西蒙的电极

有一个奇怪的差距在英国培训的典型化学本科。虽然每个人花时间解决量子力学,箭在有机反应机制和学习计算电子合理化无数无机结构,非常少的时间花在化学科学的重要基础之一:测量。分析化学,支撑业务活动,往往退居边缘。

这是一个意外,还是势利?就像在老讨论纯粹与应用科学、分析化学经常被视为一种技术工艺。肯定是有用的,但不是真正的深度知识的追求值得与“真实”的科学。然而仪器和测量的发展总是打开大门,进一步调查,并要求技能往往跨越传统的学科界限。这样的态度不是英国独特的现象,随着故事的威廉西蒙的一个关键的发明家potassium-selective电极,所示。

西蒙的发明的故事开始在20世纪早期一块设备,改变了化学思维:克莱莫的球形玻璃电极(必威体育 红利账户,2018年2月,p70)。电极质子浓度实时信号的能力是弗里茨·哈伯(德国立即利用,它绘制在酸碱滴定质子浓度的变化。加上Sørensen pH值的简单规模,哈伯的情节使酸碱平衡概念上容易得多。但因为电极复杂构造和可靠的测量需要极其微妙的象限或金箔静电计,电气测量pH值仍然是一个利基。

一切都变了在1934年,当时阿诺德·贝克曼和亨利福莱克被授予专利的装置测量酸性的,结合一个更健壮的电极和真空管放大器和检流计。虽然基于非常相似的想法在1928年出版,贝克曼有商业头脑开发一个设备紧凑,崎岖的和简单的使用。具有讽刺意味的是,他提出的专利康宁玻璃和陶瓷制造商,他决定没有足够的玻璃设备值得。很淡定,贝克曼成立了自己的公司;成千上万的新米出售的pH值,成为中流砥柱的化学和医学实验室。贝克曼成为大玩家,pH值成为一个家喻户晓的词。

然而,其他离子测量其浓度远非简单。几乎没有选择,只能采取整除的样本,确定离子的内容通过使用像火焰光度法,光谱技术直接持续监控只是一个梦。然而同年,贝克曼申请专利,未来可能性的诱人的提示出现在文献中。两个匈牙利化学家,阿帕德和布卢姆,报道说,玻璃至关重要的构成决定电极反应质子,或是否受到其他离子的影响。他们发现,添加硼或铝氧化物玻璃导致电极显示重要的对钠敏感,影响他们通过结构归因于离子传导。但观察不是真的有用,因为有太多的交叉敏感其他离子的存在。

十年之后,乔治•艾森曼,生物化学家在哈佛医学院工作,我们回到工作。兴趣主要在测量钠浓度在活组织的可能性,埃森曼入伍邻近的麻省理工学院的同事们进行一系列的眼镜使用不同比率的钠和硅铝。保持pH值固定,他表明一个特定的玻璃成分可以灵敏250倍比钠钾。这使得真正的生理条件下测量钠是真实的可能性。

埃森曼并不孤单。在苏黎世ETH,瑞士,一个年轻的药剂师,威廉西蒙,想走同样的路线。出生在瑞士北部,西蒙德双语地区长大比尔附近(或比尔市)。他已经完成了他的本科在乙训练,并在埃德加Heilbronner下有机化学博士学位,以使第一批化学拓扑的深思熟虑的调查(他准备第一个莫比乌斯碳氢化合物)。但对于他所有的专业化在有机合成,西蒙的兴趣在别处:他想自动化和简化更乏味的化学方面的研究。

西蒙第一元素分析仪开发和商业化。这是一个设备能够进行Pregl环境成分分析仪(必威体育 红利账户,2015年11月,p43)自动和较小的样本。自动气相渗压计。然后西蒙和他的学生们发明了一种方法把气相色谱与质谱分析,开发,将环境和生物科学和打开门医学取证和“组学”在他们的无数变体。

西蒙自动酸滴定的兴趣,让他考虑玻璃电极。西蒙已经成功构建一个自动滴定仪,但很沮丧的交叉敏感碱金属离子在高博士寻找解决方案,西蒙和他的学生多罗斯维根曼做了一个系统研究电极的行为由不同的商业化玻璃成分。他们的结论是导电性的差异的关键限制玻璃的性能,电极的组成和历史影响的程度影响钠电极。

