劑時(shí)注意攪拌均勻以免局部濃度過大。分離后的蛋白質(zhì)晶體意攪拌均勻以免局部濃度過大。分離后的蛋白質(zhì)晶體應(yīng)立即用水或緩沖液溶解，以降低有機(jī)溶劑的濃度。應(yīng)立即用水或緩沖液溶解，以降低有機(jī)溶劑的濃度。二、過飽和溶液的形成二、過飽和溶液的形成1.純度純度純度是指所需要的組分在樣品總量中所占的比例純度是指所需要的組分在樣品總量中所占的比例(一一船為質(zhì)量分?jǐn)?shù)船為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。雜質(zhì)：影響溶質(zhì)長入晶體、改變晶體外形、因雜質(zhì)吸雜質(zhì)：影響溶質(zhì)長入晶體、改變晶體外形、因雜質(zhì)吸附導(dǎo)致晶體生長緩慢。附導(dǎo)致

15、晶體生長緩慢。蛋白質(zhì)和酶結(jié)晶所需純度不低于蛋白質(zhì)和酶結(jié)晶所需純度不低于50，總的趨勢(shì)是，總的趨勢(shì)是越純?cè)揭捉Y(jié)晶越純?cè)揭捉Y(jié)晶。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素2. 濃度濃度結(jié)晶液一定要有合適的濃度，溶液中的溶質(zhì)分子或離結(jié)晶液一定要有合適的濃度，溶液中的溶質(zhì)分子或離子間便有足夠的相碰機(jī)會(huì)，并按一定速率作定向排列子間便有足夠的相碰機(jī)會(huì)，并按一定速率作定向排列聚合才能形成晶體。聚合才能形成晶體。濃度太高到飽和狀態(tài)濃度太高到飽和狀態(tài)V形成形成V析出析出，粘度增大，粘度增大，共沉物增加，不利于結(jié)晶析出。共沉物增加，不利于結(jié)晶析出。濃度太低處于不飽和狀態(tài)濃度太低處于不飽和狀態(tài)V形成形成V溶解溶解，得

16、不到結(jié)，得不到結(jié)晶。晶。稍過飽和狀態(tài)稍過飽和狀態(tài)V形成形成稍大于稍大于V溶解溶解能到晶體能到晶體三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素3. pH 值值pH 值的變化可以改變?nèi)苜|(zhì)分子的帶電性質(zhì)，是影響值的變化可以改變?nèi)苜|(zhì)分子的帶電性質(zhì)，是影響溶質(zhì)分子溶解度的一個(gè)重要因素。在一般情況下，結(jié)溶質(zhì)分子溶解度的一個(gè)重要因素。在一般情況下，結(jié)晶液所選用的晶液所選用的pH 值與沉淀大致相同。蛋白質(zhì)、酶等值與沉淀大致相同。蛋白質(zhì)、酶等生物大分子結(jié)晶的生物大分子結(jié)晶的pH 值多選在該分子的值多選在該分子的等電點(diǎn)附近等電點(diǎn)附近。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素4. 溫度溫度冷卻速度冷卻速度速度太快，易形

17、成結(jié)晶微粒，甚至形成速度太快，易形成結(jié)晶微粒，甚至形成無定形沉淀。無定形沉淀。冷卻溫度冷卻溫度溫度太低，粘度增加，干擾分子定向排溫度太低，粘度增加，干擾分子定向排列，不利于結(jié)晶。列，不利于結(jié)晶。生物大分子結(jié)晶通常在生物大分子結(jié)晶通常在低溫低溫或不太高的溫度下進(jìn)行?；虿惶叩臏囟认逻M(jìn)行。低溫不僅溶解度低，而且不易變性，并可避免細(xì)菌繁低溫不僅溶解度低，而且不易變性，并可避免細(xì)菌繁殖。在中性鹽溶液中結(jié)晶時(shí)，溫度可在殖。在中性鹽溶液中結(jié)晶時(shí)，溫度可在0至室溫的至室溫的范圍內(nèi)選擇。范圍內(nèi)選擇。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素5. 時(shí)間時(shí)間結(jié)晶的形成和生長需要一定時(shí)問，不同的化合物，結(jié)結(jié)晶的形成和

