CBHI结晶纯化分析

CBHI结晶纯化分析
CBHI结晶纯化分析

Acta Cryst.(2010).F 66,1041–1044

doi:10.1107/S1744309110026886

1041

Acta Crystallographica Section F

Structural Biology and Crystallization Communications

ISSN 1744-3091

Purification,crystallization and preliminary

crystallographic analysis of the catalytic domain of the extracellular cellulase CBHI from Trichoderma harzianum

Francieli Colussi,a Larissa C.Textor,a Viviane Serpa,a

Roberto Nobuyuki Maeda,b Nei Pereira Jr b and Igor Polikarpov a *

a

Instituto de F?′sica de Sa ?o Carlos,Universidade

de Sa ?o Paulo,Avenida Trabalhador Saocarlense 400,13560-970Sa ?o Carlos-SP,Brazil,and b

Universidade Federal do Rio de Janeiro,Centro

de Tecnologia,Escola de Qu?

′mica,Laborato ′rio de Desenvolvimento de Bioprocessos (LaDeBio),21949-900Rio de Janeiro-RJ,Brazil

Correspondence e-mail:ipolikarpov@https://www.360docs.net/doc/7711322251.html,p.br

Received 28April 2010Accepted 7July 2010

The ?lamentous fungus Trichoderma harzianum has a considerable cellulolytic activity that is mediated by a complex of enzymes which are essential for the hydrolysis of microcrystalline cellulose.These enzymes were produced by the induction of T.harzianum with microcrystalline cellulose (Avicel)under submerged fermentation in a bioreactor.The catalytic core domain (CCD)of cellobiohydrolase I (CBHI)was puri?ed from the extracellular extracts and submitted to robotic crystallization.Diffraction-quality CBHI CCD crystals were grown and an X-ray diffraction data set was collected under cryogenic conditions using a synchrotron-radiation source.

1.Introduction

A variety of microorganisms degrade cellulose in nature.The enzy-matic process that is involved in the hydrolysis of cellulosic materials has been studied in depth for several ?lamentous fungi,such as,for example,Trichoderma reesei .It is widely accepted that this hydrolytic process is accomplished by several cellulases through a series of reactions that are mediated by exoglucanases (cellobiohydrolases I and II),endoglucanases and -glucosidases (Kubicek et al.,1993).These enzymes are of considerable biotechnological interest,while the reaction conditions and the production costs of these enzymes signi?cantly in?uence their range of application (Zhou et al.,2008).Cellulases have been used in waste recycling and in the processing of cellulose-rich raw materials in the food,detergent,paper and textile industries (Bhat,2000).Recently,the application of cellulases that have potential in the production of biofuels has gained signi?cant importance.

Of the cellulases secreted by T.reesei ,cellobiohydrolases (CBHs)are the most abundant enzymes,comprising roughly 60%of the cellulases produced by this fungus.These are key enzymes for the degradation of crystalline cellulose and the absence of CBHs reduces the rate of cellulose hydrolysis by as much as 70%(Lynd et al.,2002).In general,the isoforms CBHI and CBHII act on the reducing and nonreducing ends of the cellulose chain,respectively,cleaving the internal glycoside bonds to release the disaccharide cellobiose (Hui et al.,2002).These enzymes are known to be glycosylated proteins with acidic pIs (Medve et al.,1998).Structurally,CBHI is a two-domain enzyme with a tertiary structure arrangement that is characteristic of glycosyl hydrolases (GHs)of family 7(Coutinho &Henrissat,1999).CBHs consist of a carbohydrate-binding module (CBM)and a cata-lytic core domain (CCD)separated by a heavily glycosylated peptide linker that is rich in prolines,serines and threonines (Gruno et al.,2004).Cellulose-binding modules (CBMs)are found in most cellu-lases (Linder &Teeri,1996)and play an important role in the interaction of GHs with the insoluble cellulose (Palonen et al.,1999),which is crucial for the initiation and processivity of exoglucanases (Teeri et al.,1998).The activity of the enzyme towards insoluble polymeric substrate in the absence of the CBM is frequently con-siderably lower than that of the full-length protein (Mattinen et al.,1997).Structural studies have demonstrated that the active site of the CBHI from T.reesei is centrally located and is formed mainly by

a

#2010International Union of Crystallography All rights reserved

large antiparallel -sandwich followed by a 50A

?long cellulose-binding tunnel composed of four surface loops.As the cellulose chain passes through the tunnel the hydrolytic product cellobiose is formed (Divne et al.,1994).

T.harzianum is a ?lamentous fungus that secrets a cellulolytic complex that is able to ef?ciently hydrolyze a range of substrates to their reducing sugars (Saddler et al.,1985).With respect to the three major groups of cellulases,T.harzianum displays well balanced -glucosidase,endoglucanase and exoglucanase activities,ef?ciently hydrolyzing cellulolytic substrates into monomeric glucose (de Castro et al.,2010).Sequencing of the gene for T.harzianum exoglucanase type I (CBHI)has shown that the enzyme is closely related to T.reesei CBHI (81%sequence identity;Guilfoile et al.,1999).To date,little is known about the three-dimensional structure of CBHI from T.harzianum .In order to structurally characterize orthologues of T.reesei CBHI and to better understand possible differences in the mechanisms of action of cellobiohydrolases,we have puri?ed and crystallized the catalytic domain of CBHI from T.harzianum for X-ray diffraction analysis.

2.Experimental methods

2.1.Protein production

The enzymes of the cellulolytic complex were produced by sub-merged fermentation of T.harzianum in a 7.5l BioFlo 110bioreactor (New Brunswick Scienti?c)with an operating volume of 5l.The culture was maintained under 50%oxygen saturation by aeration and agitation at a temperature of 298K for 120h.The fermentation medium was prepared as described previously (Mandels et al.,1976),with microcrystalline cellulose (Avicel)as the carbon source to induce the expression of cellulases.

2.2.Protein isolation and purification

Full-length CBHI (amino acids 1–505,with a theoretical molecular weight of 53kDa)was puri?ed from a 5l culture of T.harzianum .On the ?fth day the culture was harvested for 20min at 8000g and 277K and the clari?ed extract was submitted to ?ltration and concentration using hollow-?bre technology.The extract was then applied onto a Q-Sepharose (GE Healthcare)column equilibrated with 50m M Tris buffer pH 7.0and eluted with a linear gradient of 0–1M sodium chloride in the same buffer.The CBHI-containing fractions were concentrated with a Vivaspin concentrator and further puri?ed by hydrophobic interaction chromatography on a Phenyl Sepharose column (GE Healthcare)equilibrated with 50m M Tris buffer pH 7.0and eluted with a linear gradient of 0–1M ammonium sulfate in the same buffer.The protein fractions were monitored for exoglucanase activity using 1%(w /v )Avicel in 50m M sodium citrate pH 5.0as a substrate (Ghose,1987)and the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS)method for quanti?cation of the produced reducing sugars (Tomme et al.,1988).Finally,the fractions containing CBHI activity were pooled and concentrated.The Avicelase activity of pure CBHI was deter-mined according to the procedures of the IUPAC Commission on Biotechnology (Ghose,1987)using cellobiose as a standard curve.As the next step,the CBHI was submitted to photolytic cleavage by the addition of papain at a protein:enzyme ratio of 50:1(w :w ).The reaction was carried out in 40m M potassium phosphate buffer pH 6.0at room temperature for 30min.Size-exclusion chromatography was applied for further puri?cation of the catalytic core domain using a Superdex 7510/30column (GE Healthcare)equilibrated with 50m M Tris–HCl pH 7.0and 300m M sodium chloride.The eluted protein was dialyzed overnight against 50m M Tris–HCl pH 7.0and con-

centrated prior to crystallization.Protein quanti?cation was carried out by the method of Bradford (1976)using bovine serum albumin (BSA)as a standard.

