[科普中國(guó)]-晶種

簡(jiǎn)介

加晶種進(jìn)行結(jié)晶是控制結(jié)晶過(guò)程、提高結(jié)晶速率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要方法之一。

工業(yè)上晶種的引入有兩種方法：一種是通過(guò)蒸發(fā)或降溫等方法，使溶液的過(guò)飽和狀態(tài)達(dá)到不穩(wěn)定區(qū)，自發(fā)成核一定數(shù)量后，迅速降低溶液濃度（如稀釋法）至介穩(wěn)區(qū)，這部分自發(fā)成核的晶核作為晶種；另一種是向處于介穩(wěn)區(qū)的過(guò)飽和溶液中直接添加細(xì)小均勻晶種。工業(yè)生產(chǎn)中主要采用第二種加晶種的方法。

對(duì)于不易結(jié)晶（也就是難以形成晶核）的物質(zhì)，常采用加入晶種的方法，以提高結(jié)晶速率。對(duì)于溶液黏度較高的物系，晶核產(chǎn)生困難，而在較高的過(guò)飽和度下進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，由于晶核形成速率較快，容易發(fā)生聚晶現(xiàn)象，使產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。因此，高黏度的物系必須采用在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)添加晶種的操作方法。1

晶種的重要性晶種用以提供晶體生長(zhǎng)的位點(diǎn)，以便從均勻的、僅存在一相的溶液中越過(guò)一個(gè)能壘形成晶核，加入的晶種加速了目標(biāo)晶型的生長(zhǎng)速率，有助于得到目標(biāo)品型。工業(yè)制品中，為了得到粒度大且均勻的晶體產(chǎn)品，都要盡可能避免初級(jí)成核，控制二次成核，加入適量的晶種作為晶體生長(zhǎng)的核心通常是必須的，晶種的制備因此也成為制備晶體的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

晶種的重要性在于所用的晶種是否需要特別工藝獲取，如果需要，則需要說(shuō)明晶種的獲取途徑，如果晶種的性質(zhì)有特別要求，需說(shuō)明晶種的特性及檢測(cè)方法。另外，晶種與晶型的穩(wěn)定性也存在一定的聯(lián)系。例如，也存在某一晶型在別的晶型晶體的表面生長(zhǎng)。穩(wěn)定晶型會(huì)在亞穩(wěn)定型或不穩(wěn)定型晶型表面成核、生長(zhǎng)，直至最終完全轉(zhuǎn)晶，這是由于兩種型的某一晶面的結(jié)構(gòu)相似，溶質(zhì)分子可以在亞穩(wěn)定型或不穩(wěn)定型晶型晶面上直接堆積、排列成穩(wěn)定晶型。2

加晶種時(shí)，必須掌握好時(shí)機(jī)，應(yīng)在溶液進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)內(nèi)適當(dāng)溫度時(shí)加入晶種。如果溶液溫度較高，即高于飽和溫度，加入晶種可能部分或全部被溶化；如溫度過(guò)低，即已進(jìn)入不穩(wěn)區(qū)，溶液中已自發(fā)產(chǎn)生大量晶核，再加晶種已不起作用。此外，在加晶種時(shí)，應(yīng)當(dāng)輕微地?cái)噭?dòng)，以使其均勻地散布在溶液之中。3

晶體形狀1. 三斜晶體：三結(jié)晶軸互相斜交。其長(zhǎng)度均不同。

2. 單斜晶體：三結(jié)晶軸均不等長(zhǎng)，其中兩軸互相斜交，但皆垂直於第三軸。

3. 斜方晶體：三結(jié)晶軸均不等長(zhǎng)，互相垂直。

4. 正方晶體：三結(jié)晶軸互相垂直，其中兩軸等長(zhǎng)，另一軸不等。

5. 三方晶體：等長(zhǎng)三軸互相傾斜，且傾角相等。

6. 六方晶體：三軸等長(zhǎng)，且相交成60度角。另一不等長(zhǎng)的軸則與此平面垂直。

7. 等軸晶體：三軸相等，且相互垂直。

結(jié)晶習(xí)性1、結(jié)晶習(xí)性，俗稱晶癖，指結(jié)晶成長(zhǎng)過(guò)程中，各晶面相對(duì)的生長(zhǎng)率。

2、 各晶面生長(zhǎng)率隨晶體本身之性質(zhì)及外界之條件而變化。

3、 影響晶癖的主要因素：

(1)溶劑種類(lèi)；

(2)不純物的含量；

(3)攪拌速度；

(4) 溶液的pH值；

(5) 溶液溫度。

結(jié)晶方法過(guò)飽和法

1、 結(jié)晶的步驟：

(1) 晶核之生成: 單位聚群晶胚晶核；

(2) 晶體的生長(zhǎng)：晶核結(jié)合了動(dòng)力單位而形者。

2、達(dá)成過(guò)飽和的方法：

(1) 冷卻法：溶質(zhì)之溶解度變化很大時(shí)。

(2) 溶劑蒸發(fā)法：溶質(zhì)之溶解度隨溫度變化很小時(shí)。

(3) 鹽析法：在溶液中加入第三種物質(zhì)，藉以急速降低溶質(zhì)之溶解度。

(4) 絕熱蒸發(fā)法：急速蒸發(fā)，可降低溶液溫度，同時(shí)減少溶劑的量。

3、影響結(jié)晶的因素：

(1)晶種：在準(zhǔn)安定區(qū)結(jié)晶，可獲得大顆粒結(jié)晶。

(2)溫度：溫度不同，則溶液的飽和度不同。

(3)雜質(zhì)：有雜質(zhì)存在，則晶形不同。

(4) 攪拌：對(duì)於高黏度容液的結(jié)晶，攪拌，可以促進(jìn)晶核成長(zhǎng)。

晶體的純度與母液1、 晶體與溶液分離時(shí)可能含有母液。

2、可用過(guò)濾或離心分離，或以新鮮溶劑洗滌。

理論結(jié)晶之赫夷定律同一溶質(zhì)所析出的晶體，其邊長(zhǎng)與面積的大小可能不同，然而各相對(duì)的夾角均相同；即析出之晶體均成幾何相似，此為赫夷定律。

結(jié)晶之邁耶理論1、邁耶提出在溶解度曲線以上的過(guò)飽和區(qū)，再以過(guò)溶解度曲線分為不安定區(qū)及準(zhǔn)安定區(qū)。

2、準(zhǔn)安定區(qū)：只能成長(zhǎng)晶體不能生成晶體，故需加入少數(shù)微小晶體，作為晶種；如控制得當(dāng)，可得較大之晶體。

3、不安定區(qū)：會(huì)有大量微小晶體析出，分享了過(guò)飽和溶質(zhì)的量，使晶體無(wú)法長(zhǎng)大，故成為微小的晶體。

結(jié)晶的管理與操作結(jié)晶之目的在于求得適當(dāng)大小及形狀之高純度晶體。

應(yīng)注意事項(xiàng)如下：

1、 以適當(dāng)加熱方式除去多余之晶核。

2、避免快速冷卻及過(guò)大之過(guò)飽和度，以防止大量晶核產(chǎn)生。

3、保持均勻之過(guò)飽和。

4、 選用器壁平滑之結(jié)晶器。

5、減少碰撞及摩擦，以避免產(chǎn)生新晶核。