JP2007044639A - 晶析方法および晶析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶形状が制御された結晶粒子を効率よく容易に得ることのできる晶析方法を提供すること。
【解決手段】晶癖修飾剤を含む飽和水溶液中で、目的とする結晶へ晶癖修飾剤を吸着させた後、飽和水溶液を冷却することによって、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を予め測定しておく工程と、
種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持して、種結晶へ晶癖修飾剤を吸着させる工程と、
前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却して種結晶を成長させ、目的とする結晶を得る工程と
を含むことを特徴とする晶析方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、晶析方法および晶析装置に関する。

結晶形状や粒径が制御された結晶粒子は、良好な溶解特性や溶融特性、あるいは均一な光学的特性、磁気的特性などの特徴を有するため、医薬品や工業製品、中間体原料など幅広い分野で求められている。

例えば、塩化ナトリウムの結晶形状を変化させる手法として、ｐＨが２．７２に調整された梅酢から水分を室温で除々に蒸発させることによって、｛１１１｝面から構成される塩化ナトリウムを得る方法が知られている（非特許文献１を参照）。
一方、粒径が制御された結晶粒子を工業的規模で生産する手法として、晶析槽の母液と同一組成の溶液を溶質結晶の析出のない状態で母液の飽和温度以下まで冷却し、溶質結晶の析出のない状態で晶析槽へ投入する方法が知られている（特許文献１を参照）。

佐々木茂子、他２名、「塩化ナトリウムの晶癖に対するクエン酸の不純物効果」、日本海水学会誌、２００１年、第５５巻、第５号、３４０〜３４２頁 特開２００４−３３９５１号公報

しかしながら、上記非特許文献１に記載の方法では、目的とする結晶粒子を得るのに多大な時間を要する上に、晶析条件のわずかな変化が結晶形状に大きな影響を与えてしまうためバラツキの少ない結晶粒子を安定して得ることが困難であった。そのため、このような方法を工業的規模の晶析槽に適用することはできない。
また、上記特許文献１に記載の方法では、結晶形状の制御については何ら考慮されていないため、このような方法で所望の結晶形状を有する結晶粒子を得ることは不可能である。
したがって、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、結晶形状が制御された結晶粒子を効率よく容易に得ることのできる晶析方法および晶析装置を提供することを目的としている。

そこで、本発明者らは、上記のような従来の課題を解決すべく鋭意研究、開発を遂行した結果、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間およびその時間における結晶成長開始温度を予め測定しておき、これら測定された晶癖修飾剤吸着平衡時間および結晶成長開始温度に基づいて、種結晶への晶癖修飾剤の吸着および水溶液の冷却を行う晶析方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、晶癖修飾剤を含む飽和水溶液中で、目的とする結晶へ晶癖修飾剤を吸着させた後、飽和水溶液を冷却することによって、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を予め測定しておく工程と、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持して、種結晶へ晶癖修飾剤を吸着させる工程と、晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却して種結晶を成長させ、目的とする結晶を得る工程とを含むことを特徴とする晶析方法である。
目的とする結晶は、｛１１１｝面が成長した塩化ナトリウムであり、かつ晶癖修飾剤は、クエン酸であることが好ましい。また、目的とする結晶は、｛１００｝面が成長したリン酸二水素カリウムであり、かつ晶癖修飾剤は、硫酸アルミニウムであることも好ましい。
また、本発明は、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を測定する手段と、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持する手段と、前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却する手段とを備えていることを特徴とする晶析装置である。

本発明によれば、結晶形状が制御された結晶粒子を効率よく容易に得ることのできる晶析方法および晶析装置を提供することができる。

本発明による晶析方法は、晶癖修飾剤を含む飽和水溶液中で、目的とする結晶へ晶癖修飾剤を吸着させた後、飽和水溶液を冷却することによって、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を予め測定しておく工程（工程１）と、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持して、種結晶へ晶癖修飾剤を吸着させる工程（工程２）と、晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却して種結晶を成長させ、目的とする結晶を得る工程（工程３）とを含むものである。

