Почти полвека назад в Красноярске была организована лаборатория молекулярной спектроскопии. В 1957 году она стала одной из тех немногих, на базе которых сформировался Институт физики СО АН. За прошедшие годы это научное направление превратилось в широко известную научную школу.
Спектроскопия или спектральный анализ -- это один из разделов оптики, эффекты которого были открыты еще в конце XIX века. Его объект -- исследование взаимодействия света с веществом, что позволяет изучить строение последнего на атомарном и молекулярном уровне. Причем границы оптического изучения значительно шире диапазона видимого человеческому глазу спектра. Одним из фундаментальных направлений является молекулярная спектроскопия.
Объектом исследований молекулярной спектроскопии являются, в основном, молекулы и органические кристаллы. Эти кристаллы представляют собой, как правило, большие кристаллические решетки, в узлах которых могут находиться молекулы, состоящие из десятков или сотен атомов. Этим они отличаются от простых ионных кристаллов типа NaCl, где узлами кристаллической решетки являются ионы, а их структура держится за счет ионного взаимодействия. Молекулярная среда наиболее близка живой природе, органике и органической жизни.
|
|
| Создатель лаборатории молекулярной спектроскопии А.Коршунов. |
В 1952 году в Красноярске А.Коршуновым организована лаборатория молекулярной спектроскопии на кафедре физики Лесотехнического института. Это было совершенно новым научным направлением, которое впоследствии стало одним из основополагающих при создании Института физики СО АН.
Родился А.Коршунов в семье столяра в 1911 году в г. Новосибирске. Учился на физическом факультете Ленинградского государственного университета (ЛГУ). По окончании университета был зачислен в аспирантуру Научно-исследовательского физического института (НИФИ) при ЛГУ в отдел профессора В.Фредерикса в лабораторию Е.Гросса. Оба этих человека внесли существенный вклад в физику. Первый -- в исследование жидких кристаллов, а второй -- в изучение конденсированных сред. Е.Гросса интересовало получение спектров комбинационного рассеяния света малых частот кристаллов. В этом же направлении он поставил первую научную задачу А.Коршунову.
История открытия комбинационного рассеяния полна удивительных коллизий и драматизма. В ней участвовали молодой физик Л.Мандельштам, приехавший из России в Страсбург для продолжения образования, замечательный английский ученый Рэлей, французский физик Л.Бриллюэн... Лишь в 1926 году ближайшим сотрудником Л.Мандельштама Г.Ландсбергом были получены экспериментальные доказательства.
Открытое явление впоследствии было названо комбинационным рассеянием света. Точная дата открытия -- 21 февраля 1928 года. К сожалению, к моменту появления результатов уже были опубликованы в печати статьи индийского физика Ч.Рамана о подобных исследованиях.
Но как бы там не было, длительный период поисков и исследований завершился. Явление оказалось найденным одновременно и независимо в Москве и в Калькутте. Оно сразу вызвало огромный интерес и стало изучаться во многих лабораториях мира. Признанием его важности служит то, что Ч.Раману в 1930 году была присвоена Нобелевская премия. Именоваться в зарубежной литературе КРС стало: в жидкостях и газах -- эффектом Рамана, а в кристаллах -- явлением Мандельштама-Бриллюэна. Выяснилось, что спектр комбинационного рассеяния может служить своеобразной "дактилоскопической карточкой" каждого химического соединения. Так впервые возникла идея использования КРС для анализа химических соединений, имеющих молекулярную кристаллическую решетку. Но для этого необходимо было отработать методику получения КРС и усовершенствовать ее.
В дальнейшем, по предложению Л.Мандельштама и Г.Ландсберга, работы были продолжены в Ленинграде блестящим экспериментатором Е.Гроссом. Для этого он усовершенствовал аппаратуру исследований и расширил сферу поиска, привлекая перспективных молодых ученых. Первым из них стал А.Коршунов, которому была поставлена задача подобрать кристаллы таким образом, чтобы одни параметры их оставались постоянными, а другие менялись. Такие кристаллы впоследствии стали называть изоморфными. После освоения теории и техники эксперимента им были получены первые результаты, составлены черновые наброски статей, но в 1939 году Коршунов был призван в ряды Красной Армии для участия в военных событиях на реке Халхин-Гол. Возвратиться к мирной деятельности он смог только в 1946 году, проведя на восточном фронте весь военный период.
Вернулся Коршунов в ту же самую лабораторию НИФИ при ЛГУ. К этому времени Е.Гросс уже был членом-корреспондентом. Он передал Коршунову коробку фотопластинок со спектрами кристаллов, отснятых им еще до войны, и которую Гросс сохранил в блокадном Ленинграде. Этот трогательный факт был настоящей заботой о научных результатах.
В послевоенные годы А.Коршунов работал ученым секретарем НИФИ, ассистентом физического факультета ЛГУ. Кандидатскую диссертацию он защитил в 1951 году, а в следующем году -- возвратился в Красноярск.