18、生長需要一定時(shí)問，不同的化合物，結(jié)晶時(shí)間長短不同。蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子形成結(jié)晶時(shí)間長短不同。蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子形成結(jié)晶常需要較長時(shí)間，因此經(jīng)常需要放置。在生化產(chǎn)品晶常需要較長時(shí)間，因此經(jīng)常需要放置。在生化產(chǎn)品制備中，時(shí)間不宜太長，通常要求在制備中，時(shí)間不宜太長，通常要求在幾小時(shí)之內(nèi)幾小時(shí)之內(nèi)完成，完成，以縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。以縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。6.晶種晶種不易結(jié)晶的生化產(chǎn)品需加晶種。用玻璃棒摩擦容器壁不易結(jié)晶的生化產(chǎn)品需加晶種。用玻璃棒摩擦容器壁也能促進(jìn)晶體折出。需晶種形成結(jié)晶的產(chǎn)品，收率不也能促進(jìn)晶體折出。需晶種形成結(jié)晶的產(chǎn)品，收率不高。加入晶種能誘導(dǎo)結(jié)晶，還能控

19、制晶體的形狀、大高。加入晶種能誘導(dǎo)結(jié)晶，還能控制晶體的形狀、大小和均勻度。小和均勻度。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素晶體生長的擴(kuò)散學(xué)說：晶體生長的擴(kuò)散學(xué)說：（1）穿過靠近晶體表面的一個(gè)滯流層，從溶液中轉(zhuǎn)移）穿過靠近晶體表面的一個(gè)滯流層，從溶液中轉(zhuǎn)移到晶體的表面；到晶體的表面；（2）到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)長入晶面，使晶體增大，同）到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)長入晶面，使晶體增大，同時(shí)放出結(jié)晶熱；時(shí)放出結(jié)晶熱；（3）結(jié)晶熱傳遞回到溶液中。）結(jié)晶熱傳遞回到溶液中。溶質(zhì)依靠分子擴(kuò)散作用，穿過晶體表面的滯留層，到溶質(zhì)依靠分子擴(kuò)散作用，穿過晶體表面的滯留層，到達(dá)晶體表面；此時(shí)擴(kuò)散的推動(dòng)力是液相主體的濃度與達(dá)晶

20、體表面；此時(shí)擴(kuò)散的推動(dòng)力是液相主體的濃度與晶體表面濃度差；第二步溶質(zhì)長入晶面，是表面化學(xué)晶體表面濃度差；第二步溶質(zhì)長入晶面，是表面化學(xué)反應(yīng)過程，此時(shí)反應(yīng)的推動(dòng)力是晶體表面濃度與飽和反應(yīng)過程，此時(shí)反應(yīng)的推動(dòng)力是晶體表面濃度與飽和濃度的差值。濃度的差值。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素7. 晶體生長速度晶體生長速度根據(jù)擴(kuò)散學(xué)說，控制晶體生長速度：根據(jù)擴(kuò)散學(xué)說，控制晶體生長速度：（1）改變晶體和溶液之間界面的滯留層特性，影響溶）改變晶體和溶液之間界面的滯留層特性，影響溶質(zhì)長入晶體、改變晶體外形以及因雜質(zhì)吸附導(dǎo)致的晶質(zhì)長入晶體、改變晶體外形以及因雜質(zhì)吸附導(dǎo)致的晶體生長緩慢問題；體生長緩慢問題；

21、（2）攪拌加速晶體生長、加速晶核的生成；）攪拌加速晶體生長、加速晶核的生成；（3）升溫促進(jìn)表面化學(xué)反應(yīng)速度的提高，加快結(jié)晶速）升溫促進(jìn)表面化學(xué)反應(yīng)速度的提高，加快結(jié)晶速度。度。應(yīng)避免應(yīng)避免過量晶核過量晶核的形成。的形成。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素不意味可以得不意味可以得到大的晶體到大的晶體8. 晶體質(zhì)量控制晶體質(zhì)量控制（1）大小）大小控制結(jié)晶溫度、晶核質(zhì)量、攪拌速度控制結(jié)晶溫度、晶核質(zhì)量、攪拌速度（2）形狀）形狀改變過飽和度、選擇適宜的溶劑體系、改變過飽和度、選擇適宜的溶劑體系、控制溶液中的雜質(zhì)種類、限量控制溶液中的雜質(zhì)種類、限量（3）純度）純度控制母液中的雜質(zhì)類型、限量、結(jié)晶控

