在无数生物和化学实验室里,点燃本生灯进行无菌操作,几乎是每位科研人员刻在骨子里的肌肉记忆。人们长久以来笃信,本生灯火焰产生的热对流气流,能像一道无形的屏障,将携带微生物的颗粒从实验台上方带走,从而净化工作区域。
本生灯产生热气流净化工作区示意图
图源:https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01028-26
然而,这项沿用了近两个世纪的经典操作,最近却被一项最新研究狠狠「打脸」了。
今年 8 月,美国普罗维登斯学院(Providence College)的微生物学家 Hannah Gavin 及其团队发现,本生灯的无菌效果可能被严重高估了,它甚至可能加剧污染。
图源:论文截图
为了验证这一假说,研究团队巧妙地培养了一种名为「暗红戈登氏菌」的亮橙色细菌,用于充当模拟喷嚏、皮屑和扬尘等常见污染源的「替身」。
在实验中,研究人员向空气中喷洒含菌液体或抖动沾有细菌的毛巾,故意污染工作区后,分别点燃和未点燃本生灯,并在旁边打开培养皿让细菌沉降。
结果令人震惊:
大多数情况下,点燃本生灯并没有减少培养皿上的微生物沉降。
在一些污染水平较低的条件下,点燃火焰甚至可能让干燥颗粒的沉降增加。只有当空气中的干燥颗粒污染达到非常高的水平时,特定尺寸的本生灯才表现出一定的降低沉降作用。
因此,研究人员认为,本生灯作为一种「空气无菌屏障」的作用,并不是普遍成立的。
更值得注意的是,他们在检索相关资料时发现:这个被教材、实验室指南和科研人员使用了几十年甚至上百年的操作,其实一直缺少足够的实验数据支持。
这条新闻很容易被解读成:「本生灯没用了!」但事情并没有这么简单。因为本生灯依然可以利用高温直接灭菌金属接种工具,它也依然是实验室历史上极具代表性的仪器。
或许真正值得我们关注的,不是这盏灯该不该用,而是发明它的人:Robert Wilhelm Bunsen——罗伯特·威廉·本生。
一位 20 岁的博士和一只眼睛的代价
1811 年,罗伯特·本生出生于德国哥廷根。今天的人们认识他的方式非常简单:本生灯。
但如果把时间拨回 19 世纪,你会发现,本生真正的身份远比「一盏灯的发明者」复杂。
罗伯特·本生
本生的父亲是哥廷根大学的教授和图书管理员,母亲也出身于高级公务员家庭,因此本生从小生活在一个浓厚的学术环境里。
1828 年,本生考入哥廷根大学,师从镉元素发现者斯特罗迈尔,还受教于数学巨匠高斯。年仅 20 岁本生便获化学博士学位,随后他带着旅行资助游学欧洲,遍访盖-吕萨克和李比希等一流化学家,学术视野大开,为他日后的独立研究奠定了坚实基础。
然而,本生的科研之路并非坦途,而是伴随着致命的危险。
1833 年回到哥廷根大学任教后,他将目光投向了剧毒的砷化合物,并首次合成了有机砷化合物「卡可基」(Cacodyl)。
这种物质毒性极强、挥发快、易爆炸,甚至能在空气中自燃。
本生曾心有余悸地描述:「该物质毒性极大,制备和纯化只能在露天进行。操作者必须用一根长导管呼吸……即使仅有数粒该物质在室温下蒸发,任何吸入其蒸气的人都会突然头晕目眩,甚至失去知觉。」
在长期的研究中,本生多次砷中毒。1843 年的一次实验中,有机砷发生剧烈爆炸,飞溅的玻璃碎片击中了他的右眼,导致他最终失明。
但是,本生并没有因为事故而彻底离开实验室。
在 1834 年他发现水合三氧化二铁能与砷结合生成不溶于体液的亚砷酸铁,这一发现长期被用于砷中毒的临床治疗。
可以说,这个差点毁掉他科研生涯的研究领域,也给他留下了一项重要的医学贡献。
失去一只眼睛后,本生决心远离危险的有机化学实验。
一盏灯的诞生打开了元素世界的新窗口
1852 年,他接任海德堡大学化学教授,着手改造实验室设备。当时的传统油灯和酒精灯要么产生煤烟熏黑容器,要么温度不够,煤气燃烧器更是烟尘重重。
本生与仪器技师 Peter Desaga(彼得·德萨加)合作,设计出了一款新型燃烧器——
