Kiteytymisprosessit

Kiteytyminen on faasimuutos, jossa aine siirtyy nesteestä tai sulasta tilasta kiteiseen kiinteään rakenteeseen. Prosessi käynnistyy yleisesti, kun liuoksen supersaturaatio kohoaa yli tasapainotilan. Supersaturaatio toimii liikuttavana voimana, joka edistää sekä nucleationilähtöistä kiteiden muodostumista että niiden suorien kasvuun.

Nucleaatio on kiteytymisen ensiaskel. Se voi olla primääristä tai sekundaarista ja tapahtua homogeenisesti liuoksessa tai ulkoisesta pinnasta (heterogeeninen nucleaatio). Kun pienet kitehiput kasvavat, syntyy suurenevia kiteitä ja lopullinen kiteiden koko ja jakauma riippuvat kasvuvauhdista sekä käytettävissä olevasta ajasta.

Kiteiden muotoon ja kokoafektit vaikuttavat sekä kemialliset tekijät (liuotin, epäpuhtaudet, polymorfia) että fysikaaliset olosuhteet (lämpötila, paine, sekoitus). Polymorfia voi johtaa erilaisten kiteisten muotojen muodostumiseen, mikä vaikuttaa liukenemiseen, stabiliteettiin ja sekoitettavuuteen. Epäpuhtaudet ja partikkelien törmääminen voivat estää tasalaatuista kasvua tai johtaa agglomeroitumiseen.

Kiteytymisessä voidaan käyttää useita menetelmiä. Jäähdytys kiteytys ja liuottimenpoisto (anti-solvent) ovat yleisiä. Haihdutus ja kaksoiskiteytys voivat johtaa korkeaan suuruusluokkaan. Sillä väliin voidaan vaikuttaa kasvuun lisäseedingillä tai kontrolloidulla sekoituksella. Käytännön prosessit toteutetaan sekä parti- että jatkuvina järjestelminä, kuten batch- ja continuous-crystallizers, sekä tilapäisissä reaktorikierroksissa.

Kiteytymistä sovelletaan laajasti elintarvikkeista ja farma- sekä kemianteollisuudesta materiaaleihin. Keskeisiä haasteita ovat hallittu polymorfia, epäpuhtaudet sekä kidekoko- ja muotosäätö.