22、制母液中的雜質(zhì)類型、限量、結(jié)晶速度、晶體粒度、粒度分布速度、晶體粒度、粒度分布三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素在晶體形成過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生晶體結(jié)塊現(xiàn)象，從而導(dǎo)在晶體形成過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生晶體結(jié)塊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致結(jié)晶產(chǎn)品品質(zhì)劣化，主要原因有：致結(jié)晶產(chǎn)品品質(zhì)劣化，主要原因有：（1）結(jié)晶理論：由于某些原因造成晶體表面溶解并）結(jié)晶理論：由于某些原因造成晶體表面溶解并重結(jié)晶，使晶粒之間在接觸點(diǎn)上形成固體晶橋，呈現(xiàn)重結(jié)晶，使晶粒之間在接觸點(diǎn)上形成固體晶橋，呈現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象；結(jié)塊現(xiàn)象；（2）毛細(xì)管吸附理論：由于晶體間或晶體內(nèi)的毛細(xì)）毛細(xì)管吸附理論：由于晶體間或晶體內(nèi)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，水分在晶體內(nèi)擴(kuò)散，導(dǎo)致部分晶體

23、的溶解和管結(jié)構(gòu)，水分在晶體內(nèi)擴(kuò)散，導(dǎo)致部分晶體的溶解和移動(dòng)，為晶粒間晶橋的形成提供飽和溶液，導(dǎo)致晶體移動(dòng)，為晶粒間晶橋的形成提供飽和溶液，導(dǎo)致晶體結(jié)塊。結(jié)塊。三、結(jié)晶過程考慮因素三、結(jié)晶過程考慮因素（一）（一） 自然起晶法自然起晶法溶劑蒸發(fā)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)形成晶核、溶劑蒸發(fā)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)形成晶核、當(dāng)產(chǎn)生一定量的晶種后，加入稀溶液使溶液濃度降至亞穩(wěn)當(dāng)產(chǎn)生一定量的晶種后，加入稀溶液使溶液濃度降至亞穩(wěn)定區(qū)，新的晶種不再產(chǎn)生，溶質(zhì)在晶種表面生長。定區(qū)，新的晶種不再產(chǎn)生，溶質(zhì)在晶種表面生長。（二）（二） 刺激起晶法刺激起晶法將溶液蒸發(fā)至亞穩(wěn)定區(qū)后，冷卻，將溶液蒸發(fā)至亞穩(wěn)定區(qū)后，冷卻，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，形成一定量的

24、晶核，此時(shí)溶液的濃度會(huì)有進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，形成一定量的晶核，此時(shí)溶液的濃度會(huì)有所降低，進(jìn)入并穩(wěn)定在亞穩(wěn)定的養(yǎng)晶區(qū)使晶體生長。所降低，進(jìn)入并穩(wěn)定在亞穩(wěn)定的養(yǎng)晶區(qū)使晶體生長。（三）（三） 晶種起晶法晶種起晶法將溶液蒸發(fā)后冷卻至亞穩(wěn)定區(qū)的將溶液蒸發(fā)后冷卻至亞穩(wěn)定區(qū)的較低濃度，加入一定量和一定大小的晶種（較低濃度，加入一定量和一定大小的晶種（d 0.1mm），），使溶質(zhì)在晶種表面生長。該方法容易控制、所得晶體形狀使溶質(zhì)在晶種表面生長。該方法容易控制、所得晶體形狀大小均較理想，是一種常用工業(yè)起晶法。大小均較理想，是一種常用工業(yè)起晶法。四、常用的工業(yè)起晶方法四、常用的工業(yè)起晶方法一、濃縮技術(shù)一、濃縮技術(shù)濃縮是