工程１：晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）の測定
工程１では、まず、晶癖修飾剤を含む、飽和温度（Ｔ_ｓ）における結晶の飽和水溶液を調製する。その際、晶癖修飾剤を含む水溶液に結晶を過剰に加えておき、その後、濾過採取して結晶の飽和水溶液を確実に作成することが望ましい。
ここで使用する晶癖修飾剤としては、目的とする結晶に晶癖修飾作用を与えることのできるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、結晶として塩化ナトリウムを用いる場合、クエン酸、コハク酸、酒石酸、りんご酸、酢酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、アスパラギン酸およびこれらの混合物を挙げることができる。ここでの飽和水溶液中に含まれる晶癖修飾剤の濃度は、クエン酸、コハク酸、酒石酸およびりんご酸の場合、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｏｌ／Ｌ、酢酸の場合、１．５ｍｏｌ／Ｌ〜２．０ｍｏｌ／Ｌ、アジピン酸、マレイン酸およびフマル酸の場合、０．０２ｍｏｌ／Ｌ〜０．０３ｍｏｌ／Ｌ、アスパラギン酸の場合、０．００２ｍｏｌ／Ｌ〜０．００４ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。また、結晶としてリン酸二水素カリウムを用いる場合、硫酸アルミニウム、硫酸クロム(III)、硫酸鉄（III）およびこれらの混合物を挙げることができる。ここでの飽和水溶液中に含まれる晶癖修飾剤の濃度は、０．２ｍｇ／Ｌ〜６０ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
次いで、予め用意した目的とする結晶をステンレスワイヤー等に取り付けて固定し、これを飽和水溶液中に浸漬させ、目的とする結晶へ晶癖修飾剤を所定の時間吸着させる。吸着させる際、飽和水溶液の温度は、飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で溶質結晶が析出しない温度であればよい。
目的とする結晶としては、最終的に得ようとする結晶形状を有するものであればよいが、本発明の特長を生かす観点から、従来は大量生産が難しい特異な結晶形状を有するものが好ましい。このような結晶としては、例えば、クエン酸を晶癖修飾剤に用いた場合、｛１１１｝面が成長した塩化ナトリウム（八面体塩化ナトリウム）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄（III）を晶癖修飾剤に用いた場合、｛１００｝面が成長したリン酸二水素カリウム（柱状リン酸二水素カリウム）、グルコースを晶癖修飾剤に用いた場合、［０１０］方向が成長したサッカロース、脂肪族カルボン酸を晶癖修飾剤に用いた場合、｛１００｝面が成長した臭化カリウム、Ｌ-グルタミン酸を晶癖修飾剤に用いた場合、（１０１）面が成長したＬ−アスパラギン一水和物などを挙げることができる。

所定の時間吸着させた後、飽和水溶液を、例えば、０．２℃／分〜０．４℃／分の冷却速度で冷却して、結晶の各々の面が成長を開始する結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）を測定する。なお、結晶成長の開始点は、例えば、ＣＣＤカメラを通してモニター上で結晶表面を観察し、結晶成長に伴い、照明に反射する結晶表面からの光を確認することで判断することができる。そして、飽和温度（Ｔ_ｓ）から、測定された結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）を差し引いて、結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を求める（ΔＴ_Ｇ＝Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｇ）。吸着時間を変えて同様の測定を繰り返し、結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）が一定の値となり始める時の吸着時間を晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）とし、そして、この吸着時間における結晶成長開始温度を晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）とする。
なお、塩化ナトリウムのように２つの結晶面、すなわち、｛１１１｝面および｛１００｝面を有する結晶を所望する場合では、それぞれの結晶面におけるｔ_ＡＥおよびＴ_ＧＥを測定する必要がある。

