6. 当实验做不下去的时候,该如何?
搞化学的,这样问题应该经常遇到,不过,我们应该对待这个严肃的问题,处理的好,那就是高手!
当实验做不下去的时候,我们既不应该怨天尤人,也不应该自暴自弃,正确的做法是:首先停止实验,然后对现有的情况(包括数据、现象等)仔细分析,客观地分析可能的原因,然后根据原因提出有针对性的方案加以解决。
第一,分析原因:
1)文献方面。可能作者有所保留,也不排除有的作者伪造数据;还有一种情况,是自己没有吃透文献,没有完全把握好,——比如,有机合成中实验进行十多次才能合成出来的情况很多,同时,反应条件在文献上通常都是含混不清的,不过作者们的实验路线一般都是正确的,否则他们也不能发出论文来,所以,需要多摸索。
2)线路选择方面。可能选择了一条难度很大或者根本就做不下去的线路。
3)药品纯度方面。对于药品的纯度要一分为二地看待,大多数时候纯度不够的话会导致实验的失败,少数时候,可能会有意想不到的收获。如何看待药品纯度问题,要根据自己研究的课题的目的来确定。
4)实验操作方面。可能是自己没有按照设定的方案操作造成的。记好实验记录很重要!
5)条件比较苛刻,稍有闪失就可能出错导致做不下去。先搞清是实验操作的问题还是实验路线的问题,实验路线的问题的话,尽早改变实验路线,时间是很宝贵的,别钻牛角尖。
第二,寻找对策:
1)如果是文献问题,那么,可以根据以上几种可能性妥善处理,比如说或者自己再耐心吃透文献;或者与作者联系索取详细资料;或者补充一些文献,进行综合分析;或者根据别人类似的实验寻找正确的条件等。
2)如果是线路选择问题,可以果断修改或者大胆放弃原来的全部线路,重新设计新的线路。
3)如果是药品纯度问题,那么,一般意义上来说,或者是购买更好的、纯度更高的试剂,或者是严格进行试剂的预处理,自己动手得到符合要求的试剂。
4)如果是实验操作方面的问题,除了细心,别的就没得说了。只要细心,条件再苛刻的实验都能够做出来。还可以向前辈或者师兄师姐讨教。
第三,抖擞精神,耐心坚持下去。这一点很重要,要有牺牲精神!
原则: “理论指导实践”与“实践反过来促进理论的进化”两相结合,即:一方面需要理论切实可行,对文献进行系统综合分析,特别是实验条件,另一方面需要结合第一手的实验记录,对实验现象进行分析,看看问题症结到底出在哪里!
概括而言:耐心分析,大胆假设,小心求证。
7. 实验操作经验
1)如何用好温度计:实验的过程中,使用好温度计是非常主要的,因为这关系到反应的成功与否和人身的安全问题。刚接触实验的人可能只知道机械的看温度到几度,正因为这样更多的时候出现冲料,甚至爆炸。在反应的过程中,温度计的主要作用是主动地观察反应体系温度变化,而不是被动地显示反应体系的温度,这就需要我们去把握这个主动和被动问题。大部分的反应是一个放热的过程,当体系达到一定温度(反应温度)以后,反应体系就会放热,这时温度计就会加速度上升(如果没有主动地去观察温度计加速度的变化的话,就会出现冲料,甚至爆炸)。所以在做一个反应的时候,刚开始加料或者加热时,要不停地看着温度计,首先找出反应温度(温度变化明显的地方),然后停止加热,撒去加热装置,仔细观察温度的变化,如果温度接着上升五度以上的话,这就是一个反应温度(注意只是一个反应温度,不一定是你想要的反应温度,可能是副反应的温度)。
2)如何防止冲料:冲料是由于温度急速上升,使产生的气体不能及时的排出而造成的。冲料之前的主要现象:刚开始的时候,烧瓶上端内侧会产生少量的液珠(这证明反应体系已经有局部回流),温度变化开始加大;搅拌的旋涡中慢慢充满气泡。这时注意要做好降温和排气工作。降温的方法:停止加热或者关小加热,如果气泡还继续增加,先减小搅拌(注意如果你停止了搅拌后,要等温度降了以后才能慢慢开,不然一开搅拌就会有冲料的危险),用湿布再降温,然后用水浴降温。排气的方法:撒去干燥管,条件可以的话可以在烧瓶上面多加一支回流管,还可以用泵的把气体带走。
冲料主要出现在刚开始加热的时候,所以反应和蒸溶剂的时候,要缓慢加热。正因为这样,在瓶里装料的时候,一般不能超过反应瓶的2/3。冲料是件可怕的事情,朋友们要多加小心!
