Hochstrasser, Robin

Robin Hochstrasser
Robin M. Hochstrasser
Nimi syntyessään Robin Main Hochstrasser
Syntymäaika 4. tammikuuta 1931( 1931-01-04 )
Syntymäpaikka
Kuolinpäivämäärä 27. helmikuuta 2013( 27-02-2013 ) [1] (82-vuotias)
Kuoleman paikka
Maa
Tieteellinen ala Molekyylispektroskopia, fysikaalinen kemia, laserkemia
Työpaikka
Alma mater
Palkinnot ja palkinnot Benjamin Franklin -mitali ( 2003 ) Ellis Lippincott [d] Award ( 1997 ) Centenary Award ( 1999 ) American Physical Societyn jäsen [d] Edgar Bright Wilson -palkinto spektroskopiassa [d] ( 1998 ) F. A. Cotton Medal [d] ( 2006 ) Guggenheim-apuraha Peter Debye -palkinto [d] Bourke-palkinto [d]

Robin Main Hochstrasser ( eng.  Robin Main Hochstrasser ; 4. tammikuuta 1931 [3] , Edinburgh , Skotlanti  - 27. helmikuuta 2013 , Pennsylvania , USA ) on skotlantilaista alkuperää oleva yhdysvaltalainen fyysikko ja kemisti. Hän oli molekyylispektroskopian perustaja ja antoi myös merkittävän panoksen laserkemiaan.

Pennsylvanian yliopiston professori (1968), Edinburghin yliopiston kunniatohtori (2013), kansallisen tiedeakatemian jäsen (1982).

Elämäkerta

Robin Main Hochstrasser syntyi ja opiskeli Edinburghissa (Skotlanti). Hänen koulunsa oli kesken, sillä hän jätti koulun 15-vuotiaana, kun hänen perheensä oli muuttamassa Belgiaan, mutta palasi muutamaa kuukautta myöhemmin. Vuonna 1948, 17-vuotiaana, hän läpäisi korkeakoulun pääsykokeet ja ansaitsi erinomaiset arvosanat matematiikasta ja kemiasta, vaikka hän ei koskaan valmistunut lukiosta. Vuonna 1952 hän suoritti kandidaatin tutkinnon Heriot-Watt Universitystä Skotlannista ja vuonna 1955 filosofian tohtorin (PhD) kemian Edinburghin yliopistosta . Hän kirjoitti väitöskirjan valokemiallisista ilmiöistä pinnalla [4] . Suoritettuaan kaksivuotisen kiertueen Royal Air Forcessa lentäjänä hän oppi korkean tutkan elektroniikan perusteet. Kahden vuoden palveluksessa kuninkaallisessa ilmavoimissa Hochstrasser sai asianmukaisen matematiikan tutkinnon, mikä auttoi häntä saamaan vakavaa kokemusta soveltavan matematiikan alalla ja kirjoittamaan oppikirjan ryhmäteoriasta [5] . Hän aloitti työskentelyn British Columbian yliopistossa vuonna 1957 opettajana ja vuonna 1960 hänestä tuli apulaisprofessori. Vuonna 1963 hän muutti Pennsylvanian yliopistoon , jossa hänestä tuli fysiikan professori vuonna 1983.

Vuodesta 1971 Hochstrasser on toiminut Ultrafast  Laser Research Resource -julkaisun toimittajana , ja vuonna 1978 hänet nimitettiin National Institutes of Healthin sponsoroiman alueellisen laser- ja biolääketieteen laboratorion johtajaksi kehittämään ja soveltamaan modernisoituja lasertekniikoita biolääketieteen ongelmiin. Vuosina 1975–2012 Hochstrasser toimi Chemical Physics -lehden toimittajana [6] [ 7] . 