煤气从底部小喷嘴进入灯管,灯座侧面的进气孔可通过旋转调节环控制空气吸入量。增加预混空气后,燃烧更充分,火焰由黄色变为蓝色,温度可达上千度且几乎无烟。
本生灯 图源:wikipedia
1855 年,这款燃烧器正式投入使用。
尽管有人认为发明功绩应归于德萨加,本生也将专利商业利润全数让给了他,但这款煤气灯最终仍被冠以「本生灯」之名。我们今天叫它「本生灯」,但它并不是本生一个人坐在实验室里突然想到的。
本生灯的火焰颜色很淡,呈近乎透明的淡蓝色,这意外解决了一个重要的科学难题:它大幅减弱了燃料燃烧产生的黄色火焰对物质特征光谱的干扰,让物质本身的特征光谱得以清晰呈现。
1859 年,本生与物理学家 Gustav Kirchhoff(古斯塔夫·基尔霍夫)合作,他们发现每种元素都有独一无二的「光谱指纹」:
当某种金属盐被置于本生灯火焰中加热时,火焰会呈现特定的颜色,而通过棱镜观察,这种颜色实际上是由若干条特定波长的明亮谱线构成的。
光谱分析实验装置 图源:www.beautifulchemistry.net/kirchhoff-cn
他们把火焰、棱镜和光谱观察结合起来,建立起系统的光谱分析方法。本生和基尔霍夫利用这种方法,很快发现了两种此前未知的元素:铯和铷。
铯的名字来自拉丁语 caesius,意思是「天蓝色」,来自它特征性的蓝色光谱线。铷则来自 rubidus,意思是「深红色」,同样来自它鲜明的光谱。
铯元素(Cs)和铷元素(Rb)的光谱线 图源:Chemicools
本生原本只想造一盏更好加热的灯,却意外催生了光谱分析法。这一工具后来为基尔霍夫分析太阳光谱、发现恒星上也有钠等元素铺平了道路,为现代天体物理学和量子力学点亮了明灯。
也就是说,这种方法不只让人类能够发现地球上的新元素,它还改变了人类认识宇宙的方式。
一些轶事
生活中的本生,对化学研究有着近乎偏执的严谨。
一次做铍元素分析实验时,一只苍蝇落在过滤漏斗边缘带走了样品。本生追到苍蝇后,用拇指和食指小心捏死(避免触碰其喙部),将整只苍蝇放入已称重的铂金坩埚中彻底灼烧,灰烬处理后得到约 0.1 毫克氧化铍,精确加到主体沉淀物质量中,使分析结果趋于完美。
但在感情上,他却是个「糊涂蛋」。
据说他在马尔堡大学任教时,曾向一位年轻女子求婚,对方答应后,他竟一头扎进有机砷研究几周没露面。等想起自己求过婚,却记不清成功没有,再次登门重说求婚话时,那位女士因他长时间失踪连这么重要的事都记不清,愤而将他拒之门外。
自此本生终身未婚,将全部热情倾注给学生和实验室。他的学生包括丁达尔、门捷列夫、哈伯等科学巨擘。
1899 年 8 月 16 日与世长辞时,他的学生,时任伦敦大学副校长的亨利·罗斯科评价道:
「作为科学家,本生是伟大的;作为导师,他更加伟大;而作为一个人、一位朋友,他则是最伟大的。」
本生一生与火焰相伴,从危险的砷实验,到本生灯,再到光谱分析与新元素的发现,他留下的不只是一盏灯,更是一种不断探索的科学精神。
而今天,最新研究重新审视这盏用了 170 年的「经典工具」,也提醒我们:
科学从来不是盲目遵循传统,而是在质疑、验证与修正中不断前进。
参考来源:
[1]https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01028-26
[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Bunsen
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/RTf3L5dxYp44R1okhJd_mQ?scene=1&click_id=2105269822
[4]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2026/9/571019.shtm
题图来源:图虫创意