2.3.Crystallization

The puri?ed catalytic core domain of CBHI (46kDa;amino acids 18–449)at a concentration of 8mg ml à1was submitted to crystal-lization screening using the sitting-drop vapour-diffusion technique.Drops of 2m l ?nal volume (1:1ratio of protein and screen solutions)were set up automatically with a Honeybee 931crystallization robot (Genomic Solutions Inc.)using a variety of commercially available screens (Qiagen)and maintained at a temperature of 291K.Needles grew using 35%PEG 4000as a precipitant.Crystal-growth optimi-zation trials were carried out in both hanging-drop and sitting-drop plates (24-well Linbro plates).

2.4.Data collection and processing

The cluster of needle-like CBHI CCD crystals was manipulated using an acupuncture needle and transferred to a cryosolution con-taining a mixture of 35%PEG 4000and 20%PEG 400.One single needle-like protein crystal was mounted in a cryoloop and directly ?ash-frozen in a nitrogen stream prior to X-ray data analysis.The diffraction data were collected on beamline MX2at the Synchrotron Light Source Laboratory (LNLS),Campinas,Brazil using a MAR

charge-coupled device detector (Guimara

?es et al.,2009).Data covering 180

were collected using the oscillation method at a

wavelength of 1.46A

?.Data integration was carried out using the program XDS (Kabsch,2010)and data were scaled with the program SCALA (Collaborative Computational Project,Number 4,1994).

3.Results and discussion

3.1.Enzyme purification and crystallization

As expected,CBHI comprised the majority of the protein that was produced in the extracellular extract of T.harzianum (Fig.1,lane 1).Highly pure full-length CBHI could be obtained after the second puri?cation step via hydrophobic interaction chromatography (Fig.1,lane 3).Its enzymatic activity was determined to be 0.3U mg à1on Avicel substrate at pH 5.0and 323K.This value is at the upper limit or just slightly above the reported Avicelase activity values obtained for T.reesei CBHI,which range from 0.014to 0.26U mg à1depending

1042

Colussi et al.

CBHI catalytic domain Acta Cryst.(2010).F 66,

1041–1044

Figure 1

SDS–PAGE https://www.360docs.net/doc/7711322251.html,ne 1,supernatant of T.harzianum culture broth;lane 2,full-length CBH1eluted from the anion-exchange column;lane 3,full-length CBH1eluted from the hydrophobic interaction column;lane 4,CBHI CCD after cleavage with papain and size-exclusion chromatography puri?https://www.360docs.net/doc/7711322251.html,ne M contains protein markers (labelled in kDa).

on the initial substrate concentration and the experimental conditions (Tomme et al.,1988;Elgogary et al.,1989;Vehmaanpera et al.,2009).Following protein cleavage with papain,the CCD of CBHI was successfully separated from the CBM by size-exclusion chromato-graphy (Fig.1,lane 4).According to the size-exclusion chromato-graphy elution volume and SDS–PAGE,the CBHI CCD exhibits a molecular weight of about 50kDa,which is close to the sequence-based theoretical molecular weight of the CBHI CCD (46kDa).The CBHI CCD was crystallized using a crystallization robot and several commercial crystallizations kits covering more than 650different conditions.Crystals only grew in only one condition,which contained 35%PEG 4000as a precipitant.Small needles appeared very rapidly using this crystallization condition,so that the needle cluster was completely formed after 10h of incubation time (Fig.2).Various attempts were carried out to attempt to reduce the number of nuclei being formed and to favour single-crystal growth.Variations in the pH and the protein and precipitant concentrations and tests of different additives were ineffective,resulting exclusively in a shower of microcrystals or clusters of needles.Needles grown in clusters were tested for X-ray diffraction quality.Surprisingly,a small single needle-like crystal of approximate dimensions 10?5?5m m showed

a diffraction pattern that extended to a resolution of about 2.9A

?(Fig.3).A complete native data set was collected on the dedicated

wiggler beamline MX2(LNLS,Brazil;Guimara

?es et al.,2009).The data set was reduced in the orthorhombic space group P 222,with

unit-cell parameters a =56.9,b =69.3,c =90.7A

?.Analysis of the systematic absences revealed the presence of twofold screw symmetry along all three unit-cell axes.According to the Matthews

coef?cient of 1.77A

?3Da à1(Matthews,1968),there is only one molecule in the asymmetric unit and the solvent content of the crystal is 31%.Data-collection and processing statistics are shown in Table 1.

4.Conclusions

The cellulase CBHI was successfully puri?ed from the soluble extracellular fraction of T.harzianum cultured in a bioreactor.The catalytic core domain of the enzyme was submitted to crystallization and diffraction-quality crystals were obtained.An X-ray diffraction data set from a single needle-like CBHI catalytic core domain crystal was collected using a synchrotron source.

Acta Cryst.(2010).F 66,1041–1044Colussi et al.

CBHI catalytic domain

1043

Figure 2

Crystals of CBHI CCD grew as clusters in hanging drops using 35%(w /v )PEG 4000as precipitant.The black bar corresponds to 10m

m.

Figure 3

(a )Diffraction pattern collected from one single needle-shaped crystal extending to

a resolution of 2.9A

?.(b )Close-up view of the diffraction image with enhanced contrast.

Table 1

Data-collection and processing statistics.

Values in parentheses are for the highest resolution shell.Beamline

MX2,LNLS Wavelength (A

?) 1.46Space group

P 212121

Unit-cell parameters (A ?)a =56.9,b =69.3,c =90.7Resolution range (A ?)

55.1–2.9(3.0–2.9)No.of unique re?ections 8493(1176)Mosaicity ( )0.5

Redundancy

7.0(6.7)Completeness (%)99.6(99.6)R merge ?(%)11.9(29.5)h I / (I )i

6.5(2.8)

?R merge =P hkl P i j I i ehkl Tàh I ehkl Tij =P hkl P

i I i ehkl T,where I i (hkl )is the observed intensity of an individual re?ection and h I (hkl )i is the average intensity of that re?ection.

We are grateful to the MX2staff members for beamline support and to the Brazilian Synchrotron Light Source(LNLS).This work was supported by Fundac?a?o de Amparo a`Pesquisa do Estado de Sa?o Paulo(FAPESP)via research grant Nos.08/56255-9,2007/08706-9 and2009/05349-6,Coordenac?a?o de Aperfeic?oamento de Pessoal de N?′vel Superior(Capes)and Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?′?co e Tecnolo′gico(CNPq)via INCT do Bioetanol and grant No.471834/2009-2.