Varhaiset vuodet

Hochstrasser perusti työnsä alussa Pennsylvanian yliopistossa tieteellisen ryhmänsä uuteen aineen rakenteen tutkimuksen laboratorioon. Moniatomisten molekyylien spektroskopia oli nouseva ala 1960-luvulla, mikä puolestaan ​​lupasi kyvyn karakterisoida elektronirakennetta ja ydinvoimakenttiä, jotka määräävät molekyyligeometrian, ominaisuudet sekä mittausten suhteen teoreettisiin laskelmiin. Hochstrasserin alkuperäinen työ keskittyi molekyylikiteiden tutkimukseen , jossa molekyylinsisäiset vuorovaikutukset ja voimat ylittivät magneettisten molekyylien välisten vuorovaikutusten määrän yli suuruusluokkaa. Hän ymmärsi, että suuntautunut kaasumalli, joka jättää huomiotta kaikki molekyylien väliset vuorovaikutukset , on hyvä nolla-asteen approksimaatio molekyylikiteestä. Mitä tulee aromaattisten molekyylien, heterosyklien ja muiden konjugoitujen järjestelmien matalan energian tiloihin, spektrien monimutkaisuus väheni huomattavasti ja analyysi yksinkertaistui tallentamalla orientoituneiden yksinkertaisten kiteiden spektrit polarisoidulla valolla matalissa lämpötiloissa.

Hochstrasser suoritti optisia kokeita National Magnetic Laboratoryssa Massachusetts Institute of Technologyssa ja pohti Zeemanin jakautumista molekyylikiteiden spektrissä vuonna 1965 [8] . Sitten hän laajensi nämä mittaukset moniin muihin molekyyleihin. Prosessi vaati muutaman senttimetrin paksuisen yksittäiskiteen kasvattamisen, virheetöntä jäähdytystä nestemäisen heliumin lämpötilaan ja koko optisen asennuksen siirtämistä magneettilaboratorioon. Siten hän pystyi määrittämään kiertoradan spinien parin ja virittyneen singlettitilan symmetrian ja avata uusia näkökulmia triplettitilan tutkimiseen. Hochstrasser oli alusta asti kiinnostunut molekyylispektreissä tarkasteltavien viivamuotojen alkuperästä kondensoituneessa faasissa [9] . Hän katsoi molekyylien virittyneiden tilojen välisen vuorovaikutuksen ongelman [5] pitäen sitä spektrihäiriöinä ja vuorovaikutuksena ympäristön kanssa [10] .

Tieteellinen tutkimus

Laserkemian tutkimus

Vuonna 1969 Hochstrasser varusti ensimmäisen laserin , joka perustui neodyymilinssiin , jonka toistonopeus on yksi pulssi minuutissa ja joka oli suunniteltu mittauksiin vakioaikaresoluutiolla. Ensimmäiset mittaukset vakioaikaresoluutiolla käyttivät viritys- ja anturipulssina neodyymilinssilaserin erilaisia ​​harmonisia. Ajastetut spektrit tallennettiin valokuvallisesti käyttämällä jatkuvaa lasergeneroitua absorptiopulssia tai optista Kerr-kennoa . Mutta 95 % tutkimusajasta käytettiin laserin asettamiseen ja ohjaamiseen. Hochstrasser työskenteli kovasti saadakseen luotettavia tuloksia. Tuloksena saatiin tietoa energiansiirrosta triplettitilojen välillä eri molekyyleille. Ensimmäiset artikkelit aiheesta julkaistiin 1970-luvun alussa [11] [12] [13] .

Helposti viritettävien kapeasäteisten lasereiden luomisen jälkeen tutkimukselle ilmestyi uusia suuntauksia [14] . Pian Hochstrasser ja hänen kollegansa rakensivat yhden näistä lasereista, minkä jälkeen he tallensivat difenyylikiteen ensimmäiset korkearesoluutioiset kaksifotonispektrit [15] ja sitten bentseenin spektrit kiinteässä ja kaasufaasissa [16] . Ensimmäinen rotaatioresoluutioinen kaksifotonispektri harkittiin käyttämällä typpioksidia alhaisissa paineissa [17] .

