История древней спектроскопии: от Рима до Аркаима

Вест. Пенз. Инж. Заб.-Дор. Унив. (2023), Article ID 2023.01.0011,

DOUI: https://www.vepeinzadoun.org/articles/2023/2023-01-0011

Скачать статью в PDF

Тихонов Д.С. [a]

[a] Чудесное научно-образовательное учереждение, Талштрассе 14, 20359 Гамбург, Германия

Введение

Спектроскопия (или spectrvs) – это один из основных методов анализа вещества, который есть у нас. Взаимодействие молекул с электромагнитным излучением, приводящий к поглощению или испусканию электромагнитных волн определённой частоты, позволяет определять химический состав окружающей среды, звёзд, космоса,[1–3] и даже возраст виски без вскрытия бутылки с сей амброзией [4, 5].

Важным открытием молекулярной спектроскопии было понимание наличия в спектрах поглощения-испускания молекул вращательной подструктуры, или так называемых ветвей. Дело в том, что, например, в инфракрасных (ИК) спектрах газовых образцов, мы можем наблюдать, что линия каждого колебания содержит чёткую структуру из трёх ветвей (см. рис. 1).[8]

• P-ветвь, сдвинутая в область низких частот серия переходов. Она соответствует замедлению вращения молекулы при поглощении фотона, и характеризуется уменьшением главного вращательного числа 𝐽 на единицу (∆𝐽 = −1).

• Q-ветвь, не сдвинутая никуда серия полос. В этом случае молекула не замедляет и не ускоряет своё вращение в колебательно-вращательном переходе, поэтому главное квантовое число не меняется в таком переходе (∆𝐽 = 0).

• R-ветвь, сдвинутая в область высоких частот серия переходов. Она соответствует ускорению вращения молекулы при поглощении фотона, и характеризуется увеличением главного вращательного числа 𝐽 на единицу (∆𝐽 = +1).

По отсутствию Q-ветви в переходах можно определять линейные молекулы (см. рис. 2). Но мало кто знает, что молекулярной спектроскопией занимались с древнейших времён. И в этой статье мы исправим этот досадный недуг незнания.

Древнеримская спектроскопия

Древний Рим был центром спектроскопии Древнего Мира. Спектроскопия в Риме была настолько развита, что важное знание о вращательных ветвях P, Q, R было символом римской республики, а позже и римской империи (см. рис. 3) [9]. Буквы "SPQR" обозначали "Spectrvm P-Q-R", что расшифровывалось как "ищи в спектрах P, Q и R-ветви", при этом ветви обычно символизировали при помощи оливковых ветвей по бокам. Сей знак убрал со знамени римской империи только Константин Великий в 312 году. Поскольку он был поклонником синтетической химии и проводил всё время в халате за роторным испарителем, новым флагом империи стал Лабарум (Lab rvm) [9].

Спектроскопическими исследованиями еды императора (на наличие ядов, той же синильной кислоты, HCN), зрелостью урожая, и прочими прикладными вещами занимались храмы. В частности, весталки, были одними из ведущих работников этой области [9]. В их храме богини Весты, всегда горел огонь, использовавшийся в качестве источника света для поглощательной и испускательной спектроскопии. Именно поэтому было так важно поддерживать огонь, чтобы качество источника света было высоким. Многие весталки работали в своих институтах по 30 лет, не занимаясь телесными утехами, поскольку иначе не оставалось времени на чтение научных трактатов и совершенствования своих лабораторных навыков.

Спектроскопия Древнего Рима требовала очень точных и высококачественных оптических инструментов. Призмы, и конечно же лупы производились в специальных учереждениях: лупанариях (lupanarium, от слова "лупа"). Именно там, тонким ручным (и не только!) трудом полировались и шлифовались будущие оптические компоненты спектрометров. Особым открытием там стали оптические кюветы для жидких образцов, сделанные из бычьих и козлиных мочевых пузырей (латекс ещё к тому моменту был весьма дорог) [9,10]. Но, конечно, римляне ничего не изобрели сами, а всего-лишь усовершенствовали знания, похищенные у древних греков. Об этом следующий раздел.

Древнегреческая спектроскопия

В отличие от римлян, работавших в инфракрасном (ИК) и микроволновом (МКВ) диапазонах частот, греки были любителями оптической спектроскопии. Разложение белого света оптического диапазона на радугу при помощи призм, зеркал, капель воды, был хорошо известно ещё Зенону, который использовал полученный таким образом монохроматический свет для контроля состояний квантовых систем за счёт открытого им квантового эффекта Зенона [11].

Знание о разложении белого спектра на компоненты было настолько важным, что греческие школы, академии и другие философские клубы по интересам использовали в качестве своего символа радужный флаг, олицетворяющий компоненты видимого спектра [9]. Пифагорийцы, платоновцы, последователи Аристотеля, все имели сей флаг в качестве своего символа. И в дань сему древнему знанию, многие современные научные организации, занимающиеся спектроскопией, такие как Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (EuXFEL), часто вывешивают рядом со своими флагами стяг древнегреческих философов.

