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晶种

结晶法中可以形成晶核从而加快或促进与之晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生长的添加物

晶种是在结晶法中可以形成晶核从而加快或促进与之晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生长的添加物。

简介
加晶种进行结晶是控制结晶过程、提高结晶速率、保证产品质量的重要方法之一。
工业上晶种的引入有两种方法：一种是通过蒸发或降温等方法，使溶液的过饱和状态达到不稳定区，自发成核一定数量后，迅速降低溶液浓度（如稀释法）至介稳区，这部分自发成核的晶核作为晶种；另一种是向处于介稳区的过饱和溶液中直接添加细小均匀晶种。工业生产中主要采用第二种加晶种的方法。
对于不易结晶（也就是难以形成晶核）的物质，常采用加入晶种的方法，以提高结晶速率。对于溶液黏度较高的物系，晶核产生困难，而在较高的过饱和度下进行结晶时，由于晶核形成速率较快，容易发生聚晶现象，使产品质量不易控制。因此，高黏度的物系必须采用在介稳区内添加晶种的操作方法。
重要性
晶种用以提供晶体生长的位点，以便从均匀的、仅存在一相的溶液中越过一个能垒形成晶核，加入的晶种加速了目标晶型的生长速率，有助于得到目标品型。工业制品中，为了得到粒度大且均匀的晶体产品，都要尽可能避免初级成核，控制二次成核，加入适量的晶种作为晶体生长的核心通常是必须的，晶种的制备因此也成为制备晶体的一个重要环节。
晶种的重要性在于所用的晶种是否需要特别工艺获取，如果需要，则需要说明晶种的获取途径，如果晶种的性质有特别要求，需说明晶种的特性及检测方法。另外，晶种与晶型的稳定性也存在一定的联系。例如，也存在某一晶型在别的晶型晶体的表面生长。稳定晶型会在亚稳定型或不稳定型晶型表面成核、生长，直至最终完全转晶，这是由于两种型的某一晶面的结构相似，溶质分子可以在亚稳定型或不稳定型晶型晶面上直接堆积、排列成稳定晶型。
加晶种时，必须掌握好时机，应在溶液进入介稳区内适当温度时加入晶种。如果溶液温度较高，即高于饱和温度，加入晶种可能部分或全部被溶化；如温度过低，即已进入不稳区，溶液中已自发产生大量晶核，再加晶种已不起作用。此外，在加晶种时，应当轻微地搅动，以使其均匀地散布在溶液之中。
晶体形状
1. 三斜晶体：三结晶轴互相斜交。其长度均不同。
2. 单斜晶体：三结晶轴均不等长，其中两轴互相斜交，但皆垂直於第三轴。
3. 斜方晶体：三结晶轴均不等长，互相垂直。
4. 正方晶体：三结晶轴互相垂直，其中两轴等长，另一轴不等。
5. 三方晶体：等长三轴互相倾斜，且倾角相等。
6. 六方晶体：三轴等长，且相交成60度角。另一不等长的轴则与此平面垂直。
7. 等轴晶体：三轴相等，且相互垂直。
结晶习性
1、结晶习性，俗称晶癖，指结晶成长过程中，各晶面相对的生长率。
2、 各晶面生长率随晶体本身之性质及外界之条件而变化。
3、 影响晶癖的主要因素：
(1)溶剂种类；
(2)不纯物的含量；
(3)搅拌速度；
(4) 溶液的pH值；
(5) 溶液温度。
结晶方法
过饱和法
1、 结晶的步骤：
(1) 晶核之生成: 单位聚群晶胚晶核；
(2) 晶体的生长：晶核结合了动力单位而形者。
2、达成过饱和的方法：
(1) 冷却法：溶质之溶解度变化很大时。
(2) 溶剂蒸发法：溶质之溶解度随温度变化很小时。
(3) 盐析法：在溶液中加入第三种物质，藉以急速降低溶质之溶解度。
(4) 绝热蒸发法：急速蒸发，可降低溶液温度，同时减少溶剂的量。
3、影响结晶的因素：
(1)晶种：在准安定区结晶，可获得大颗粒结晶。
(2)温度：温度不同，则溶液的饱和度不同。
(3)杂质：有杂质存在，则晶形不同。
(4) 搅拌：对於高黏度容液的结晶，搅拌，可以促进晶核成长。
纯度与母液
1、 晶体与溶液分离时可能含有母液。
2、可用过滤或离心分离，或以新鲜溶剂洗涤。
理论
结晶之赫夷定律
同一溶质所析出的晶体，其边长与面积的大小可能不同，然而各相对的夹角均相同；即析出之晶体均成几何相似，此为赫夷定律。
结晶之迈耶理论
1、迈耶提出在溶解度曲线以上的过饱和区，再以过溶解度曲线分为不安定区及准安定区。
2、准安定区：只能成长晶体不能生成晶体，故需加入少数微小晶体，作为晶种；如控制得当，可得较大之晶体。
3、不安定区：会有大量微小晶体析出，分享了过饱和溶质的量，使晶体无法长大，故成为微小的晶体。
管理与操作
结晶之目的在于求得适当大小及形状之高纯度晶体。
应注意事项如下：
1、 以适当加热方式除去多余之晶核。
2、避免快速冷却及过大之过饱和度，以防止大量晶核产生。
3、保持均匀之过饱和。
4、 选用器壁平滑之结晶器。
5、减少碰撞及摩擦，以避免产生新晶核。
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