Virityslaserit avasivat mahdollisuuden molekyylien selektiiviseen viritykseen yhdistelmässä sekä tiettyjen energiatilojen siirtämiseen molekyyliin, selektiivisten prosessien käynnistämiseen ja tutkimiseen. Hochstrasser ja hänen kollegansa Amos Smith käyttivät tetratsiinia ja johdannaisia ​​kiteisessä bentseenissä ja inertissä kaasumatriiseissa osoittaakseen selektiivisen isotooppisen fotodestructionin ja saavuttaakseen isotooppisen tekijän yli 10-4-kertaisen rikastumisen [ 18 ] , selvittääkseen reaktioreitin ja osoittaakseen sen spin-selektiivisyyden. reaktio. Myöhemmin tämän molekyylin johdannaisen dissosiaatiota käytettiin laukaisijana biologisten molekyylien rakenteellisiin muutoksiin [19] .

Tutkimus koherenttien epälineaaristen ja ultranopeiden prosessien alalla

Hochstrasser oli kiinnostunut saamaan tietoa viritystilan ja rentoutumisprosessien ominaisuuksista [20] [21] . Yhteistyössä pennsylvanialaisen kollegansa David Whiten kanssa hän karakterisoi värähtelyhäiriöiden koherentin vaimenemisen yksinkertaisessa kaksiatomisessa N2- ja H2 - kiteessä ja kehitti teoreettisia käsitteitä, joista on tullut tärkeitä näiden prosessien ymmärtämiseksi suurissa molekyyleissä, kiteissä ja liuoksissa [22] . Tuohon aikaan suurien molekyylien värähtelyjen relaksaatioajoista tiedettiin vähän. Näin ollen aromaattisten molekyylien molekyylikiteissä tällainen löytö ei voinut tapahtua kovin pian [23] . Hochstrfsser osoitti suuren valikoiman tietoa relaksaatioprosesseista puhtaissa ja isotooppisissa sekakiteissä, minkä jälkeen tämä tieto oli pohjana teoreettisten mallien luomiselle [24] . Koherentit vaimenemisajat saatiin käyttämällä viivan muotoanalyysiä ja suoria aikamittauksia. Siten saatiin hämmästyttäviä tuloksia: bentseenikiteen koherentti hajoamisaika 606 cm -1 :ssä kasvoi 95 ps:stä 2,62 ns:iin puhtaasta C-12-isotoopista valmistetuissa kiteissä [25] .

1980-luvulla Hochstrasser tutki monia muita eri tapoja käyttää koherentteja epälineaarisia optisia prosesseja ja kehitti niihin liittyviä teoreettisia menetelmiä virittyneen tilan ominaisuuksien ja rentoutumisprosessien tutkimiseen: elektronisten, värähtelyjen, pyörimistilojen energiansiirto- ja rentoutumisprosesseja sekä energiahäviötä. sekä kemiallisia reaktioita. Hän käytti ultranopeiden laserpulssien tekniikkaa värähtelyvuorovaikutusten tutkimiseen IR-alueella . Hochstrasser kehitti idean yhdistää ultralyhyitä näkyviä laserpulsseja molekyylin virittämiseksi korkearesoluutioisella cw-diodilasersäteellä erilaisten siirtymien värähtelyspektrien tallentamiseksi. Hän saavutti aikaresoluution IR-muunnolla, joka tarjoaa aikarajoitetun epävarmuusperiaatteen ja spektriresoluution, jossa ajan laajuus on päällekkäin laserinstrumenteilla tutkitun järjestelmän liikkeen avulla [26] . Nämä menetelmät antoivat hänelle mahdollisuuden määrittää rauta-hiili-sidoksen geometria hemiryhmässä dissosiaatioreaktion aikana suurella herkkyydellä ja tarkkuudella [26] .

