長晶體（培養單晶）有哪些奇技淫巧？

01-24

知乎上有人問過柱子，其實我覺得長個單晶也是挺考驗技巧的，單晶製備常常就是百不得一，有時候長個好幾年才長出來。因而有此一問（總不能長晶體就靠臉吧）。
相關問題：過柱子有什麼奇技淫巧？ - 化學 - 知乎

謝邀。我沒有太多奇技淫巧，我的單晶長發都挺單一，都是vapor diffusion……

比如這篇文章（Influence of Constitution and Charge on Radical Pairing Interactions in Tris-radical Tricationic Complexes）里長出來6個單晶，都是在手套箱里製備好稀溶液放到小管子里，再把小管子放進裝著不良溶劑的小瓶子里封口，丟到手套箱的冰箱里，讓不良溶劑的蒸汽在低溫下擴散到樣品溶液里使其結晶析出。過一個月回來看，要麼就是細小的晶體，要麼就是一堆無定形粉末……

Crystal growing is an art.

前輩們講的都很全面。明確了一點，長單晶能有什麼奇淫技巧？更多是通過試錯得到一些經驗。

先說說，單晶培養常用的一些方法吧，細節自己百度哈：

Slow Evaporation ，緩慢揮發法
Slow Cooling ，降溫結晶法
Variations on Slow Evaporation and Slow Cooling
Vapor Diffusion ，氣相擴散法
Solvent Diffusion (Layering Technique)，溶劑擴散法

上面這些方法，各有優劣，應該適合不同的體系吧，我覺得影響結晶最大的兩個參數是溶劑和結晶時間。結晶時間一般都是越慢越好，成老闆推崇的Fujita 的 Metal Organic Polyhedron的合成大多是在低溫下，超過數月的時間結晶的。給我們提供了嘗試的更多選擇。當然，不同的化合物的結晶難易程度是不一樣的，所以有的時候失敗多了，也別方，如下圖，不服，您給我長個 covalent organic framework 的晶體結構試試，心痛。

我看上面沒怎麼講，溶劑擴散法結晶的，這傢伙做起來感覺自己就是雞尾酒調酒師，太費時了，不到萬不得已，絕不使用。但這個小技能還是不錯的，用核磁管來溶劑擴散長單晶，如下圖：

核磁管細細的身材，能夠降低溶液混合的速度，特別容易結晶。當然對溶液的選擇也是有要求的，上下兩者密度盡量差別大些，沸點盡量高些。

以後打完核磁可以接著長單晶哈。單晶怎麼拿出來？鋸了它。

氣相揮發法在我們實驗室被普遍採用（過渡金屬配合物），長這樣，配合物被溶解在良溶劑里，不良溶劑在廣口瓶裡面，氣相擴散，長出晶體。VIP，新試管領回來，先讓本科生用刷子洗一下再用（開光）。這裡面，反溶劑的選擇重要，揮發快了，易出沉澱。比如，冬天我們常用乙醚 (bp 35℃)，冬天用異丙醚(bp 69℃)。同樣，化合物的濃度和潔凈度也同樣重要，一般都會濾紙過濾一下。更多是通過實驗現象來進一步優化實驗條件，很難一勞永逸。

最後，放張小分子氣相擴散常用的溶劑組合，親證管用。

寫的真的好隨便，方法論你們自己去看文獻，吼不吼~~

reference：

http://pubs.acs.org/page/vi/reticular-chemistry.html
http://www.colorado.edu/lab/zhanggroup/sites/default/files/attached-files/crystal_growing_guide.pdf
Cryst Eng Comm, 2012, 14, 751–757

瀉藥，標記。

只做過有機物的單晶培養，無機及金屬配合物的沒做過，據說比有機容易的多。當年ACTA Crystal（經提醒，可能是晶體學報E，看來是我記錯了，原諒我搞有機的，不關注這個雜誌）還是SCI的時候，我們學校有一個野路子的副教授為了評職稱，據說他們實驗室一個月可以搞十個能發單晶學報的單晶。