3)冰浴的时候,你搅拌降温体系了没有?
时不时地搅拌降温体系这样可以加快降温效果,接近瓶外侧的降温液体总会比别的地方的温度高一些,所以在冰浴降温的时候,经常搅拌冰(水)浴可以提高降温速度。
4)蒸溶剂的时候,你记得在瓶外面保温了吗?
溶剂到了沸点的时候,就会蒸出来,但实验的过程中并不是这样的。因为你可能忘了在瓶外面加了一些保温的东东,所以虽然液体到了沸点温度,但气体快到瓶口的时候又掉了下来。所以记得保温,这样就不会老是蒸不出东西了。
5)在做分析的时候,你做了空白实验没有?
在分析之前先做一下空白实验,可以减少误差,而且可以知道你现用的溶剂纯不纯。分析出现了差错,对于合成人员来说,就像一种暗器,使所有的付出死的不明不白。
6)过柱子时,你会赶跑沙芯层底下的液体吗?
在沙芯层到阀门之间的空隙如果有液体的话,会使经过吸附剂的展开剂不能完全分开。本来经过吸附剂的展开剂可以把产品中的各种物质分开,但因为没有赶跑空隙(沙芯层到阀门之间的空隙)中的液体,大忙了一会,结果分离效果还是不好。得不偿失!想要赶跑空隙里的液体,先把阀门打开,用一支毛细管顺着阀门口伸进去,伸到空隙里的液体,这样就可以把里面的液体赶跑。
7)结晶你用过水析吗?
当你试过多种溶剂的以后,而结晶出来的产品,还是不能达到合格的要求的话,不妨试试水析的方法。操作过程:先用易于溶解产品的有机溶剂(这种有机溶剂要能跟水相溶)加热溶解,然后把水滴加进去(方法同于混合溶剂)。
8. 有机合成实验操作注意事项
实验中的每个环节都很重要,忽略任何一个都可能导致实验的失败,每个人在实验中都有自己的一些好的细小的习惯:
1) 实验之前要看资料,看的资料最好规类存放,看过后记下重点内容,并将出处标明,以免日后找不到。
2) 要清楚自己所做实验的原理,这样通过仔细记录每步实验的操作,才能找出实验失败的原因。
3) 认真做好实验前的准备工作,包括试剂、仪器的准备,实验方法的确定,请教一下做过类似实验的人。实验不单单是做出来的,还要有你的思想在里面,否则和一个操作工有什么区别。
4) 要有风险意识,有些实验你要费很长时间的,或要花很多钱的以及结果对你接下来的实验很重要的,最好做一份详尽的试验流程图贴在试验台前,需要特别加以注意的地方要特别标注,可以随时参照。
5) 做实验前,设计好时间安排,可以在有限的时间内做更多事.利用起离心和电泳的空闲时间补上记录和作一些整理工作
6) 先写实验步骤再做实验,实验的间隙注意写下实验现象的描述,实验后注意实验数据的整理和分析。
7) 试剂最好自己配,公用的试剂第一次用时要做质检,并注明时间和谁配的,实验室中每个人都应该有个单字母缩写的名字。
8) 不轻易用别人的东西,用时先打招呼,记录要详细,配液体时要记录试剂的批号等?
