分步結晶是使兩溶解度相近的混合物經過多次重結晶而被分離的過程，每次重結晶之後，一種物質將在晶體中富集些，而另一種物質則在母液中更富集些，最後能分離得二種物質的純試樣。
這是分離在化學性質近似的金屬化合物最古老的一種方法。該法依靠化合物問微小差別，而這些差別卻可以通過重複的操作加以擴大。雖然近年來分步結晶法已廣泛地被比較快而且比較簡練的離子交換和溶劑萃取所代替，但是該法仍然有它的用途。
基本介紹
- 中文名：分步結晶
- 外文名：fractional crystallization
- 目的：分離化學性質相近的金屬化合物
- 區別：化合物間溶解度不同
- 操作：重複操作
簡介,分步結晶的原理,操作方法,相關擴展,
簡介
將含兩種以上物質的混合物，利用其結晶的溶解度、結晶速度等的差異，把其分成單個成分的方法，稱為分步結晶法。通常其分離效果不大理想，因而一般不予使用。但是，常用於無機鹽混合物或非對映（立體）異構物之類物質的分離。
一般應注意的事項：
1、 研究有無別的更有效的分離方法。
2、選擇溶解度或結晶速度差異大的溶劑及溫度。
3、常常一面觀察其分離效果，一面進行結晶操作。
4、將溶液中混合物的成分濃縮到一定程度後，用與重結晶相同的操作步驟進行結晶處理。
分步結晶的原理
利用溶解度的差異，還可分離混合物中的各種成分。採用的方法稱為分步結晶法。所謂分步結晶，就是將混合物在合適的條件下（各成分溶解度差別最大），反覆進行溶解和結晶的操作，而在每一次溶解和結晶以後，溶解度小的成分富集於晶體中，溶解度大的成分則富集於母液中，這樣經過多次反覆以後，就可以達到分離的目的。現以NaCl和KNO3的混合液為例，說明分步結晶的原理：
NaCl和KNO3的溶解度從表中的數據可見，兩者的溶解度以373K時差別最大。故第一步以373K的水去處理混合物，使部分NaCl首先分離出來。在這一步中關鍵是控制加水量，最適宜的水量，應該是剛剛能使KNO3溶解而無多餘。這個數量可通過溶解度進行粗略的計算。經過這一步處理，大部分NaCl晶體留在固相中。將NaCl分離後，KNO3就富集於母液中，第二步是將母液冷卻，使KNO3從溶液中結晶出來，但此時母液中仍然存在NaCl和KNO3。再蒸發、冷卻，反覆數次，可使KNO3和NaCl基本分離。
這樣的分級過程繼續到獲得需要的結果。分步結晶法廣泛用於多種物質的分離。例如：K2ZrF6產品的分離，稀有元素化合物的混合物分離等。分步結晶也用於鐳鹽和鈉鹽之間的分離，例如：鉻酸鋇與鉻酸鐳以及其他鹽的混合物的分離等。
操作方法
1、分離無機鹽類物質的場合
①在加熱到約100℃的熱水裡，將混合物溶解，製成飽和溶液。 ·
②混合物成分的溶解度差異較大寸，將其徐徐進行冷卻，當難溶成分大部分結晶析出寸，即迅速過濾。
⑧混合物成分的結晶速度差異較大時，則加入晶種，迅速冷卻。待結晶速度大的成分大部分析出後，即進行過濾。
2、分離非對映（立體）異構物之類物質的場合
①與重結晶時相似的操作，將非對映異構物置於溶劑中加熱溶解。
②用與重結晶時相似的操作，使結晶析出。但是，當看到其中一種非對映異構物析出時，即進行過濾。
⑧把濾液再放置或用濃縮抑或加入溶劑的方法；使之析出另一種非對映異構物的結晶。
④將前項得到的難溶及易溶的結晶，如前所述，各自反覆進行溶解，結晶。
相關擴展
物質在固態時一般可以分為晶形和無定形兩種。晶形的固體就是晶體。在品綹中的離子、原子或分子都作有規則的排列，使晶體具有一定的幾何構型。無定形物質則恰好相反。晶形物質從溶液中析出的過程叫做結晶。
重結晶是使不純粹的物貢純化的主要方法之一。把不純物質溶於適量水或其他溶劑中（必要時可稍加熱），濾去不溶解的雜質，將濾液稍稍濃縮，冷卻後該物質即“重結晶”而出。如雜質過多或雜質也能微溶於溶劑中，則一次重結晶不能達到純化目的，需要進行第二次重結晶，有時需要進行多次重結晶才能獲得純淨的化合物。進行重結晶時溶劑的選擇頗為重要，必須選擇對提純化合物與雜質的溶解度有顯著差別的溶劑。另外調整溶液的pH值也可達到重結晶的目的。分離和提純藥材中的有效成分時常用重結晶和分步結晶法來實現。
自溶液的重結晶是將晶體溶解到少量的新鮮熱溶劑中，然後使溶液冷卻，只要雜質在溶劑中的溶解度高於晶體產品，就可獲得較為純淨的晶體。這樣的步驟可能需要重複多次，以便得到純度合乎要求的晶體。這種操作稱為簡單重結晶，它的最大問題在於產品組分損失相當可觀，最終的純態晶體可能僅為原料中產品組分的很少的一部分。
重結晶過程的低收率問題十分重要，為了提高收率及分離效率，曾設計出許多結晶流程，其中包括多次進料簡單重結晶與分步結晶，而分步結晶又有一些很複雜的流程，如三角形分步結晶、鑽石形分步結晶、雙排料分步結晶等。分步結晶的原理不外是重複使用母液，及分批加入新鮮溶劑，以提高產品組分的收率。