後來這個奇淫技巧被一些野雞大學的教授嗅到了，於是就出現了某些學校一年能灌水幾十篇單晶學報的盛況，後來這雜誌就玩火自焚被踢出SCI了。

不同類型的有機物的單晶是有不同的溶劑配製方法和揮發條件選擇的，如果你們實驗室做有機物都是跨度很大，不是一個系列的話，那你也沒啥好辦法，這個一般都是一個實驗室很多年都是做一系列的有機物，所以就有固定的配比和方法，基本上都試一下，來個十幾組就肯定能挑出幾個單晶，如果沒有的話，也沒啥好辦法。

當然，如果其實是有的，但是你的師兄師姐不想傳授給你，那就是你倒霉了。自己慢慢試吧，反正我看到的文獻上記載的，排除真實性問題，一般很難迅速重複出來的。

這個我記得當年我邀請過成老闆……這麼長時間過去了，我把我到處學來的微小的經驗在這裡總結一下。以及特別說明一下，我對專業術語不太熟悉啊……製備方法分類和命名都是我自己編的野雞命名法。

1. 溶劑揮發

這個基本思路是把化合物直接溶解到溶劑當中，然後等溶劑緩慢揮發。隨著溶劑的緩慢揮發，有機物緩慢析出，隨機生長成晶體。對於這個方法，可控變數有三個，（1）溶劑種類（2）溶劑揮發速率（3）溶液濃度。

1.1 先說溶劑種類。一種選擇是單一溶劑，另一種選擇混合溶劑，就同時使用用良溶劑和不良溶劑。單一溶劑沒啥說的，混合溶劑的話，裝置我做過兩種，一種是 @成楚暘成老闆提到的，內瓶（一般用質譜瓶）用良溶劑溶解有機物，然後把內瓶放進外瓶中，外瓶（一般用稱量瓶）裝有不良溶劑，內外瓶處於同一體系，體系是密閉的，而內外瓶互通，等不良溶劑揮發擴散到內瓶中，使得有機物溶解度降低而析出。注意在裝置中要對內瓶進行固定，在這個裝置里，我用的是買來的500ml溶劑的內塑料蓋，把內塑料蓋挖個洞，就可以把質譜瓶固定住了。免得瓶子倒了麻煩。不知道我講清楚了沒有，我目前手上沒圖……

1.2 另外一種是用移液槍和質譜瓶，先加良溶劑溶液樣品，再用移液槍往裡加不良溶劑，加的時候小心沿壁加入，讓良溶劑和不良溶劑分層，然後蓋上質譜瓶蓋子，然後找個注射器，卸下針頭，往質譜瓶一插，這樣溶劑揮發速率就慢了。通過調控溶液和不良溶液的體積比例，以及不良溶液的種類，我們可以獲得很多種條件下的溶液揮發樣品，數量挺大的。

這兩種方法比較，我覺得溶劑擴散那個裝置更靠譜一些，不過樣品製備比較花時間，也很耗空間以及稱量瓶。後者沒那麼靠譜，但是制樣快啊，而且還能通過移液槍輕易控制溶劑比例，一個小時能製備上百個樣品。畢竟長單晶這種靠機緣主要基於試和運氣的事情，我傾向於後者。

1.3 還有用核磁管長的，揮發更慢，原理一樣，我就不用多說了。

以及可以通過溫度控制揮發速率（其實說白了就是丟不丟冰箱里去）。慢的話長出來概率更高，但是耗時更長……看你們自己的。

重點是緩慢揮發，以及在單晶生長過程中，防止搖晃和碰撞。讓物質靜置析出。

1.4 drop-casting

這個方法也算是溶液法，但是對大多數人不適用，這個方法被用來大面積製備單晶，不過需要特殊的設備。材料科學向的東西。

1.5 溶液濃度忘記說了。這個取決於具體的物質，抽象的說，濃度不要太高不要太低（廢話），太高的話析出太快，單晶長不好，太低的話速度太慢了。我一般是加過量物質配飽和溶液，微孔濾膜濾掉多餘固體後再加0.5-1體積溶液進行稀釋。