9) 加入试剂之前,把它混匀一下,以免放置时间长了浓度不均。
10) 用枪时务必注意轻轻吸液,以免吸到枪里面,很容易就会将枪腐蚀了,而且容易污染以后的实验。tip头吸完后马上从移液器上取下来,以免忙乱的时候又以同一tip汲取另一种试剂。一个枪头如果可以连续吸两次的话,也不能吸,主要是第二次吸时不准,同时也不能完全打出来。移液枪用完之后要归到最大计量的位置,防止久而久之弹簧失去弹性。
11) 不用酶标枪时不要一直拿在手里,不可以倒过来(特别是里面还有液体的时候)。
12) 取用有盖子的器皿时,不能抓盖子,以免脱落! 湿手不可握光滑玻璃器皿,以免滑脱!
13) 用完量桶或者烧杯后,及时清洗,并放入烘箱。
14) 作实验时不胡思乱想,叽叽喳喳,说话、聊天。也不要老是想着结果,平心静气,注意细节,认真记录,因为失败是常事,不要回过头不知道该从哪里找原因。做完后再海阔天空的联想,特别是实验的新思路和方法。认真分析试验数据。
15) 一次最好只更改一个实验条件,不然就搞不清楚到底是哪个条件改变影响了实验结果。
16) 不管大小实验,做完后都要认真做记录,不要等,好记性不如烂笔头。笔记要全"要多全有多全",还有一点很关键,笔记要放好,别掉了。
17) 做完实验,清理实验台,药品归位,仪器归位!及时处理垃圾整理物件,以便下次能够更快、更好,更方便的继续工作!有些东西可以回收的就回收,很多实验室的枪头是回收的。
18) 所有的东西都要及时标记好,日期,药品名称,浓度等。同时记录本上应该有详细的情况。重要的东西可以再加贴一张标签纸,在冰箱中反复冻融会使字迹模糊,可以再用透明胶带纸贴在字外面。
19) 做完实验要洗手。离开实验室前或进入实验室前注意水,电是否安全。最好不让干燥箱过夜。一定要记着关水浴箱,切记切记。
20) 实验结束后尽快整理实验数据,该统计分析的就分析,该作图的作图。同时,查阅文献,对自己的实验结果能够准确解释。团结周围一起做实验的同事,多和大家讨论,同时多关注别人讨论的经验,这几乎是最快提高的捷径了!
21) 注意他人的安全,注意自己的安全,注意实验室的安全!
大胆尝试,不要怕做不出来。尝试越多,获得原创性发现的可能越大。
9. 重结晶技术
1)溶剂的选择原则和经验
a. 常用溶剂: DMF、氯苯、二甲苯、甲苯、乙腈、乙醇、THF、氯仿、乙酸乙酯、环己烷、丁酮、丙酮、石油醚。
b. 比较常用溶剂:DMSO、六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、环己酮、丁酮、环己酮、二氯苯、吡啶、乙酸、二氧六环、乙二醇单甲醚、1,2-二氯乙烷、乙醚、正辛烷。
c. 一个好的溶剂在沸点附近对待结晶物质溶解度高而在低温下溶解度又很小。DMF、苯、二氧六环、环己烷在低温下接近凝固点,溶解能力很差,是理想溶剂。乙腈、氯苯、二甲苯、甲苯、丁酮、乙醇也是理想溶剂。
d. 溶剂的沸点最好比被结晶物质的熔点低50℃。否则易产生溶质液化分层现象。
e. 溶剂的沸点越高,沸腾时溶解力越强,对于高熔点物质,最好选高沸点溶剂。
f. 含有羟基、氨基而且熔点不太高的物质尽量不选择含氧溶剂。因为溶质与溶剂形成分子间氢键后很难析出。
g. 含有氧、氮的物质尽量不选择醇做溶剂,原因同上。