工程２：種結晶への晶癖修飾剤の吸着
工程２では、工程１で測定された晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）に基づいて、適当な晶析槽中で種結晶の表面へ晶癖修飾剤を吸着させ、吸着平衡の状態にする。すなわち、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、Ｔ_ＧＥより高くＴ_ｓ以下の温度でｔ_ＡＥ以上保持することによって、種結晶へ晶癖修飾剤を吸着させる。
この工程２における飽和水溶液中の晶癖修飾剤濃度は、基本的には工程１と同一にする必要があるが、工程１で晶癖修飾剤濃度を変えてｔ_ＡＥおよびＴ_ＧＥを数点測定し、測定されたｔ_ＡＥおよびＴ_ＧＥを用いて下記式（１）を最小二乗法などによりフィッティングして、晶癖修飾剤濃度Ｃと結晶成長開始過冷却度ΔＴ_Ｇとの関数を決定しておけば、ある晶癖修飾剤濃度における結晶成長開始過冷却度を決定することができるので、工程１と同一にしなくてもよい。

ただし、
Ｋ：ラングミュア定数［（ｍｏｌ／Ｌ）^−１］
Ｃ：晶癖修飾剤濃度［ｍｏｌ／Ｌ］
（γａ／ｋＬ）：有効係数［Ｋ］
ｒ：定数［−］

使用する種結晶としては、目的とする結晶と結晶形状が異なるものであればよいが、工業的に入手しやすく、また安価であるものが好ましい。
また、この工程２において、飽和水溶液中に含まれる種結晶の量は特に限定されるものではないが、種結晶の添加量が少な過ぎると二次結晶核が発生する恐れがあるため好ましくない。特に、種結晶添加量を下記の式（２）および（３）から求められる飽和水溶液１００ｍＬ当たりの種結晶添加量以上にすることで、よりバラツキの少ない結晶を安定して効率よく得ることができるため好ましい。
Ｃ_Ｓ ^＊＝２．１７×１０^−６×Ｌ_Ｓ ^２ （２）
Ｃ_Ｓ＝Ｗ_Ｓ／Ｗ_ｔｈ （３）
ただし、
Ｃ_Ｓ：種晶添加比［−］
Ｃ_Ｓ ^＊：臨界種晶添加比［−］
Ｌ_Ｓ ^２：種晶体積平均粒径［μｍ］
Ｗ_Ｓ：種晶添加量［ｇ／水１００ｇ］
Ｗ_ｔｈ：理論析出量［ｇ／水１００ｇ］
を表す。

工程３：種結晶の成長
工程３では、上述した工程２で得られた晶癖修飾剤の吸着が平衡になっている種結晶を含む飽和水溶液を、晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却して種結晶を成長させることで、所望の結晶形状を有する結晶を得ることができる。ここでの飽和水溶液の冷却速度は特に限定されるものではないが、結晶を効率よく製造する観点から、塩化ナトリウム結晶の場合、０．１℃／日〜５℃／日、リン酸二水素カリウム結晶の場合、１℃／ｈ〜４℃／ｈであることが好ましい。

工程３で得られた目的とする結晶を含む水溶液は、必要に応じて、濾過、スプレードライ、遠心分離などの当該技術分野において公知の分離工程を経て結晶が分離された後、分離された結晶は乾燥される。

なお、工程２および３においては、結晶の凝集を防ぐために晶析槽内を攪拌することが好ましい。ただし、工程２および３の操作が３日以上に及ぶ場合は、攪拌によって結晶が摩耗する恐れがあるため、攪拌速度を適宜調整することが好ましい。

また、本発明による晶析装置は、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を測定する手段と、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持する手段と、前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却する手段とを備えている。
図１は、本発明の一実施形態に係る晶析装置の模式図である。目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を測定する手段としての予備測定用晶析槽１は、晶癖修飾剤を含む飽和溶液２を収容するための収容部３ａと、目的とする結晶４を飽和溶液２中に固定するための固定部５と、飽和溶液２を攪拌するための攪拌部６ａと、飽和溶液２の温度を調節するための温度調節部７ａと、飽和溶液２の温度を測定するための温度測定部８ａと、結晶成長を観察するための結晶成長観察部９とを有している。さらに、結晶成長観察部９および温度測定部８ａは、制御部１３に接続されている。制御部１３は、結晶成長観察部９からの画像データに基づいて結晶成長の開始点を判断し、結晶が成長したと判断された時の飽和溶液温度、すなわち、結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）を制御部１３に接続された記憶部１０に記憶させる。
このように構成された予備測定用晶析槽１において、上述した工程１に従って、結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）から目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）が求められ、これらｔ_ＡＥおよびＴ_ＧＥが記憶部１０に記憶される。

