[发明专利]一种同时获取固体溶质在液相中饱和溶解度和扩散系数的测试方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及同时获取固体溶质在溶剂中的溶解度和扩散系数的测定方法，尤其设计了同时获取固体溶质在液相中饱和溶解度和扩散系数的测试方法及测试装置。

背景技术

固体溶质在液相中的饱和溶解度数据和液相扩散系数是研究工业结晶分离过程、探讨传质机理及化工设计和开发的重要基础物性数据，在化工的精馏、萃取、结晶过程以及生物制药、特种聚合物单体的分离和纯化过程都得到了广泛应用。由于固体溶质溶解度数据的测量和理论描述远比汽-液、液-液体系困难，且固体溶质溶于液体溶剂系统的扩散系数很少；又加上近年来合成了大量的药物、特种聚合物单体等多维固体有机化合物，而相应的溶解度数据和扩散系数相当缺乏，有待进一步的测定和研究。

由于不同体系的性质差异很大，对于固体溶质在溶剂中的溶解度数据没有普遍化的测定方法。总的来说，固体溶质在溶剂中的溶解度数据主要有以下两种测定方法：平衡法、综合法。综合所阅文献，常见的扩散系数的测定方法有膜池法、光干涉法及Taylor分散法。

Baka等人采用平衡法(摇瓶法)对15℃、25℃、37℃下双氢克尿塞在pH＝6.0的缓冲水溶液的溶解度进行了测量，操作条件：搅拌时间从6小时到20小时，静置时间从18小时到24小时，使用静置沉淀法作为固-液分离技术，使用紫外分光光度计测定上层饱和清液的浓度，总的测定时间为36小时。平衡法精度较高，设备简单。但是需要长时间的恒温搅拌，并且需要识别平衡建立所需要的时间，耗时较长，且取样分析中难以保证固、液相的完全分离，同时高温时又存在取样困难的问题。

Kawakami等人采用平衡法(摇瓶法)对异羟基洋地黄毒苷在恒温37℃下pH＝3.0～10.0的缓冲水溶液的溶解度进行了测量，在给定的时间内以50rpm转速搅拌固、液混合物，用孔径为450nm的注射过滤器过滤搅拌后的固、液混合物，体积比1∶1的氰化甲烷和水的混合溶液稀释过滤液，使用高效液相色谱分析(HPLC)分析澄清滤液的浓度，即为该条件下的异羟基洋地黄毒苷的饱和溶解度。但Kawakami等人的结果与Yalkowsky等人所编撰的《Handbook of AqueousSolubility Results》的测定结果相差4倍。这种情况可能是由于平衡法的操作流程没有统一的标准，不同研究者所得的溶解度数据受试样颗粒尺寸，结晶度和试样的分子性质的影响，且随搅拌时间、静置沉淀时间和固-液分离技术的不同而变化所造成。

Lee等人采用综合法测定了4-甲氧基苯酚在儿茶酚、乙二胺和哌嗪的溶解度，准确称量一定量溶质和溶剂置于溶解槽中，密封搅拌，通过精密温度计控制体系的温度。若恒温1小时后溶质仍未完全溶解，则缓慢升温，升温速率≤0.1℃/3min，直到最后一粒晶粒溶解，此时的温度即为平衡温度。综合法精度不及平衡法，但测定周期短，适于大批量数据的测定。该方法的难点是平衡建立的判别，由于达到平衡时间比平衡法短，因此不易达到真正的平衡，且对平衡点的判断和温度的控制也会导致误差。

赵长伟等人制备了金属膜池，用氯化钾溶液标定了膜池常数，并用蔗糖在水溶液中的积分扩散系数的文献值验证了装置的可靠性，测定了25℃～55℃不同温度下葡萄糖水溶液的积分扩散系数，进一步可求得任意浓度下的微分扩散系数。膜池法操作简单，在普通实验室易于实现，但操作时间较长，视体系的不同从几小时到几天不定。

马友光等人采用实时激光全息干涉法对甘氨酸、L-丙氨酸和L-缬氨酸在25℃水溶液中的扩散系数进行了研究。当氨基酸溶液扩散时，由于溶液浓度的变化引起折射率的变化，条纹将发生弯曲，在t₁、t₂...不同时刻通过CCD摄像机和计算机对图像进行实时采集和记录，由图像处理程序对所采集的干涉条纹图进行处理，由得出的干涉条纹相位点分布的坐标得出干涉条纹的偏移量及条纹间距，进而算出折射率，再利用折射率与浓度的关系式计算得到所需要的浓度，利用相应关系式计算得到了三种氨基酸在5个不同浓度下的扩散系数。光干涉法精度高，也是非接触式测量，但对设备如光学玻璃及操作要求极为严格，且由于液相浓度的微小变化对折射率不敏感，因此实际应用均集中于蛋白质、葡萄糖等大分子溶质在溶液中的传质，限制了其在工业领域中的应用