,西蒙工作;一群唯利是图的化学家在剑桥,我们成立了一个公司,猎户座的研究,和康宁公司在发展中一起工作电极,可以感觉到的不仅仅是质子。招聘艾森曼作为顾问,无数的流产后试图改进他的配方——猎户座意识到有必要采取一种不同的方法。失败时,钙离子的浓度,詹姆斯·罗斯,化学家为康宁与猎户座团队工作,得出移动双阳离子通过玻璃就不会工作——绑定的硅酸盐玻璃太强劲。他想知道,如果结合位点本身移动吗?换句话说,如果一个pH电极的玻璃膜最初是一个模型,如果一个回到膜灵感呢?

膜是众所周知的诱发电位。弗雷德里克唐南伦敦大学学院,1911年,英国,表明离子解决方案由半透膜时,可测量的电电位出现的障碍。唐南的论文将迅速成为电生理学和生物化学的基石,但它也启发了无数的实验。哈伯的一个学生,在1913年,莱因霍尔德特纳,处理他的研究生J勒布使用苹果沉浸在盐溶液作为电极。特纳和勒伯显示,虽然在苹果的选择离子溶液中没有影响的潜力,他们的数量和费用,正如唐南预测。然后使油酸合成膜,愈创木酚和甲酚和测量了潜力。值是远低于唐南预测——膜组件是不完美,有些水溶性——但这些合成膜的合理模型。鉴于罗卜和特纳的专注于生物学,它从未发生逆转,他们尝试使用系统测量浓度。

工作50年之后,罗斯决定将阳离子结合位点从玻璃电极本身的身体。他密封玻璃管的一端与钙透析膜,然后填充管的长链醇膦酸酯溶解与水不溶混。与氯化银和银制成的导线提供的电气连接、钙浓度的差异之间的内部和外部的玻璃给潜在的;强烈的存在钙结合膦酸酯配体溶液中确保了钠离子和钾离子几乎没有效果。专利是一个重要的里程碑,虽然由于各种原因猎户座研究他们的工作在其他方向。

但对阳离子结合位点是一个热门话题。1964年,伯顿Pressman在宾夕法尼亚大学,我们发现了壮观的环肽抗生素缬氨霉素和nonactin的效应,它能够完全扰乱离子泵在线粒体膜透性增加钾。Pressman显示效果是由于这些肽的能力区分碱金属,绑定而不是钠或钾锂。具有讽刺意味的是,记者的工作支撑的同时使用两种或两种以上不同的ion-sensitive电极,每个被用来纠正缺陷。

的想法能够绑定一个碱金属是大新闻。化学家在猎户座和西蒙集团在苏黎世立即开始工作,看看这些非常肽可以使工作电极。首先,团队建立potassium-peptide配合物的稳定常数使用集团的蒸汽压力渗压计。然后西蒙着手建立一个测试设备。电极由一个玻璃管,被银和氯化银钢丝和一个标准的氯化钾溶液。的玻璃管坐着一个细玻璃熔块浸泡在饱和溶液的nonactin四氯化碳或苯作为半透膜。虽然相对较慢,但电极750倍更敏感的钾比钠。在美国,小团队猎户座发表了类似的观察,但却不能匹配西蒙的群速度。懊恼,西蒙将文件的关键专利(由于信贷了罗斯的膜方法),迫使猎户座支付版税的使用技术。

西蒙的组现在领导人在离子选择性电极,提高他们的速度和响应能力;到了1970年代,他们已经开发出了小型微电极能够探测细胞生理学的心。

然而,当西蒙被提升为普通教授的水平,这是“特殊的有机化学”——他的大学仍在努力识别作为一个专业的分析化学。直到1980年代,西蒙的实验室终于更名为分析化学实验室。也许是提醒我们,人类思维极其排序和分类,但这世界的分离导致判断,势利和盲点。不像正常的时候我们越过边界是吸引他们呢?

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我感谢和汤姆米勒那Caruana灵感和评论