また、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持する手段および前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却する手段としての回分晶析槽１１は、種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和溶液１２を収容するための収容部３ｂと、飽和溶液１２を攪拌するための攪拌部６ｂと、飽和溶液１２の温度を調節するための温度調節部７ｂと、飽和溶液１２の温度を測定するための温度測定部８ｂとを有している。さらに、攪拌部６ｂ、温度調節部７ｂおよび温度測定部８ｂは制御部１３に接続されており、制御部１３は記憶部１０に接続されている。そして、制御部１３は、結晶が凝集したり摩耗したりしないように攪拌部６ｂの攪拌速度を制御しつつ、先に記憶されたＴ_ＧＥを読み出して飽和溶液１２の温度が所定の温度になるように温度調節部７ｂを制御する。
このように構成された回分晶析槽１１において、上述した工程２および３に従って、所望の結晶形状を有する結晶を得ることができる。

上述したように本発明の晶析方法および晶析装置は、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を予め測定し、吸着時間および水溶液温度を管理するだけで、複雑な制御を必要としないという利点があるため、実験室レベルから化学プラント等に容易にスケールアップすることが可能である。さらに、本発明の晶析方法および晶析装置は、結晶形状が厳密に制御された結晶粒子を効率よく容易に得ることができることから、工業的利用価値の極めて高いものと言える。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔実施例１〕
顆粒状の水酸化ナトリウムおよび蒸留水１００ｍＬを２００ｍＬ三角フラスコに加え、晶癖修飾剤として０．４ｍｏｌ／Ｌとなるようにクエン酸を加えて３５℃で溶解させる。そして、飽和温度３５℃（Ｔ_Ｓ）における飽和水溶液を確実に作成するため、過剰の塩化ナトリウムを三角フラスコにさらに加え、３時間攪拌させた。その溶液を４０ｍＬ濾過採取して、５０ｍＬガラスビーカーに入れてゴム栓で密閉した。

次いで、図２に示される｛１１１｝面を有する塩化ナトリウム結晶（０．４ｍｏｌ／Ｌのクエン酸を含む塩化ナトリウム水溶液をシャーレに加え、さらに水酸化ナトリウム溶液を加えて水溶液のｐＨを２．７〜８．６に調整した後、３５０時間程度かけて室温で水分を蒸発させ析出させたもの）をステンレスワイヤーに取り付けて固定し、これを先に調製した塩化ナトリウム飽和水溶液中に浸漬して、溶液温度３４．３℃の条件下でクエン酸の吸着を開始させた。所定の吸着時間（ｔ_Ａ）経過後、冷却速度０．３℃／分で水溶液を冷却させて、結晶の各々の面が成長を開始する溶液温度（Ｔ_Ｇ）を測定した。なお、結晶成長開始の判断は、ＣＣＤカメラを通してモニター上で結晶表面を観察し、結晶成長に伴い、照明に反射する結晶表面からの光を確認した時点とした。そして、飽和温度（Ｔ_ｓ）から結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）を差し引いて、結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を求めた（ΔＴ_Ｇ＝Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｇ）。この結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）測定までの温度プロフィールを図３に示した。この結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をクエン酸吸着時間（ｔ_Ａ）に対してプロットした結果を図４に示した。
図４から分かるように、｛１１１｝面を有する塩化ナトリウムへのクエン酸の吸着時間に対する結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）は、１５時間以降からほぼ一定（ΔＴ_Ｇ＝４．０℃）になった。したがって、｛１１１｝面を有する塩化ナトリウムにおいて、晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）は１５時間、晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）での結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）は３１．０℃と求められた。