25、從低濃度的溶液除去過多的水或溶劑變?yōu)楦邼舛鹊娜芤?。濃縮是從低濃度的溶液除去過多的水或溶劑變?yōu)楦邼舛鹊娜芤骸Ｉa(chǎn)品制備工藝中往往在提取后和結(jié)晶前進(jìn)行濃縮。生化產(chǎn)品制備工藝中往往在提取后和結(jié)晶前進(jìn)行濃縮。加熱和加熱和減壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)最常用。最常用。 蒸發(fā)是溶液表面的水或溶劑分子獲得的動(dòng)能超過溶液內(nèi)分子蒸發(fā)是溶液表面的水或溶劑分子獲得的動(dòng)能超過溶液內(nèi)分子間的吸引力以后，脫離液面進(jìn)入空間的過程。間的吸引力以后，脫離液面進(jìn)入空間的過程。影響蒸發(fā)的因素有：影響蒸發(fā)的因素有：(1)加熱使溶液溫度升高，分子動(dòng)能加熱使溶液溫度升高，分子動(dòng)能增加，蒸發(fā)加快。增加，蒸發(fā)加快。(2)加大蒸發(fā)面積可以增加蒸發(fā)量。加大

26、蒸發(fā)面積可以增加蒸發(fā)量。(3)壓力與蒸發(fā)量成反比。（減壓蒸發(fā)）壓力與蒸發(fā)量成反比。（減壓蒸發(fā)）第二節(jié)第二節(jié) 生物成品濃縮與干燥技術(shù)生物成品濃縮與干燥技術(shù)在常壓下加熱使溶劑蒸發(fā)，最后溶液被濃縮。在常壓下加熱使溶劑蒸發(fā)，最后溶液被濃縮。特點(diǎn)：方法簡單，僅適于濃縮耐熱物質(zhì)及回收溶劑。特點(diǎn)：方法簡單，僅適于濃縮耐熱物質(zhì)及回收溶劑。裝置：裝置：（1）裝液容器與接受器間要安裝冷凝管使溶劑的蒸汽冷凝；）裝液容器與接受器間要安裝冷凝管使溶劑的蒸汽冷凝；（2）裝液量不宜超過裝液容器的）裝液量不宜超過裝液容器的1/2容積，以免沸騰時(shí)溶液霧容積，以免沸騰時(shí)溶液霧滴被蒸汽帶走或溶液沖出裝液容器。滴被蒸汽帶走或溶液沖出

27、裝液容器。（3）加熱前需加少量玻璃珠或碎磁片，使溶液不致過熱而暴）加熱前需加少量玻璃珠或碎磁片，使溶液不致過熱而暴沸，暴沸易使液體沖出。沸，暴沸易使液體沖出。（4）在不能直接加熱的情況下，要選用適當(dāng)?shù)臒嵩?，以溫度）在不能直接加熱的情況下，要選用適當(dāng)?shù)臒嵩?，以溫度較溶劑沸點(diǎn)高較溶劑沸點(diǎn)高2030為宜。為宜。(一一) 常壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)通常要在常溫或低溫下進(jìn)行通過降低濃縮液液面的減壓蒸發(fā)通常要在常溫或低溫下進(jìn)行通過降低濃縮液液面的壓力，從而使沸點(diǎn)降低，加快蒸發(fā)。壓力，從而使沸點(diǎn)降低，加快蒸發(fā)。特點(diǎn)：適于濃縮受熱易變性的物質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)、酶、核酸特點(diǎn)：適于濃縮受熱易變性的物質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)、

