几种结晶方法介绍及其应用进展
- 格式:docx
- 大小:43.92 KB
- 文档页数:8
药物结晶方法1. 溶剂结晶法是一种常见的药物结晶方法。
它利用溶剂溶解药物,在适当的条件下使药物结晶出来。
2. 蒸发结晶法是一种传统的药物结晶方法,通过蒸发溶剂将药物结晶出来,常用于制备单晶或晶体掺杂的药物。
3. 冷冻结晶法是将药物在低温下快速冷冻,并在低温条件下结晶,可制备出良好的晶体形态。
4. 搅拌结晶法是通过搅拌溶液,使药物逐渐结晶出来,可以控制晶体的大小和形状。
5. 沉淀结晶法是通过加入沉淀剂将药物从溶液中沉淀出来,形成结晶固体。
6. 离子交换结晶法是利用对离子互相交换的原理,在溶液中将药物的离子置换为其他离子,促使药物结晶。
7. 超声波结晶法是利用超声波波动加速溶剂中药物的结晶过程,可加快结晶速度并提高产率。
8. 统一晶种法是指在结晶过程中加入一定数量的晶种,以促进药物晶体的形成和生长。
9. 模板结晶法是利用有机分子或聚合物作为模板,在其表面或孔隙中引导药物结晶形成特定结构。
10. 流体床结晶法是将溶液通过固体颗粒床,通过固液间的传质过程,使药物结晶在固体颗粒表面上。
11. 凝胶结晶法是在凝胶体系中控制药物的结晶形态和粒径,适用于一些高分子化合物的结晶。
12. 制备复杂形状晶体的方法包括电化学法、溶剂热法、微流体技术、晶体形状控制剂等。
13. 微波辅助结晶法是利用微波辐射对溶液进行加热,促进药物结晶,在较短时间内得到纯净的结晶产品。
14. 气固结晶法是通过蒸发、沉积或凝结等方式在气相条件下进行药物结晶,常用于制备纳米颗粒。
15. 湿法结晶法是指在含水介质中进行的结晶反应,适用于一些对水溶性要求较高的药物。
16. 有机溶剂结晶法适用于有机溶剂中的药物结晶,方法简便、效果好,但需要考虑有机溶剂的环保性。
17. 蒸汽扩散结晶法是通过蒸汽扩散将溶质输送至蒸发表面,促使药物结晶,常用于高纯度晶体的制备。
18. 放热结晶法是利用放热反应产生的热量来促进药物结晶过程。
19. 酸碱结晶法是通过调节溶液的PH值,控制药物的电荷状态,进而促进药物的结晶。
结晶的原理方法及其应用一、结晶的原理方法结晶是指物质从溶液或气体中逐渐变为晶体的过程。
结晶是固体物质中的原子、离子或分子按照一定的有序排列形成晶体的过程。
结晶的原理方法主要包括以下几种:1. 溶剂结晶溶剂结晶是指通过加入适当的溶剂,使溶质在溶液中逐渐形成晶体。
一般来说,溶剂结晶的方法包括过饱和溶液结晶、蒸发结晶和冷却结晶等。
•过饱和溶液结晶是指在溶液中溶质的溶解度已经达到最大值,再进一步降低溶液的温度或增加溶质的浓度,就会导致溶质通过结晶形成晶体。
•蒸发结晶是指将溶液置于开放容器中,通过蒸发溶剂来充分饱和溶液,使溶质逐渐结晶。
•冷却结晶是指通过将溶液置于低温环境中,使溶质逐渐结晶。
2. 气相结晶气相结晶是指物质从气体状态逐渐转变为晶体状态的过程。
这种结晶方法主要包括物理气相淀积和化学气相淀积两种。
•物理气相淀积是指在一定的温度和压力条件下,气体的溶质通过高能粒子的撞击使其逐渐形成晶体。
•化学气相淀积是指通过化学反应使气体的溶质发生化学变化,从而形成晶体。
3. 摇床结晶摇床结晶是指通过将溶液放置在摇床上,利用摇床的摇动使溶质逐渐结晶。
这种结晶方法主要适用于微量溶质的结晶过程。
二、结晶的应用结晶作为一种固体物质的制备方法,广泛应用于众多领域。
以下列举了结晶的几个主要应用:1. 制药领域在药物的制备过程中,结晶是一种常用的分离和纯化方法。
通过结晶,可以将溶液中的杂质去除,获得高纯度的药物晶体。
2. 材料科学领域在材料科学领域,结晶被广泛应用于金属、陶瓷、半导体等材料的制备过程中。
通过控制结晶的条件,可以改变材料的晶体结构和物理性质。
3. 化工领域在化工生产过程中,结晶是一种常用的分离和纯化方法。
