化學家說磷
——訪中國科學院院士趙玉芬

本刊記者/宋暉 吳浪

化學家說磷
——訪中國科學院院士趙玉芬

本刊記者/宋暉 吳浪

磷是什么？磷與我們的日常生活有什么關系呢？

說到磷與生活的關系，很多人自然會想到磷肥和磷飼料，因為磷對于生命體的重要性使得農作物和牲畜的生長都不能少了這一元素。

隨著近50年來磷化學研究的不斷深入，磷與人類的日常生活、工業發展越發密不可分，已經滲透到人類生活的方方面面。既然磷與人類生活如此密切相關，為讓更多人更多地學習磷化學知識，了解磷的作用和功能，更好地認識磷在人類現代生活中的重要地位，本刊記者采訪了我國著名有機化學家、中國科學院院士、廈門大學教授、本刊編委會副主任趙玉芬院士。

趙玉芬院士長期從事磷化學和生命化學的研究，在生命科學研究領域取得了重要的研究成果。她在生命起源的研究中，發現磷酰氨基酸能同時生成核酸及蛋白，又能生產LB-膜及脂質體，因此提出了它是生命進化的最小系統的展現觀點；發明了合成丙谷二肽的新方法，并獲美國及中國專利，同時獲得原料藥及制劑的新藥證書；發現了絲組二肽可以切割蛋白及DNA；利用電噴霧質譜技術研究了一系列磷酰化小肽的裂解及重排規律，進行了生物大分子和有機小分子的弱相互作用研究以及蛋白序列的分析等。迄今為止，已在國際國內刊物上發表400多篇論文，出版專著5部，獲專利成果11項。

磷與生活密切相關

“當前，磷化學研究呈現欣欣向榮的景象：新型結構類型的磷化合物大量涌現，生命有機磷化學研究成為熱點，有機磷藥物有重大發現，含磷的多功能材料在許多領域被廣泛使用……我作為一名研究磷化學的科研工作者，看到這種景象非常高興。同時，我也希望更多的人能夠了解磷與生活的密切關系，從而更加充分地利用好磷。”了解到我們采訪的初衷，趙院士非常興奮地說道。

磷在人體中的含量為1％，在遺傳物質DNA中磷的含量為9％，可謂生命的重要組成元素。除此之外，磷還有很多其他重要用途。“最近從新聞里面，大家也了解到了上海火災的一些情況，火災的危害使得我們更要重視磷的一個重要功能，那就是阻燃作用。”趙院士介紹道，現代工農業和人們生活中廣泛使用的材料，絕大多數在空氣中是可燃或易燃的。我們穿的衣服一般都是由化纖、棉制成的，這些材料遇到火極易燃燒，危害人的健康和生命；建筑物由于建筑材料成分各異、施工安全等因素也容易造成火災；機動車、火車、飛機，在事故中很容易爆炸著火，造成更大的損失……鑒于此，目前全球各發達國家都對材料的阻燃處理給予極大的關注。以前使用較多的是含氯或含溴的鹵系阻燃劑，這類阻燃劑阻燃效果雖好，但其毒性也比較大，發生火災時會生成大量的煙塵，而統計顯示，火災中，80％的死亡是由煙塵和毒氣窒息造成的。因此，歐盟已經頒布了溴系阻燃劑的禁用令。而含磷的磷系阻燃劑反而能夠抑制煙塵產生，而且不像含鹵阻燃劑那樣產生有毒氣體，因此含磷阻燃劑成為了火災的最大克星。

除了阻燃以外，趙院士還向記者介紹了磷對于農業、工業、醫療衛生等方面的重要作用。

農作物的生長過程中，會遇到各種蟲害和病菌的侵入，進而影響到農作物的產量和果實的質量，因此，需要各種農藥來對付這些害蟲和病菌。有機磷農藥就扮演了農作物守護神的角色，它是農藥中的佼佼者，不但可以作為殺蟲劑、殺菌劑，還可作為除草劑和植物生長調節劑，它們曾經壟斷了農作物守護神的大部分崗位；由于磷元素是植物必須的元素之一，在植物生長發育和新陳代謝中起著極其重要的作用，因此，磷肥成為了農業增收的保證，而且其使農業增產的效果已經在全世界得到證明；生命的起源離不開磷，生命的健康更離不開磷，牲畜的飼料中有了磷，就會使牲畜更健康、健壯，從而使養殖者損失減少，收益增加。

