[科普中国]-分步结晶

简介

将含两种以上物质的混合物，利用其结晶的溶解度、结晶速度等的差异，把其分成单个成分的方法，称为分步结晶法。通常其分离效果不大理想，因而一般不予使用。但是，常用于无机盐混合物或非对映（立体）异构物之类物质的分离。

一般应注意的事项：

1、 研究有无别的更有效的分离方法。

2、选择溶解度或结晶速度差异大的溶剂及温度。

3、常常一面观察其分离效果，一面进行结晶操作。

4、将溶液中混合物的成分浓缩到一定程度后，用与重结晶相同的操作步骤进行结晶处理。

分步结晶的原理利用溶解度的差异，还可分离混合物中的各种成分。采用的方法称为分步结晶法。所谓分步结晶，就是将混合物在合适的条件下（各成分溶解度差别最大），反复进行溶解和结晶的操作，而在每一次溶解和结晶以后，溶解度小的成分富集于晶体中，溶解度大的成分则富集于母液中，这样经过多次反复以后，就可以达到分离的目的。现以NaCl和KNO3的混合液为例，说明分步结晶的原理：1

从表中的数据可见，两者的溶解度以373K时差别最大。故第一步以373K的水去处理混合物，使部分NaCl首先分离出来。在这一步中关键是控制加水量，最适宜的水量，应该是刚刚能使KNO3溶解而无多余。这个数量可通过溶解度进行粗略的计算。经过这一步处理，大部分NaCl晶体留在固相中。将NaCl分离后，KNO3就富集于母液中，第二步是将母液冷却，使KNO3从溶液中结晶出来，但此时母液中仍然存在NaCl和KNO3。再蒸发、冷却，反复数次，可使KNO3和NaCl基本分离。

这样的分级过程继续到获得需要的结果。分步结晶法广泛用于多种物质的分离。例如：K2ZrF6产品的分离，稀有元素化合物的混合物分离等。分步结晶也用于镭盐和钠盐之间的分离，例如：铬酸钡与铬酸镭以及其他盐的混合物的分离等。2

操作方法1、分离无机盐类物质的场合

①在加热到约100℃的热水里，将混合物溶解，制成饱和溶液。 ·

②混合物成分的溶解度差异较大寸，将其徐徐进行冷却，当难溶成分大部分结晶析出寸，即迅速过滤。

⑧混合物成分的结晶速度差异较大时，则加入晶种，迅速冷却。待结晶速度大的成分大部分析出后，即进行过滤。

2、分离非对映（立体）异构物之类物质的场合

①与重结晶时相似的操作，将非对映异构物置于溶剂中加热溶解。

②用与重结晶时相似的操作，使结晶析出。但是，当看到其中一种非对映异构物析出时，即进行过滤。

⑧把滤液再放置或用浓缩抑或加入溶剂的方法；使之析出另一种非对映异构物的结晶。

④将前项得到的难溶及易溶的结晶，如前所述，各自反复进行溶解，结晶。

相关扩展物质在固态时一般可以分为晶形和无定形两种。晶形的固体就是晶体。在品绺中的离子、原子或分子都作有规则的排列，使晶体具有一定的几何构型。无定形物质则恰好相反。晶形物质从溶液中析出的过程叫做结晶。

重结晶是使不纯粹的物贡纯化的主要方法之一。把不纯物质溶于适量水或其他溶剂中（必要时可稍加热），滤去不溶解的杂质，将滤液稍稍浓缩，冷却后该物质即“重结晶”而出。如杂质过多或杂质也能微溶于溶剂中，则一次重结晶不能达到纯化目的，需要进行第二次重结晶，有时需要进行多次重结晶才能获得纯净的化合物。进行重结晶时溶剂的选择颇为重要，必须选择对提纯化合物与杂质的溶解度有显著差别的溶剂。另外调整溶液的pH值也可达到重结晶的目的。分离和提纯药材中的有效成分时常用重结晶和分步结晶法来实现。

自溶液的重结晶是将晶体溶解到少量的新鲜热溶剂中，然后使溶液冷却，只要杂质在溶剂中的溶解度高于晶体产品，就可获得较为纯净的晶体。这样的步骤可能需要重复多次，以便得到纯度合乎要求的晶体。这种操作称为简单重结晶，它的最大问题在于产品组分损失相当可观，最终的纯态晶体可能仅为原料中产品组分的很少的一部分。

重结晶过程的低收率问题十分重要，为了提高收率及分离效率，曾设计出许多结晶流程，其中包括多次进料简单重结晶与分步结晶，而分步结晶又有一些很复杂的流程，如三角形分步结晶、钻石形分步结晶、双排料分步结晶等。分步结晶的原理不外是重复使用母液，及分批加入新鲜溶剂，以提高产品组分的收率。3