結晶是指溶質自動從過飽和溶液中析出形成新相的過程。當溶液的濃度等于溶質的溶解度時，該溶液稱為飽和溶液，溶質的濃度超過溶解度時，該溶液則稱為過飽和溶液，溶質的析出只能在過飽和溶液中才有可能析出。從溶液中析出的溶質大致可分為晶形沉淀和無定形沉淀。
結晶作為一種精制提純的方法，廣泛地應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等生產(chǎn)中。
多數(shù)情況，溶解度與溫度有關，一般物質的溶解度隨溫度升高而增大，也有少數(shù)例外，如紅霉素的溶解度隨溫度的升高而降低。晶體的產(chǎn)生雖取決于固體物質與溶液之間的平衡關系。若溶液未達到飽和，則固體溶解；如果溶液飽和，則固體與飽和溶液處于平衡狀態(tài)，其溶解速度等于沉淀速度。只有當溶液濃度超過飽和濃度達到過飽和時，才有可能析出結晶，因此過飽和度是結晶過程的推動力和首要條件。
結晶是從均一的溶液中析出固相晶體的過程，通常包含三個步驟：即過飽和溶液的形成，晶核的生成與晶體的成長。
制備過飽和溶液一般有4種方法：
1、冷卻結晶：使溶液冷卻降溫成過飽和溶液而析出結晶，常用方法之一。
2、蒸發(fā)結晶：在常壓或減壓下加熱蒸發(fā)，除去部分溶劑，使溶液達到過飽和而析出結晶。為了避免產(chǎn)物在高溫下易破壞，生物合成藥物一般多采用減壓蒸發(fā)。例如赤霉素的乙酸乙酯提取液在減壓下濃縮，除去溶劑后即有結晶析出。
3、鹽析結晶：在溶液中添加某些物質，從而使溶質在溶劑中的溶解度降低而析出。加入的物質既可以是固體，也可以是液體。常用的有氯化鈉、硫酸銨等鹽類和甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑。例如在巴龍霉素硫酸鹽的濃縮液中加人10～12倍體積的質量分數(shù)為95％的乙醇，即可得硫酸巴龍霉素的結晶。
4、化學反應結晶：調節(jié)溶液的pH值或加入反應劑，生成溶解度更小的新物質，使其濃度超過它的溶解度而析出結晶。氨基酸等一些兩性化合物，常利用它們在等電點時溶解度小的原理，只需調節(jié)溶液的pH值就可獲得結晶。
晶核的生成
晶核的形成是一個新相產(chǎn)生的過程，晶核的生成的速度與過飽和度及溫度相關，在一定溫度下成核速度速度隨過飽和度的增加而加快，但當超過某一值時，反而會使溶液的分子運動減慢，黏度增加，成核受到阻礙，在過飽和度不變的情況下，溫度升高，成核速度也會加快。但溫度對過飽和度也有影響，一般但溫度升高時，過飽和度降低，所以溫度對成核速度的影響要以溫度和過飽和度的相互消長程度來決定。實際情況是成核速度開始隨溫度升高而升高，達大值后，溫度繼續(xù)升高，成核速度反而降低。在工業(yè)生產(chǎn)上，結晶過程要求有適當?shù)某珊怂俣?，成核速度過快，必將導致生成細小的晶體，影響產(chǎn)品質量。
晶體的成長
在飽和溶液中，晶核一經(jīng)形成，立即開始長成晶體，同時還在不斷生成新的晶核，得到晶體的大小，決定于晶核生成速度與晶體成長速度兩者的對比關系。若晶體成長速度大大超過晶核生成速度，過飽和度主要用來使晶體成長，則可得到粗大而有規(guī)則的晶體；反之過飽和度主要用來生成新的晶核，則所得到的晶體顆粒參差不齊，晶體細小，甚至呈無定形。
在工業(yè)生產(chǎn)中，通常希望得到顆粒大、均勻的晶體，可以使后續(xù)的過濾、洗滌和干燥操作比較方便，同時產(chǎn)品質量也可提高。
綜上所述，影響晶體大小的因素主要有溶液的過飽和度、溫度、攪拌速度等。一般來說過飽和度增加，所得晶體細小。溫度的影響比較復雜，當溶液快速冷卻時，達到過飽和度較高，所得晶體也較細，而緩慢冷卻常得到大顆粒。攪拌能促使成核和加速擴散，提高晶核成長的速度，但超過一定范圍后，效果就不顯著。相反攪拌越快，晶體越細。
如果想獲得比較粗大和均勻的晶體，一般溫度不宜太低，攪拌不宜太快，并要控制好晶核生成速度，要小于晶體成長速度。盡可能將溶液控制在亞穩(wěn)區(qū)內結晶，使其在較長的時間內，只有一定量的晶核生成，而使原有的晶核不斷成長為晶體。 此外，加入晶種也能控制晶體的形狀、大小和均勻度。但首先晶種要有一定的形狀、大小和比較均勻。加入晶種還可降低溶液的過飽和度，誘導結晶，提前生成晶核。所以在工業(yè)生產(chǎn)中如遇結晶液濃度較低而結晶發(fā)生困難時，可加入適量晶種，促使結晶順利地進行。
上述方法在工業(yè)生產(chǎn)上可單獨使用，也可結合起來使用，以強化過飽和度而獲得較多的結晶。