28、酶、核酸等生物大分子。等生物大分子。操作：當(dāng)盛濃縮液的容器與真空泵操作：當(dāng)盛濃縮液的容器與真空泵相連而減壓時(shí)，溶液表面的蒸發(fā)速相連而減壓時(shí)，溶液表面的蒸發(fā)速率將隨真空度的增高而增大，從而率將隨真空度的增高而增大，從而達(dá)到加速液體蒸發(fā)濃縮的目的。試達(dá)到加速液體蒸發(fā)濃縮的目的。試驗(yàn)室常用減壓濃縮裝置為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。驗(yàn)室常用減壓濃縮裝置為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。(二二) 減壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)干燥干燥(drying)是將潮濕的固體、膏狀物、濃縮液及液體中的水是將潮濕的固體、膏狀物、濃縮液及液體中的水或溶劑除盡的過程?；蛉軇┏M的過程。目的：提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使它符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，便于分析、目的：提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使它符合

29、規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，便于分析、研究、應(yīng)用和保存。研究、應(yīng)用和保存。分類：分類：按水聚集狀態(tài)按水聚集狀態(tài)直接移除液體、直接移除液體、從液態(tài)開始干燥、升華從液態(tài)開始干燥、升華按照供熱的方式按照供熱的方式接觸式（加熱表面）、對(duì)流式（氣體）、接觸式（加熱表面）、對(duì)流式（氣體）、輻射式（電磁波）輻射式（電磁波）二、干燥技術(shù)二、干燥技術(shù)常壓吸收干燥是在密閉空間內(nèi)用干燥劑吸收水或溶劑。關(guān)鍵是常壓吸收干燥是在密閉空間內(nèi)用干燥劑吸收水或溶劑。關(guān)鍵是選用合適的干燥劑。選用合適的干燥劑。按照脫水方式，干燥劑分為三類：按照脫水方式，干燥劑分為三類： 能與水可逆地結(jié)合為水合物：無水氯化鈣、無水硫酸鈉、無能與水可逆地結(jié)合為水合物

30、：無水氯化鈣、無水硫酸鈉、無水硫酸鈣、固體氫氧化鉀水硫酸鈣、固體氫氧化鉀(或鈉或鈉)2. 能與水作用生成新的化合物：五氧化二磷、氧化鈣能與水作用生成新的化合物：五氧化二磷、氧化鈣3. 能吸收微量的水和溶劑：沸石分子篩能吸收微量的水和溶劑：沸石分子篩（一）（一） 常壓吸收干燥常壓吸收干燥真空條件下，可以在較低的溫度下對(duì)樣品進(jìn)行干燥。真空干燥真空條件下，可以在較低的溫度下對(duì)樣品進(jìn)行干燥。真空干燥裝置可以自制，也可以購買商品化的真空干燥裝置，實(shí)驗(yàn)室常裝置可以自制，也可以購買商品化的真空干燥裝置，實(shí)驗(yàn)室常用的玻璃材質(zhì)的真空干燥器與普通玻璃干燥器區(qū)別不大，只是用的玻璃材質(zhì)的真空干燥器與普通玻璃干燥器區(qū)別

31、不大，只是在頂部配備二通活塞可以與相應(yīng)的抽真空裝置連接。根據(jù)樣品在頂部配備二通活塞可以與相應(yīng)的抽真空裝置連接。根據(jù)樣品含溶劑情況，可以適當(dāng)配備冷凝管、吸濾瓶及干燥塔裝置，以含溶劑情況，可以適當(dāng)配備冷凝管、吸濾瓶及干燥塔裝置，以對(duì)真空泵進(jìn)行保護(hù)。干燥器內(nèi)放有與樣品所含溶劑產(chǎn)生吸附或?qū)φ婵毡眠M(jìn)行保護(hù)。干燥器內(nèi)放有與樣品所含溶劑產(chǎn)生吸附或反應(yīng)的干燥劑。樣品量少可用真空干燥器，樣品量大可用真空反應(yīng)的干燥劑。樣品量少可用真空干燥器，樣品量大可用真空干燥箱。干燥箱。（二）（二） 真空干燥真空干燥氣流干燥也稱氣流干燥也稱“瞬間干燥瞬間干燥”，使加熱介質(zhì)，使加熱介質(zhì)(空氣、惰性氣體、燃?xì)饣蚱渌鼰釟怏w空氣、惰性

