Robin Hochstrasser | |
---|---|
Robin M. Hochstrasser | |
Jméno při narození | Robin Main Hochstrasser |
Datum narození | 4. ledna 1931 |
Místo narození | |
Datum úmrtí | 27. února 2013 [1] (ve věku 82 let) |
Místo smrti | |
Země | |
Vědecká sféra | Molekulární spektroskopie, fyzikální chemie, laserová chemie |
Místo výkonu práce | |
Alma mater | |
Ocenění a ceny | Benjamin Franklin medaile ( 2003 ) Ellis Lippincott [d] Award ( 1997 ) Centenary Award ( 1999 ) člen Americké fyzikální společnosti [d] Cena Edgara Brighta Wilsona za spektroskopii [d] ( 1998 ) Medaile F. A. Cotton [d] ( 2006 ) Guggenheimovo společenství Cena Petera Debye [d] Bourke Award [d] |
Robin Main Hochstrasser ( Eng. Robin Main Hochstrasser ; 4. ledna 1931 [3] , Edinburgh , Skotsko - 27. února 2013 , Pennsylvania , USA ) je americký fyzik a chemik skotského původu. Byl zakladatelem molekulární spektroskopie a významně přispěl také k laserové chemii.
Profesor na University of Pennsylvania (1968), čestný doktor University of Edinburgh (2013), člen Národní akademie věd (1982).
Robin Main Hochstrasser se narodil a vystudoval v Edinburghu (Skotsko). Jeho školní docházka nebyla úplná, protože školu opustil v 15 letech, když se jeho rodina chystala přestěhovat do Belgie, ale o několik měsíců později se vrátil. V roce 1948, ve věku 17 let, složil přijímací zkoušky na vysokou školu a získal vynikající známky z matematiky a chemie, přestože nikdy nedokončil střední školu. V roce 1952 získal bakalářský titul na Heriot-Watt University ve Skotsku a v roce 1955 doktorát z filozofie (PhD) v chemii na University of Edinburgh . Napsal práci o fotochemických jevech na povrchu [4] . Po absolvování dvouleté služební cesty u Royal Air Force jako pilotní důstojník se naučil základy elektroniky výškových radarů. Během dvou let služby v Royal Air Force získal Hochstrasser odpovídající titul z matematiky, což mu pomohlo získat vážné zkušenosti v oblasti aplikované matematiky a napsat učebnici teorie grup [5] . Začal pracovat na University of British Columbia v roce 1957 jako instruktor a v roce 1960 se stal odborným asistentem. V roce 1963 se přestěhoval na University of Pennsylvania , kde se stal profesorem fyzikálních věd v roce 1983.
Od roku 1971 je Hochstrasser redaktorem Ultrafast Laser Research Resource a v roce 1978 byl jmenován vedoucím Regionální laboratoře pro laserový a biomedicínský výzkum sponzorované Národním institutem zdraví , aby vyvíjel a aplikoval modernizované laserové technologie na biomedicínské problémy. V letech 1975 až 2012 byl Hochstrasser redaktorem časopisu Chemical Physics [6] [ 7] .
Hochstrasser na začátku svého působení na University of Pennsylvania založil svou vědeckou skupinu v nové Laboratoři pro studium struktury hmoty. Spektroskopie polyatomových molekul byla nově vznikajícím oborem v 60. letech, což zase slibovalo schopnost charakterizovat elektronovou strukturu a jaderná silová pole, která určují molekulární geometrii, vlastnosti a vztah měření k teoretickým výpočtům. Hochstrasserova počáteční práce se soustředila na studium molekulárních krystalů , kde intramolekulární interakce a síly převyšovaly magnetické intermolekulární interakce o více než řád. Uvědomil si, že model orientovaného plynu, který zanedbává všechny mezimolekulární interakce , je dobrou aproximací molekulárního krystalu nultého řádu. S ohledem na nízkoenergetické stavy aromatických molekul, heterocyklů a dalších konjugovaných systémů byla složitost spekter značně snížena a analýza zjednodušena záznamem spekter orientovaných jednoduchých krystalů s polarizovaným světlem při nízkých teplotách.