Знание о спектроскопии в Древней Греции было настолько глубоким, что вызывало серьёзные дебаты в философском мире, занимавшемся такими исследованиями. В частности, платоновский Миф о Пещере (см. рис. 4), говорит именно о спектроскопии [12].

Посудите сами:

• источник света (огонь или солнце) — это очевидный аттрибут любого спектрометра,

• "мир" - это всего-лишь исследуемый образец, который находится между источником света и детектором,

• ну и конечно же, стена — это ни что иное, как детектор.

А люди, прикованные в тёмной пещере, смотрящие на стену (детектор) — это, очевидно, лаборанты, занимающиеся интерпретацией наблюдаемых данных. Собственно, основная идея сего мифа была в необходимости многодиапазонных исследований, чтобы избежать неопределённостей в интерпретации однодиапазонных спектроскопических данных. Это уже позже, европейские философы с гуманитарным складом мозга (ГСМ), не смогли справиться с сей естественнонаучной картиной, и выдумали себе современную бессмысленную интерпретацию, но мы то знаем. Ну и конечно же, греки сами тоже ничего не придумали.

Заключение

Несмотря на сказанное выше, истинными первооткрывателями спектроскопии являются никто иные, как славяно-арии. И записали они это всё в своих ведах. Всё и так очевидно, поэтому тратить место на объяснения мы здесь не будем, а отошлём вас (если вы такие необразованные неучи) к литературе [13,14].

Список литературы

[1] Kim, J., Kim, J., & Jang, S. H. (2021). Infrared spectra in air pollution research and monitoring from space: a review. In Jaehwan Kim (Ed.), Nano-, Bio-, Info-Tech Sensors and Wearable Systems (Vol. 11590, p. 115900P). SPIE. https://doi.org/10.1117/12.2584500

[2] McGuire, B. A., Burkhardt, A. M., Kalenskii, S., Shingledecker, C. N., Remijan, A. J., Herbst, E., & Michael C. McCarthy. (2018). Detection of the aromatic molecule benzonitrile (c-C6H5CN) in the interstellar medium. Science, 359(6372), 202–205. https://doi.org/10.1126/science.aao4890

[3] Afşar, M., Sneden, C., Wood, M. P., Lawler, J. E., Bozkurt, Z., Topcu, G. B., Mace, G. N., Kim, H., & Jaffe, D. T. (2018). Chemical Compositions of Evolved Stars from Near-infrared IGRINS High-resolution Spectra. I. Abundances in Three Red Horizontal Branch Stars. The Astrophysical Journal, 865(1), 44. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aada0c

[4] Fleming, H., Chen, M., Bruce, G. D., & Dholakia, K. (2020). Through-bottle whisky sensing and classification using Raman spectroscopy in an axicon-based backscattering configuration. Anal. Methods, 12(37), 4572–4578. https://doi.org/10.1039/D0AY01101K

[5] Gracie, J., Zamberlan, F., Andrews, I. B., Smith, B. O., & Peveler, W. J. (2022). Growth of Plasmonic Nanoparticles for Aging Cask-Matured Whisky. ACS Applied Nano Materials, 5(10), 15362–15368. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c03406

[6] Barber, R. J., Strange, J. K., Hill, C., Polyansky, O. L., Mellau, G. Ch., Yurchenko, S. N., & Tennyson, J. (2013). ExoMol line lists – III. An improved hot rotation-vibration line list for HCN and HNC. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 437(2), 1828–1835. https://doi.org/10.1093/mnras/stt2011

[7] Tennyson, J., Yurchenko, S. N., Al-Refaie, A. F., Barton, E. J., Chubb, K. L., Coles, P. A., Diamantopoulou, S., Gorman, M. N., Hill, C., Lam, A. Z., Lodi, L., McKemmish, L. K., Na, Y., Owens, A., Polyansky, O. L., Rivlin, T., Sousa-Silva, C., Underwood, D. S., Yachmenev, A., & Zak, E. (2016). The ExoMol database: Molecular line lists for exoplanet and other hot atmospheres. Journal of Molecular Spectroscopy, 327, 73–94. https://doi.org/10.1016/j.jms.2016.05.002

[8] Вилков, Л. В., & Пентин, Ю. А. (1987). Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высшая школа.

[9] ред. О. Ю. Шмидт, Гл. (2010). Большая Советская Энциклопедия [Электронный ресурс]: 65 томов. Годы выпуска: 1926-1947. М.: ООО “СИЭТС”, Бука.

[10] Hantzis, M. A. (2008). Sasha Grey’s Anatomy. Teravision.

[11] Иванов, М. Г. (2012). Как понимать квантовую механику. М.–Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика.”

[12] Платон. (1994). Государство. Книга седьмая (в переводе А. Н. Егунова). // Собрание сочинений в 4 т. Т. 3. М.: Мысль.

[13] Жуков, М. С. (2008). Корчеватель: Алгоритм типичной унификации точек доступа и избыточности. Журнал Научных Публикаций Аспирантов и Докторантов.

[14] Гессен, М. В. (2013). Клеточный Гадолиноцен. Квантохимическое исследование и успешный синтез первого соединения нового класса сэндвич-каркасных структур. European Applied Sciences, 11(2), 28–29.