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我的个人经验:实验做不出期待的结果时,固然苦恼,但是这往往是你发现新事物的前兆。
【哇:不小心已经200多个赞了,用爪机打的回答也得到了各位化学同学们的认同,看来大家都有过这种蒙蔽的心路历程,于是今天把答案弄的好看一点,错别字校正一下,以及集中回答评论里大家提到的问题。】
实验结果可预期固然好,说明理论正确。但是如果你操作完全没有问题,用的器材,药品也完全没有问题,就要大胆的相信自己实验的结果。
我读研时做老板给的课题,做了两年(本科一年,研究生一年),最后一年要毕业了,却没有任何值得写文章的东西。最后我鼓起勇气来跟老板说这个实验我做不出来。因为你期待的产物和过程控制起来的成本太高(副产物太多)无法优化,我要换课题。老板就眯着笑眼跟我说你要毕业了,如果做不出来就毕不了业了哦,你要做什么?
我说在做实验时有个副产物很意外,我想研究一下。然后老板说那你做吧。我发现的“意外”是我用烷基在空气的环境下(或氧气环境下),系统里总会出现一些疑似羟基的东西存在。后来做GCMS验证了确实是羟基。(说这些有点太细节了,后面尽量不说)
当时没有任何support,也很少有文献可参考,其实说“我想研究一下”我的底气是不足的,因为会得到什么结论,乃至能不能有结论,我都完全无法预料。因为是一个全新的体系,以往师兄们的分析体系都不能用了,所以我自己建了底物和目标产物的分析方法——是的,我一个学有机化学的自己捡起大学的分析的课本和GC的说明书,把自己关在色谱房一个星期自己建立了分析方法,r=0.9999,然后做实验,先从重复意外结果开始。
因为从9月份新学期开始,到硕士论文提交只剩下8个月了,去掉寒假只有7个月,就是28周时间,期间还要找工作,每一天都异常珍贵。当时和异地的女朋友也是若即若离(因为真的太远了,见面也太少,而且那时候打电话也是蛮贵的)。开始的时候意外的重现性很好,这就说明不是意外——你没看错,当你用了所有的办法都无法排除意外时,那就说明这才是自然规律。
然后查到文献,看到Angewandte上连续两年有两篇影响因子8.0的文章(同一个作者),讲他的分子筛催化剂,然后作者推测了可能的机理,大概就是他合成了一种分子筛催化剂怎么怎么厉害,底物以及产物和我的类似。第二篇文章是验证可能的机理。因为没有他的催化剂,我也无法重现他的工作,而且重现别人的工作好像也没意义。于是就又进入了死胡同。
结果一个学期过去了,期待的转化率并没有出现,而另外一种副产物却异常的高。后来做GCMS还发现有个奇怪的副产物是二氧化碳,还有某羧基化合物。
“这不科学!!”这是完全意料之外的,开始我以为原料不纯,就纯化了原料直到长出美丽的晶体;然后怀疑气体不纯,就这通入氧气之前通入非常复杂的净化体系除去二氧化碳,除去水,验证确实除去了二氧化碳,然后除去其他杂质和水。然后小心翼翼的实验后发现这两个产物时有时无,二氧化碳是一定有的。这时候一个大胆的想法跳出脑子里:如果二氧化碳是一定存在的,那么它就不是意外,而是这套反应中必然的一个过程!
于是我盯着二氧化碳和另一个羧基化合物的分子式看了一下午,等到傍晚马上就要去例会上过堂时,我临时修改了自己的PPT和汇报材料,勾勒出了一个新的反应历程:一个二氧化碳中我的体系中被变成了羧基,然后又脱羰变成羟基的一个新历程。
因为我想,在氧化环境中,少量烷基被氧化成了二氧化碳是完全有可能的,然后二氧化碳又参与到了接下来的反应里,脱出来的羰基又被氧气氧化成二氧化碳。这样,看似是氧气氧化了底物,实际上,是二氧化碳氧化的底物,氧气又氧化了一氧化碳生产新的二氧化碳。
这个想法很突然而且大胆,因为那两篇Angewandte根本只字未提二氧化碳,按照作者的说法,是他自己合成的分子筛起到了作用,还给出了很有说服力的机理图。所幸的是那天晚上我在PPT最后一页提出了我的机制之后老板眼前一亮,他认同我的猜想,鼓励我继续做下去并拿这个当做毕业论文——当时才2月刚刚过完,湖南的春天乍暖还寒时候,同学们还在按部就班的做着自己自己三四年的课题找亮点,我的实验突然进入了快要结果的时期。
我是这么想的:既然我的原料和操作都没有问题,那么就一定是理论有问题!!所以文献一定是错的,哪怕你是Angewandte!!
所以我就自制二氧化碳的方式来验证(后来发现压力不够,就又买了一个钢瓶,三层楼没特么电梯,我叫了个好朋友俩人搬上去的),果然目标产物100%会出现!
