问题

在化学研究中,你都见过哪些「还有这种操作」的神操作?

回答
我一直觉得,化学这玩意儿,看似严谨到每一个原子都不能出错,但总有那么些个时刻,让你忍不住想揉揉眼睛,怀疑自己是不是看错了。就像武侠小说里突然蹦出来的绝世高手,或者游戏里那个Bug一样,让人大呼“还有这种操作!”

我见过最让人拍案叫绝的,大概是实验室里,当年我还在跟着导师做一些有机合成,需要用到一种非常规的催化剂,那个催化剂非常敏感,对空气和水都极度不耐受,得在严格的惰性气氛下操作。当时我们实验室的惰性气氛箱(Glovebox)出了点问题,一时间修不好,但实验又不能停,大家愁得不行。

就在大家一筹莫展的时候,我一个师姐,平时挺内向的一个姑娘,突然提出了一个“骚操作”。她找了个玻璃反应瓶,把原料和催化剂小心翼翼地放进去,然后用一个特制的橡皮塞塞紧。这还没完,她找了个大的注射器,往橡皮塞上扎了个洞,然后用另一根细长的针头,从另一个洞里往外抽气,同时让惰性气体从那个细针头缓缓注入。说白了,就是在常压下,临时“模拟”惰性气氛。

当时我们几个都看呆了。这操作听起来简直是魔鬼的步伐,稍有不慎,空气一进去,珍贵的催化剂就报废了。但她非常细致,先是用氮气把瓶子里的空气置换了几遍,然后一边缓慢地通入氮气,一边通过注射器缓慢抽取,确保瓶内的压力稍微小于外界,形成一个“负压保护”。并且,她还特别强调,抽气的速度一定要非常慢,以免把瓶子里的原料带出来。

你别说,这“土法炼钢”的方法居然还成功了!那反应跑得比平时还漂亮,产率也挺高。当时看着那小小的玻璃瓶里,在微弱的氮气流动下,原料一点点被转化,我真的觉得这比什么高端设备都来得震撼。这已经不是简单的操作了,这是一种对反应体系深刻理解后,在极端条件下迸发出的智慧火花。

还有一次,是在研究金属有机化合物的稳定性。当时我们要测定一个金属配合物的热稳定性,通常的做法是DSC/TGA联用,一步步升温观察。但我们发现这个配合物在升温过程中会分解成一些奇奇怪怪的东西,既有气体,又有固体残留,无法直接通过质量损失来判断它分解成什么。

这时候,我们组一个做计算化学的博士,平时就跟电脑打交道多,对实验操作没那么熟悉,但他突然提出一个想法:能不能在升温过程中,同步进行质谱分析?

我们听了都觉得这是“想peach”。质谱仪那可是精密仪器,怎么可能跟加热炉直接连起来?而且高温下产生的气体成分复杂,怎么能准确地进到质谱仪里?

但他坚持了下来。他找了台小型的质谱仪,然后跟技术人员一起,硬是改造了一个特殊的接口,让加热炉和质谱仪的进样口之间,用一根特制的、有保温功能的毛细管连接起来。并且,他还设计了一套程序,让升温的速率和质谱扫描的频率完美匹配,这样就能实时地捕捉到分解过程中产生的各种碎片信息。

那天,我们围在质谱仪前面,看着屏幕上不断跳出的各种分子离子峰,随着温度的变化,峰的强度此消彼长,我们几乎能“看到”这个化合物是怎么一步步“瓦解”的。这种实时追踪分解过程的体验,简直是颠覆性的。以前我们只能看到结果,现在却能看到过程,而且是微观层面的过程。这比单纯的TGA数据要有意义得多。

这些操作,乍一听可能有点“野路子”,甚至有些冒险,但仔细想想,它们都源于对化学原理的深刻洞察,以及在条件限制下的灵活应变。这才是做研究的魅力所在吧,不只是按部就班地执行,更是那些在“不可能”中找到“可能”的惊艳瞬间。每次想起这些,都觉得化学这碗饭,真的没那么容易,但也真的很有意思。

网友意见

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本科毕业论文做的一个检材叫AKB48。。

而这个AKB48是一种新型的合成毒品。。

WTF?

参考文献:GC-MS检验新型策划毒品K3[J],李茂盛等,中国司法鉴定:2013(5).

它的摘要是这样的:目的基于气相色谱-质谱(GC-MS)检测结合特殊质谱库信息检索建立新型策划毒品的鉴定方法。方法未知样品用甲醇超声溶解,吸取上清液采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪检测。结果测得A 组分(tR=19.47min)的质谱特征碎片峰(m/z)信息为215.1(基峰)、144.9、294.1、337.1 和365.1,B 组分(tR=23.29min)的质谱特征碎片峰(m/z)信息为359.1(基峰)、127.1、144.0、155.0、232.1、284.1 和342.0。经美国缉毒署毒品分析谱库检索获得的信息资料, 鉴定为新型策划毒品“K3”,其主要组分为“AKB48”和“AM2201”,此类化合物具有大麻类似精神活性,归属合成大麻素。结论本方法可用于新型策划毒品组分的鉴定。