32、氣體、燃?xì)饣蚱渌鼰釟怏w)和待和待干燥固體顆粒直接接觸，并使待干燥固體顆干燥固體顆粒直接接觸，并使待干燥固體顆粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，強(qiáng)粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛應(yīng)用于散狀物料的化了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛應(yīng)用于散狀物料的干燥單元操作。干燥單元操作。氣流干燥操作過程中，固體顆粒在氣流中高氣流干燥操作過程中，固體顆粒在氣流中高度分散呈懸浮狀態(tài)，使氣固兩相之間的傳熱度分散呈懸浮狀態(tài)，使氣固兩相之間的傳熱傳質(zhì)表面積大大增加。傳質(zhì)表面積大大增加。特點(diǎn)：熱效率高、干燥時(shí)間短、處理量大。特點(diǎn)：熱效率高、干燥時(shí)間短、處理量大。（三）氣流干燥（三）氣流干燥（四）（四） 噴

33、霧干燥噴霧干燥1. 噴霧干燥原理噴霧干燥原理:采用霧化器將原料液分散為霧滴，并采用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。用熱氣體干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。2. 溶液的霧化溶液的霧化 3. 噴霧干燥的優(yōu)點(diǎn)噴霧干燥的優(yōu)點(diǎn) 干燥時(shí)間短干燥時(shí)間短 特別適用于熱敏性物料特別適用于熱敏性物料 操作靈活，可滿足各種質(zhì)量指標(biāo)操作靈活，可滿足各種質(zhì)量指標(biāo) 簡化工藝流程。簡化工藝流程。4. 噴霧干燥的缺點(diǎn)噴霧干燥的缺點(diǎn) T低于低于150時(shí)，設(shè)備容積大。時(shí)，設(shè)備容積大。 對(duì)氣固混合物的分離要求較高，需兩級(jí)除塵對(duì)氣固混合物的分離要求較高，需兩級(jí)除塵 熱效率不高熱效率不高將待干燥

34、的制品冷凍成固態(tài)，然后將凍結(jié)的將待干燥的制品冷凍成固態(tài)，然后將凍結(jié)的制品經(jīng)真空升華逐漸脫水而留下干物質(zhì)的過制品經(jīng)真空升華逐漸脫水而留下干物質(zhì)的過程稱為冷凍干燥。程稱為冷凍干燥。冷凍干燥的制品是在低溫高真空中制成的，冷凍干燥的制品是在低溫高真空中制成的，制品因其中微小冰晶體的升華而呈現(xiàn)多孔結(jié)制品因其中微小冰晶體的升華而呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，并保持原先凍結(jié)的體積，加水易溶，并構(gòu)，并保持原先凍結(jié)的體積，加水易溶，并能恢復(fù)原有的新鮮狀態(tài)，生物活性不變。能恢復(fù)原有的新鮮狀態(tài)，生物活性不變。（五）（五） 冷凍干燥冷凍干燥1. 冷凍干燥的過冷凍干燥的過程程冷凍干燥由冷凍冷凍干燥由冷凍干燥機(jī)來完成，干燥機(jī)來完成，適用

35、于生物大分適用于生物大分子的濃縮和干燥。子的濃縮和干燥。冷凍干燥的程序冷凍干燥的程序包括凍結(jié)、升華包括凍結(jié)、升華和再干燥。和再干燥。（五）（五） 冷凍干燥冷凍干燥（1） 預(yù)凍階段預(yù)凍階段:將溶液中的自由水固化，使干燥后產(chǎn)品與干將溶液中的自由水固化，使干燥后產(chǎn)品與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時(shí)起泡、濃縮、收縮和溶燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時(shí)起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化產(chǎn)生，減少因溫度下降引起的物質(zhì)可溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化產(chǎn)生，減少因溫度下降引起的物質(zhì)可溶性降低和生命特性的變化。當(dāng)溶質(zhì)的量極少時(shí)，有時(shí)還需要性降低和生命特性的變化。當(dāng)溶質(zhì)的量極少時(shí)，有時(shí)還需要加入骨架材料，如明膠、糊精、甘露醇等。加入骨架材料，如明膠、糊精、甘露醇等。（2）升華