h. 溶质和溶剂极性不要相差太悬殊。水>甲酸>甲醇>乙酸>乙醇>异丙醇>乙腈>DMSO>DMF>丙酮>HMPA>CH2Cl2>吡啶>氯仿>氯苯>THF>二氧六环>乙醚>苯>甲苯>CCl4>正辛烷>环己烷>石油醚。
2) 重结晶操作
a. 筛选溶剂:在试管中加入少量(麦粒大小)待结晶物,加入0.5 mL根据上述规律所选择溶剂,加热沸腾几分钟,看溶质是否溶解。若溶解,用自来水冲试管外测,看是否有晶体析出。初学者常把不溶杂质当成待结晶物!如果长时间加热仍有不溶物,可以静置试管片刻并用冷水冷却试管(勿摇动)。如果有物质在上层清液中析出,表示还可以增加一些溶解。若稍微浑浊,表示溶剂溶解度太小;若没有任何变化,说明不溶的固体是一种东西,已溶物质又非常易溶,不易析出。
b. 常规操作:在锥形瓶或圆底烧瓶中加入溶质和一定溶剂,装上球冷,加热10分钟,若仍有不溶物,继续从冷凝管上口补加溶剂至完全溶解再补加过量30%溶剂。用折叠滤纸(折叠滤纸和三角漏斗要提前预热)趁热过滤入锥形瓶。滤液自然冷却后用布氏漏斗抽滤(用滤液反过来冲洗锥形瓶!)。如果物质在室温溶解度很小,滤饼可以用少量冷的溶剂淋洗(先撤掉减压,加少量溶剂润湿滤饼,再减压抽干。注意:用玻璃塞把滤饼压实有助于除掉更多溶剂!)。如果所用溶剂不易挥发,可以在常压下加入少量易挥发溶剂淋洗滤饼,如DMF可用乙醇洗,二氯苯、氯苯、二甲苯、环己酮可以用甲苯洗。初学者常遇到问题:大量结晶在滤纸上析出,原因是漏斗和滤纸预热不好、溶剂过量太少、过滤时间太长。如产品贵重,可将三角漏斗和滤纸置于锥形瓶上用蒸气预热,边过滤边用已经过滤的滤液蒸气保温,但上述操作比较危险,甲苯、醚类、石油醚、环己烷等易燃溶剂慎用此法。注意:用热的重结晶母液淋洗滤纸和所有黏附溶质器具并冷却可减少结晶损失。
c. 反常规操作热抽滤:吸滤瓶不能预热,布氏漏斗和滤纸放在溶解溶质的锥形瓶上面利用上升蒸气润湿,放在吸滤瓶上立即趁热抽滤。注意抽气压力不能太大以防止吸滤瓶中母液爆沸!初学者常犯错误:滤纸没有贴紧(可用双层的)、动作迟缓导致结晶在布氏漏斗中析出、抽气压力太大导致滤液被吸入泵中、过滤完毕没有立即卸压导致大量溶剂被抽进泵中。
总之,与“相似相溶“背道而驰就对了,大极性的东西,用中等极性的溶剂结晶;小极性的东西,用大极性的溶剂。这样,有一半以上的情况是适合的。
①. 先试:石油醚(正己烷)、乙醚、乙酸乙酯、乙醇、水,再试:丙酮、甲醇、乙腈、苯、氯仿、乙酸、吡啶等。如果还不行,就只好混合了。乙醚可以利用其(1)挥发性;(2)延玻璃向上爬而使固体析出的特性。丙酮如不与水配伍,应加以干燥。
②. 混合溶剂法:用过量热的良溶剂溶解,过滤,加热,缓慢加入不良溶剂至有浑浊,加热至澄清。静置等待。
③. 用分级结晶法。积累的母液过柱。
a)过柱预纯化,粗分离后再结晶;b)石油醚热提-冷析法;c)选低沸点的溶剂如乙醚;4)晶种的取得,用玻璃棒沾一滴溶液,挥干。e)不要轻易冷冻,用让溶剂自然挥发的方法。