趙玉芬院士在第17屆國際磷化學大會開幕式上

磷酸酯可謂工業中的“萬金油”。我們都知道，金屬是很容易被腐蝕的，因此而造成的經濟損失讓人觸目驚心，但是如果在它們表面加上一層磷化膜就能防止腐蝕的發生，就可挽回部分經濟損失。除了做金屬的防護衣，含磷化合物還可以“淘金”、為塑料“整容”、固化油漆、剝離顏料、清洗金屬等。

玻璃的作用大家都有切身的體會，也知道它是易碎的。但是磷酸玻璃居然可以制作高機械強度的運動器材，它也是醫學、光學、電子方面的有用材料，這就在于它與普通玻璃的不同之處，表現為兩個極端：一個極端是可以“溶解”，溶解以后就能殺菌，還能作為藥物載體在人體內溶解而無害；另一個極端就是堅固，經得起摔打，可以制造雪橇、滑雪杖及其他運動器材等。

我們經常在電視、網絡等媒體上看到“火星四射”的鐵水從冶煉爐中流出的畫面，是什么材料使得熔爐承受如此高溫而巍然不動呢？是磷酸耐火澆注材料。因凝結方式不同，磷酸鹽膠凝材料中的磷酸鹽水泥用于搶修水泥路面、碼頭等；磷酸耐火澆注料廣泛用于高溫窯、爐的內襯；磷酸鹽膠結劑又能用于粘接電子元器件。此外，磷還廣泛應用于染料、顏料中。因其具有熒光性，磷在光電材料方面也得到了大量應用。

不知道大家有沒有聽說過“第三營養素”卵磷脂，它是天然物質，其醫療保健作用非常明顯。除了這個卵磷脂，含磷藥物在抗癌、抗病毒、抗關節炎等領域中也扮演著重要的角色。其實，磷在醫藥方面尤為值得一提的是它可以替換人體的“零件”，含磷骨水泥可以替代人的牙齒、骨骼甚至眼球，在這些替代零件表面可以生長黏膜、血管等，從而與人體相容。

在生活中，我們會經常看到洗滌劑包裝上的“無磷”標志。洗滌劑真的要禁磷嗎？其實，洗滌劑中不用磷，就得使用大量其他表面活性劑，會造成更大的污染。有些原本禁磷的發達國家，在硬水地區允許在洗滌劑中添加少量磷化合物，來減少其他表面活性劑的用量。除了這些以外，磷在生活中的很多方面都有廣泛的應用。比如很受人歡迎的可樂需要添加磷酸來調節酸味，并防止飲料發生沉淀；北方人愛吃的油條現在都不添加有害健康的明礬了，而是用含有磷酸鹽的復合蓬松劑，不僅改善品質，還增加營養。含磷水處理劑能輕而易舉地化解循環用水帶來的“水垢”。

“磷與人類生活真是息息相關，我這里只是簡單介紹了一些磷的用途，相信大家在生活中能夠感受到磷的重要存在。”趙院士非常希望能夠通過一些科普知識的傳播，使人們對磷有進一步的認識，從而更好地生活與工作。

趙玉芬院士(右)接受本刊記者采訪

趙玉芬院士主持第17屆國際磷化學大會，這是與外賓在廈大校園交談。

加強磷資源的保護

我國是資源大國，也是資源消費與浪費大國。《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十二個五年規劃的建議》中提出：加強資源節約和管理，加強能源和礦產資源地質勘查、保護、合理開發，形成能源和礦產資源戰略接續區，建立重要礦產資源儲備體系。對于磷礦資源的保護與利用，趙院士非常關注：“目前，我國可利用的磷礦基礎儲量40億噸，資源量127億噸，富礦僅有10億噸，主要集中在云南、貴州等省，且磷礦外運受鐵路運輸制約。磷礦亂采濫挖現象嚴重，磷礦資源科學合理的規劃利用水平有待提高。”

