有一天,同事对我说仪器不知道出了什么毛病,测出来的界面张力跟以前不一样。那台仪器是我管理的,自从搬到新实验室我就一直没有用。同事说出了毛病,我就得负责把它弄好。
水和油之间的界面上,存在一个界面张力。把油分散到水中的关键核心,就是降低这个张力。一种蛋白质或者其他分子降低界面张力的能力,就体现了它的表面活性。所以,我们经常要测量一种水溶液对油的界面张力。
那台仪器的原理并不复杂。水溶液被一个微量泵打到注射器里,在针头上形成一个小液滴。因为针头浸在油中,所以液滴的表面就是水和油的界面。水滴受到重力的作用要往下掉,而浮力和界面张力则向上“拉”住它。界面张力的大小由液滴的形状决定,而浮力和重力分别由水和油的密度决定。所以,只要拍下液滴的照片,再根据水和油的密度,就可以算出界面张力来。
我们一般把水和油的界面张力作为参照,来比较不同蛋白质的表面活性。同事发现的问题是:同样的油同样的水,早上和中午测出来的结果不一样!
我首先想到了两种可能:一是她用的油不稳定,从早晨到中午发生了变化;二是在测量不同的样品之间,注射器以及连接管线没有清洗干净,影响了结果。
同事是位博士,我提出的可能她也赞同,就去尝试解决。她拿了一瓶新的油,在第一天的早上和中午分别测量,中午的值比早上的明显要大。等了第二天早晨,她又用这个瓶子里的油重新测量,跟第一天早晨测出的数值很接近。这说明油并没有变质。为了检验第二种可能,她按照最严格的清洗流程,并且把清洗时间加倍,但是,问题依然如故。
她把自己的实验停下了,等着我解决问题。因为油水之间的界面张力没有标准值,无法确定我们测出的值是否准确。我就改成直接测纯水和空气之间的张力,在常温下应该是72左右。让我郁闷的是:不管是在早晨还是中午,测出的值都约等于72。也就是说,这个问题只在测油水之间界面张力的时候存在!
万般无奈之下,我只好打电话给仪器公司的技术服务。那是一个搞兼职的大学教授,我跟他还比较熟。他听了我的描述,难以相信,认为肯定是油不稳定。于是,我把那瓶油快递给他,由他自己的实验室测。过了几天,他告诉我,他的学生反复测过了,不管是啥时候测,数值都很接近,就是我们早晨测出的值。
看起来,一切都是我们的这台仪器在调皮。
因为仪器还在保修期内,我就要他过来看看。他说他完全没有思路,来了也是浪费时间,还是先做一些诊断再说。我把测量的原始数据文件发给他,他也看不出什么问题。然后,说想看看液滴的照片。其实那个仪器的软件并不存储照片,而是直接转化成数字保存的。我用计算机的截屏功能“拍”了很多液滴的照片发给他。他说:看起来中午的照片要亮一些。
我仔细看,确实是中午的照片要稍微亮一点点。难道,这就是原因?那么,为什么中午的照片要亮一些呢?
我能想到的就是:可能仪器上的灯使用时间太长,不稳定,因为某种我不知道的原因,在开了几个小时之后会变得更亮。于是,我说要不咱换个灯试试?他说那个灯寿命很长,只要不弄坏,应该可以用终生的,从来没有听说过不稳定。我想:我们现在遇到的情况你不也没有遇到过吗?不过出于对专业人士的尊重,还是决定做个实验来看看。
在第一天测完之后, 我把灯一直开到了第二天早晨。再测,得到的是早晨的数值。也就是说,长时间开灯并不是问题的根源!
他没有了办法,我也快绝望了。实在不成,就只能把仪器送回他们公司检修。在送回去之前,我需要写一份问题描述。于是,我决定再做一遍,把问题出现的所有细节都记录下来。
一切如常。早晨的数据是对的。等到中午,数据如期变大。那天阳光明媚,我顺手关了一下百叶窗,奇迹出现了:数值立刻往下跳!
我又打开百叶窗,数字又恢复到原来的值。看来,问题的原因是:百叶窗?!
我立刻打电话给那位教授。他大叫一声,说:我忘了你跟我提过你们搬实验室的事情了!那个仪器的核心就是那个照相机,照在液滴上的光主要来自于光源灯。但是那部分的密闭做得不太好,周围环境中的光线还是会有一定影响。
于是一切都清楚了:我们总是在早晨校正仪器,所以早晨测出的值总是正确的;到了中午,窗外的光线很强,跟早晨校正仪器的时候不同,所以测出的数据就不准了。以前的那个实验室在楼的中间,根本就没有窗,都是靠灯光照明,也就不会出现这种情况。而测水和空气界面的时候,这两种物质相差太大,边界明显,那点光线的差别几乎不影响拍到的液滴形状,所以早晨中午测出的结果都是对的。
教授说:这个仪器需要安装在光线恒定的房间,否则,就得每测量一次就校正一次。新的实验室分配已经确定,我也无法找到一个光线恒定的地方。每次测量之前都校正,显然是非常麻烦的。
最后,我想到了一个很“山寨”的解决办法:测量的时候,用毛巾把整个光源和相机部分盖住。同事试了试,说:虽然看起来有点怪异,不过问题的确是解决了。
(附图来自first-)