為躲避納粹，他用王水溶解了諾貝爾獎章

知識 08-25

?喬治·德海韋西和他的傳奇人生。視頻時長6分31秒，獲製作者授權使用

3分1秒處Max Born的配圖有誤，應為Max von Laue

導言：

或許很多人都聽說過一個關於科學家為了躲避納粹士兵的搜查，用王水溶解了諾貝爾獎章的故事。

但很少有人知道，故事中的科學家叫什麼，他又為什麼要這麼做。

這個故事中的主角就是喬治·德海韋西（George de Hevesy，1885-1966，1943年諾貝爾化學獎得主），一位具有傳奇人生的放射化學家。

撰文 | 王鑫（北京大學應用化學系）

責編 | 艾維

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躲避納粹——他用王水溶解了諾貝爾獎章

一戰結束後，奧匈帝國解體，排猶主義再次沉渣泛起，原本在布達佩斯任職的德海韋西輾轉來到位於哥本哈根的玻爾實驗室工作。二戰期間，戰火蔓延到了丹麥，哥本哈根淪入納粹的魔爪。德國士兵在街道上集合，而黨衛軍正在挨家挨戶搜查可疑分子。

在這之前，兩位德國科學家詹姆斯·弗蘭克（James Franck，1882-1964，1925年諾貝爾物理學獎得主之一）和馬克斯·勞厄（Max von Laue，1879-1960，1914年諾貝爾物理學獎獲得者）不顧納粹禁止黃金流出德國的禁令（黃金作為戰略物資，可以幫助德國換取重要物資），偷偷把諾貝爾獎章寄到了玻爾實驗室，以示他們反對納粹的態度。所以在這生死攸關的時刻，大家為怎麼處理獎章而犯難。最初，德海韋西提議將獎章埋起來。但埋在地下的獎章並不會消失，一旦被發現，後果不堪設想。但黃金的性質如此穩定，實驗室中絕大部分的酸鹼也不能將其溶解，到底該怎麼辦呢？最後德海韋西使用王水順利將獎章溶解，幫助弗蘭克和勞厄逃過一劫。戰後他再次回到實驗室，那兩瓶茶紅色的溶液安靜的擺放在架子上，就像彼時的天空，曾被戰火染紅卻又歸於平靜。

德海韋西的人生頗具傳奇色彩，上面的故事只是其中的一例。1885年德海韋西出生於匈牙利的一個貴族家庭，他的英文名George de Hevesy譯自匈牙利語Gy?rgy von Hevesy，其中的von即代表了其貴族血統。先後經歷兩次世界大戰，輾轉於歐洲多家研究機構，在「顛沛流離」中他完成了諸多具有重要科學意義的發現，並獲得了1943年的諾貝爾化學獎。

?年輕時的德海韋西[1]

大戰女房東——一種只屬於學霸的勝利

1911年的1月，德海韋西迎著風浪遠渡英國，準備去曼徹斯特大學的物理實驗室學習電導率測量的相關技術。儘管他在英國的導師是大名鼎鼎的盧瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937，就是那個曾獲得諾貝爾化學獎的原子核物理之父），然而德海韋西在科研上幾乎一無所獲。當時盧瑟福收到了奧地利政府贈送的一批瀝青礦渣，其中含有的一種鐳的衰變產物RadiumD引起了他的興趣。然而由於礦渣中存在的大量鉛會屏蔽RadiumD的放射性，所以盧瑟福希望德海韋西能把RadiumD和鉛分開，以便進一步研究其性質。他對德海韋西說道，「小夥子，把RadiumD和鉛分開吧，你能勝任你的工作。」像所有的年輕人一樣，初到英國的德海韋西樂觀向上，充滿鬥志，他認為自己能夠完成這個任務，更何況盧瑟福經常說他從來不會給自己的學生一個毫無希望的課題。

然而事與願違，在暗無天日的地下室嘗試了兩年之後，分離RadiumD和鉛的任務似乎要以失敗告終。科研上屢屢受挫的德海韋西心情欠佳，而他所在的公寓糟糕的伙食又讓他大為惱火（畢竟在大英帝國）。儘管房東太太宣稱她提供的肉食都是新鮮的，但德海韋西堅信他吃剩的飯菜被她回收再加工之後又提供給了他。這兩個問題始終困擾著他，直到有一天，他突然意識到該怎麼解決後一個問題。某天吃完飯之後，德海韋西向自己的剩飯中加入了一點放射性的RadiumD，然後靜靜等待時機的到來。幾天後，等到房東太太將飯菜端上飯桌後，德海韋西拿出準備已久的驗電器。當他把探頭移動到這盤「新鮮」的飯菜上方時，驗電器開始吱吱亂響。在這確鑿的證據面前，房東太太驚奇而又無奈地承認了這些肉是上次吃剩的。