References

Bhat,M.K.(2000).Biotechnol.Adv.18,355–383.

Bradford,M.M.(1976).Anal.Biochem.72,248–254.

Castro,A.M.de,Pedro,K.C.,Cruz,J.C.,Ferreira,M.C.,Leite,S.G.& Pereira,N.Jr(2010).Appl.Biochem.Biotechnol.doi:10.1007/s12010-010-8986-0.

Collaborative Computational Project,Number4(1994).Acta Cryst.D50, 760–763.

Coutinho,P.M.&Henrissat,B.(1999).Recent Advances in Carbohydrate Bioengineering,edited by H.J.Gilbert,G.J.Davies,B.Henrissat&B. Svensson,pp.3–12.Cambridge:Royal Society of Chemistry.

Divne, C.,Stahlberg,J.,Reinikainen,T.,Ruohonen,L.,Pettersson,G., Knowles,J.K.C.,Teeri,T.T.&Jones,T.A.(1994).Science,265,524–528. Elgogary,S.,Leite,A.,Crivellaro,O.,Eveleigh,D.E.&Eldorry,H.(1989). Proc.Natl https://www.360docs.net/doc/7711322251.html,A,86,6138–6141.

Ghose,T.K.(1987).Pure Appl.Chem.59,257–268.

Gruno,M.,Valjamae,P.,Pettersson,G.&Johansson,G.(2004).Biotechnol. Bioeng.86,503–511.

Guilfoile,P.,Burns,R.G.,Zu-Yi,Amundson,M.&Chang,F.-H.(1999).J. Minn.Acad.Sci.64,18–22.Guimara?es,B.G.,Sanfelici,L.,Neuenschwander,R.T.,Rodrigues,F.,Grizolli, W.C.,Raulik,M.A.,Piton,J.R.,Meyer,B.C.,Nascimento,A.S.& Polikarpov,I.(2009).J.Synchrotron Rad.16,69–75.

Hui,J.P.M.,White,T.C.&Thibault,P.(2002).Glycobiology,12,837–849. Kabsch,W.(2010).Acta Cryst.D66,125–132.

Kubicek,C.P.,Messner,R.,Gruber,F.,Mach,R.L.&Kubicekpranz,E.M. (1993).Enzyme Microb.Technol.15,90–99.

Linder,M.&Teeri,T.T.(1996).Proc.Natl https://www.360docs.net/doc/7711322251.html,A,93,12251–12255.

Lynd,L.R.,Weimer,P.J.,van Zyl,W.H.&Pretorius,I.S.(2002).Microbiol. Mol.Biol.Rev.66,506–577.

Mandels,M.,Andreotti,R.&Roche,C.(1976).Biotechnol.Bioeng.Symp.6, 21–33.

Matthews,B.W.(1968).J.Mol.Biol.33,491–497.

Mattinen,M.L.,Kontteli,M.,Kerovuo,J.,Linder,M.,Annila,A.,Lindeberg, G.,Reinikainen,T.&Drakenberg,T.(1997).Protein Sci.6,294–303. Medve,J.,Lee, D.&Tjerneld, F.(1998).J.Chromatogr.A,808,153–165.

Palonen,H.,Tenkanen,M.&Linder,M.(1999).Appl.Environ.Microbiol.65, 5229–5233.

Saddler,J.N.,Hogan,C.M.&Louisseize,G.(1985).Appl.Environ.Microbiol. 22,139–145.

Teeri,T.T.,Koivula,A.,Linder,M.,Wohlfahrt,G.,Divne,C.&Jones,T.A. (1998).Biochem.Soc.Trans.26,173–178.

Tomme,P.,Vantilbeurgh,H.,Pettersson,G.,Vandamme,J.,Vandekerckhove, J.,Knowles,J.,Teeri,T.&Claeyssens,M.(1988).Eur.J.Biochem.170, 575–581.

Vehmaanpera,J.,Alapuranen,M.,Puranen,T.,Siika-aho,M.,Kallio,J., Hooman,S.,Voutilainen,S.,Halonen,T.&Viikari,L.(2009).US Patent 20090042266.

Zhou,J.,Wang,Y.-H.,Chu,J.,Zhuang,Y.-P.,Zhang,S.-L.&Yin,P.(2008). Bioresour.Technol.99,6826–6833.

1044Colussi et al. CBHI catalytic domain Acta Cryst.(2010).F66,1041–1044

各种结晶过程分析通用版

安全管理编号:YTO-FS-PD273 各种结晶过程分析通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

各种结晶过程分析通用版 使用提示:本安全管理文件可用于在生产中,对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理,包含对生产、财物、环境的保护,最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用。 一、冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂,溶液的过饱和度系借助冷却获得,故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系,如KNOs、NaNOs、MgSO‘等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶,其设备构造及操作均较简单,但由于冷却缓慢,生产能力低,不易控制产品质量,在较大规模的生产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法,与其他结晶方法相比所消耗的能量较少,但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢),使传热系数下降,冷却传热速率较低,甚至影响生产的正常进行,故一般多用在产量较小的场合,或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却,冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接触冷却法有效地克服了间壁冷却的缺点,传热效率高,没有晶垢问题,但设备体积较大。

重结晶注意事项讲解学习

科技名词定义 中文名称:重结晶 英文名称:recrystallization 定义:固态金属及合金在加热(或冷却)通过相变点时,从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。 重结晶(recrystallization)是将晶体溶于溶剂或熔融以后,又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化,或使混合在一起的盐类彼此分离。 重结晶 的效果与溶剂选择大有关系,最好选择对主要化合物是可溶性的,对杂质是微溶或不溶的溶剂,滤去杂质后,将溶液浓缩、冷却,即得纯制的物质。混合在一起的两种盐类,如果它们在一种溶剂中的溶解度随温度的变化差别很大,例如硝酸钾和氯化钠的混合物,硝酸钾的溶解度随温度上升而急剧增加,而温度升高对氯化钠溶解度影响很小。则可在较高温度下将混合物溶液蒸发、浓缩,首先析出的是氯化钠晶体,除去氯化钠以后的母液再浓缩和冷却后,可得纯硝酸钾。重结晶往往需要进行多次,才能获得较好的纯化效果。 和重结晶纯化化学试剂的操作中,溶剂的选择是关系到纯化质量和回收率的关键问题。选择适宜的溶剂时应注意以下几个问题: 1. 选择的溶剂应不与欲纯化的化学试剂发生化学反应。例如脂肪族卤代烃类化合物不宜用作碱性化合物结晶和重结晶的溶剂;醇类化合物不宜用作酯类化合物结晶和重结晶的溶剂,也不宜用作氨基酸盐结晶和重结晶的溶剂。 2. 选择的溶剂对欲纯化的化学试剂在热时应具有较大的溶解能力,而在较低温度时对欲纯化的化学试剂的溶解能力大大减小。 3. 选择的溶剂对欲纯化的化学试剂中可能存在的杂质或是溶解度甚大,在欲纯化的化学试剂结晶和重结晶时留在母液中,在结晶和重结晶时不随晶体一同析出;或是溶解度甚小,在欲纯化的化学试剂加热溶解时,很少在热溶剂溶解,在热过滤时被除去。 4. 选择的溶剂沸点不宜太高,以免该溶剂在结晶和重结晶时附着在晶体表面不容易除尽。 用于结晶和重结晶的常用溶剂有:水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、冰醋酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚等。此外,甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等也常使用。二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的溶解能力大,当找不到其它适用的溶剂时,可以试用。但往往不易从溶剂中析出结晶,且沸点较高,晶体上吸附的溶剂不易除去,是其缺点。乙醚虽是常用的溶剂,但是若有其它适用的溶剂时,最好不用乙醚,因为一