Kaksiulotteinen infrapunaspektroskopia

Kokeissaan Hochstrasser käytti kapeakaistaista viritettävää infrapunasäteilyä ja laajakaistaista IR-anturin pulssia, joka vastasi kaksoisresonanssi- NMR -koetta [27] . Tämä sovellus tertiääristen peptidien amideihin on osoittanut, kuinka amidiryhmien vuorovaikutus ja niiden frekvenssivaikutus voidaan saavuttaa, luomalla menetelmän rakenteen määrittämiseksi käyttämällä 2D IR -spektroskopiaa [28] . Kaksi muuta aluetta, joita tarvitaan faasieristetyn 2D IR -spektroskopian kehittämiseen yleiskäyttöön - fotonikaiun viritys ja paikallisoskillaattorin havaitseminen. Hochstrasser otti käyttöön "kaksivärisen" 2D IR:n, joka on analoginen heteromolekyyli-NMR:n kanssa, ja 2D-kemiallisen vaihto-IR:n. Myöhemmin tämä menetelmä mahdollistaisi ultranopeiden (pikosekuntien) dynaamisten järjestelmien tuotannon tasapainossa, joille altistetaan lämpökemialliset prosessit, kuten H-H-sidoksen katkeaminen tai luominen, kuten hänen alkuperäisessä työssään kuvattiin.

Sovellukset biokemiassa

Hochstrasserin elämän kahden viimeisen vuosikymmenen aikana hänen sovelluksensa 2D IR:ssä liittyivät peptidien ja proteiinien rakenteeseen ja dynamiikkaan [29] . Hänen kiinnostuksensa proteiineihin alkoi teoriasta yksinkertaisten kiteiden polarisaatioabsorptiosta proteiinien heemissä [30] [31] . Kaksi tekijää houkutteli häntä näihin kokeisiin. Hemoproteiinikiteet tarjosivat esimerkin lähes ideaalisuuntautuneesta kromoforien kaasusta , koska hemiryhmien väliset vuorovaikutukset ovat äärimmäisen heikkoja suuremman molekyylin rakenteeseen upotetun heemin välisten suurten etäisyyksien vuoksi. Hochstrasser ei vain käyttänyt tuloksia tutkimuksesta, jossa hän sai n-sytokromikiteitä tulkitakseen laajasti tutkitun konformaatioherkän absorptiosidoksen elektronista alkuperää, vaan myös tietoa hemoryhmän orientaatiosta polarisoidun valon tasomaisesta absorptiosta. porfyriini π-elektronijärjestelmä, joka oli hyödyllinen kristallografeille n-sytokromin ensimmäisen elektronitiheyskartan tulkinnassa. Hänen tärkein panoksensa proteiinien fysikaaliseen kemiaan alkaa hänen tutkimuksestaan ​​ligandien fotodissosiaatiosta pikosekundien sisällä hemoglobiinin ja myoglobiinin hemoryhmistä. Hän nauhoitti ensimmäisen pikosekunnin erotuskyvyn moniaallonpituisen absorptiospektrin käyttämällä neodyymilaseria, jonka asentaminen kestää usein viikkoja sen tuskallisen hitaan toistonopeuden vuoksi 0,01 Hz:llä. Tätä työtä seurasi hänen löytönsä hapen ja typpioksidin kaksoisrekombinaatiosta [32] .

Kunniamerkit ja palkinnot

Henkilökohtainen elämä

Vuonna 1960 hän meni naimisiin vancouverilaisen Carol Ostbyn kanssa, jonka hän tapasi yliopistossa.