关于用乙醚结晶。回流乙醚时,要加一冷凝管。不断从上口加乙醚,直至混浊消失,有时是因为溶解的较慢,而不是不能溶,所以要有耐心。如果加入很多乙醚还有少量沉淀不溶,则将其滤去,滤液浓缩至有固体析出,再加热,加入少量乙醚使澄清。自然放冷,可得晶型较好的结晶。过滤。用少量乙醚洗晶体。洗涤液合并入母液,在盛母液的瓶口蒙一层滤纸,或塞一团卫生纸,让乙醚自然挥发,而不能落入灰尘。每天早晨看一眼,直到有满意数量的晶体出来,别太贪了,挥发干了就又要重来了:)我曾经用此法成功拆分了左旋和右旋的生物碱。。“石油醚热提-冷却法”也是我用来对付油状物的方法,加入石油醚,沸腾,倾出上清液,底部油继续加入石油醚热提取,直至石油醚层无色,则基本提取完全。冷却后一般会析出晶体。另外成油的一个原因是降温太快。
10. 过柱的经验之谈
常说的过柱子应该叫柱层析分离,也叫柱色谱。我们常用的是以硅胶或氧化铝作固定相的吸附柱。柱子可以分为:加压,常压,减压。压力可以增加淋洗剂的流动速度,减少产品收集的时间,但是会减低柱子的塔板数。所以其他条件相同的时候,常压柱是效率最高的,但是时间也最长,比如天然化合物的分离,一个柱子几个月也是有的。减压柱能够减少硅胶的使用量,感觉能够节省一半甚至更多,但是由于大量的空气通过硅胶会使溶剂挥发(有时在柱子外面有水汽凝结),以及有些比较易分解的东西可能得不到,而且还必须同时使用水泵抽气(很大的噪音,而且时间长)。加压柱是一种比较好的方法,与常压柱类似,只不过外加压力使淋洗剂走的快些。压力的提供可以是压缩空气,双连球或者小气泵(给鱼缸供气的就行)。特别是在容易分解的样品的分离中适用。压力不可过大,不然溶剂走的太快就会减低分离效果。个人觉得加压柱在普通的有机化合物的分离中是比较适用的。
关于柱子的尺寸: 应该是粗长的最好。柱子长了,相应的塔板数就高。柱子粗了,上样后样品的原点就小(反映在柱子上就是样品层比较薄),这样相对的减小了分离的难度。试想如果柱子十厘米,而样品就有二厘米,那么分离的难度可想而知,恐怕要用很低极性的溶剂慢慢冲了。而如果样品层只有0.5厘米,那么各组分就比较容易得到完全分离了。当然采用粗大的柱子要牺牲比较多的硅胶和溶剂了,不过这些成本相对于产品来说也许就不算什么了(有些不环保的说,不过溶剂回收重蒸后也就减小了部分浪费)。现在见到的柱子径高比一般在1:5~10,书中写硅胶量是样品量的30~40倍,具体的选择要具体分析。如果所需组分和杂质分的比较开(是指在所需组分rf在0.2~0.4,杂质相差0.1以上),就可以少用硅胶,用小柱子(例如200毫克的样品,用2cm×20cm的柱子);如果相差不到0.1,就要加大柱子,我觉得可以增加柱子的直径,比如用3cm的,也可以减小淋洗剂的极性等等。
关于无水无氧柱:适用于对氧,水敏感,易分解的产品。可以湿柱,也可以干柱。不过在样品之前至少要用溶剂把柱子饱和一次,因为溶剂和硅胶饱和时放出的热量有可能使产品分解,毕竟要分离的是敏感的东东,小心不为过。也是因为分离的东西比较敏感,所以接收瓶一定要用可密封的,遵循schlenk操作。至于是加压、常压、减压,随需而定。因为是schlenk操作,所以点板是个问题,如果样品是显色的,恭喜了,不用点板,直接看柱子上的色带就行了。如果样品无色,只好准备几十个schlenk瓶,一瓶一瓶的点,不过几次之后就知道样品在哪,也就可以省些了。
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