上記｛１１１｝面を有する塩化ナトリウムと同様にして、｛１００｝面を有する塩化ナトリウム結晶（関東化学株式会社製、鹿１級塩化ナトリウムの室温飽和水溶液を室温にて徐冷蒸発させて析出させたもの）において、晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）での結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を求めたところ、ｔ_ＡＥ＝１５時間およびＴ_ＧＥ＝３１．６℃であった。

以上のことから、クエン酸濃度が０．４ｍｏｌ／Ｌの塩化ナトリウム飽和水溶液の温度を３１．０℃以下に冷却すれば、｛１１１｝面の成長が開始され、温度を３１．６℃以下に冷却すれば、｛１００｝面の成長も開始されることが分かる。したがって、３１．６℃より高く３５℃以下の水溶液温度で１５時間以上保持することで結晶を成長させずに種結晶へのクエン酸の吸着を行うことができ、次いで、水溶液を３１．０℃以下に冷却することで種結晶を成長させることができる。

また、塩化ナトリウム種結晶およびクエン酸を含む飽和水溶液を調製するに先立ち、上述した式（２）および（３）に基づいて、飽和溶液１００ｍＬ当たりの塩化ナトリウム種結晶添加量を０．０２ｇと求めた。

温度計およびＵ字型攪拌翼を備えた５００ｍＬセパラブルフラスコを晶析槽として用いた。なお、セパラブルフラスコ本体と蓋との間にはゴムパッキンを挟み込み、Ｕ字型攪拌翼のシャフトはパーフェクトシール（Ｇｅｎｅｒａｌ製）を通してフラスコの口に固定してある。はじめに、クエン酸添加濃度０．４ｍｏｌ／Ｌ、３５℃飽和の塩化ナトリウム水溶液（ｐＨ５．４）３５０ｍＬを晶析槽に加えた。飽和水溶液を３４．７℃に設定し、塩化ナトリウム種結晶０．０７ｇ（飽和溶液１００ｍＬ当たり０．０２ｇ）を添加して、３８〜２５０ｒｐｍで水溶液を攪拌しながら１日間クエン酸を吸着させた。クエン酸を吸着させた後、水溶液を０．３〜５℃／日で２７．７℃まで冷却させた。なお、冷却過程において、３１．０℃付近で｛１１１｝面が現れたことを確認した。得られた結晶の実体顕微鏡写真および電子顕微鏡写真を図５および図６にそれぞれ示した。図５および図６から分かるように、｛１１１｝面が成長した塩化ナトリウム結晶が得られた。

〔実施例２〕
クエン酸の吸着時間を２２時間とし、クエン酸濃度を０．０５〜０．５ｍｏｌ／Ｌに変えた以外は実施例１と同様にして、（１００）面および（１１１）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を測定した。（１００）面および（１１１）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をクエン酸濃度に対してプロットした結果を図７に示した。また、実験で得られたそれぞれの結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を上述した式（１）に代入し、最小二乗法によりフィッティングさせ、図７に実線として示した。
上記で測定されていないクエン酸濃度Ｃ［ｍｏｌ／Ｌ］における実線上の結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を用いて、実施例１と同様にして晶析実験を行ったところ、｛１１１｝面が成長した塩化ナトリウム結晶を得ることができた。このことから、クエン酸濃度を変えて結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を何点か測定し、これを最小二乗法により式（１）にフィッティングさせておくことで、測定されていないクエン酸濃度における（１００）面および（１１１）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を知ることができ、さらにその値に基づいて晶析操作を行うことで、目的とする結晶形状を有する塩化ナトリウム結晶が得られることが示唆された。