——————————————分割线,以上是原答案————————————————

早上起来很高兴的得知这个回答被收录到了今天的知乎日报里面,真是荣幸之至。

虽然是吐槽板块。。

下面再把合成大麻素跟AKB48这个做进一步的介绍吧。

大麻是一种传统的毒品,它里面主要含有的四氢大麻酚(THC)能够作用于人体内的两种大麻素受体(CB1和CB2)因而使人产生各种生理反应。这个AKB48是一种合成大麻素,合成大麻素是一系列实验室合成的物质,它们能够同样地作用于人体的大麻素受体因而产生类似的生理反应,这种就叫做策划药,是指不法分子运用化学方法,通过对法律所规定的管制药品的分子进行修饰而制造的、与原物质化学性质及生理作用类似的物质。由于经过修饰后的物质不是法律所规定的管制药品,因而生产、销售这一类物质难以受到法律的制裁。但实际上这些物质与毒品的化学性质、生理作用十分相似,因而具有极大的人身危害性和社会危害性。

这种策划药麻烦的地方就在于,它可以通过对原有的分子稍微进行修饰(比如加个甲基、氯基之类的)变成另外一种物质来逃避法律的制裁,但实际上它原有的化学性质并没有很大的变化因而仍然具有危害性。所以每新出来一种物质我们就要对其进行鉴定,这就是我这个论文的主要内容。

所以之前有人问我这不是制毒吗,其实并不是,这个样品是从官方渠道获得的标样,我们只是负责鉴定而已。

另外附一个这个AKB48的更多信息:

滥用形式:与大麻类似,合成大麻素常通过吸入的方式被滥用。经过化学合成处理后,合成大麻素能够被吞咽或者经气化后吸入。滥用者一般是将其放在吸管或者专门的管状器具中通过吸烟的方式滥用,但也有些人将它混入茶叶中来吸食。此外,合成大麻素也能够在挥发性溶剂、例如乙醇和丙酮中溶解后通过喷雾或者其他方式与一些植物树叶混合,这些植物树叶常见有“印度战士”(Indian Warrior),“狮耳”( Lion’s Ear),“小狗玫瑰”(Dog Rose)等等。经这样处理的合成大麻素能以吸烟的方式使吸食者获取更强烈的精神作用。

生理症状和管制情况:

“K3”毒品主要成分是合成大麻素,与大麻有类似的中枢神经作用,滥用时具有一定的致幻作用。喷洒在植物碎末上形成可燃物质,燃烧吸食后会产生与大麻极其相似的反应,如欣快感、亢奋、幻觉,有报道其效果是大麻的4~5 倍,可能成为大麻的一种替代品。近期,查获类似新型毒品K3 的案件呈上升趋势,但K3 毒品的主要成分合成大麻素未包含在我国管制药品目录中,没有受到控制,大量的贩卖造成潜在的滥用危害,给禁毒工作提出了新的课题。目前,国外很多国家已经将此列为违禁药品,“AKB48” 在2012 年被日本列为违禁药物,同年新西兰禁止其作为临时性药物。

关于滥用后产生的精神兴奋等效果主要来自于网络论坛的报道。一些临床病例报告显示,合成大麻素滥用可造成严重身心损害。在德国,一位20 岁左右的男性青年持续8 个月每天抽吸“Spice gold”,其间因耐药而很快将滥用剂量提高到每天3g。该患者有持续而强烈的药物渴求,并因此而置工作于不顾;入院后4-7 天发生躁动、药物渴求、夜间噩梦、大量出汗、恶心、震颤、头痛、血压升高、心跳加快等精神障碍和戒断症状。


最后还是一句老话:一日吸毒、终身戒毒、天天想毒


参考文献:

[1]Kathryn A. Seely, Amy L. Patton, Cindy L. Moran, Mary L. Womack, Paul L. Prather, William E. Fantegrossi, Anna Radominska- Pandya, Gregory W. Endres, Kermit B. Channell, Nathaniel H. Smith, Keith R. McCain, Laura P. James, Jeffery H. Moran. Forensic investigation of K2, Spice, and “bath salt” commercial preparations: A three-year study of new designer drug products containing synthetic cannabinoid, stimulant, and hallucinogenic compounds.[J]. Forensic Science International, 233 (2013) 416–422.

[2]Lisa K. Brents, Paul L. Prather. The K2/Spice Phenomenon: emergence, identification, legislation and metabolic characterization of synthetic cannabinoids in herbal incense products.[J].Drug Metabolism Reviews, 2014;46(1): 72–85.

[3]王清亮,刘志民. “Spice”及其管制[J]. 中国药物滥用防治杂志,2010,05:271-273.