Hochstrasser provedl optické experimenty v National Magnetic Laboratory na Massachusetts Institute of Technology a v roce 1965 poprvé uvažoval o Zeemanově štěpení ve spektrech molekulárních krystalů [8] . Poté tato měření rozšířil na mnoho dalších molekul. Proces vyžadoval vypěstování jediného krystalu o tloušťce několika centimetrů, chlazení bez defektů na teplotu kapalného helia a přenesení celého optického zařízení do magnetické laboratoře. Mohl tak určit pár orbitálních spinů a symetrii excitovaného singletového stavu a otevřít nové perspektivy pro studium tripletového stavu. Hochstrasser se od samého počátku zajímal o původ tvarů čar uvažovaných v molekulových spektrech v kondenzované fázi [9] . Přisuzoval problém interakce mezi excitovanými stavy v molekulách [5] a považoval jej za spektrální poruchy a interakci s prostředím [10] .
V roce 1969 vybavil Hochstrasser první laser na bázi neodymové čočky s opakovací frekvencí jeden puls za minutu, určený pro měření s konstantním časovým rozlišením. První měření s konstantním časovým rozlišením používaly různé harmonické složky laseru s neodymovými čočkami jako excitaci a pulz sondy. Časosběrná spektra byla zaznamenávána fotograficky pomocí kontinuálního laserem generovaného absorpčního pulzu nebo optické Kerrovy cely . Ale 95 % studijního času bylo vynaloženo na nastavení a ovládání laseru. Hochstrasser tvrdě pracoval, aby dosáhl spolehlivých výsledků. V důsledku toho byly pro různé molekuly získány informace o přenosu energie mezi tripletovými stavy. První práce na toto téma byly publikovány na počátku 70. let [11] [12] [13] .
Po vytvoření snadno laditelných úzkopaprskových laserů se objevily nové směry výzkumu [14] . Brzy Hochstrasser a jeho kolegové zkonstruovali jeden z těchto laserů, načež zaznamenali první dvoufotonová spektra s vysokým rozlišením difenylového krystalu [15] a poté spektra benzenu v pevné a plynné fázi [16] . První rotačně rozlišené dvoufotonové spektrum bylo uvažováno s použitím oxidu dusnatého při nízkých tlacích [17] .
Ladicí lasery otevřely možnost selektivní excitace molekul v souboru, stejně jako přenos určitých energetických stavů do molekuly, iniciaci a studium selektivních procesů. Hochstrasser a jeho kolega Amos Smith použili tetrazin a jeho deriváty v krystalických matricích benzenu a inertních plynů k prokázání selektivní izotopové fotodestrukce a dosažení obohacení izotopovým faktorem více než 104krát [ 18 ] , k objasnění reakční dráhy a demonstraci spinové selektivity reakce. Později byla disociace derivátu této molekuly využita jako spouštěč strukturálních změn biologických molekul [19] .
Hochstrasser se zajímal o přístup k informacím o vlastnostech excitovaného stavu a relaxačních procesech [20] [21] . Ve spolupráci s pensylvánským kolegou Davidem Whitem charakterizoval koherentní rozpad vibračních poruch v jednoduchém dvouatomovém krystalu N 2 a H 2 a vyvinul teoretické koncepty, které se staly důležitými pro pochopení těchto procesů ve velkých molekulách, krystalech a roztocích [22] . V té době bylo málo známo o relaxačních časech vibrací ve velkých molekulách. V důsledku toho k takovému objevu nemohlo dojít velmi brzy v molekulárních krystalech aromatických molekul [23] . Hochstrfsser ukázal vysoký výběr dat o relaxačních procesech v čistých a izotopových smíšených krystalech, načež byly tyto informace základem pro vytvoření teoretických modelů [24] . Koherentní doby rozpadu byly získány pomocí analýzy tvaru čar a přímých měření času. Tak byly získány úžasné výsledky: koherentní doba rozpadu při 606 cm −1 krystalu benzenu se zvýšila z 95 ps na 2,62 ns v krystalech vyrobených z čistého izotopu C-12 [25] .