據趙院士介紹，我國80％的磷都是開采冶煉后制成磷肥，一部分用于出口，一部分自用。由于磷本身的化學特性，磷肥施入土壤后，除了部分被作物吸收外，尚有部分被雨水沖刷而流失，降低了磷肥利用率，而且還會帶來一系列環境問題。據報道，我國自20世紀50年代使用磷肥以來，在土壤中礦化、累積的磷已高達6000萬噸，超過目前全國磷肥10年消費總量。因此，從目前磷的供需矛盾以及環境保護方面來看，一是要加強科學施肥的宣傳推廣以及應用力度，另一方面也要采取措施將土壤磷轉化為可吸收磷。這樣，對提高土壤資源的利用率，保護資源和環境，建立高效、低耗、環保的生產體系，促進農業持續發展等目標具有深遠的意義。對于磷在各個領域的科學利用，不僅僅局限于磷肥，而是要發掘推廣其多種用途。

“如果我們的磷用光了，人類該怎么生活呢？”對于磷礦的開采與浪費，趙院士提出了自己的憂慮，“我們的日常生活天天都依賴著磷，面對將來可能存在的磷資源匱乏問題，我們應該警惕的是，磷資源像石油、稀土、石墨等資源一樣是不可再生的。對于資源，我們首先要保護資源、合理開采，然后是節約資源、科學利用，尤其在‘禁磷’與‘磷的解禁’方面，應當重視磷的回收與循環利用，堅持走磷的可持續發展的道路。”

創新與人才培養

創新是一個民族進步的靈魂，也是科技研發的重要途徑和不竭動力。由于自身多年來一直在高校從事科研與人才培養工作，趙院士對于創新也有很深的感觸。她認為，創新在各個領域都很重要。學校是一個創新比較多的平臺，學生在做科學實驗的時候，會先有一個實驗設計，根據設計一步一步完成實驗過程。在這個過程中，可能會出現一些異常現象，而這些異常現象有可能就是某一個創新點。“我在國外讀研究生的時候，一次實驗的過程中發現一種磷的化合物能變成四個新的化合物，我抓住這個細微變化對其進行系統的研究及多次的思考，總結出一個很重要的成果。我經常通過一些例子告訴學生們：面對一些細微的異常現象時，一定不要輕易放過，對于異常現象要有好奇心。”這是趙院士總結創新要素時提出的第一個方面。

她認為要做好創新，第二個方面是貴在堅持。“有時候學生在做實驗的時候，僅僅是重復前人已經做過的過程，或者在實驗的過程中確實發現了一些異常現象，但是沒有繼續對異常進行研究，這些都是不可取的。我每次都鼓勵學生這樣去做，即使重復人家做過的實驗，也要很細心地用自己的創新方法去研究，這時候就可能會有發現的。科研是無止境的，有這樣的精神人人都能創新。”

第三是要有團結的精神。現在的科研都不是一個人能做成的，要一個團隊集體的智慧去做，要有大協作的精神，學生要善于與老師、同學合作，進而與國內外專家合作。現代社會科研條件非常優越，儀器設備先進、信息網絡發達、計算機方便快捷、儲存技術高級，充分利用各種有利條件進行合作，創新成就才會進一步擴大。“我們提倡以某個課題為中心，一些相關高校、科研院所或者專家組成聯盟，團結起來，資源共享，相互溝通，互相鼓勵，取長補短，這樣更有利于科研成果的盡快成型，同時也達到相互進步的目的。”

趙玉芬院士在第17屆國際磷化學大會上與英國Blackburn教授交流

另外，創新還需要有社會正義感。科研不能只為掙錢，要有為社會作貢獻的精神，這樣做事做科研就會更有動力。同時，趙院士提出：現代教育不能過分強調精英培養，而應鼓勵、培養更多對社會有用的創新人才。

趙玉芬，我國著名有機化學家，中國科學院院士，清華大學、廈門大學、鄭州大學教授，全國政協委員，全國青年聯合會委員。曾任清華大學生命有機磷化學劑化學生物學教育部重點實驗室主任、清華大學生命科學與工程研究院副院長。主要從事生命有機化學、有機磷化學、生命起源、藥物化學、化學生物學領域的研究。現擔任國際磷化學學會理事、Main Group Chemistry國際學會理事、國際生命起源學會委員、《國際原子化學》雜志編委，并任2005年第14屆國際生命起源大會主席和2007年第17屆國際磷化學大會主席。1991年當選為中科院院士，成為當時中科院最年輕的女院士。1993年獲首屆“中國青年科學家獎”，1995年當選為俄羅斯國際科學院外籍院士，2004年榮獲第二屆新世紀巾幗發明家獎。