〔実施例３〕
飽和温度４５℃（Ｔ_Ｓ）における飽和水溶液を確実に作成するため、過剰のリン酸二水素カリウム、および蒸留水１００ｍＬを２００ｍＬ三角フラスコに加え、４５℃で３時間攪拌させた。その溶液を４０ｍＬ濾過採取して、５０ｍＬガラスビーカーに入れる。Ａｌ（III）濃度が４．３ｍｇ／Ｌとなるように晶癖修飾剤として硫酸アルミニウム１６．５水和物をさらに加えてゴム栓で密閉し、約１時間攪拌させて溶解させた。

次いで、図８に示される｛１００｝面を有するリン酸二水素カリウム結晶（関東化学株式会社製、鹿１級リン酸二水素カリウムの３５℃飽和水溶液を密閉し、１２時間程度かけて室温にて結晶を析出させた後、徐冷蒸発で２４時間程度かけて粒径約６ｍｍまで成長させたもの）をステンレスワイヤーに取り付けて固定し、これを先に調製したリン酸二水素カリウム飽和水溶液中に浸漬して、溶液温度４４．３℃の条件下でＡｌ（III）の吸着を開始させた。所定の吸着時間（ｔ_Ａ）経過後、冷却速度０．３℃／分で水溶液を冷却させて、（１００）面が成長を開始する溶液温度（Ｔ_Ｇ）を測定した。なお、結晶成長開始の判断は、ＣＣＤカメラを通してモニター上で結晶表面を観察し、結晶表面のステップが前進を開始した時点とした。そして、飽和温度（Ｔ_ｓ）から結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）を差し引いて、結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を求めた（ΔＴ_Ｇ＝Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｇ）。この結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を晶癖修飾剤吸着時間（ｔ_Ａ）に対してプロットした結果を図９に示した。
図９から分かるように、｛１００｝面を有するリン酸二水素カリウム結晶へのＡｌ（III）の吸着時間に対する結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）は、４．５時間以降からほぼ一定（ΔＴ_Ｇ＝４．４℃）になった。したがって、｛１００｝面を有するリン酸二水素カリウム結晶において、晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）は４．５時間、晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）での結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）は４０．６℃と求められた。

以上のことから、Ａｌ（III）濃度が４．３ｍｇ／Ｌのリン酸二水素カリウム飽和水溶液の温度を４０．６℃以下に冷却すれば、｛１００｝面の成長が開始されることが分かる。したがって、４０．６℃より高く４５℃以下の水溶液温度で４．５時間以上保持することで結晶を成長させずに、種結晶へのＡｌ（III）の吸着を行うことができ、次いで、水溶液を４０．６℃以下に冷却することで種結晶を成長させることができる。

また、リン酸二水素カリウム種結晶およびＡｌ（III）を含む飽和水溶液を調製するに先立ち、上述した式（２）および（３）に基づいて、飽和溶液１００ｍＬ当たりのリン酸二水素カリウム種結晶添加量を７ｇと求めた。

実施例１と同様の晶析槽を用いて、Ａｌ（III）濃度５８ｍｇ／Ｌ、４５℃飽和のリン酸二水素カリウム水溶液４００ｍＬを晶析槽に加えた。飽和水溶液を４４．０℃に設定し、リン酸二水素カリウム種結晶２８ｇ（飽和溶液１００ｍＬ当たり７ｇ）を添加して、４．５時間Ａｌ（III）を吸着させた。Ａｌ（III）を吸着させた後、水溶液を０．０５〜０．０２℃／分（最適冷却速度は０．０２５℃／分）で２３℃まで冷却させた。吸着段階および冷却段階における水溶液の攪拌速度は、１４０ｒｐｍである。得られた結晶の光学顕微鏡写真を図１０および図１１に示した。図１０および図１１から分かるように、｛１００｝面が成長した柱状のリン酸二水素カリウム結晶が得られた。

