Akadēmiskais centrs
Latvijas Ķīmijas vēstures muzejā glabājas iekārtas un ierīces, kas dažādos laikos izmantotas pētniecībā, piemēram, 20. gs. 30. gadu Zēmaņa rentgeniekārta, trīs paaudžu polarogrāfi, Landolta polarimetrs, firmas Griffin&George Lielbritānijā izgatavotais gāzu hromatogrāfs, 20. gs. 70. gadu spektrofotometrs СФ-16, nefelometrs НФМ, aparatūra LOTOS (Salut) poliuretāna plastmasas suvenīrlācīšu atliešanai kosmosā, Karla Ceisa firmas liesmas fotometrs un emisijas spektroskops. Atzīmējot polarogrāfijas metodes atklāšanas simtgadi, īpašu uzmanību pievērsīsim polarogrāfijai un polarogrāfiem.
Polarogrāfija jeb voltamperometrija ir ķīmijas un elektroķīmijas analīzes metode, kas pamatojas uz to, ka kādas vielas klātbūtnē šķīdumā izveidojas noteikta sakarība starp tajā ievietotā elektroda potenciālu un caurplūstošās strāvas stiprumu. Polarogrāfija palīdz noteikt izšķīdinātu vielu dabu un koncentrāciju. Ievērojamākais polarogrāfijas eksperts Latvijā, fizikālķīmiķis, zinātņu vēsturnieks un sabiedriskais darbinieks Jānis Stradiņš (1933-2019) 1968. gadā žurnālistam, redaktoram un filologam Oskaram Gertam (1940-2019) polarogrāfijas metodes būtību raksturoja šādi:
“Pētāmo šķīdumu ielej trauciņā, kura dibenā liels piliens dzīvsudraba, kas savienots ar strāvas pozitīvo polu. Caur tievu tievu kapilāru šķīdumā pilina no rezervuāra dzīvsudrabu – pilošais dzīvsudrabs ir strāvas otrs, negatīvais pols. Elektrodiem pievadāmo spriegumu vienmērīgi palielina, un spoguļgalvanometra atstarotais gaismas zaķītis automātiski pieraksta uz foto papīra strāvas stiprumu. Iegūtā līkne – polarogramma rāda, kādas vielas un kādā daudzumā satur pētāmais šķīdums arī tad, ja vielas daudzums ir niecīgs, citiem paņēmieniem netverams.”
Polarogrāfijas metodes autors ir čehu zinātnieks, Prāgas Universitātes profesors Jaroslavs Heirovskis (Jaroslav Heyrovsky; 1890-1967). Polarogrāfijas principu viņš atklāja 1922. gadā. J. Heirovskis un viņa čehu līdzstrādnieki līdz Otrajam pasaules karam definēja polarogrāfijas teorētiskos pamatus un izstrādāja praktiskās pielietojuma metodes. J. Heirovska ārzemju skolnieki bija galvenokārt japāņi, un kopā ar vienu no tiem - japāņu ķīmiķi Masuzo Šikatu (Masuzo Shikata; 1895-1964) - viņi izstrādāja automātisku aparātu - polarogrāfu. 1959. gadā J. Heirovskis par polarogrāfisko analīzes metožu atklāšanu un attīstību ieguva Nobela prēmiju ķīmijā.
J. Stradiņš par savām attiecībām ar J. Heirovski stāsta:
“Man laimējās iepazīties ar pašu Heirovski Prāgā jau 1957. gadā, sadraudzēties ar viņa ģimeni, pastrādāt Heirovska institūtā. Heirovskis bija mācījies Londonā un no turienes pārvedis dažādas mudes — citātus. Viens no tiem bija Maikla Faradeja citāts: "Work, finish, publish" . Tādu plakātiņu man uzdāvināja atraitne Marija Heirovska, tas atrodas pie sienas manā kabinetā Organiskās sintēzes institūtā. To izvēlējos par savu devīzi zinātnē — ķīmijā un zinātņu vēsturē.”
Latvijas Ķīmijas vēstures muzeja kolekcijā atrodami trīs dažādu paaudžu polarogrāfi, taču sīkāka informācija saglabājusies par diviem no tiem.