2. 升華法

2.1 既然名字都叫升華法，那自然就只能針對固體使用了。那個設備設備一般叫純化爐或者管式爐，基本原理是對體系抽真空，對固體加熱升華，再在不同溫度區間冷卻沉積固體，，除了原材料是固體以外，跟分餾的原理基本一樣的。這樣直接對體系抽真空，然後升華再分溫度段冷卻沉積，部分有機物就能直接在管壁上形成很漂亮的單晶。這個方法在文獻里一般稱為purify by sublimation 或者purify by 5-zone 之類（5-zone指五個溫度段，比如真空下設置270-230-190-150-60五個溫度段，材料在270度的溫區那升華，然後在不同溫度下冷卻沉積，達到分離固體組分的效果）。嚴格來說這個設備最初的目的是提純固體物質，只不過剛好也能做出來單晶而已……

2.2 有機物單晶的氣相生長是一個專門研究的領域，這種專門長的設備跟前面直接升華的挺像的，但區別在於這種氣相生長的條件是通氮氣，隨著原料加熱區和沉積區的溫度，以及氮氣氣流速率的不同，生長出單晶的質量，大小和厚度等都有可能發生變化。這個領域一般用的是純度已經比較高的材料了。

另外有個問題，不同方法長出來的單晶晶型可能跟升華法長出來的不一樣（參考文獻：Nat. Commun., 2015, 6, 5954。順便說一下這個NDI衍生物穩定性真好，居然能在空氣中升華還沒報廢。。。），而且升華法製備出來的單晶質量可能更好（參考文獻：J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 15322-15323）。

3. 分子籠

參考成老闆的專欄：東京大學Makoto Fujita教授課題組做出來的容易成為單晶的金屬配合物，大致機理描述為用配合物「籠子」把你要測單晶的分子「裝」起來，那麼這些分子在金屬配合物的「籠子」當中也可以形成定向排列，這種複合單晶可以送到單晶XRD去確認結構。很有意思的內容，具體的請參見成老闆的專欄，我就不剽竊了：

你所在或了解的領域有哪些技術上不是很複雜，但創意非常好，很有原創性的研究？ - 成楚暘的回答 - 知乎

不過這個方法對材料領域不太適用就是了，因為對於材料科學而言，材料分子的結構確定沒全合成那麼難，一般材料科學需要的是材料分子與材料分子之間的堆疊方式的信息，這個信息需要材料自己的單晶結構來提供。東京大學這位教授的方法做出來的單晶並不能提供這個信息。

補一個特別的小提示，單晶這東西，有時候長得好不如挑得好和解得好。對於一個水平不錯的人用的一般的設備而言，他有可能挑不出合用的單晶，單晶挑出來了你的樣品還不一定及格，上不了樣；但對於封神的人和封神的儀器而言，他可能在一堆雜物中挑出一小塊單晶，那塊單晶又薄又脆，還有嚴重的孿晶現象，但他就是能給你收到足夠的單晶信號並且給你解出來。總的來說，就是當你的單晶在本校的人和儀器搞不定的時候，可以試著另請高明，把樣品寄到別的地方測，說不定數據就有了。別問我怎麼知道的……

我知道的也就這麼點東西了……寫得挺水的，都是零碎時間順手手機一打累積起來的產物，電腦稍微加個文獻改幾個字就發了……再想到啥要修改的我繼續補充。

說點巫言亂語的人生經驗：找個好的打單晶老師第一重要。

之前在華東某高校做合成，負責的實驗中心老師經常以晶體太小，單晶混雜多晶，晶體性狀不統一等理由為由拒絕服務，雖然我自己顯微鏡下看著很好了都不行。搞得我一直認為我長了錯誤的單晶，而正確的單晶一定得像氯化鈉顆粒那樣才能玩。

