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结晶作为一种重要的分离提纯技术,在化工、医药和食品等领域得到了广泛的应用。如何有效地控制结晶产品的品质一直是研究者们最为关注的问题之一。晶体内部的分子排列方式和外在的生长环境等都对晶体的成核和生长过程产生至关重要的影响,进而影响最终产品的品质。本文以L-丙氨酸为模型体系,结合实验和分子模拟,研究L-丙氨酸成核前溶液中分子聚集体的结构,以及L-丙氨酸晶体生长过程中的浓度效应和杂质效应。通过分子动力学模拟研究了L-丙氨酸溶液中分子的聚集形式,发现L-丙氨酸在溶液中主要以单体和二聚体形式存在,并且应用紫外光谱法进一步验证了低浓度下L-丙氨酸分子几乎不发生聚集的现象。实验测定了不同过饱和度下L-丙氨酸晶体不同晶面的生长速率,发现随着溶液过饱和度的增加,L-丙氨酸轴面((120)面)和与L-丙氨酸端面((011)面)的相对生长速率(R(120)/R(011))增大,导致晶体的长径比减小。通过建立界面层吸附模型,并利用分子力学和分子动力学的方法计算了溶质、溶剂分子与两个晶面分子之间的相互作用能,结果表明溶质分子与(120)和(011)面的相对结合能随溶液过饱和度的增加而增加,合理地解释了实验现象。此外,研究了L-异亮氨酸对L-丙氨酸晶体不同晶面的生长速率的影响,发现极少量的L-异亮氨酸就可以阻断(120)面的生长,但是对(011)面,L-异亮氨酸却表现出促进效应。分子模拟的结果表明L-异亮氨酸容易占据L-丙氨酸(120)面的台阶位从而阻碍(120)面的生长；但对于(011)晶面,杂质不仅不容易吸附于(011)晶面的台阶位,反而会促进溶质分子在溶剂化界面的扩散,从而提高(011)晶面的生长速率。分子模拟的结果较好地解释了L-异亮氨酸对L-丙氨酸晶面的作用效果。