P.S.試驗危險，請勿模仿。

這件事並沒有出現在正式發表的論文中，但這可能是同位素示蹤法的首次實踐，在前方有一片廣闊的領域正等待德海韋西去開拓。

失敗是成功之母——同位素示蹤法的發明

在盧瑟福的實驗室「碌碌無為」工作了兩年之後，為了進一步研究RadiumD的性質，1913年，德海韋西決定去維也納鐳實驗室工作（這裡有高純度的鐳）。在那裡，德海韋西發現弗里德里希·阿道夫·帕內特（Friedrich Adolf Paneth，1887-1958）和他研究了相同的課題，也一樣毫無進展。於是兩個人聯合發表了他們的研究結果，RadiumD和鉛無法通過化學方法分離。現在科學家現在對RadiumD的性質已經有了足夠的了解，其實RadiumD就是放射性鉛210，它和穩定鉛有著幾乎完全相同的化學性質，因此也就不可能使用化學方法將兩者分離。儘管德海韋西當時尚未得知RadiumD的真實面貌，但由於RadiumD和穩定鉛極為相似的化學性質和不可分離特性，他認為可以將RadiumD當作鉛的指示劑。後來他們利用RadiumD的這個特性合作完成了硫化鉛和鉻酸鉛的溶解度測定。

?Friedrich Fritz Paneth（圖中文字大意為，稀有氣體的不可反應性源於對實驗結果的確認。）

放射分析技術是一類靈敏度極高的分析方法，它的檢測限可以達到飛摩爾（10^-15）水平。因次，化學家、生物學家和藥學家等可以利用它完成很多以前難以想像的實驗。在難溶鹽的溶解度測定問題中，鉻酸鉛的溶解度極小，一噸水能溶解的量也僅有0.000058g，常規方法（二十世紀初的分析方法極為簡陋，電化學分析等諸多分析手段尚未發明）對此無能為力。

使用放射化學分析方法時，向穩定鉛中加入一定放射性強度的RadiumD後，溶液的放射性強度就和鉛的濃度關聯了起來。當鉛溶液不斷被稀釋時，溶液的放射性強度也在下降。即便鉛濃度已不可測，但其放射性仍然能夠檢測，鉛的濃度就可以通過與稀釋前放射性強度的比值進行計算而得知。

我知道你就在那裡——同位素示蹤法的生物應用

在完成了一系列的無機化學、膠體化學和電化學等方面的試驗後，德海韋西對於RadiumD在有機體中的應用越來越感興趣。既然RadiumD可以標記鉛的濃度，那麼它同樣也可以用來指示鉛的位置。

?兩種核葯的PET顯像結果

1923年，德海韋西使用ThoriumB（鉛212，另一種鉛的放射性同位素）作為標記物，研究了蠶豆對鉛的吸收利用情況。ThoriumB和穩定鉛隨著營養液被蠶豆吸收，分散到植株的各個部位。後來，德海韋西又使用放射性磷作為示蹤劑研究了老鼠體內磷的代謝情況。

?注射後血液中磷32的濃度變化情況[4]

長久以來，哲學家們一直被忒修斯之船（Ship of Theseus）問題所困擾。物體的構成要素被置換之後，它還是原來的它嗎？德海韋西的試驗至少從科學的角度給出了一種解答。我們的每一刻都不相同，唯一不變的只有變化本身。當然這些試驗的意義不僅於此，它像一盞燈，照亮了科學家揭露生化原理的道路。藉助同位素示蹤法，我們可以了解DNA複製的過程，明白糖代謝的反應機理，追蹤激素的合成利用，判斷癌細胞的擴散情況。另外在同位素示蹤法的基礎上，科學家們還發展出了有特殊治療效果的放射性藥物，德海韋西也因此被成為「核葯之父」。

不瘋狂何以追求真理

德海韋西具有極強的天賦和旺盛的好奇心，他四處出擊，在諸多領域頗有建樹。他自己也很清楚這一點，在很多試驗尚未得到數據之前，他就已經把論文的草稿寫完。然而，要想成為一名優秀的科學家，尤其是從事放射化學研究的科學家，很多困難和危險是難以避免的。

在粒子回旋加速器發明之前，實驗室中使用的放射性核素要麼從礦物中分離提純，要麼使用複雜而危險的方法人工製備。在磷同位素示蹤試驗中，德海韋西就是通過一個危險的實驗自己合成了磷32。

利用氡氣衰變產生的α粒子轟擊鈹得到一個簡單的中子源，再利用中子轟擊硫32得到了磷32。

之所以說這個反應非常危險，是因為反應物都是危險物質。鈹具有極強的致癌性，但為了它能被α粒子轟擊，德海韋西不得不在研缽中將其磨碎後燒製成玻璃瓶。反應中用到的α放射源——氡氣不僅具有很強的放射性（500mCi的活度，每秒鐘約有1.9×10¹⁰個原子發生衰變），而且極易泄露（氡氣是一種1類致癌物質，吸入氡氣會導致危險的α粒子內照射）。為了防止氡氣泄露，德海韋西將放射源置於安瓿瓶中，將瓶口燒熔密閉。通過這個危險的反應，德海韋西製得了約1μCi的磷32。