而那个奇怪的羧基中间体也偶尔会出现(因为不稳定,会变成目标产物),当时我还在犹豫过这个中间体究竟是我的反应中生成的还是中色谱的汽化室里生成的。后来不记得是不是做了液相色谱,,,反正最后导出来的理论是酸是必须的。说到酸,接下来就讲讲另一个新世界的大门:离子液体。
经过了这些实验之后,发现之前加的催化剂不是没用,而是被氧化成了二氧化碳后更有用了。当时又一个奇怪的想法涌入我心头,因为我的原始催化剂是便宜的有机碱,而二氧化碳是酸,中间体也是酸,这俩货不会发生反应吧?然后就做了一系列不同比例的实验,发现酸碱1:1的时候产率最高。
酸碱1:1不会刚好反应吧?这特么不就是离子液体了吗?然后就去找了个关系好的电化学实验室,测试了不同酸碱结合的电势窗口(对,离子液体,电化学,这些东西我开始想都没想过会和我有关系,都是后来自己翻文献看综述了解的)。然后发现活泼的有机酸和活泼的有机碱在一块时效果最好。但是还是有问题,产率不理想。然后就又想起二氧化碳来,不会是因为离子液体那么稳定然后就氧化不成二氧化碳了吧?然后又开始在离子液体里压进去二氧化碳,发现电势窗口最大的配比里产率最高。
【其实当时还有好多问题,但是没有让人走到绝境,所以就没当回事儿,但是现在想想也挺不容易的:譬如GCMS都高纯氢气突然用完了要停机就要停好多天实验,我从GC房搬了一瓶18块钱的氢气钢瓶然后用了一个自制的活化的分子筛过滤器挽救了整个实验室,效果和高纯氢一样一样的;还有活泼的有机酸会腐蚀不锈钢反应釜,我又找到反应釜的设计图,然后给反应釜设计了聚四氟乙烯内衬和垫片,然后自己买了钢材和特富龙,去找车床师傅给我车出来(哈哈其实我自己也会车,实在毕业要紧而且没有自己的车床啊);还有因为后期需要大量反应数据,然后发现我半年前建的GC定量方法时间太长了(28分钟),于是自己又花了两天时间调整方法让定量方法缩短到15min,目标产物3-5min出来后面是洗柱子;期间分析实验室的本科同学们都听说我会色谱建方法,然后每周接待2批的频率把大学的同班同学都教会了色谱的使用——他们都是做生物传感器、量子点和化学计量学的,虽然是学分析的但是不会用色谱。。。我还教出来两个SFDA的公务员和一个大学分析化学讲师T_T】
终于,一个很赞的反应里程完整的勾勒了出来,我一直以为催化剂加氧气起到了作用,文献里也这么说的,万万没想到起作用的是被氧气氧化了的少部分催化剂的二氧化碳。而离子液体又是二氧化碳和底物的完美溶剂,当时想清楚这一切心里豁然开朗。
当时这种感觉特别通透,以至于硕士论文答辩时也是行云流水,全场专家团对我的研究问的唯一一个问题就是为什么不读博(确实是在一个学校待太久太久了,本硕到第五年时已经萌生退意了)。
回想这条不算很长但是历程丰富的科研之路,虽然没有牛顿发现苹果为什么落地那么伟大,但是这是属于我自己的科学发现,不管权威杂志和专家怎么说,也冒着极大的风险放弃导师指定的课题,从一个我自己真正发现的意外开始,复现意外、查找资料、分析原因、提出多种可能性、反复验证并发现新的意外、提出假设、验证假设…如果是因为没有出现我想要的结果而裹足不前的话,后面的一切就都不会发生。我们分析化学的老师上课时说了一句话我记忆犹新,她说:
这个世界上本来就没有完美的理论,你会发现一种理论只能解决一部分问题,只要它在某些领域内可以被反复验证并预言新的现象,就是好用的理论。 科学发现就是用来被推翻的,因为总有更深层次的原因等着我们发现。经过了这一系列思考和验证的过程,你会发现自己看待物质世界的目光都变得不一样了,同时还具备了很强的动手能力。如果你的结果出不来,也许是操作的问题,也可能是物料的问题,但是只要有异常,在排除完误差之后,就要开始怀疑是不是理论错了。
这个时候可能一个属于你自己的理论就在面前,像一个披着红盖头的害羞姑娘一样等着你掀开她的面纱•ᴗ• --------------
后记:
因为看到很多网友评论、点赞,确实激励了我,也让我重新review了自己短暂而璀璨的科研经历。
统一回答大家几个问题,希望对后来的同学们有所帮助。
问题一:做这些工作我总共花了多少时间?
