第五章 结晶.ppt

1、,沉淀分离法,回顾,盐析沉淀法 有机溶剂沉淀 等电点沉淀法 成盐沉淀法 高分子聚合物沉淀 选择性变性沉淀法,原理、无机盐的选择（(NH4)2SO4）、影响因素（5个）、优缺点,原理、常用（甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮）、影响因素（4个）、优缺点,原理、使用时注意事项,金属离子沉淀法：3类 有机酸沉淀法：常用有机酸 无机酸沉淀法：常用无机酸,常用沉淀剂、影响PEG沉淀效果的因素、如何去除沉淀中的PEG,3种方法,沉淀和结晶（晶体）的异同点,相同：在本质上同属一种过程（固相析出）,条件缓慢变化时，溶质分子有足够时间排列，有利于结晶形成； 条件变化剧烈，强迫快速析出，溶质分子来不及排列就析出，形成无定形

2、沉淀。,区别：,结晶法：高度的选择性（原因：只有同类分子 或离子才能排列成晶体）。 沉淀法：浓缩与分离，但所得的沉淀物聚集多 种物质，或含有盐类，或包裹着溶剂。,分离效果,第五章结 晶,结晶：液体呈晶态从溶液中析出的过程（有时把析出的晶体也称为结晶） 晶态：外观形状一定、内部的分子（或原子、离子）在三维空间进行有规则的排列而产生的物质存在形态。 结晶有很好的选择性，原因：只有同类分子或离子才能排列成晶体。,结晶的过程 影响结晶析出的条件 结晶的一般方法 提高晶体质量的方法,一、结晶的过程,将溶质放入溶剂中,固体的溶解：溶质分子扩散进入液体内部 溶质的沉积：溶质分子从液体中扩散到固 体表面进行沉

3、积,最先析出的微小颗粒是以后结晶的中心，称为晶核。 只有达到一定的过饱和度时晶核才存在。 晶核形成并不是结晶的完成，还需要继续扩散成长为晶体。,（一）过饱和溶液的形成,蒸发法 冷却法 化学反应结晶法 盐析结晶法 等电点法 复合法,制备,结晶的首要条件是溶液的过饱和。,1.蒸发法 借蒸发出去部分溶剂的结晶方法。使溶液在加压、常压或减压下加热，蒸发除去一部分溶剂，以达到或维持溶液过饱和度。 适于溶解度随温度变化不显著的物质或随温度升高溶解度降低的物质（例子）。,2.冷却法 基本上不除去溶剂，而是使溶液冷却降温成为过饱和溶液。 此法适于溶解度随温度降低而显著减小的物质,3.化学反应结晶法 向溶液中加

4、入反应剂，生成一个新的溶解度更低的物质，当浓度超过它的溶解度时就有结晶析出。 如：在抗生素的溶液中加入成盐剂（酸、碱或盐类），使抗生素以盐的形式结晶析出。 NaOH, CH3COOK,4.解析法 向溶液中加入某些物质，使溶质的溶解度降低，形成过饱和溶液而结晶析出。 抗溶剂或沉淀剂：固体、液体、气体 抗溶剂的特点：极易溶解在原溶液的溶剂中,盐析结晶法：用固体氯化钠作为抗溶剂使溶液 中的溶质尽可能的结晶出来 有机溶剂结晶法：向水溶液中加入一定量的亲水 性的有机溶剂，降低溶质的溶解 度，使其结晶析出 水析结晶法：易溶于有机溶剂的物质，向其溶液 中加入适量水即可析出晶体,5.等电点法 利用某些生物物质

5、具有两性化合物性质当溶液pH值调至等电点时溶解度最小，使生物物质从水溶液中沉淀析出。,6.复合法 几种方法合并使用。 盐析和冷却并用；冷却和化学反应并用；结合等电点,（二）晶核的形成 晶核：过饱和溶液中最先析出的微小颗粒，是以后结晶的中心。 成核速度：单位时间内在单位体积溶液中生成的新晶核数目。是决定晶体产品粒度分布的首要因素。 1.成核速度的影响因素： 溶液的过饱和度、温度、溶质种类,（1）过饱和度,理论曲线,实际曲线,过饱和度,成 核 速 度,晶体生长速度和所需晶体大小,（2）温度,温度,成核速度,过饱和度,温度与过饱和度 相互消长速度,（3）溶质种类 无机盐类： 阳离子或阴离子的化合价越

6、低，越不容易成核 相同化合价下，含结晶水越多，越不容易成核 有机物质： 结构越复杂，相对分子质量越大，成核速度越慢,2. 晶核的诱导 加晶种能诱导结晶 晶种可以是同种物质或相同晶形的物质，有时惰性的无定形物质也可作为结晶的中心，如尘埃。 添加晶种诱导晶核形成的方法： （1）有现成晶体：取少量研碎，加溶剂，离心去除大颗粒，稀释，悬浮液中有小晶核，倒入待结晶溶液，搅拌，放置一段时间,（2）无现成晶体： 取1-2滴待结晶溶液置于表面玻璃皿上，缓慢蒸发除去溶液，可得少量晶体 取少量溶液置于试管中，旋转试管，使溶液在管壁上形成薄膜，溶剂蒸发，冷却试管，管壁上可形成一层结晶。 刮下结晶，蘸取少量接种到待结