通过结晶,可以将溶液中的目标物质分离出来,获得高纯度的产品。
4. 生物领域在生物领域中,结晶被广泛应用于蛋白质、核酸等生物大分子的制备和纯化过程中。
通过结晶,可以获得高纯度的生物大分子晶体,为后续的结构和功能研究提供基础。
结晶的方法有哪些
结晶是一种物质从溶液或气体中形成晶体的过程。
以下是一些常见的结晶方法:
1. 蒸发结晶:通过加热溶液使其蒸发,使得溶质浓度增加,从而导致结晶。
2. 冷却结晶:将溶液冷却至较低温度,使溶液中的溶质浓度增加而形成晶体。
3. 深冷结晶:将溶液或熔融物质迅速冷却至极低温度,使溶质分子或离子之间产生有序的排列形成晶体。
4. 沉淀结晶:通过加入反溶剂、改变pH值或温度等条件,使溶液中的溶质发生反应生成不溶的物质而形成沉淀晶体。
5. 冻结结晶:将液体物质迅速冷却并形成固态,从而形成结晶。
6. 溶剂结晶:将溶剂中的溶质蒸发至饱和,然后缓慢冷却或加入催化剂,促使晶体的生成。
7. 微波结晶:利用微波辐射加热溶液,使其蒸发形成结晶。
8. 蒸馏结晶:通过蒸馏提纯后的溶液进行结晶,去除杂质并形成纯净的结晶物。
这些是一些常见的结晶方法,不同的物质和实验条件可能适用不同的结晶方法。
得到晶体的方法和晶体的类型
晶体是一种具有有序结构的固体物质,具有特定的外形和特性。
得到晶体的方
法可以通过多种途径实现,下面将介绍一些常用的得到晶体的方法以及常见的晶体类型。
得到晶体的方法:
1. 溶液结晶法:将溶质溶解在溶剂中,然后通过控制溶液的温度、浓度等条件,使溶质逐渐析出形成晶体。
2. 气相深结晶法:将气态的原料在适当的条件下冷凝析出晶体,常用于金属和
半导体材料的晶体生长。
3. 溶剂挥发法:将溶质溶解在挥发性的溶剂中,然后让溶剂慢慢挥发,溶质逐
渐析出形成晶体。
4. 液相法:通过在高温条件下使物质溶解,然后在适当的条件下使其结晶得到
晶体。
5. 水合晶体法:将溶质溶解在水溶液中,然后利用水的溶解度变化形成水合晶体。
6. 液相扩散法:利用溶质在溶剂中的扩散作用,控制溶剂的浓度梯度,形成晶体。
晶体的类型:
1. 共价晶体:由共价键连接的原子或分子构成,具有高熔点和硬度,例如金刚石。
2. 离子晶体:由正负离子通过电静力相互吸引形成的晶体,具有良好的导电性
和溶解性,例如氯化钠。
3. 分子晶体:由分子之间的范德华力或氢键相互作用形成的晶体,具有低熔点和溶解性,例如冰。
4. 金属晶体:由金属原子通过金属键相互连接形成的晶体,具有良好的导电性和延展性,例如铝晶体。
5. 硅晶体:由硅原子通过共价键连接形成的晶体,具有半导体性质,常用于电子器件的制造。
通过以上介绍,我们了解到了得到晶体的方法和晶体的类型,不同的晶体类型具有不同的结构和性质,对于材料科学和化学领域的研究具有重要的意义。
希望以上内容对您有所帮助。
化学常识:高中化学百科知识点:结晶的方法一、化学常识:高中化学百科知识点:结晶的方法知识点,不仅可以丰富历史、文学知识,而且对激发人的志气,培养健康的人格,提高专业水平和写作水平,都有借鉴启迪作用。
快随小编一起来阅读高中化学百科知识点吧! (1)蒸发结晶(蒸发溶剂法):将固体溶质的溶液加热(或日晒,或在风力的作用下)使溶剂蒸发,使溶液又不饱和溶液转化为饱和溶液,再继续蒸发溶剂,使溶质从溶液中析出。
适用范围:溶解度受温度变化影响不大的物质,如氯化钠。
(2)降温结晶(冷却热饱和溶液法)冷却热的饱和溶液,使溶质从溶液中结晶析出。
适用范围:溶解度受温度变化影响较大的物质,如氯酸钾。
二、高考化学必备知识点:高中化学百科知识点:结晶的方法基本概念:1、化学变化:生成了其它物质的变化2、物理变化:没有生成其它物质的变化3、物理性质:不需要发生化学变化就表现出来的性质(如:颜色、状态、密度、气味、熔点、沸点、硬度、水溶性等)4、化学性质:物质在化学变化中表现出来的性质(如:可燃性、助燃性、氧化性、还原性、酸碱性、稳定性等)5、纯净物:由一种物质组成6、混合物:由两种或两种以上纯净物组成,各物质都保持原来的性质7、元素:具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称8、原子:是在化学变化中的最小粒子,在化学变化中不可再分9、分子:是保持物质化学性质的最小粒子,在化学变化中可以再分10、单质:由同种元素组成的纯净物11、化合物:由不同种元素组成的纯净物12、氧化物:由两种元素组成的化合物中,其中有一种元素是氧元素13、化学式:用元素符号来表示物质组成的式子14、相对原子质量:以一种碳原子的质量的1/12作为标准,其它原子的质量跟它比较所得的值某原子的相对原子质量=相对原子质量≈质子数+中子数(因为原子的质量主要集中在原子核)15、相对分子质量:化学式中各原子的相对原子质量的总和16、离子:带有电荷的原子或原子团17、原子的结构:原子、离子的关系:注:在离子里,核电荷数=质子数≠核外电子数18、四种化学反应基本类型:①化合反应:由两种或两种以上物质生成一种物质的反应如:A+B=AB②分解反应:由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应如:AB=A+B③置换反应:由一种单质和一种化合物起反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应如:A+BC=AC+B④复分解反应:由两种化合物相互交换成分,生成另外两种化合物的反应如:AB+CD=AD+CB19、还原反应:在反应中,含氧化合物的氧被夺去的反应(不属于化学的基本反应类型)氧化反应:物质跟氧发生的化学反应(不属于化学的基本反应类型)缓慢氧化:进行得很慢的,甚至不容易察觉的氧化反应自燃:由缓慢氧化而引起的自发燃烧20、催化剂:在化学变化里能改变其它物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性在化学变化前后都没有变化的物质(注:2H2O2===2H2O+O2↑此反应MnO2是催化剂)。
得到晶体的方法和晶体的类型晶体是一种具有规则排列的分子结构的固体物质,具有高度有序性和周期性。
在化学、物理、材料科学等领域中,晶体的研究具有重要意义。
下面将介绍得到晶体的方法和晶体的类型。
得到晶体的方法主要有以下几种:1. 溶液结晶法:将固体物质溶解在溶剂中,随着溶剂挥发,溶质逐渐过饱和,晶体在溶液中析出并沉积。
这种方法适用于大多数无机晶体的生长。
2. 熔融结晶法:将固体物质加热至熔融状态,然后逐渐冷却,使溶质在凝固的过程中结晶形成。
这种方法适用于高熔点物质的晶体制备。
3. 气相沉积法:将气体源物质通过化学反应或物理过程转化为固态物质,沉积在基底表面形成晶体。
这种方法适用于高纯度和薄膜晶体的制备。
4. 溶剂挥发法:将溶质溶解在挥发性溶剂中,随着溶剂挥发,溶质逐渐过饱和,晶体在溶液中析出。
这种方法适用于有机晶体的制备。
5. 水热合成法:在高温高压的水热条件下,利用水的溶解性和热性质制备晶体。
这种方法适用于具有特殊结构和形貌的晶体。
晶体的类型可以根据晶体结构、晶体形貌、晶体化学成分等多方面进行分类。
根据晶体结构,晶体主要分为以下几类:1. 离子晶体:晶体的基本结构单元是离子,例如氯化钠晶体。
2. 共价晶体:晶体的基本结构单元是共价键,例如硅晶体。
3. 金属晶体:晶体的基本结构单元是金属原子,例如铜晶体。
4. 分子晶体:晶体的基本结构单元是分子,例如冰晶体。
此外,晶体还可以根据晶体的形貌进行分类,如立方晶体、四方晶体、六方晶体等。
晶体的种类繁多,每种晶体都具有独特的性质和应用价值,对晶体的研究和应用有着重要的意义。
总的来说,得到晶体的方法多种多样,可以根据晶体的性质和用途选择适合的方法。
晶体的类型也多种多样,可以根据晶体的结构和形貌进行分类,每种晶体都有其独特的特点和应用领域。
晶体的研究和应用将会为科学技术的发展带来更多的可能性和机遇。
一、工业结晶方法简介什么是结晶?在一定的温度下,一种可溶性的溶质在某种溶剂中的溶解度是一定的,并且不同温度下溶解度不同,一般来说温度升高,溶解度增大。
当降低溶液温度或减少溶剂量时,溶质将以固体形态从溶液中析出,这一过程叫做结晶。
工业生产中常用的结晶操作方法大致分为六种:1、冷却结晶:通过降低溶液的温度使溶液达到过饱和而结晶。
适用于溶解度随温度降低而显著减小的盐类结晶操作。
2、蒸发结晶:将溶剂部分汽化,使溶液达到过饱和而结晶。
这是最早采用的一种结晶方法。
适用于溶解度随温度升高而变化不大的盐类结晶操作,例如食盐的生产。
3、真空结晶:使热溶液在真空状态下绝热蒸发,除去一部分溶剂,使部分热量以汽化热的型式被带走,降低溶液温度,实际上是同时用冷却和蒸发结晶方法,使溶液达到过饱和而结晶。
这种方法适用于中等溶解度的盐类和有机酸,例如硫酸铵、己二酸等。
4、喷雾结晶;5、盐析结晶;6、升华结晶;根椐结晶的方法,可将常用的结晶器分为四大类:冷却型结晶器、蒸发型结晶器、真空蒸发冷却结晶器和盐析结晶器。
我们采用的精己二酸结晶器,典型的卧式真空多级闪蒸结晶器CMSMPR(Continuous Mixed-Suspension Mixed-Product Removal Crystallizer),具有全混悬浮,全混出料,连续结晶,不宜结垢,处理量大的特点。
二、结晶原理晶体从溶液中析出一般可分为三个阶段:过饱和溶液的形成、晶核的生成和晶体的成长阶段。
过饱和溶液析出过量的溶质产生晶核,然后晶核长大形成宏观的晶体。
晶体成长过程是溶质的扩散过程和表面反应过程串联的联合过程。
表面反应过程的速率一般较快,所以扩散过程是晶体成长速率的控制步骤。
通常,晶体成长速率随溶液的过饱和度或过冷度的增加而增大。
在结晶操作中,晶核的生成和晶体的成长同时进行。
这两个过程的速率的大小,对结晶的效果和产品的质量有很大的影响。
三、晶体成核过程对产品质量影响机理分析晶体的成核速率是决定晶体产品粒度分布的首要动力学因素。
我国有许多盐碱潮,湖水中溶有大量的氯化钠(NaCl)和纯碱(Na,CO,),那里的人们经常“冬天捞碱,夏天晒盐”。
大家知道其中蕴含的化学道理吗?让我们一起进入下面的学习吧!1.结晶的定义溶质从溶液中以晶体形式析出的过程叫结晶。
晶体析出后的溶液叫做母液,母液对于析出的溶质来说是饱和溶液。
生产上,人们常用结晶的方法从溶液中提取溶质。
结晶法也适用于分离溶解度随温度变化差异很大的可溶性固体。
2.结晶的常用方法及应用方法一:蒸发结晶(蒸发溶剂)(1)将溶解度受温度影响变化不大的固体溶质从其水溶液中析出(如将NaCI从其水溶液中析出),-般采用蒸发结晶的方法(如图1)。
(2)溶解度受温度影响变化不大的固体中混有少量溶解度受温度影响很大的固体(如NaCl中混有少量KNO,),提纯前者采用蒸发结晶的方法(如图1)。
方法二:降温结晶(冷却热饱和溶液)(1)将溶解度受温度影响变化大的固体溶质从其水溶液中析出(如将KNO,从其水溶液中析出),一般采用降温结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响变化大的固体中,混有少量溶解度受温度影响小的固体(如KNO3中混有少量NaC1),提纯前者采用降温结晶的方法。
原创题1.下列说法错误的是( )。
A.所有物质的溶解度都随温度的升高而增大B.氯化钠的溶解度随着温度的升高变化不大,要获得氯化钠晶体宜采取蒸发溶剂的方法C.析出晶体后的液体称作母液,在温度不变时,对于析出的晶体来说它-定是饱和溶液D.利用结晶法分离氯化钠和硝酸钾的混合物解析:气体及极少数固体物质如熟石灰的溶解度随温度的升高而减小,所以A错误。
答案: A解析:(1)由溶解度曲线可知甲.乙的溶解度都随温度的升高而增大,但甲受温度的影响变化较大,乙受温度的影响变化较小,故若乙物质中混有少量甲物质,最好采用蒸发结晶的方法提纯;(2)由图2可知,甲、乙的溶解度均随温度的升高而增加,而丙的溶解度随温度升高而减小,所以1C时,将三种物质的饱和溶液均升温到e2C,甲、乙的溶解度增大,溶液由饱和溶液变为不饱和溶液,而丙的溶解度减小,溶液的底部有晶体析出;(3)42C时,甲、乙的溶解度关系为甲>乙,C时溶解度关系为乙>甲,但是本题并未说明甲、乙饱和溶液的质量,故将12C时甲、乙的饱和溶液降温到1,心C时析出晶体的质量大小关系无法确定。
结晶的方法结晶是物质从无序状态向有序状态转变的过程,它是自然界中普遍存在的现象。
结晶方法特指人们用于人工控制物质结晶过程的各种手段和技术。
在实际应用中,结晶方法可以用于纯净晶体的制备、陶瓷材料的制备、金属的提纯等领域。
结晶方法有很多种,下面将介绍几种常见的结晶方法。
首先是溶液结晶法。
溶液结晶法是将溶解物质溶解于适当的溶剂中,通过控制溶液的温度、浓度等条件,使溶质达到过饱和状态,从而诱导溶质分子在溶液中自发地协同凝聚,逐渐生成晶体。
这种方法广泛用于制备纯净晶体和纯度较高的化学试剂。
其次是物理结晶法。
物理结晶法主要包括蒸发结晶、沉淀结晶、冷却结晶等几种方法。
蒸发结晶法是将溶液置于加热设备中,利用溶剂的挥发,溶质逐渐达到过饱和状态而结晶出来。
沉淀结晶法是通过沉淀反应生成溶质的沉淀物,并通过沉淀物的处理得到晶体。
冷却结晶法是将溶液或熔融物质在适当温度下冷却,使其过饱和,再进一步结晶。
再次是气相结晶法。
气相结晶法主要是将气态物质通过适当的工艺处理,使其在特定条件下转化为晶体。
这种方法在半导体材料的制备中得到了广泛应用。
最后是电化学结晶法。
电化学结晶法是通过在电解质溶液中施加特定的电压和电流,控制物质离子的迁移和沉积,从而形成晶体。
这种方法在电镀、电蚀等工业领域中得到了广泛应用。
除了以上几种方法,还有一些特殊的结晶方法,例如超声波辐射法、微重力结晶法等,这些方法都是通过创造特殊的条件,促使物质分子从无序状态有序排列,形成晶体。
总的来说,结晶方法是人们为了控制物质结晶过程而采用的各种手段和技术。
不同的结晶方法适用于不同的物质和不同的应用领域。
随着科学技术的不断发展,结晶方法也将不断更新和发展,为人们带来更多的创新和突破。
化学结晶方法化学结晶是一种常见的化学方法,用于纯化和分离物质。
在许多领域,如药物生产、化学工业、天然产物的提取和纯化等方面,化学结晶都具有重要的应用价值。
以下是关于化学结晶的十条方法及其详细描述。
1. 溶剂结晶法溶剂结晶法是一种常用的结晶方法。
它利用溶液中的溶剂逐渐挥发,使物质分子之间的相互作用增强,最终形成晶体。
溶剂的选择是非常重要的,因为它会影响到晶体的质量和产率。
控制结晶条件也很关键,如温度、压力、搅拌速率等。
2. 熔融结晶法熔融结晶法是一种将纯化后的化合物熔化后,再进行晶体生长的方法。
此方法适用于高熔点固体,例如自然产物。
结晶的过程包括先融化化合物,然后逐渐降温,晶体开始生长。
在生长过程中,物质分子通过相互作用逐渐排列形成晶体。
3. 水合物结晶法水合物结晶法是利用水分子和化合物分子形成的结晶体。
水合物结晶常用于发掘新型分子结构或固体溶剂结晶。
水合物结晶法包括普通结晶法和溶剂结晶法等多种方法。
其关键在于充分利用水分子与化合物分子间的相互作用。
4. 水合度结晶法水合度结晶法利用化合物与水分子间的相互作用,控制晶体溶解度以产生纯度较高的晶体。
此方法可用于降低固体样品的含水量,从而提高纯度。
在苛刻的条件下,可获得不含任何水分子的极纯化合物。
5. 溶液沉淀法溶液沉淀法将化合物在溶液中加入适量的沉淀剂,利用溶液中的盐和水的反应生成化合物沉淀。
此法适用于需要分离纯化化合物的情况,如蛋白质和其他生物分子的分离纯化。
注意,沉淀剂的选择和配比对产物质量和产率有重要的影响。
6. 真空蒸馏结晶法真空蒸馏结晶法是将含有溶液的容器加热,使容器内部温度达到结晶温度。
通过蒸馏器将溶剂抽出,使化合物逐渐结晶。
该方法适用于高沸点的有机材料。
其关键是通过调节真空度和加热速率,控制晶体生长速度,以获得高质量的晶体。
7. 气氛控制结晶法气氛控制结晶法对晶体质量和产品产率有重要的影响。
将化合物溶解在溶液中,加入溶剂,然后通过控制反应气氛和盐度,使化合物结晶。
几种结晶方法介绍及其应用进展陈建樑; 张林锋; 郭嘉【期刊名称】《《广州化工》》【年(卷),期】2019(047)017【总页数】4页(P49-51,80)【关键词】结晶; 自然挥发结晶; 反溶剂结晶; 撞击流结晶【作者】陈建樑; 张林锋; 郭嘉【作者单位】武汉工程大学绿色化工过程教育部重点实验室湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TQ202结晶(Crystallization)是一种拥有悠长历史的技术,可从一定的饱和溶液中获得一定形状大小的晶体[1]。
溶液的结晶技术是一个重要的化工单元操作,近几十年来这种技术在国际上取得了一定的进展。
控制溶液中晶体的生长受到了广泛的关注,因为它代表了许多化工、制药等工业领域中多种物质的主要纯化/分离技术。
结晶的原理是从溶液(过饱和状态)中析出晶体的过程,过程可分为晶核的生成/成核和晶体生长这两个阶段,导致这两个阶段的推动力就是溶液的过饱和度。
通常晶核生成有3种表现形式:①初级均相成核;②初级非均相成核;③二次成核[2]。
它们的结晶区域我们一般分为3类:不稳定区、介稳区和稳定区。
在工业结晶器内结晶,一般把过饱和度控制在介稳区内,因为这样结晶器才有高效的结晶能力,从而得到一定大小、完整的晶体产品。
近年来,在生产具有特定性能的高价值产品和建立有效的结晶工艺方面作出了重大改进。
本文综述了几种结晶方法方面的研究进展。
1 传统结晶方式1.1 蒸发结晶蒸发结晶指过饱和溶液蒸发溶剂,析晶的过程。
如在工业上的溶液开采中,对原卤水(饱和氯化钠溶液)进行提纯,蒸发结晶得到高纯度固体氯化钠产品。
1.2 降温结晶降温结晶指加热溶液,再蒸发溶剂或者加入溶质配成饱和/过饱和溶液,此时降温就能析出晶体的过程。
如析晶KNO3。
2 自然挥发结晶自然挥发结晶[3]是药物结晶方法之一。
在常温的条件下,把配置的过饱和溶液置放至西林瓶中,通过溶剂的缓慢挥发从而得到晶体。
此结晶法不同于冷却重结晶法和蒸发溶剂结晶法。
它的主要目的是通过筛选溶剂而得到新晶型。
2.1 自然挥法结晶法的优点众所周知,晶体物理性质源于药物的固态分子,改变这些分子间的相互作用是通过包含药物分子的超分子组装,其可能对药物的物理化学性质产生深远的影响。
这一概念近年来变得流行起来,允许在不损害药物结构和药效的情况改善药物的一些不足之处。
这让研究人员利用许多药物分子来研究盐和共晶体的形成,以确定其对药物的某些物理化学性质的影响,如溶解度、热稳定性、生物利用度,以及最终的药物动力学特性。
2.2 自然挥发结晶法的应用疟疾[4]是一种热带疾病,在2014年9月已导致全球有58.4万多人死亡,由于目前大多数抗疟药物产生寄生耐药性,迫切需要新的有效药物来抑制这种广泛的传播性疾病。
最近合成的抗疟原虫药物由于其溶解性和口服生物利用度较差,阻碍了他们在临床实验中的进展,把合成后药物中间体的结晶产物进行了检测和分析,推测出抗疟病这种药物的晶型已经不适合来解决目前的疟疾病,所以急迫需要发现其新晶型。
而自然挥发结晶方法是晶型筛选理想途径之一,结晶得到新晶型,提高药物溶解性和口服生物利用度。
又如在医学治疗中,硝苯地平[5]是一种二氢吡啶拮抗剂。
尽管该物质已经被广泛的应用,但是硝苯地平的晶体结构仍未被揭示。
此时,需要对晶型筛选,找到硝苯地平新晶型,可采取的途径就是通过缓慢挥发结晶方法(来获取新的晶型)。
3 反溶剂结晶反溶剂结晶[6]是溶液与反溶剂混合所产生的过饱和度通过凝结和冷凝诱导晶体成核和生长的过程,是制备药物微粉常使用的方法,反溶剂结晶法关键在于溶剂的选择和操作条件的优化。
在主溶剂与反溶剂相混合后,降低了待结晶物在溶液中的溶解性,形成过大的过饱和度[7],从而达到析晶的过程。
反溶剂结晶原理如图1所示。
图1 反溶剂结晶法原理Fig.1 The principle of solvent/anti-solvent re-crystallization3.1 反溶剂结晶优点在反溶剂结晶过程中的主要的影响因素有:主溶剂和反溶剂的体积比、操作温度、溶液浓度、搅拌速率和搅拌所需时间等[8-10]。
通过控制反溶剂结晶中的条件,可以得到所需药物颗粒的形状和大小。
反溶剂结晶制备纳米药物晶体,得到颗粒粒度小,粒度分布较均匀,设备所需投资小,对于工业来说有很好的前景。
3.2 反溶剂结晶的应用在制备超细喜树碱[11]过程中采用就是反溶剂结晶法,第一步,就是选择主溶剂和反溶剂。
王军等[12]在研究发现,溶剂的选择原则:喜树碱在溶剂中的溶解度大,沸点要低。
反溶剂的选取则需满足以下条件:①对溶质的溶解性比较差;②能与溶剂能够互溶;③沸点低。
喜树碱在不同主溶剂中的溶解度[13-14],如表1所示。
表1 喜树碱在不同溶剂中的溶解度Table 1 Solubility of camptothecin in various solvents溶剂浓度/(mg/mL)CC0.0002乙醇0.051乙二醇0.13碳酸丙二酯0.182-乙氧基乙醇0.322-甲氧基乙醇0.61PEG3000.706苯甲醇1.674BB4.7二甲基乙酰氨5.000AA15.000氢氧化钠50从表1可知,喜树碱适合在溶解度小的作为反溶剂,如乙醇和CC;则AA和BB作为溶剂(需要注意:根据喜树碱的化学性质,它不与酸反应,但能与碱反应)。
将上述主溶剂和反溶剂分别组成不同的实验体系,然后筛选。
实验流程如图2所示。
图2 喜树碱在主溶剂和反溶剂组成实验体系筛选的实验流程Fig.2 Experimental flowchart of camptothecin screening in the main solvent and reverse solvent system结果表明,确定合适的溶剂反溶剂的体系,通过表征得到溶液中主溶剂和反溶剂体积之比、溶液浓度、操作温度、搅拌转速、过饱和度等操作条件对晶体影响很大。
又如谢玉洁等[15]采用反溶剂结晶法制取青蒿素的实验研究,实验方法是反溶剂结晶法利用青蒿素乙醇溶液与水混合。
考察了反溶剂溶剂体积比、药物溶液浓度、混合强度对产品颗粒粒径的影响。
表征分析结果表明,反溶剂溶剂体积比20、搅拌转速为8000 r/min、药物溶液浓度为20 mg/mL,可得到超细颗粒,且形貌规整,粒度分布均匀。
此外,根据粒径控制方法的不同,纳米晶生产的反溶剂结晶方法可进一步为以下几种方法。
3.2.1 水溶胶结晶在水溶胶结晶这种经典的结晶方法命名为VHP。
其通常使用一种可与水相混合的有机溶剂,疏水性API在其溶解,有机药物溶液和水相直接混合可得到纳米晶。
它的设备非常简单,可以使用标准的实验设备或简单的搅拌器;虽然烧杯和磁力搅拌器价格偏低,但是,这种方法难以精确控制混合的一些条件。
在沉淀后可能出现溶剂残留物和晶体生长。
用这种方法得到的纳米颗粒大多都是无定形的[16]。
3.2.2 超声波结晶超声波通过控制成核过程来诱导结晶已被研究。
将超声器探头浸入在搅拌状态下的容器中,使溶液与反溶剂混合,就可以产生超声能量。
超声辐照可以强化传质,加速了分子之间的扩散能力,导致了溶液混合度增加,粒子生长逐渐减少,团聚现象加剧。
该工艺操作较为简单,可大大减少有机溶剂的使用量。
声波发生器的喇叭长度、喇叭浸没深度、声波持续时间、频率强度等参数能够控制颗粒大小。
但是,产品的质量和产量取决于操作的条件。
例如采用超声结晶法制备了直径约为200 nm 的稳定的尼替平纳米晶[17]。
4 撞击流结晶撞击流(Impinging Streams,简记为IS)的概念是由Elpein[18]首先提出。
并被Tamir[19]公司在各种化学工程中进一步发展。
此外,Mujumdar等[19]对(IS)技术的建模和应用进行了广泛的研究。
其原理是使沿同轴相向反方向流动的两股水流发生碰撞。
由于这种碰撞,形成了一个相对狭窄的撞击区域,而这个区域被称为高湍流强度的撞击区。
在这个区域内,水滴的数量密度最大,并且不断地向微流域地入口点下降。
该技术可以在气-液、固-液和液-液系统中实现。
在撞击区,水滴由于惯性而穿透到相反的气流中,由于气体阻力而减速直至停滞。
之后,水滴加速并渗透到原始的水流中,以此类推。
因此,液滴做阻尼振荡运动[20]。
经过多次振荡运动之后,粒子的速度最终就会消失,然后从系统中退出。
后者可能发生得更早,因为这是液滴间的碰撞或与反应堆壁的碰撞。
该方法已成功地应用于气体的吸收与释放、固体的溶解、干燥、吸尘化学反应的吸收、两相化学反应、混合空气的蒸发冷却、生物反应、固液酶反应等领域。
目前,撞击流应用于无机物和有机物的结晶越来越多,则撞击流技术根据实际工业需求来得到想要的产品。
撞击流使相之间的相对速度显著增加,相得停留时间显著增加,由于粒子的振荡运动,分散相的停留时间显著增加,由于颗粒之间的高碰撞速率和高剪切力使颗粒(或固体颗粒)在碰撞区混合良好,即使在增加传质面积阶段也会使颗粒(或固体颗粒)破碎[21]。
于是人们利用这一特性制取粒径较小的晶体。
4.1 浸没循环撞击流反应器结晶图3 浸没循环撞击流(SCISR)Fig.3 Submerged cyclic impinging flows浸没循环撞击流反应器(SCISR)[22]利用撞击流强化微观混合特性,通过液相溶解-沉淀(结晶)过程(包括晶核和晶体生长)。
如搅拌转速、转速快慢、溶液体积比、温度等是浸没循环撞击流结晶的重要影响因素。
特别需要注意,绝大多数撞击流结晶反应过程不能迅速完成结晶,必须使反应混合物能够有足够的停留时间。
此外,对于浸没循环撞击流的研究还有其他的一些成果,比如对某种有机化合物结晶,在普通反应器里搅拌需要1天以上,若换浸没循环撞击流结晶器结晶,则所需的结晶时间可以缩短1.4倍。
浸没循环撞击流结晶器结构为卧式反应器设计,内部装有两个对称导流管,当液体沿导流管高速向反应器中心流动,形成一个高度湍流的撞击区,如图3所示[23]。
4.2 撞击流结晶器的优点利用浸没循环撞击流从无机物到有机物结晶的研究,两者有相似之处。
例如,伍沅等[24]已发现研究利用撞击流结晶器制备“超细”白炭黑。
结果表明,浸没循环撞击流制取得白炭黑比传统结晶产品更细、分布更窄,表明浸没循环撞击流方法性能优于传统结晶方法。
周玉新等研究发现利用撞击流结晶器制取牛磺酸[25]。
左边是传统结晶的产品,右边是撞击流结晶的产品(见图4)。
图4 传统结晶产品(a)和撞击流结晶产品(b)Fig.4 Traditional crystallization products (a)and impingement crystallization products (b)结果表明,撞击流结晶器在结晶操作上,显的省力、稳定等优越性能。