Dr. V. Nejedli firmas Prāgā izgatavotais J. Heirovska polarogrāfs (Type VIII, Nr. 240) Latvijas Universitātes Ķīmijas fakultātē nonāca 1938. gadā, dienā, kad Vācija okupēja Čehoslovākiju. To iegādājās fakultātes profesors, ķīmiķis un metālu korozijas pētnieks Mārtiņš Straumanis (1898-1973) piemaisījumu noteikšanai neorganiskos kristālos sakarā ar savas asimetriskās metodes izstrādāšanu rentgenogrāfijā. J. Heirovskis atcerējās, ka tas bija pēdējais polarogrāfs, kuru eksportēja no Čehoslovākijas pirms Hitlera okupācijas. Ar šo aparātu strādāja M. Straumanis un ķīmiķis, olfaktronikas (zinātnes par smaržām jeb „ožvielām”) pētījumu aizsācējs Andrejs Dravnieks (1912-1968), ķīmiķa un ilggadējā Rīgas Politehniskā institūta rektora Aleksandra Veisa (1918-1985) vadībā izstrādāti ķīmiķa-analītiķa Vitolda Egerta (1921-2008) un ķīmiķa, Organiskās sintēzes institūta Fizikāli organiskās ķīmijas laboratorijas zinātnieka Jāņa Bleideļa diplomdarbi, fizikālās ķīmijas profesores, akadēmiķes Lidijas Liepiņas (1891-1975) vadībā izstrādāti B. Kalniņa un J. Stradiņa diplomdarbi, kā arī iegūta daļa eksperimentālo datu J. Stradiņa un Ingas Putniņas (1932-) kandidātu disertācijām.
Ražotnes “Laboratornij Prištroj” Čehoslovākijā izgatavotais polarogrāfs LP-55 ir pilnveidots Heirovska-Šikatas modelis. Tas iegūts 1963. gadā Rīgas Politehniskā institūta Ķīmijas fakultātes Neorganiskās un analītiskās ķīmijas katedras zinātniskā darba vajadzībām. Izmantojot šo aparātu, veikti alumīnija sāļu polarogrāfiskie un mikrokulonometriskie pētījumi, kuri ir I. Putniņas kandidāta disertācijas sastāvdaļa. Ar šo aparātu Velta Vegnere (1935-) pētījusi ciklisko alfa-aminoketonu C-N saites reducēšanos.
Polarogrāfijas ietvaros tiek izdalīti vairāki metodes paveidi:
- parastajā jeb klasiskajā polarogrāfijā elektrodus polarizē tikai ar līdzstrāvu;
- maiņstrāvas polarogrāfijā uz elektrodiem vienlaikus padod gan spriegumu, kas lineāri mainās ar laiku (tāpat kā klasiskajā polarogrāfijā), gan maiņspriegumu;
- koncentrējošā amalgampolarogrāfija (elektrolīzes šūniņā katods ir nekustīgs dzīvsudraba piliens; pie noteikta potenciāla izdara šīs vielas atšķaidīta šķīduma elektrolīzi - reducēšanas produkts izšķīst dzīvsudrabā, izveidojot amalgamu; šī procesa rezultātā notiek vielas uzkrāšanās, tās koncentrēšana);
- plēves voltamperometriju lieto galvenokārt tad, ja ir jānosaka tādu metālu mazas koncentrācijas, kuri neveido amalgamas;
- kausējumu polarogrāfiju izmanto, analizējot rūdas un sārņus metālu iegūšanas procesā;
- organisko savienojumu polarogrāfijā lieto organiskos šķīdinātājus, kuri ne tikai ļauj pētīt un analizēt ūdenī nešķīstošas vielas, bet bieži izmaina arī šo vielu īpašības;
- oscilogrāfiskā polarogrāfija ir metožu grupa, kurā elektrodu polarizējošo spriegumu maina ļoti strauji, bet rezultējošo funkcionālo sakarību reģistrē ar katodstaru oscilogrāfu.
20. gs. 60. gados polarogrāfiju izmantoja penicilīna ražošanā kontrolējot skābekļa daudzumu, analizējot bioloģiskas vielas, nosakot dzīvo organismu molekuluzbūvi, sekojot ķīmisko reakciju norisei, nosakot C vitamīna saturu dažādos augļos, cilvēka asinīs nosakot sākotnējā stadijā dažādus iekaisumus (pat vēzi), nosakot dažādu medikamentu ieteicamās devas un lietošanas biežumu, u.c. mērķiem.