後來歐內斯特·勞倫斯（Ernest Orlando Lawrence，1901-1958，1939年諾貝爾物理學獎獲得者）發明了粒子回旋加速器，放射性核素可以更為方便的在實驗室中生產，德海韋西再也不用冒著生命危險去合成磷32了。

?1935年，德海韋西（右）和玻爾（左）、弗蘭克（中）[3]

P.S.在德海韋西的一封感謝信中，我們得知當時勞倫斯是通過航空信件的形式將放射性的磷郵寄給德海韋西的。是的，就是在沒有任何防護措施的情況下，將裝有放射性磷的瓶子扔到信封裡面寄了出去。他們這樣做是因為缺少對放射性危害的認知，還是因為不得已為之，我們不得而知。不過從另外一件事情中，我們至少可以知道，德海韋西在探求真理時非常瘋狂。

早在1911年的時候，德海韋西就很好奇我們喝下去的水在人體內是如何代謝循環的。但直到1933年，在哈羅德·尤里（Harold Urey，1893-1981，1934年諾貝爾化學獎獲得者）向其提供了幾升含氘（氫的同位素）的水後，他才真正有機會去驗證自己的猜測。德海韋西將氘水（²H₂O）稀釋後作為水（¹H₂O）的示蹤劑，然後將其喝了下去。（如今的實驗倫理是不允許這樣的試驗進行的）在實驗開始26分鐘之後，他在尿液中檢測到了氘水。根據最後的實驗結果，德海韋西計算得到水在人體內的平均滯留時間為13.5天，一個成年人體內含有約10²⁷個水分子（約30kg，這個數值低於人體內實際的水含量，因為人體的水分為結合水和自由水，只有自由水中含有氘水）。

?人體各器官水含量（圖片來自網路）

歷史不會被遺忘

德海韋西一生著作頗豐，他共發表了論文四百餘篇，還有數本專著。如果說這其中有什麼秘籍的話，那只能歸結為他對科研的全身心投入。他的學生希爾德·利瓦伊（Hilde Levi，1909-2003，擁有德國和丹麥雙重國籍的物理學家）在其文章中回憶說，儘管德海韋西的記憶力驚人，但他卻經常丟三落四，常常會忘記自己約了牙醫或者邀請了別人來做客。有時看到他慌慌張張跑出實驗室，那一定是他突然想起來有什麼事情給忘記了。例如有一次他一邊跑下樓梯一邊大聲喊著，「哈恩先生，哈恩先生，兔子已經給你了，我先回趟家」。（此處哈恩先生應為奧托·哈恩，Otto Hahn，1879-1968，1944年諾貝爾化學獎獲得者。作者注）作為一個彬彬有禮的學者，他不是不尊重自己的合作夥伴，只是他明白，他現在不回家肯定會被罵，但哈恩卻一定會忙碌到深夜等他回來。

即便在出門遠足的時候，他都會喊上同事或者學生在路上談論問題。有次利瓦伊去他家參加聚會，到了九點半的時候他給他女兒打電話，告訴她去關掉自己卧室的暖氣。他向客人們解釋到，自己一般睡前一個半小時會把暖氣關掉。好一道委婉的逐客令。

歷史不會忘記他給世界帶來的改變，就像那注入體內的放射性核素一樣，肉眼不見，但卻閃爍著耀眼的「光芒」。

參考文獻：

[1] George de Hevesy. https://en.wikipedia.org/wiki/George_de_Hevesy

[2] Myers W G. Georg Charles de Hevesy: the father of nuclear medicine[J]. Journal of nuclear medicine: official publication, Society of Nuclear Medicine, 1979, 20(6): 590.

[3] Levi H. George Hevesy and his concept of radioactive indicators—In retrospect[J]. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 1976, 1(1): 3-10.

[4] de Hevesy G. Some applications of isotopic indicators[J]. Nobel Lecture, 1944, 12.

[5] Four stories about George de Hevesy. http://www.orau.org/ptp/articlesstories/hevesy.htm

[6] Niese S. George de Hevesy (1885–1966), founder of radioanalytical chemistry[J]. Czechoslovak Journal of Physics, 2006, 56(4): D3-D11.

[7] Dissolve My Nobel Prize! Fast! (A True Story). http://www.npr.org/sections/krulwich/2011/10/03/140815154/dissolve-my-nobel-prize-fast-a-true-story

[8] Tricking the Nazis and Transforming Medicine: George de Hevesy. https://www.youtube.com/watch?v=QjpKl4z5O2A&list;=PLtLT74crQcwVKPiP4nMc-F4foL8TNkn_X&index;=2

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