〔実施例４〕
Ａｌ（III）の吸着時間を４．５時間とし、Ａｌ（III）濃度を２．８３〜４３．０８ｍｇ／Ｌで変えて、実施例３と同様にして、（１００）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を測定した。（１００）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をＡｌ（III）濃度に対してプロットした結果を図１２に示した。また、実験で得られたそれぞれの結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を上述した式（１）に代入し、最小二乗法によりフィッティングさせ、図１２に実線として示した。
上記で測定されていないＡｌ（III）濃度Ｃ［ｍｇ／Ｌ］における実線上の結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を用いて、実施例３と同様にして晶析実験を行ったところ、｛１００｝面が成長したリン酸二水素カリウム結晶を得ることができた。このことから、Ａｌ（III）濃度を変えて結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を何点か測定し、これを最小二乗法により式（１）にフィッティングさせておくことで、測定されていないＡｌ（III）濃度における（１００）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）を知ることができ、さらにその値に基づいて晶析操作を行うことで目的とするリン酸二水素カリウム結晶が得られることが示唆された。

本発明の一実施形態に係る晶析装置の構成を示す図である。 実施例１において、結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）を測定する際に用いた｛１１１｝面を有する塩化ナトリウム結晶を電子顕微鏡により撮影した画像である。 実施例１において、結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）測定するまでの温度プロフィールを示す図である。 実施例１において、（１１１）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をクエン酸の吸着時間（ｔ_Ａ）に対してプロットしたグラフである。 実施例１で得られた塩化ナトリウム結晶を実体顕微鏡により撮影した画像である。 実施例１で得られた塩化ナトリウムを電子顕微鏡により撮影した画像である。 実施例２において、（１００）面および（１１１）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をクエン酸濃度に対してプロットしたグラフである。 実施例３において、結晶成長開始温度（Ｔ_Ｇ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）を測定する際に用いた｛１００｝面を有するリン酸二水素カリウム結晶を実体顕微鏡により撮影した画像である。 実施例３において、（１００）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をＡｌ（III）の吸着時間（ｔ_Ａ）に対してプロットしたグラフである。 実施例３で得られたリン酸二水素カリウム結晶を光学顕微鏡により撮影した画像である。 実施例３で得られたリン酸二水素カリウム結晶を光学顕微鏡により撮影した画像である。 実施例４において、（１００）面における結晶成長開始過冷却度（ΔＴ_Ｇ）をＡｌ（III）濃度に対してプロットしたグラフである。

符号の説明

１ 予備測定用晶析槽、２ 晶癖修飾剤を含む飽和溶液、３ａ，３ｂ 収容部、４ 目的とする結晶、５ 固定部、６ａ，６ｂ 攪拌部、７ａ，７ｂ 温度調節部、８ａ，８ｂ 温度測定部、９ 結晶成長観察部、１０ 記憶部、１１ 回分晶析槽、１２ 種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和溶液、１３ 制御部。

Claims (4)

1. 晶癖修飾剤を含む飽和水溶液中で、目的とする結晶へ晶癖修飾剤を吸着させた後、飽和水溶液を冷却することによって、目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を予め測定しておく工程と、
   種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持して、種結晶へ晶癖修飾剤を吸着させる工程と、
   前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却して種結晶を成長させ、目的とする結晶を得る工程と
   を含むことを特徴とする晶析方法。
2. 前記目的とする結晶は、｛１１１｝面が成長した塩化ナトリウムであり、かつ前記晶癖修飾剤は、クエン酸であることを特徴とする請求項１に記載の晶析方法。
3. 前記目的とする結晶は、｛１００｝面が成長したリン酸二水素カリウムであり、かつ前記晶癖修飾剤は、硫酸アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の晶析方法。
4. 目的とする結晶の晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）および晶癖修飾剤吸着平衡時間における結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）を測定する手段と、
   種結晶および晶癖修飾剤を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）より高く飽和温度（Ｔ_ｓ）以下で晶癖修飾剤吸着平衡時間（ｔ_ＡＥ）以上保持する手段と、
   前記晶癖修飾剤が吸着された種結晶を含む飽和水溶液を、前記結晶成長開始温度（Ｔ_ＧＥ）以下に冷却する手段と
   を備えていることを特徴とする晶析装置。

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