从改课题到开始撰写论文,总共过了7个月。07年9月份开始重建分析方法的,08年2月底(嗯,就是长沙冰灾刚刚结束的时候我就回学校了)开始关注二氧化碳存在,集中做了一个多月的数据完善验证,开始动笔写论文,从开始建题到数据弄完,不超过9个月吧,中间经历一个湖南冰灾。论文很快写好了,后来就是改格式、填充字数、补充数据之类的。我是本硕连读班,大三修完所有本科的课程和学分,大四开始填鸭式的休研究生课程并进实验室做老板给我的课题,研一的暑假觉得真心做不下去,然后就放弃了,研二一开学重建方法,开始自己的课题。
有人问这些工作看起来好像很多,为什么会这么快?这里回答一下:首先我们实验室自己有很多GC、GCMS、LC、LCMS、核磁、红外、紫外可见、元素分析……等等各种仪器,而且不用预约随便进出,自己买根针就行了,所以我才能自己在色谱房自学仪器然后自己建方法。其次是自从发现了二氧化碳的存在并很快验证了它的作用,然后后面的事情非常快,因为都是常规仪器和试剂可以搞定的事,而且发现二氧化碳之后,有个学弟就开始跟我做实验了,平时他做数据,我在寝室睡觉和为分手伤心。
问题二:发文章了吗?
没有。第一是当时学位论文完成时已经五月份多了,没精力写文章(其实还是写了一个的,但是重点都没怎么写,老板说与其发个4.0的水文不如不发);第二是老板觉得这个研究有价值,值得后续继续研究,所以就把学位论文设置了保密十年。2018年7月份解密,也就是明年了。
我毕业后我的课题没有人接着研究,所以最后就不了了之了。现在想想其实研究“有科学或生产价值”还想去甚远。权当科学训练了吧。
问题三: 其实还是关于文章的问题
很多同学说我是不是被老板套路了。其实算是我把老板套路了。导师对我很好,也一直想留下我读博,但是当时刚刚和女朋友分手,我关系最好的同学们也都毕业两年了,实在无心恋战。就出来闯荡了,找工作时老板还帮我推荐来着。非常感恩导师的指导、关心和爱护。
我认为科研就是科研,文章不是目的,目的是你发现了新问题,提出了新设想,改进了新工艺。科学是一套教你认识世界的思维工具,而文章什么的都是因为你想在一个官僚体系的科研环境中继续官僚的束缚。抱着一个年轻人应有的好奇心,这个过程是最重要的。
问题四:有人关心我现在在干什么。
我毕业后去了上海睿智(我们实验室大都去了上海睿智),我去了GSK的一个组。因为我是做催化研究的,其实合成不是很擅长,但是在那里工作也很开心,很快学会了过柱子、点板之类的。组长给我的课题上手也很快,我改良了一个重要中间体的合成工艺,把文献报道最高产率70%的一个中间物,按照我的工艺做可以提高到100%,并且可以无限放大。当时在冉冉升起的张江高科感觉在追逐一件很有意义的事情,每天晚上加班到10点多,周末加班(都是自愿的,因为觉得很充实,成长很有乐趣)回去在上海吹着夏日的晚风住在张江的高层里非常惬意。
不过即便中间体工艺改进的非常成功,但是后来工作第三个月组长给我的几个目标产物都没有合成成功。我觉得原料有问题,但是有些人不这么认为,后来觉得挺没意思的,而且感觉国内的科研环境也实在太差,干到第三个月,也不想自己十年后还在和组长他们一样在实验室过柱子,加上确实和某些sb高层关系也不是很愉快,就退出化学行业里,出来后也拒了药明的猎头。然后到北京被08年奥运期间到北京氛围感染到,就开始做公关、市场营销策划之类的工作。后来履历很丰富,最近一次是在中青旅,现在在国内一家冉冉升起的网络安全教育平台i春秋做市场部。
很多人说学了那么久化学可惜了,我的回答和上面一个问题是一样的:这是一种思维的磨练,是一种观察世界、了解世界的工具。但是科学告诉我们:世界有很多维度,你穷其一生,只能尽可能领略它的丰富多彩,却永远无法窥见它的全部内涵。
所以,乔布斯怎么说来着:stay foolish,stay hungry.
enjoy it.
====第二轮分割线,上面是常见问题=====
最后,送给大家一首小诗,是我在长沙岳麓山下读书其间,郁郁不得志,用很多诗词、楹联的名句拼凑而成用以自勉。从07年9月份开始挂在我的实验室橱柜上,与诸君共勉(后来被很多网站转载过):
排云驭气奔如电,
升天入地求之遍。
上穷碧落下黄泉,
两处茫茫皆不见。
春蚕到死丝方尽,
蜡炬成灰泪始干。
一入lab深似海,
青丝皓首几人还?
夏日清风冬日日,
前山明月后山山。
知多世事胸襟阔,
阅尽人情眼界宽。
无情岁月增中减,
有味诗书苦后甜。
水惟山下方成海,
山不矜高自极天。 |
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