結果，到國外某合成絡合物的實驗室呆了三個月，才明白國內多少實驗耽誤在那些素質堪憂，服務巨辣的實驗老師身上。

就是這樣，千萬別想在一棵樹上弔死，除非這棵樹是真正的大樹。而國內這方面的專家老師太少了，大部分戰五渣不解釋。

師妹/師弟別碰！

參見成老闆@成楚暘的答案

http://www.zhihu.com/question/27045428/answer/35055166

很多人科普了一些基本常識。問題有什麼奇淫技巧，這個奇淫是啥意思啊？？？

說幾個我見過的奇人吧。

1. 我一個師姐，做單晶出身，很多配體和金屬只要她看一看就知道能不能出！真的！她說什麼溶劑什麼溫度能長就真的可以！她說這個夠嗆的最後也沒培養出來。神不神，我們選完配體老師都說讓師姐看看行不行。那師姐文章一大堆，不過後來博士畢業就回家生孩子了。

2. 我帶的一個師妹，每到5月和9月瘋狂做，小瓶放在不會陽光直曬，也不會陰冷潮濕的架子上，誰也不能碰，還會給瓶子放音樂，也不知道哪看到的文獻說音樂影響晶形。

3. 另外一個師妹，燒釜居多，每次放到烘箱前都和釜說話，交流一下，有時候還鼓勵他們，讓他們好好長，看得我怪害怕的。

對，兩個師妹都是我帶的，我也沒教這些啊？

無機不清楚，有機長單晶是天坑，勿跳……

作為一個博士期間長過150個單晶的人，實驗室的同胞們總說我有一雙magic hands。但我自己其實清楚得很，我的成功率並不比別人高，只是更執著嘗試的更多罷了。我有一直想長沒長出來的，也有長出來一次因為測量的時候液氮保護漏空氣結果包了一層雪球作廢最後等了兩年半再長出來的，更多的是反應做完直接從梯度萃取液中第二天就長出來的。Experience is more important than intelligence. 至少在單晶屆這是真理。

曾經看到個養單晶的文獻，好像是某大學的教程，需要一雙藝術的手。。。

如果師兄師姐喝了酒千萬攔著別讓他們回實驗室！

沒啥實際操作經驗先謝邀吧

看到組內博後大牛搞了一堆小錐形瓶等了一個星期用小鑷子找最後單晶數據學校tech解不出來後來找無機組的老中博後搞定所以這個事情我覺得前面有同修答得有理還是後期處理很重要

怎麼會有人邀請我回答這個問題，難道是因為我名字有個晶字？

額。。。。。

講真，從我2年多的長單晶經驗來看（多為溶液擴散法），這活真的需要靠感覺。有時一看，覺得長得出來，過幾天後還真的長出來了，而且晶體質量還不錯。

其實原理都一樣，不過有時就需要多做做，做多了就好。

沒有，下一題

說到頭就是控制生長速率，沒啥奇技淫巧。

具體來說就是調控溫度、濃度、成核方式以及結構基元間的相互作用。操作上的細節要根據樣品自身特點來設計方案，仔細做正交實驗摸條件。

耐心，耐心，還是耐心

如果是培養小分子有機物的單晶，做衍射確定結構的話，有一種液相擴散法的方法挺好用的，我用這種方法自己養出了兩個晶體，「指導」師姐師妹師弟同學培養出來了三四個。我是從小木蟲上學的，剛才又去搜了一下，沒有搜到，我簡單說一下吧，就是選擇兩種溶劑，一種溶解度大，密度大（溶劑A）；另一種密度小，溶解度小且與溶劑A相溶（溶劑B）。找一個乾淨的試管，在試管壁上刮幾下，用1ml左右溶劑A溶解一定樣品（飽和或近飽和），濾膜過濾或用針管吸取上清液小心加到試管底部，然後緩緩加入溶劑B（用針管在液面上方一點沿試管壁緩緩加入，注意不要破壞液面層），家5ml以上，然後塞住試管口，基本一夜最多一天一夜就長出來了。如果兩天還不出來就失敗了，旋去溶劑或者萃取回收，重新選擇溶劑再養（樣品多的話多選幾種溶劑，同時試）。