Během 80. let 20. století Hochstrasser prozkoumal mnoho dalších různých způsobů využití koherentních nelineárních optických procesů a vyvinul související teoretické metody pro studium vlastností excitovaného stavu a relaxačních procesů: přenos energie a relaxační procesy elektronických, vibračních, rotačních stavů a disipace energie, např. stejně jako chemické reakce. Ke studiu vibračních interakcí v IR oblasti použil techniku ultrarychlých laserových pulsů . Hochstrasser vyvinul myšlenku kombinace ultrakrátkých viditelných laserových pulsů pro excitaci molekuly s cw diodovým laserovým paprskem s vysokým rozlišením, aby bylo možné zaznamenat vibrační spektra různých přechodů. Časového rozlišení dosáhl IR transformací, poskytující časově omezený princip neurčitosti a spektrální rozlišení, kde je rozsah času superponován pohybem systému studovaného nejen laserovými přístroji [26] . Tyto metody mu umožnily určit geometrii vazby železo-uhlík v hemové skupině během disociační reakce s vysokou citlivostí a přesností [26] .
Ve svých experimentech Hochstrasser používal úzkopásmové laditelné infračervené záření a širokopásmový IR puls sondy, což bylo ekvivalentní experimentu s dvojitou rezonancí NMR [27] . Tato aplikace pro amidy v terciárních peptidech ukázala, jak lze získat interakci amidových skupin a jejich frekvenční příspěvky, a vytvořila metodu pro stanovení struktury pomocí 2D IR spektroskopie [28] . Dvě další oblasti potřebné k vývoji fázově izolované 2D IR spektroskopie pro obecné použití – ladění fotonového echa a detekce lokálních oscilátorů Hochstrasser dále zavedl „dvoubarevné“ 2D IR, analogické heteromolekulárnímu NMR, a 2D chemické výměnné IR. Později by tato metoda umožnila produkci ultrarychlých (pikosekundových) dynamických systémů v rovnováze, které by podléhaly tepelným chemickým procesům, jako je rozbití nebo vytvoření vazby H-H, jak je popsáno v jeho počáteční práci.
V posledních dvou desetiletích Hochstrasserova života souvisely jeho aplikace ve 2D IR se strukturou a dynamikou peptidů a proteinů [29] . Jeho zájem o proteiny začal teorií polarizační absorpce jednoduchých krystalů v hemu proteinů [30] [31] . K těmto experimentům ho přitahovaly dva faktory. Hemoproteinové krystaly poskytly příklad téměř ideálního orientovaného plynu chromoforů , protože interakce mezi hemovými skupinami jsou extrémně slabé kvůli velkým vzdálenostem mezi hemy zabudovanými ve struktuře větší molekuly. Hochstrasser použil nejen výsledky studie, kde získal krystaly n-cytochromu k interpretaci elektronického původu široce studované konformačně citlivé absorpční vazby, ale také informace o orientaci hemoskupiny z rovinné absorpce polarizovaného světla porfyrinový π-elektronový systém, který byl užitečný pro krystalografy při interpretaci první mapy elektronové hustoty n-cytochromu. Jeho hlavní příspěvek k fyzikální chemii proteinů začíná studiem fotodisociace ligandů během pikosekund od hemoskupin v hemoglobinu a myoglobinu . Pomocí neodymového laseru, jehož nastavení často trvá týdny kvůli jeho bolestivě pomalé opakovací frekvenci na 0,01 Hz, zaznamenal první absorpční spektrum v pikosekundách s rozlišením mnoha vlnových délek. Po této práci následoval jeho objev dvojité rekombinace kyslíku a oxidu dusnatého [32] .
V roce 1960 se oženil s Carol Ostby z Vancouveru, se kterou se seznámil na univerzitě.
Hochstrasser byl kreativní výzkumník, protože opakovaně prováděl zcela nové typy experimentů, které byly podle jeho vrstevníků v té době nemožné. Výsledkem byl nepřetržitý proud průkopnických experimentů a nových nápadů od počátku 60. let až do jeho smrti v roce 2013 [3] .
![]() |
|
---|