酶的分离纯化第五节 结晶法课件.ppt

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1、第五节结晶晶体：内部结构中的质点（原子、离子、分子）作规律排列的固态物质溶液中结晶晶体的特点1、自范性：具有自发地生长为多面体结构的可能性2、各向异性：几何特性及物理性质随方向而有差异3、均匀性：每一宏观质点的物理性质和化学组成都相同结晶：是溶质以晶体形式从溶液中析出的过程，酶液浓度需浓缩到一定浓度（50%以上）特点：(1)选择性高(2)纯度高(3)设备简单，操作方便(4)影响因素多一结晶的基本原理溶液的饱和与过饱和度溶解度饱和溶液过饱和溶液有些物质的溶解度随着温度上升而增大，在较高的温度下配制成它的饱和溶液，并细心地滤去过剩的

2、未溶固体，然后使溶液的温度慢慢地下降到室温，这时的溶液中所溶解的溶质量已超过室温时的溶解度，但还尚未析出晶体，此时的溶液就叫做过饱和溶液。过饱和溶液能存在的原因：是由于溶质不容易在溶液中形成结晶中心（即晶核）。因为每一晶体都有一定的排列规则，要有结晶中心，才能使原来作无秩序运动着的溶质质点集合起来，并且按照这种晶体所特有的次序排列起来。不同的物质，实现这种规则排列的难易程度不同，有些晶体要经过相当长的时间才能自行产生结晶中心，因此，有些物质的过饱和溶液看起来还是比较稳定的。从总体上来说，过饱和溶液是处于不平衡的状态，是不稳定的，

3、若受到振动或者加入溶质的晶体，则溶液里过量的溶质就会析出而成为饱和溶液，即转化为稳定状态，这说明过饱和溶液没有饱和溶液稳定，但还有一定的稳定性。因此，这种状态又叫介稳状态。过饱和度S（%）：S=C/C’×100%c,c’分别为过饱和及饱和溶液的浓度B第一介稳区：加入晶种结晶会生长，但不产新晶核C第二介稳区：加入晶种结晶会生长，同时有新晶核产生A稳定区：不饱和区D不稳区：瞬时出现大量微小晶核，发生晶核泛滥二结晶过程(1)过饱和溶液的形成(2)晶核生成(3)晶体的生长注：溶质浓度差为推动力1、过饱和溶液的形成方法(1)冷却(2)溶剂

4、蒸发（真空、蒸发）(3)改变溶剂性质(4)化学反应产生低溶解度物质过饱和度的大小对结晶的影响1、影响晶核的形成速度2、影响晶体的长大速度这两个速度又影响最终晶体产品的粒度和晶体粒度分布（晶体质量）2、晶核的形成2.1初级成核2.1.1初级均相成核：溶液在不含外来物体时自发产生晶核（工业上罕见）2.2.2初级非均相成核：在外来物体诱导下产生晶核的现象注意：在育晶过程中，由于粒子颗粒大小的不同，小粒子具有较大表面能，微小晶体的溶解度高于粒度较大的晶体，会导致微小晶体与溶液的平衡难以维持，造成微小晶体溶解而大晶体生长，因而只有颗粒大至

5、某一临界粒度值（成为稳定晶核的最小粒度，微米级），才能长大为稳定地晶核2、晶核的形成工业规模的结晶，一般不应以初级成核作为晶核的来源，因实际操作时难以控制溶液的过饱和度，使晶核的生成速率恰好适应结晶过程的需要。成核速率=新生成晶粒数/（单位时间×单位体积溶液）；速率过高会导致晶体产品颗粒细碎、粒度分布宽、质量低劣。2、晶核的形成2.2二次成核：溶液中已有溶质晶体存在的条件下形成晶核的现象主要机理为接触成核，晶体在于外部物体（包括另一晶体）碰撞时会产生大量碎片，其中较大的就是新的晶核。(工业规模结晶主要是晶体与搅拌螺旋桨间的碰撞）

6、优点：动力学级数低，即过饱和度对接触成核影响较小，易实现稳定操作的控制；在低过饱和度下进行，可得到优质产品；产生新晶核所需能量低，被碰撞的晶体不会造成宏观上的磨损。三结晶操作1分批结晶步骤：(1)结晶器的清洁(2)加料到结晶器中(3)产生过饱和度(4)成核与晶体生长（一般采用加晶种缓慢冷却方法操作，溶液可始终保持在介稳态，而晶体的生长速率完全由冷却速度加以控制，可使溶液不致进入不稳区，所以不会发生初级成核现象，这种“控制结晶”的操作方法能够产生预定粒度的、合乎质量要求的匀整晶体）(5)晶体的排除三结晶操作2连续结晶2.1细晶消除

7、：采用淘析原理，在结晶器内部或下部建立一个澄清区，在此区域内，晶浆以很低的速度上流，当较大的晶粒沉降速度大于晶浆上流速度时，晶体沉降下来，回到结晶器主体部分，重新参与器内晶浆循环而继续长大。细小的晶粒则随溶液从澄清区溢流而出，进入细晶消除系统以加热或稀释的办法溶解然后经循环泵重新回到结晶器。淘析二、原理颗粒从静止状态沉降，在加速度作用下沉降速度愈来愈大。随之而来的反方向阻力也增加。但是颗粒的有效重力是一定的，于是随着阻力增加沉降的加速度减小，最后阻力达到与有效重力相等时，颗粒运动趋于平衡，沉降速度不再增加而达到最大值。这时的速度

8、称作自由沉降末速。在层流阻力范围内，沉降末速的个别式可由颗粒的有效重力与斯托克斯阻力相等关系导出V∞=淘析法的基本原理，是利用在固定沉降高度的条件下，逐步缩短沉降时间，由细至粗地，逐步将较细物料自试料中淘析出来，从而达到对物料进行粒度分布测定。沉降时间按三结晶操