7、晶溶液，搅拌,（三）晶体的生长 晶体生长：在过饱和溶液中已有晶核形成或加入晶种后，以过饱和度为推动力，晶核或晶种将长大，这种现象称为-。 晶体生长速度也会影响晶体产品粒度大小。 晶核形成后立即开始生长成晶体，同时新的晶核还在继续形成,晶核形成速度 晶体生长速度：细小晶体，甚至无定形 晶核形成速度 晶体生长速度：粗大而均匀晶体,影响晶体生长的因素： 杂质、搅拌、温度和过饱和度 杂质：制止、促进、改变外形 搅拌：促进扩散，加速晶体生长、晶核形成。以试验为基础，确定适宜的搅拌速度 温度：升高有利于扩散，使结晶速度增快 过饱和度： 增高使结晶速度增大 增高引起黏度增加，结晶速度受阻,二、影响结晶析出的

8、主要条件,溶液浓度 样品纯度 溶剂 pH 温度 时间,晶体形成,1.溶液浓度 超过饱和浓度 目的物的浓度是结晶的首要条件 浓度高：结晶收率高 浓度过高：分子在溶液中析出的速度太快，超过形成晶核的速率，得不到晶体，只获得无定形固体颗粒；杂质浓度增大，易生成纯度差的粉末结晶。 浓度应根据工艺和具体情况确定,2.样品纯度 结晶是同种物质分子的有序排列，所以杂质是障碍。 多数生物大分子需要相当的纯度才能进行结晶 纯度越高，越容易结晶 母液中目的物的纯度接近或超过50%,3.溶剂 生化小分子：水、乙醇、甲醇、丙酮、氯仿 大分子（蛋白质、核酸、酶）：(NH4)2SO4，NaCl,磷酸缓冲液、Tris缓冲液

9、、丙酮、乙醇等 混合溶剂 选择溶剂需注意： 溶剂不能和结晶物质发生化学反应 对结晶物质有较高的温度系数 杂质有较大的溶解度/结晶物质与杂质有溶解度的差别 对于容易挥发的有机溶剂，操作方便、安全,4.pH 等电点附近,5.温度 低温下结晶： 不容易变性失活 使溶质溶解度降低，有利于溶质的饱和 避免细菌繁殖 温度：0-20 oC 富含有机溶剂的结晶体系：更低的温度 温度过低： 黏度增大结晶变慢低温析出结晶后适当升温,6.时间 生物大分子（蛋白质）： 相对分子质量大、立体结构复杂，结晶过程困难，分子的有序排列消耗能量大，晶核生长和晶体长大都比较缓慢，从不饱和到饱和的调节过程需缓慢进行。 需要一定的结

10、晶时间 生物大分子的结晶时间差别很大，少则以时计，多则以月计。,三、结晶的一般方法,除去一部分溶剂：如蒸发浓缩 不除去溶剂，直接加入沉淀剂及降低温度,工 业,盐析法 有机溶剂结晶法 等电点结晶法 其他,实验室,（一）盐析结晶法 主要用于大分子如蛋白质、酶、多肽等的结晶 原因：不耐热，对pH变化及有机溶剂十分敏感 用中性盐作为沉淀剂，安全、操作简单,加固体盐法 加饱和盐溶液 透析扩散法,（二）有机溶剂结晶法 用于小分子物质的结晶,直接加有机溶剂结晶 利用挥发性溶剂蒸发结晶,（三）等电点结晶法 多用于一些两性物质,（四）其他 温度差法、加入金属离子法,四、提高结晶质量的方法,晶体的质量,大小 形状

11、 纯度,（一）晶体大小,1.过饱和度 增加过饱和度一般使结晶速度增大,过饱和度,成核速度,晶体生长速度,原因：,得到的晶体较细小,2.温度 快速冷却：达到较高的过饱和度，晶体细小且常导致生成针状晶（容易散热）； 缓慢冷却：粗大的晶体,温度,成核速度,晶体生长速度,低温得到较细晶体,3.搅拌 搅拌能加快成核速度，提高晶体长大的速度。 搅拌达到一定程度后，再加快搅拌效果不显著；晶体还会被打碎 搅拌越快，晶体越细,4.晶种 加入晶种能诱导结晶，而且能控制晶体的形状、大小和均匀度,（二）晶体形状 同种物质用不同方法结晶时，得到的晶体形状可以完全不一样。 外形变化是由于在一个方向生长受阻，或在另一方向生

12、长加速所致。 影响因素： 过饱和度、搅拌、温度、pH； 从不同溶剂中结晶得到不同的外形； 杂质：杂质可吸附在晶体表面，使其生长速度受阻,（三）晶体纯度 晶体常会包含母液、尘埃和气泡等，所以结晶器要清洁，结晶液应过滤以防止夹带灰尘、铁锈等； 晶体表面有一定的物理吸附能力，因此有很多母液和杂质表面杂质可通过洗涤除去。 结晶速度过大时（过饱和度较高、冷却速度很快），容易形成晶簇，包含母液等杂质。 重结晶,（四）重结晶 将晶体用合适的溶剂溶解，再次结晶，使纯度提高。 原因：杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同。 重结晶的关键：选择一种合适的溶剂 溶质在溶剂中的溶解度随温度升高而迅速增大，冷却时能析出大量结晶； 溶质易溶于某一溶剂而难溶于另一溶剂，且两溶剂互溶用混合溶剂进行试验。, 对色素、降解产物、异构体等杂质有