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第一次进公司的时候做氢化反应。

之前在学校低压的用气球,氧气袋,高压的用高压釜。

结果这单位居然是用的卡车轮胎。低压的直接用内胎。中高压的是带轮毂和外胎的轮胎,气嘴上面接个管子,连个三通插在瓶子上面用。

存气量很大,压力还不小。充一次气可以做很多次反应(因为安全问题氢气钢瓶在远一点的仓库里)。

做了几年我习以为常之后,换了家大公司,他们问我之前怎么做氢化反应的,我一说用轮胎他们都惊到了,大呼好主意。

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上面有位答主提到薅原料商的羊毛这种事,我表示也有这种黑历史。

不过最初选择这种方式获得原料也是无奈之举。我在实验室里做过一段时间的纳米复合材料,整个课题做完需要的聚合物树脂母粒三五公斤就足够了。但是对于原料商来说,这个量就是毛毛雨,以至于对方销售直言购买量太少无法出库十分抱歉云云。

后来在师兄的启发下换了一种说法:你好,我是中科院化学研究所xx实验室,我们在做一个项目(事实上确实在做项目),发现你们的材料很合适(合适不合适用过了再说),劳烦您能否寄一些样品过来,如果取得了较好的效果我们可能会有进一步的合作(……),我们会按照市价偿付产品售价和运费(我们壕,不会让你们吃亏)。

一般对方就直接送我们了,运费都不要我们出…

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1.水浴锅50~95℃水浴时,水面套个垃圾袋子,这样水蒸发不出去,不用总是补加水


2.减压过滤,快抽滤干时,滤饼很容易起裂痕,用个保鲜膜将布氏漏斗口封严实,大气压压保鲜膜,保鲜膜压滤饼,这样能压的滤饼很严实。


3.爬板很多人用100ml的广口瓶,个人觉得口太小了不好用,买了60*120mm的标本瓶做展开缸。(左边广口瓶,不方便取板。中间染色缸,盖子不是磨口,溶剂容易挥发,右边标本瓶)

4.不要浪费一次性滴管,要重复使用。

5.一次性滴管秒变一次性药勺。

6.旋蒸时,旋蒸瓶尽量靠近水浴锅内壁,避免因真空泄露时,旋蒸瓶从旋蒸上掉到水浴锅里,因为水浴锅挡住了旋蒸瓶,旋蒸瓶不能掉下去。萃取水浴锅的悲剧从此不会上演。

7.旋蒸,或者其他需要调节真空度大小的实验操作,你会发现旋塞调节真空度大小很难调节到你需要的真空度,真空度要不大了一点,要不小了一点。这时你先把真空度调节到你需要的稍微小一点的位置,然后用一小张打湿的滤纸堵住排气口,这样真空就会上来一点,如果还是小了一点,那就把滤纸对折一下,然后堵住排气口,还小了的话,再对折一下。如果还是小了,这说明你应该调节一下旋塞,而不是对折滤纸。

8.没有玻璃导管,要连接橡胶管怎么办。


9.要分水,没有分水器咋办?(温度比较高的话,最好还是用玻璃塞的恒压滴液漏斗,四氟塞膨胀系数不一样,可能会爆塞)

10.橡皮筋用完了咋办?

11.核磁管怎么快速清洗干净



其他待续

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我们要做一个金属表面薄膜涂层工艺。

查了文献,其中一个步骤是把打磨好的金属试样以1毫米/分钟的速率从涂层母液中拎出来。就像这样:

然后母液就会在金属表面形成一层很均匀的薄膜,然后烧结一下就可以了。做薄层的同学可能会熟悉这个过程。

问题是,怎么做到1毫米/分钟的速率?

这可是比蜗牛还慢啊。

市面上可以实现这个速率的马达都在上百美刀的水平,而我们这只是一个探索性的实验,并没有想到在这上面花钱。

最后,我们的解决方案是:

乐高(LEGO)变速齿轮组

(图片仅作示范,和原型不同)

总之就是用乐高自带的马达驱动,然后用几组大小齿轮实现变速。最终达到想要的速度。。。


之后,我好像对乐高着了迷。。。一言不合就组乐高。。。

比如搅拌器不够用,那都可以用乐高实现的。

可以想象老板走进办公室,看见我一个大孩子,不看文献不做实验,却在不亦乐乎地拼乐高,那一脸黑线的表情吗。。。


==统一回答FAQ==

为什么不用步进电机?

如果是现在再来做的话肯定会再好好研究一下装置怎么弄。

但当时的情况是,一是我们材料系和化工系的人都对机械的行情不了解,二是老板不给买,我们自己众筹的话,买套乐高以后还能给娃玩,买个步进电机还能干啥。。。。你说是不是

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绝大多数情况下,我们做聚变堆材料和氚的相互作用研究,都是拿其同位素氘来代替的。主要因为氚TM实在是贵啊。

多贵?黄金价格算300¥/g,氚的价格是黄金的700倍左右。

我一直以为氚这玩意只能拿少量来用于示踪这类的用途,直到有一天,我看到了这篇土豪文献:


直接用氚等离子体,不要钱似的轰了至少1g氚啊。

那不是氚,那就是700g黄金啊!

我眼冒金光的扫了一遍文章,发现这篇文章研究的是还是氚的化学性质。

等等,氚的化学性质不是和氘基本一样么?

那为什么要用氚?

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我的电化学白学了

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