Henkilökohtaiset ominaisuudet

Hochstrasser oli luova tutkija, koska hän suoritti toistuvasti täysin uudenlaisia ​​​​kokeita, jotka hänen vertaistensa mukaan olivat tuolloin mahdottomia. Tuloksena oli jatkuva uraauurtavien kokeiden ja uusien ideoiden virta 1960-luvun alusta hänen kuolemaansa vuonna 2013 [3] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Robin M. Hochstrasser // Solomon Guggenheim -museo - 1937.
  2. ↑ Freebase-tietojen lataus - Google .
  3. ↑ 1 2 Elämäkertamuistoja, 2016 , s. 2.
  4. ↑ Hochstrasser, R.M. ja M. Ritchie. 1956. Rubreeniperoksidin valomuodostus ja lämpöhajoaminen.// Trans. farad. soc. 52:1363-1373
  5. ↑ Hochstrasser, RM 1966. Symmetrian molekyylinäkökohdat.// New York: W. A. ​​Benjamin
  6. ↑ Kemiallisen fysiikan toimituskunta  . Elsevier . Haettu: 30. joulukuuta 2017.
  7. ↑ Robin Hochstrasser Nuoren tutkijan  palkinto . Elsevier . Haettu: 30. joulukuuta 2017.
  8. ↑ Castro, G. ja R. M. Hochstrasser. 1965. Spin-kiertoratakytkentä ja Zeeman-ilmiö molekyylikiteissä.// Solid State Comm. 3:425-428
  9. ↑ Hochstrasser, RM 1968. Vibronisten vuorovaikutusten analyyttisiä ja rakenteellisia näkökohtia orgaanisten molekyylien ultraviolettispektreissä.// Accts. Chem. Res . 1:266-274
  10. ↑ Hochstrasser, R.M. ja C. Marzzacco. 1968. Häiriöt elektronisten tilojen välillä aromaattisissa ja heteroaromaattisissa molekyyleissä.// J. Chem. Phys . 49:971-984
  11. ↑ Hochstrasser, R.M. ja P.N. Prasad. 1972. Elektronisten siirtymien fononisivukaistat molekyylikiteissä ja sekakiteissä.// J. Chem. Phys. 56:2814-2823
  12. ↑ Hochstrasser, RM, H. Lutz ja GW Scott. 1974. Bentsofenonin alimman triplettitilan asuttamisen dynamiikka singlettivirityksen jälkeen.// Chem. Phys. Lett. 24:162-167
  13. ↑ Anderson, RW, RM Hochstrasser, H. Lutz ja GW Scott. 1974. Järjestelmien välisen ylityskinetiikan mittaukset 3545 A pikosekunnin pulsseilla: nitronaftaleenit ja bentsofenoni.// Chem. Phys. Lett . 28:153-157
  14. ↑ Anderson, RW, RM Hochstrasser, H. Lutz ja GW Scott. 1974. Suorat mittaukset energiansiirrosta molekyylien kolmoistilojen välillä nesteissä käyttäen pikosekuntipulsseja.// J. Chem. Phys . 61:2500-2506
  15. ↑ Hansch, TW 1972. Toistuvasti pulssiviritettävä väriainelaser korkearesoluutioiseen spektroskopiaan.// App. Opt . 11:895-898
  16. ↑ Hochstrasser, RM, JE Wessel ja HN Sung. 1974. Bentseenin kahden fotonin viritysspektri kaasufaasissa ja kiteessä.// J. Chem. Phys . 60:317-318
  17. ↑ Bray, RG, RM Hochstrasser ja JE Wessel. 1974. Jatkuvasti viritettävä 2 fotonin viritys yksittäisten typpioksidin 2-sigma-T-tilan pyörimistasojen.// Chem. Phys. Lett . 27:167-171
  18. ↑ Hochstrasser, R.M. ja D.S. King. 1975. Isotooppisesti selektiivinen fotokemia molekyylikiteissä.// J. Amer. Chem. Soc . 97:4760-4762