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编号:SM-ZD-43628 萃取过程及危险性分析Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制:____________________ 审核:____________________ 批准:____________________ 本文档下载后可任意修改

萃取过程及危险性分析 简介:该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划,达成上下级或不同的人员 之间形成统一的行动方针,明确执行目标,工作内容,执行方式,执行进度,从而使整 体计划目标统一,行动协调,过程有条不紊。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅 读内容。 工业上对液体混合物的分离,除了采用蒸馏的方法外,还广泛采用液—液萃取。例如,为防止工业废水中的苯酚污染环境,往往将苯加到废水中,使它们混合和接触,此时,由于苯酚在苯中的溶解度比在水中大,大部分苯酚从水相转移到苯相,再将苯相与水相分离,并进一步回收溶剂苯,从而达到回收苯酚的目的。再如,在石油炼制工业的重整装置和石油化学工业的乙烯装置都离不开抽提芳烃的过程,因为芳香族与链烷烃类化合物共存于石油馏分中,它们的沸点非常接近或成为共沸混合物,故用一般的蒸馏方法不能达到分离的目的,而要采用液—液萃取的方法提取出其中的芳烃,然后再将芳烃中各组分加以分离。 液—液萃取也称溶剂萃取,简称萃取。这种操作是指在欲分离的液体混合物中加入一种适宜的溶剂,使其形成两液相系统,利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质,

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要方法之一。 工业结晶过程不但要求产品有较高的纯度和较大的生产率,而且对晶形、晶粒大小及粒度范围(即晶粒大小分布)等也有规定。颗粒大且粒度均匀的晶体不仅易于过滤和洗涤,而且贮存时胶结现象(即72粒体互相胶粘成块)大为减少。 结晶过程常采用搅拌装置。搅动液体使之发生某种方式的循环流动,从而使物料混合均匀或促使物理、化学过程加速操作。搅拌在工业生产中的应用有: ①气泡在液体中的分散,如空气分散于发酵液中,以提供发酵过程所需的氧; ②液滴在与其不互溶的液体中的分散,如油分散于水中制成乳浊液; ③固体颗粒在液体中的悬浮,如向树脂溶液中加

重结晶步骤(转)

【资源】结晶和重结晶的操作步骤(详细版) 结晶和重结晶的操作步骤 重结晶重结晶 结晶和重结晶包括以下几个主要操作步骤: 1.将需要纯化的化学试剂溶解于沸腾或将进沸腾的适宜溶剂中; 2.将热溶液趁热抽滤,以除去不溶的杂质; 3.将滤液冷却,使结晶析出; 4.滤出结晶,必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。 在实施结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题; 1.在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程,加热易燃、易爆溶剂时,应在没有明火的环境中操作,并应避免直接加热。因为在通常的情况下,溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高,故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高,溶剂的量尽可能少,故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解,在加热的过程中可以小心的补加溶剂,直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意,溶液如被冷却到其沸点以下,防爆沸石就不在有效,需要添加新的沸石。 2.为了定量地评价结晶和重结晶地操作,以及为了便于重复,固体和溶剂都应予以称量和计量。 3.在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时,最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中,然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂,直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。如果溶液的总体积太小,则可多加一些溶解度大的溶剂,然后重复以上操作。有时也可用相反的程序,将欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中,慢慢加入溶解度大的溶剂,直至溶解,然后再滴入少许溶解度小的溶剂加以冷却。 4.如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入活性炭进行脱色(用量约相当于欲纯化的物质重量的1/50~1/20),或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱色剂之前要先将溶剂稍微冷却,因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的沸腾,从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性碳内含有大量的空气,故能产生泡沫。加入活性碳后可煮沸5-10分钟,

重结晶的一般步骤

重结晶的一般步骤(个人版) 重结晶的一般步骤 结晶和重结晶的操作步骤 结晶和重结晶包括以下几个主要操作步骤: 1.将需要纯化的化学试剂溶解于沸腾或将进沸腾的适宜溶剂中; 2.将热溶液趁热抽滤,以除去不溶的杂质; 3.将滤液冷却,使结晶析出; 4.滤出结晶,必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。 在实施结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题; 1.在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程,加热易燃、易爆溶剂时,应在没有明火的环境中操作,并应避免直接加热。因为在通常的情况下,溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高,故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高,溶剂的量尽可能少,故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解,在加热的过程中可以小心的补加溶剂,直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意,溶液如被冷却到其沸点以下,防爆沸石就不在有效,需要添加新的沸石。 2.为了定量地评价结晶和重结晶地操作,以及为了便于重复,固体和溶剂都应予以称量和计量。 3.在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时,最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中,然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂,直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。如果溶液的总体积太小,则可多加一些溶解度大的溶剂,然后重复以上操作。有时也可用相反的程序,将欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中,慢慢加入溶解度大的溶剂,直至溶解,然后再滴入少许溶解度小的溶剂加以冷却。 4.如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入活性炭进行脱色(用量约相当于欲纯化的物质重量的1/50~1/20),或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱色剂之前要先将溶剂稍微冷却,因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的沸腾,从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性碳内含有大量的空气,故能产生泡沫。加入活性碳后可煮沸5-10分钟,然后趁热抽滤去活性碳。在非极性溶剂,如苯、石油醚中活性碳脱色效果不好,可试用其他办法,如用氧化铝吸附脱色等。

结晶过程机理分析

编号:SM-ZD-11262 结晶过程机理分析 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制:____________________ 审核:____________________ 批准:____________________ 本文档下载后可任意修改

结晶过程机理分析 简介:该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划,达成上下级或不同的人员 之间形成统一的行动方针,明确执行目标,工作内容,执行方式,执行进度,从而使整 体计划目标统一,行动协调,过程有条不紊。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅 读内容。 (1)结晶在固体物质溶解的同时,溶液中还进行着一个相反的过程,即已溶解的溶质粒子撞击到固体溶质表面时,又重新变成固体而从溶剂中析出,这个过程称为结晶。 (2)晶体晶体是化学组成均一的固体,组成它的分子(原子或离子)在空间格架的结点上对称排列,形成有规则的结构。 (3)晶系和晶格构成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按一定的几何规则排列,由此形成的最小单元称为晶格。晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶系,或为两种晶系的混合物。例如,熔融的硝酸铵在冷却过程中可由立方晶系变成斜棱晶系、长方晶系等。 微观粒子的规则排列可以按不同方向发展,即各晶面以不同的速率生长,从而形成不同外形的晶体,这种习性以及

重结晶

以重结晶为例。 重结晶 重结晶是精制固体有机化合物最常用的方法之一。 (一)重结晶的原理: 固体有机物在溶剂中的溶解度一般是随温度的升高而增大。选择一个合适的溶剂,将含有杂质的固体物质溶解在热的溶剂中,形成热饱和溶液,趁热滤去不溶性杂质,滤液于低温处放置,使主要成分在低温时析出结晶,可溶性杂质仍留在母液中,产品纯度相对提高。 如果固体有机物中所含杂质较多或要求更高的纯度,可多次重复此操作,使产品达到所要求的纯度,此法称之为多次重结晶。 一般重结晶只能纯化杂质在5%以下的固体有机物,如果杂质含量过高,往往需先经过其他方法初步提纯,如萃取、水蒸汽蒸馏、减压蒸馏、柱层析等,然后再用重结晶方法提纯。(二)重结晶溶剂的选择:进行重结晶时,选择理想的溶剂是一个关键,按“相似相溶”的原理,对于已知化合物可先从手册中查出在各种不同溶剂中的溶解度,最后要通过实验来确定使用哪种溶剂。 (1)所选溶剂必须具备的条件: a.不与被提纯物质发生化学反应 b.温度高时能溶解较多量的被提纯物,低温时只能溶解很少量, c.对杂质的溶解度在低温时或非常大或非常小, d.沸点不宜太高,也不宜太低,易挥发除去, e.能给出好的结晶, f.毒性小,价格便宜,易得。 (2)选择溶剂的方法: a.单一溶剂: 取0.1g固体粉末于一小试管中,加入1ml溶剂,震荡,观察溶解情况,如冷时或温热时能全溶解,则不能用,溶解度太大。 取0.1g固体粉末加入1ml溶剂中,不溶,如加热还不溶,逐步加大溶剂量至4ml,加热至沸,仍不溶,则不能用,溶解度太小。 取0.1g固体粉末,能溶在1-4ml沸腾的溶剂中,冷却时结晶能自行析出或经摩擦或加入晶种能析出相当多的量,则此溶剂可以使用。 b.混合溶剂: 某些有机化合物在许多溶剂中不是溶解度太大就是太小,找不到一个合适的溶剂时,可考虑使用混合溶剂。混合溶剂两者必须能混溶,如乙醇-水、丙酮-水、乙酸-水、乙醚-甲醇、乙醚-石油醚、苯-石油醚等。样品易溶于其中一种溶剂,难溶于另一种溶剂,往往使用混合能得到较理想的结果。 使用混合溶剂时,应先将样品溶于沸腾的易溶的溶剂中,滤去不溶性杂质后,再趁热滴入难溶溶剂至溶液混浊,然后再加热使之变澄清,放置冷却,使结晶析出。 (三)重结晶操作: 1.溶解: a.水做溶剂:将待重结晶的固体放人锥形瓶或烧杯中,加入比需要量(根据查得的溶解 度数据或溶解度实验方法所得结果估计得到)稍少的适量水,热至沸腾,如未全溶,可逐滴加入溶剂至刚好完全溶解,记下所用溶剂的量,然后再多加20-30%水。 b.有机溶剂:使用有机溶剂重结晶时,必须用锥形瓶或圆底烧瓶,上面加上冷凝管,安

10讲 典型合金的结晶过程及组织

《机械制造技术基础》教案 教学内容:典型合金的结晶过程及组织 教学方式:结合实际,由浅如深讲解 教学目的: 1.了解铁碳合金的类型; 2.掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织; 3.掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。 重点、难点:六种典型合金的结晶过程及组织 教学过程: 4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织 4.3.1铁碳合金的分类 铁碳合金由于成分的不同,室温下将得到不同的组织。由简化的Fe-Fe 3C 相图,如图4-4所示。 图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同,可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类: 1.工业纯铁(Wc ≤0.0218%) 性能特点:塑性韧性好,硬度强度低。 2.钢(0.0218%<Wc ≤2.11%) 共析钢:Wc=0.77%,室温组织为P 。 亚共析钢: 0.0218%< Wc <0.77%,室温组织为F+P 。 过共析钢: 0.77% < Wc ≤2.11%,室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ 3.白口铸铁(2.11% < Wc ≤6.69%) 共晶白口铸铁: Wc=4.3%,室温组织为L’d 亚共晶白口铸铁: 2.11% < Wc <4.3%,室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。 过共晶白口铸铁: 4.3% < Wc ≤6.69%,室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ 4.3.2典型铁碳合金的结晶过程 Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图F 0.0218K F 0 2.110.77 4.3D

依据成分垂线与相线相交情况,分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。 1.共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示): AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)??→??→???→共析 图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织 2.亚共析钢的结晶过程分析(如图4-7、4-8所示): AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F ??→+??→??→+???→+???→+共析 图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是:先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。 3.过共析钢的结晶过程分析(如图4-9、4-10所示): 333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C ??→+??→??→+???→+???→+共析

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析 一、实验目的 1.熟悉盐类和金属的结晶过程。 2.了解铸造条件对纯金属铸锭组织的影响。 二、实验原理 熔化状态的金属进行冷却时,当温度降到T m (熔点)时并不立即开始结晶,而是当降到T m以下的某一温度后结晶才开始,这一现象称为过冷。熔点T m与开始结晶的温度T m之差Δ T 称为过冷度。过冷现象表明,金属结晶必须有一定的过冷度,只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。 结晶由两个基本过程所组成,即过冷液体产生细小的结晶核心(形核)以及这些核心的成长(长大)。其中,形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下,由于外来杂质、容器或模壁等的影响,一般都是非均匀形核。 由于金属不透明,通常不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。然而通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。实践证明,对透明盐类结晶过程的研究所得出的许多结论,对于金属的结晶都是适用的。 在玻璃片上摘上一滴接近饱和的氯化铵水溶液,放在生物显微镜下观察其结晶过程。随着液体的蒸发,液体逐渐达到饱和。由于液滴边缘处最薄,将首先达到饱和,放结晶过程首先从边线开始,然后逐渐向里扩展。 结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体。这是由于液滴外层蒸发最快,在短时间内形成了大量晶核之故。 结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体,其成长的方向是伸向液滴的中心。这是由于此时液滴的蒸发已比较慢,而且液滴的饱和顺序是由外向里的,最外层的细小等轴晶中只有少数位向有利的才能向中心生长,而其横向生长则受到了彼此间的限制,因而形成了比较粗大、带有方向性的柱状晶体。 结晶的第三阶段是在液滴中心部分形成不同位向的等轴晶体。这是由于液滴的中心此时也变得较薄,蒸发也较快,同时液体的补充也不足的缘故。这时可以看到明显的等轴晶体。 图4-1示出了氯化铵水溶液结晶过程的一组照片,其中( a )、( b )为在液滴边缘形成的细小等轴晶体和正在生长的柱状晶体,( c )为在液滴中心部分形成的位向不同的等轴枝晶。 利用化学中的取代反应,可以看到置换出来的金属以枝晶形式进行生长的过程。例如,在硝酸银水溶液中放入一小段细铜丝,铜将发生溶解,而银则以枝晶形态沉积出来,其反应式为:

重结晶的一般步骤

重结晶的一般步骤(个人版)。结晶后,用离心的方法使晶体和母液分离。同时可在离心管中用小量的溶剂洗涤晶体,用离心的方法将溶剂与晶体分离. 12.母液中常含有一定数量的所需要的物质,要注意回收。如将溶剂除去一部分后再让其冷却使结晶析出,通常其纯度不如第一次析出来的晶体。若经纯度检查不合要求,可用新鲜溶剂结晶,直至符合纯度要求为止 重结晶的一般步骤(个人版) 重结晶的一般步骤 结晶和重结晶的操作步骤 结晶和重结晶包括以下几个主要操作步骤: 1.将需要纯化的化学试剂溶解于沸腾或将进沸腾的适宜溶剂中; 2.将热溶液趁热抽滤,以除去不溶的杂质; 3.将滤液冷却,使结晶析出; 4.滤出结晶,必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。 在实施结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题; 1.在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程,加热易燃、易爆溶剂时,应在没有明火的环境中操作,并应避免直接加热。因为在通常的情况下,溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高,故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高,溶剂的量尽可能少,故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解,在加热的过程中可以小心的补加溶剂,直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意,溶液如被冷却到其沸点以下,防爆沸石就不在有效,需要添加新的沸石。 2.为了定量地评价结晶和重结晶地操作,以及为了便于重复,固体和溶剂都应予以称量和计量。 3.在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时,最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中,然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂,直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。如果溶液的总体积太小,则可多加一些溶解度大的溶剂,然后重复以上操作。有时也可用相反的程序,将欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中,慢慢加入溶解度大的溶剂,直至溶解,然后再滴入少许溶解度小的溶剂加以冷却。 4.如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入活性炭进行脱色(用量约相当于欲纯化的物质重量的1/50~1/20),或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱色剂之前要先将溶剂稍微冷却,因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的沸腾,从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性碳内含有大量的空气,故能产生泡沫。加入活性碳后可煮沸5-10分钟,然后趁热抽滤去活性碳。在非极性溶剂,如苯、石油醚中活性碳脱色效果不好,可试用其他办法,如用氧化铝吸附脱色等。 5.欲纯化的化学试剂为有机试剂时,形成过饱和溶液的倾向很大,要避免这种现象,可加入同种试剂或类质同晶物的晶种。用玻璃棒摩擦器壁也能形成晶核,此后晶体即沿此核心生长。 6.结晶的速度有时很慢,冷溶液的结晶有时要数小时才能完全。在某些情况下数星期或数月后还会有晶体继续析出,所以不应过早将母液弃去。 7.为了降低欲纯化试剂在溶液中的溶解度,以便析出更多的结晶,提高产率,往往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱中或用冰、混合制冷剂冷却。 8.制备好的热溶液必须经过过滤,以除去不溶性的杂质,而且必须避免在抽滤的过程中在过滤器上结晶出来。若是一切操作正规,确实由于该试剂太易析出结晶而阻碍抽滤时,则可将溶液配制地稍微稀一些,或者采用保温或加热过滤装置(如保温漏斗)过滤。 9.欲使析出地晶体于母液有效地分离,一般用布氏漏斗抽滤。为了更好地使晶体和母液分离,最好用清洁地玻璃塞将晶体在布氏漏斗上挤压,并随同抽气尽量地去除母液。晶体表面地母液,可用尽量少地溶剂来洗涤。这是应暂时停止抽气,用玻璃棒或不锈钢刀将已压紧地晶体挑松,加入少量地溶剂润湿,稍待片刻,使晶体能均匀地被浸透,然后再抽干,这样重复一、二次,使附于浸透表面地母液全部除去为止。 10.晶体若遇热不分解时,可采用在烘箱中加热烘干的方法干燥。若晶体遇热易分解,则应注意烘箱的温度不能过高,或放在真空干燥器中在室温下干燥。若用沸点较高的溶剂重结晶时,应

蒸发过程及危险性分析

编号:AQ-JS-06504 ( 安全技术) 单位:_____________________ 审批:_____________________ 日期:_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 蒸发过程及危险性分析 Evaporation process and risk analysis

蒸发过程及危险性分析 使用备注:技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解,进而形成更加科学的技术安全观,并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施,最终达到提高安全性的目的。 在化工、医药和食品加工等工业生产中,常常需要将溶有固体溶质的稀溶液加以浓缩,以得到高浓度溶液或析出固体产品,此时应采用蒸发操作。 蒸发就是通过加热的方法将稀溶液中的一部分溶剂汽化并除去,从而使溶液浓度提高的一种单元操作,其目的是为了得到高浓度的溶液。 例如:在化工生产中,用电解法制得的烧碱(NaOH溶液)的质量浓度—般只在10%左右,要得到42%左右的符合工艺要求的浓碱液则需通过蒸发操作,由于稀碱液中的溶质NaOH不具有挥发性,而溶剂水具有挥发性,因此生产上可将稀碱液加热至沸腾状态,使其中大量的水分发生汽化并除去,这样原碱液中的溶质NaOH的浓度就得到了提高。又如:食品工业中利用蒸发操作将—些果汁加热,使一部分水分汽化并除去,以得到浓缩的果汁产品。

除此之外,蒸发操作还常常用来先将原料液中的溶剂汽化,然后加以冷却以得到固体产品,如食糖的生产、医药工业中固体药物的生产等都属此类。 在工业生产中应用蒸发操作时,需认识蒸发如下几方面的特点。 ①蒸发的目的是为了使溶剂汽化,因此被蒸发的溶液应由具有挥发性的溶剂和不挥发性的溶质组成,这一点与蒸馏操作中的溶液是不同的。整个蒸发过程中溶质数量不变,这是本章物料衡算的基本依据。 ②溶剂的汽化可分别在低于沸点和沸点时进行。在低于沸点时进行,称为自然蒸发。如海水制盐用太阳晒,此时溶剂的汽化只能在溶液的表面进行,蒸发速率缓慢,生产效率较低,故该法在其他工业生产中较少采用。若溶剂的汽化在沸点温度下进行,则称为沸腾蒸发,溶剂不仅在溶液的表面汽化,而且在溶液内部的各个部分同时汽化,蒸发速率大大提高。本章只讨论工业生产中普遍采用的沸点汽化。 较慢的那一步过程的速率,即热量传递速率,因此工程上通常

结晶过程机理分析(正式)

编订:__________________ 单位:__________________ 时间:__________________ 结晶过程机理分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号:KG-AO-8247-66 结晶过程机理分析(正式) 使用备注:本文档可用在日常工作场景,通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署,从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作,使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 (1)结晶在固体物质溶解的同时,溶液中还进行着一个相反的过程,即已溶解的溶质粒子撞击到固体溶质表面时,又重新变成固体而从溶剂中析出,这个过程称为结晶。 (2)晶体晶体是化学组成均一的固体,组成它的分子(原子或离子)在空间格架的结点上对称排列,形成有规则的结构。 (3)晶系和晶格构成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按一定的几何规则排列,由此形成的最小单元称为晶格。晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶系,或为两种晶系的混合物。例如,熔融的硝酸铵在冷却过程中可由立方晶系变成斜棱晶系、长方晶系等。 微观粒子的规则排列可以按不同方向发展,即各

重结晶心得总结

重结晶技术讨论 摘要:本文阐述了重结晶的一般方法,详细说明了溶剂的选择,操作的注意事项,及液体混合物的结晶处理方法等。 关键词:重结晶;抽滤;操作 从有机化学反应分离出来的固体粗产物往往含有未反应的原料,副产物及杂质,必须加以分离纯化。提纯固体有机物最常用的方法之一就是重结晶,其原理是利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同,或者在同一溶剂中不同温度时的溶解度不同,而使它们相互分离。重结晶提纯法的一般过程为:溶剂的选择 溶解固体除了杂质晶体析出晶体的收集与洗涤晶体的干燥。 1 溶剂的选择 1.1溶剂选择的原则 选择适宜的溶剂是重结晶的关键之一,适宜的试剂应符合下述条件: (1)与被提纯的有机物不起化学作用; (2)对被提纯的有机物应易溶于热溶剂中,而在冷溶剂中几乎不溶; (3)对杂质的溶解度应很大,或很少; (4)能得到较好的结晶; (5)溶剂的沸点适中。若过低时,溶解度改变不大,难分离,且操作也困难;过高时,附着于晶体表面的溶剂不容易除去。 (6)价廉易得,毒性低,回收率高,操作安全。 在选择溶剂时应根据“相似相溶”的一般原理。溶质往往易溶于其结构相似的溶剂中。一般来说,极性的溶剂溶解极性的固体,非极性的溶剂溶解非极性的固体。在实验中往往要通过很多次实验才能确定使用那种溶剂。 1.2 溶剂选择的一般方法 我们从下面七个方面来选择溶剂: 1.2.1常用溶剂: DMF、氯苯、二甲苯、甲苯、乙腈、乙醇、THF、氯仿、乙酸乙酯、环己烷、丁酮、丙酮、石油醚。 1.2.2比较常用溶剂:DMSO、六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、环己酮、丁酮、环己酮、二氯苯、吡啶、乙酸、二氧六环、乙二醇单甲醚、1,2-二氯乙烷、乙醚、正辛烷。

重结晶提纯法

实验名称重结晶提纯法 一、实验目的要求: 1、学习重结晶法提纯固体有机化合物的原理和方法 2、掌握抽滤、热滤、脱色等操作技能。 二、实验重点与难点: 1、重点:重结晶法 2、难点:抽滤、热滤、脱色等操作技能 三、实验教学方法与手段: 陈述法,演示法 四、实验用品(主要仪器与试剂): 1、试剂:己二酸活性炭 2、仪器:金属漏斗玻璃漏斗锥形瓶滤纸抽滤装置表面皿 五、实验原理: 1、定义:利用被提纯物质与杂质在同一种溶剂中溶解性能的显著差异,而将它们分离的操作称为重结晶。 从自然界提取或通过有机化学反应合成得到的固体有机化合物,常常含有少量的杂质,除去杂质最有效的方法就是用适当的溶剂进行重结晶,它是提纯固体有机物最常用的方法。大多数的固体有机物在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大,随温度的降低而减小,重结晶就是利用这个原理,使有机物在热溶剂中溶解,制成接近饱和的热溶液,趁热过滤,除去不溶性(在溶剂中溶解度很小)的杂质,再将溶液冷却,让有机物重新结晶析出,与可溶于冷溶剂(在溶剂中的溶解度很大)的杂质分离,这就是重结晶操作,经过一次或多次重结晶操作,可以大大提高固体有机物的纯度。 重结晶的一般过程为:选择合适的溶剂→溶解固体有机物制热饱和溶液→热滤、脱色除去杂质→冷却、析出晶体→抽滤→洗涤→干燥。 2、基本操作: (1)选择溶剂:选择适合的溶剂是重结晶的关键之一,适宜的溶剂必须符合以下几个条件:a、与被提纯的有机物不起化学反应;b、被提纯的有机物在该溶剂中的溶解度随温度变化显著,在热溶剂中溶解度大,在冷溶剂中溶解度小;c、杂质的溶解度很大(被提纯物成晶体析出时,杂质仍留在母液中)或很小(被提纯物溶解在溶剂中而杂质不溶,借热滤除去);d、溶剂的沸点适中,沸点过低,被提纯物在其中溶解度变化不大;过高时,附着于晶体表面的溶剂难以经干燥除去;e、价廉易得、毒性低、容易回收。

各种结晶过程分析

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各种结晶过程分析一、冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂,溶液的过饱和度系借助冷却获得,故适用于溶解度随温度降低而显着下降的物系,如KNOs、NaNOs、MgSO‘等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶,其设备构造及操作均较简单,但由于冷却缓慢,生产能力低,不易控制产品质量,在较大规模的生产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法,与其他结晶方法相比所消耗的能量较少,但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢),使传热系数下降,冷却传热速率较低,甚至影响生产的正常进行,故一般多用在产量较小的场合,或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却,冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接触冷却法有效地克服了间壁冷却的缺点,传热效率高,没有晶垢问题,但设备体积较大。 二、蒸发结晶 蒸发结晶是使溶液在常压(沸点温度下)或减压(低于正常沸点)下蒸发,部分溶剂汽化,从而获得过饱和溶液。此法主要适用于溶解度随温度的降低而变化不大的物系或具有逆溶解度变化的物系,如NaCl及无水

硫酸钠等。蒸发结晶法消耗的热能最多,加热面的结垢问题也会使操作遇到困难,故除了对以上两类物系外,其他场合一般不采用。 三、真空冷却结晶 真空冷却结晶是使溶液在较高真空度下绝热蒸发,一部分溶剂被除去,溶液则因为溶剂汽化带走了一部分潜热而降低了温度。此法实质上是冷却与蒸发两种效应联合来产生过饱和度,适用于具有中等溶解度物系的结晶,如KCl、MgBr2等。该法所用的主体设备较简单,操作稳定。最突出之处是器内无换热面,因而不存在晶垢妨碍传热而需经常清洗的问题,且设备的防腐蚀问题也比较容易解决,操作人员的劳动条件好,劳动生产率高,是大规模生产中首先考虑采用的结晶方法。

重结晶方法要点总结

重结晶方法要点总结 基本原理 固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。一般是温度升高溶解度增大。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同,可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出,而让杂质全部或大部分仍留在溶液中,或者相反,从而达到分离、提纯之目的。 一、结晶和重结晶包括以下几个主要步骤: 1、将需要纯化的化学试剂溶解于沸腾或将进沸腾的适宜溶剂中; 2、将热溶液趁热抽滤,以出去不溶的杂质; 3、将滤液冷却,使结晶析出; 4、滤出结晶,必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。 二、在实验结晶和重结晶的操作时要注意以下几个问题: 1、在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程,加热易燃、易爆 溶剂时,应在没有明火的环境中操作,并应避免直接加热。因为在通常的情况 下,溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高,故在结晶和重结晶时应将溶剂 加热到沸点。为使结晶和重结晶收率高,溶剂的量尽可能少,故在开始加入的 溶剂的量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解,在加热的过程中可以小心的补 加溶剂,直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意,溶液如被冷 却到其沸点以下,防爆沸石就不在有效,需要添加新的沸石。 2、为了定量地评价结晶和重结晶地操作,以及为了便于重复,固体和溶剂都应予 以称量和计量。 3、在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时,最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解 度较大的溶剂中,然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂,直到 它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即又溶解为止。如果溶液的总体积太小,则 可多加一些溶解度大的溶剂,然后重复以上操作。有时也可用相反的程序,将 欲纯化的化学试剂悬浮于溶解度小的溶剂中,慢慢加入溶解度大的溶剂,直至 溶解,然后再滴入少许溶解度小的溶剂加以冷却。 4、如有必要可在欲纯化的化学试剂溶解后加入活性炭进行脱色(用量约相当于欲 纯化的物质重量的1/50-1/20),或加入滤纸浆、硅藻土等使溶液澄清。加入脱 色剂之前要先将溶剂稍微冷却,因为加入的脱色剂可能会自动引发原先抑制的 沸腾,从而发生激烈的、爆炸性的暴沸。活性炭内含有大量的空气,故能产生 泡沫。加入活性炭后可煮沸5-10分钟,然后趁热抽滤去活性炭。在非极性溶剂, 如苯、石油醚中活性炭脱色效果不好,可试用其他方法,如用氧化铝吸附脱色 等。 5、欲纯化的化学试剂为有机试剂时,形成过饱和溶液的倾向很大,要避免这种现 象,可加入同种试剂或类质同晶物的晶种。用玻璃棒摩擦器壁也能形成晶核, 此后晶体即沿此核心生长。 6、结晶的速度有时很慢,冷溶液的结晶有时要数小时才能完全。在某些情况下数 星期或数月后还会有晶体继续析出,所以不应过早将母液弃去。 7、为了降低欲纯化试剂在溶液中的溶解度,以便析出更多的结晶,提高产率,往 往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱中或用冰、混合制冷剂冷却。 8、制备好的热溶液必须经过过滤,以除去不溶性的杂质,而且必须避免在抽滤的 过程中在过滤器上结晶出来。若是一切操作正规,确实由于该试剂太易析出结 晶而阻碍抽滤时,则可将溶液配制地稍微稀一些,或者采用保温或加热过滤装 置(如保温漏斗)过滤。

结晶过程分析正式版

Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 结晶过程分析正式版

结晶过程分析正式版 下载提示:此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中,通过合理组织生产过程,有效利用生产资源,经济合理地进行生产活动,以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用,也可根据实际需要修订后使用。 1 冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂,溶液的过饱和度系借助冷却获得,故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系,如KNO?、NaNO?、MgSO?等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶,其设备构造及操作均较简单,但由于冷却缓慢,生产能力低,不易控制产品质量,在较大规模的生

产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法,与其他结晶方法相比所消耗的能量较少,但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢),使传热系数下降,冷却传热速率较低,甚至影响生产的正常进行,故一般多用在产量较小的场合,或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却,冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接触冷却法有效地克服了间壁冷却的缺点,传热效率高,没有晶垢问题,但设备体积较大。

重结晶知识汇总

重结晶知识汇总 重结晶 结晶与重结晶知识集结晶在结晶和重结晶纯化化学试剂的操作中,溶剂的选择是关系到纯化质量和回收率的要害问题。选择适宜的溶剂时应注重以下几个问题: 1.选择的溶剂应不与欲纯化的化学试剂发生化学反应。例如脂肪族卤代烃类化合物不宜用作碱性化合物结晶和重结晶的溶剂;醇类化合物不宜用作酯类化合物结晶和重结晶的溶剂,也不宜用作氨基酸盐酸盐结晶和重结晶的溶剂。 2.选择的溶剂对欲纯化的化学试剂在热时应具有较大的溶解能力,而在较低温度时对欲纯化的化学试剂的溶解能力大大减小。 3.选择的溶剂对欲纯化的化学试剂中可能存在的杂质或是溶解度甚大,在欲纯化的化学试剂结晶和重结晶时留在母液中,在结晶和重结晶时不随晶体一同析出;或是溶解度甚小,在欲纯化的化学试剂加热溶解时,很少在热溶剂溶解,在热过滤时被除去。 4.选择的溶剂沸点不宜太高,以免该溶剂在结晶和重结晶时附着在晶体表面不轻易除尽。用于结晶和重结晶的常用溶剂有:水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、冰醋酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚等。此外,甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚砜等也常使用。二甲基甲酰胺和二甲亚砜的溶解能力大,当找不到其它适用的溶剂时,可以试用。但往往不易从溶剂中析出结晶,且沸点较高,晶体上吸附的溶剂不易除去,是其缺点。乙醚虽是常用的溶剂,但是若有其它适用的溶剂时,最好不用乙醚,因为一方面由于乙醚易燃、易爆,使用时危险性非凡大,应非凡小心;另一方面由于乙醚易沿壁爬行挥发而使欲纯化的化学试剂在瓶壁上析出,以致影响结晶的纯度。在选择溶剂时必须了解欲纯化的化学试剂的结构,因为溶质往往易溶于与其结构相近的溶剂中―“相似相溶”原理。极性物质易溶于极性溶剂,而难溶于非极性溶剂中;相反,非极性物质易溶于非极性溶剂,而难溶于极性溶剂中。这个溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。如:欲纯化的化学试剂是个非极性化合物,实验中已知其在异丙醇中的溶解度太小,异丙醇不宜作其结晶和重结晶的溶剂,这时一般不必再实验极性更强的溶剂,如甲醇、水等,应实验极性较小的溶剂,如丙酮、二氧六环、苯、石油醚等。适用溶剂的最终选择,只能用试验的方法来决定。下表可供选择溶剂时参考。 物质的类别溶解度大的溶剂 疏水性烃、醚、卤代烃 卤代烃醚, 胺,酯,酯硝基化合物

各种结晶过程分析

编号:SM-ZD-50617 各种结晶过程分析 Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制:____________________ 审核:____________________ 时间:____________________ 本文档下载后可任意修改

各种结晶过程分析 简介:该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项,保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态,从而使整体计划目标统一,行动协调,过程有条不紊。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅读内容。 一、冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂,溶液的过饱和度系借助冷却获得,故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系,如KNOs、NaNOs、MgSO‘等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶,其设备构造及操作均较简单,但由于冷却缓慢,生产能力低,不易控制产品质量,在较大规模的生产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法,与其他结晶方法相比所消耗的能量较少,但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢),使传热系数下降,冷却传热速率较低,甚至影响生产的正常进行,故一般多用在产量较小的场合,或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却,冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接

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