Mūsdienās sākotnējais polarogrāfijas metodes variants tiek izmantots vairs tikai pētniecībā. Toties galvenais princips - dažādu elektrodu tipu izmantošana un līdzstrāvas vai maiņstrāvas pievadīšana - ņemts par pamatu citām pētniecības metodēm, kas dod pienesumu veselības aprūpē, vides aizsardzībā vai enerģijas uzglabāšanā. Daži piemēri:
- korozijizturīgu materiālu izpēte un ražošana;
- jaunu elektrodisku procesu izpēte ķīmiskajā rūpniecībā, piemēram, alumīnija, hlora, sodas ražošanai lielos apjomos;
- jauna tipa akumulatoru ražošana, kas spēj ātri uzglabāt lielu enerģijas daudzumu;
- smago metālu un organisko vielu pēdu analīze šķīdumā;
- nanosensoru, biosensoru, aptasensoru, imūnsensoru izstrāde.
Balstoties uz esošajām zinātnes nozaru atziņām, tiek radītas jaunas pētniecības metodes. Un no tām izriet nākamās. Zinātnieki uzkrāj savu mentoru zināšanas un pieredzi, un nodot to tālāk saviem asistentiem un skolēniem. Un tā tālāk un tā joprojām. Lai gan 100 gadus kopš polarogrāfijas metodes radīšanas tā vairs netiek izmantota sākotnējā veidā, galvenās atziņas nav zaudējušas savu vērtību. Neesam aizmirsuši arī pētniekus, kas šajā virzienā darbojušies. Latvijas Ķīmijas vēstures muzejs (kura apmeklējumam iespējams pieteikties ŠEIT) turpina pildīt savu uzdevumu.
Izmantotie informācijas avoti:
Academic. (n.d.). Masuzo Shikata.
Czech Academy of Sciences. (2022). It’s 100 years since discovery of polarography!
Elsevier B.V. (n.d.). Polarography - an overview.
Gerts, O. (31.12.1968.). Bagātais sākums. Cīņa, Nr. 303. Latvijas Ķīmijas vēstures muzeja krājums.
Jelgavas pilsētas bibliotēka. (2020). Ievērojami cilvēki Jelgavā - Gerts Oskars.
Kalniņa, A., & Ivbule, D. (2016). Docents Gunārs Slaidiņš: biobibliogrāfija. Rīga: LU Akadēmiskais apgāds.
Kuzņecova, K. (22.09.2021.). NEAIZMIRSTAMĀS BIOGRĀFIJAS. Rektors ar lielo burtu - Aleksandrs Veiss.
Latvija dzīvo un dzīvos ar saviem lieliem cilvēkiem. (04.04.2001.). Latvijas Vēstnesis, Nr. 54.
Latvijas cilvēki pasaulē. (24.11.1998.). Latvijas Vēstnesis, Nr. 349.
Latvijas Ķīmijas vēstures muzeja materiāli
Nobel Prize Outreach AB. (n.d.). The Nobel Prize in Chemistry 1959.
OCLC. (n.d.). 117149485611793421004 [Virtual International Authority File].
OCLC. (n.d.). LNB|LNC10-000123178 [Virtual International Authority File].
Polarogrāfija. (1987). Latviešu literārās valodas vārdnīca (6.2. sēj.). Rīga: Zinātne.
Polarogrāfija. (2002). Latvijas Enciklopēdiskā vārdnīca.
Prikulis, A., Prikšāne, A., & Alksnis, U. (2014). Latvijas Universitātes Ķīmijas fakultātei 50. Rīga: LU Akadēmiskais apgāds.
Protti, P. (2001). Introduction to Modern Voltammetric and Polarographic Analysis Techniques.
Putniņa, I. (1974). Oscilogrāfiska polarogrāfija [Macību līdzeklis]. Rīga: RPI Redakcijas-izdevniecības daļa.
Rīgas Tehniskā universitāte. (b.g.). Elektroķīmiskās analīzes metodes(1),14/15-P [Kursa apraksts].
Stradiņš, J. (28.08.1986.). Piemiņas vārdi Andrejam Dravniekam. Dzimtenes Balss, Nr. 35. Latvijas Ķīmijas vēstures muzeja krājums.
Stradiņš, J., & Liepiņš, E. (2011). Fizikāli organiskā ķīmija Organiskās sintēzes institūtā: laboratorijas pusgadsimta ceļš, 1961-2011. Rīga: Zinātne.
Vilks, A. (21.04.2022.). Jānis Stradiņš.
Zinātnieks starp tautu un varu. (03.12.1999.). Latvijas Vēstnesis, Nr. 400/403.