Здесь, в Лесотехническом институте, ему удалось не только создать лабораторию молекулярной спектроскопии, изготовить сложную экспериментальную технику, но и сплотить вокруг себя молодых физиков-энтузиастов, многие из которых впоследствии перешли работать в Институт физики СО АН.
В 1963 году Коршунов защитил докторскую диссертацию по спектрам комбинационного рассеяния света малых частот. В ней он обобщил свои экспериментальные исследования по многим кристаллам, где доказал, что рассеяние света кристаллами в различных фазовых состояниях происходит в результате колебаний кристаллических решеток.
Дальше начался лавинный процесс, как в урановом котле. Кандидатская за кандидатской. В числе первых защитились: В.Коробков, А.Бондарев, Р.Подгаецкая, П.Звягинцева, Л.Соловьев, В.Волков.
|
| В.Шабанов, доктор наук. 1984 г. |
В шестидесятые годы красноярская школа молекулярной спектроскопии была пока еще единственной за Уралом и привлекала все большее внимание. В молекулярную спектроскопию на место защитившихся приходили новые стажеры и аспиранты. Среди них были В.Шабанов, Л.Мамизерова, Л.Жидков, П.Шкуряев и другие. Но все они еще только начинали свой путь.
Успех физиков привлек внимание химиков, в частности, сотрудников Новосибирского института органической химии (НИОХ). Молодой, только что защитившийся доктор наук В.Коптюг -- химик-синтетик по образованию -- уже давно занимавшийся физико-химическими методами анализа, объединяет усилия химиков НИОХа и спектроскопистов из лаборатории Коршунова, часто бывая в Красноярске. Увлекшись огромной перспективой использования физических методов исследования органических соединений, и именно методов молекулярной спектроскопии, он пришел к необходимости формирования специализированной библиотеки спектральной информации. В 1970 году такая библиотека была создана в НИОХе, где начала сосредоточиваться вся ранее наработанная спектральная информация по органическим веществам. Но этого было мало. Слишком велико было число органических соединений, появившихся за последние годы. В 1971 году был создан Научно-информационный центр по молекулярной спектроскопии СО АН, а в 1973 году он превратился в Общесоюзный центр по молекулярной спектроскопии при НИОХе. В становлении его немалую роль сыграла совместная работа с красноярской лабораторией А.Коршунова.
Невозможно хранить все "отпечатки" молекул -- их спектры -- в памяти химика-исследователя, поэтому идея сосредоточения всей информации в одном общедоступном месте постоянно развивалась и совершенствовалась. В конечном счете, усилиями академика В.Коптюга за тридцать лет эта специализированная библиотека превратилась в современный центр химической информатики.
|
| Лаборатория молекулярной спектроскопии -- И.Кабанов. 1982 г. |
Как же обстояли дела с сущностью исследований? Разные ученые давали разные толкования рассеяния света. С каждым годом появлялись новые теории и гипотезы. Только в нашей стране насчитывалось уже более 20 научных школ, работающих в этом направлении, много их было и за рубежом. Количество теорий росло. Да и соблазн был велик: использовать свет, как самое организованное, самое дешевое и повсеместное явление, для определения химического строения и структуры молекул, их электротехнических, оптических и других физических свойств вещества. Но для этого надо было не только научиться получать спектры этих веществ, но и найти физические закономерности, увязывающие эти спектры и свойства вещества, позволяющие вычислять их в любой последовательности.
Именно эта задача и была поставлена А.Коршуновым перед сотрудниками на самых первых этапах их деятельности. Был сделан большой вклад в решение этих вопросов. Во многих монографиях советских и зарубежных ученых результатам работ лаборатории впоследствии отводилось немалое место.
Однако, в силу сложности структуры молекулярных кристаллов, описание их физических свойств долгое время проводилось в рамках весьма упрощенных моделей, не учитывающих особенностей их строения. В то же время, самые интересные диэлектрические, оптические (линейные и нелинейные), динамические свойства молекулярного кристалла определялись в большой степени межмолекулярными силами, которые в предыдущих моделях никак не учитывались. И неудивительно, что при сравнении теоретически рассчитанных данных с экспериментальными, расхождение обнаруживалось даже на качественном уровне.
Попытки учесть в расчетах действие локальных полей внутри и между молекулами, изменение поляризуемости молекул, ориентационных и трансляционных колебаний молекул были сами по себе очень сложны, но, главное, требовалась совершенно иная точность эксперимента. К сожалению, основным экспериментальным оборудованием были спектрографы на ртутных лампах. А нужны были лазеры. Инициатором использования лазеров для исследований в молекулярной оптике стал В.Шабанов. Но это уже другой этап развития исследований и о нем будет рассказано отдельно.
Ю. Машуков, собкор "НВС".
г. Красноярск.