  19. ↑ Tucker, MJ, JR Courter, JX Chen, O. Atasoylu, AB Smith III ja RM Hochstrasser. 2010. Tetratsiinivalotriggerit: koettimet peptididynamiikkaan.// Angewandte Chemie-International Edition 49:3612-3616
  20. ↑ Hochstrasser, RM ja HP ​​Trommsdorff. 1983. Molekyylijärjestelmien epälineaarinen optinen spektroskopia.// Acct. Chem. Res . 16:376-385
  21. ↑ Dick, B., R.M. Hochstrasser ja H.P. Trommsdorff. 1987. Resonant Molecular Optics.// Teoksessa Nonlinear Optical Properties of Organic Molecules and Crystals, voi. II. Ed. D. Chemla. s. 159. New York: Academic Press
  22. ↑ Abram, II ja R. M. Hochstrasser. 1980. Teoria eksitonikoherenssin aikaevoluutiosta heikosti epäjärjestyneissä kiteissä.// J. Chem. Phys . 72:3617-3625.
  23. ↑ Decola, PL, RM Hochstrasser ja HP ​​Trommsdorff. 1980. Värähtelyrelaksaatio molekyylikiteissä neljän aallon avulla: naftaleenin sekoittaminen.// Chem. Phys. Lett. 72:1-4
  24. ↑ Velsko, S. ja R. M. Hochstrasser. 1985. Tutkimukset värähtelyrelaksaatiosta matalan lämpötilan molekyylikiteissä koherenttia Raman-spektroskopiaa käyttäen.// J. Phys. Chem. 89:2240-2253
  25. ↑ Trout, TJ, S. Velsko, R. Bozio, PL Decola ja RM Hochstrasser. 1984. Epälineaarinen Raman-tutkimus isotooppisesti puhtaiden ja sekoitettujen bentseenin kiteiden viivojen muodoista ja värähtelytilojen rentoutumisesta.// J. Chem. Phys. 81:4746-4759
  26. ↑ 1 2 Moore, JN, P.A. Hansen ja R.M. Hochstrasser. 1987. Uusi menetelmä pikosekundin aikaerotettuun infrapunaspektroskopiaan: Sovellukset CO:n valodissosiaatioon rautaporfyriineistä.// Chem. Phys. Lett . 138:110-114
  27. ↑ Moore, JN, P.A. Hansen ja R.M. Hochstrasser. 1988. Karboksimyoglobiinin ja karboksihemoglobiinin rautakarbonyylisidosgeometriat liuoksessa määritettynä pikosekunnin aikaresoluutiolla infrapunaspektroskopialla.// Proc. Natl. Acad. sci. USA 85:5062-5066
  28. ↑ Hamm, P., MH Lim ja R.M. Hochstrasser. 1998. Peptidien amidi I -vyöhykkeen rakenne mitattuna femtosekunnin epälineaarisella infrapunaspektroskopialla . // Matka. Phys. Chem . 102:6123-6138
  29. ↑ Kim, YS ja R.M. Hochstrasser. 2009. 2D IR -spektroskopian sovellukset peptidiproteiineihin ja vetysidosdynamiikkaan.// J. Phys. Chem . B113 :8231-8251
  30. ↑ Eaton, W. A. ​​ja R. M. Hochstrasser. 1968. Ferrimyoglobiinikompleksien yksikidespektrit polarisoidussa valossa.// J. Chem. Phys . 49:985-995
  31. ↑ Greene, B.I., R.M. Hochstrasser, R.B. Weisman ja W.A. Eaton. 1978. Spektroskooppiset tutkimukset oksi- ja hiilimonoksihemoglobiinista pulssioptisen virityksen jälkeen.// Proc. Natl. Acad. Sci . USA 75:5255-5259
  32. ↑ Phillips, CM, Y. Mizutani ja RM Hochstrasser. 1995. Ultranopea termisesti indusoitu RNAse-A:n avautuminen.// Proc. Natl. Acad. Sci . USA 92:7292-7296
  33. ↑ Aiemmat RSC Bourke -palkinnon voittajat

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen