Roberta Brattana

R. Robert Brattain
Urodzić się	( 1911-05-21 ) 21 maja 1911
Zmarł	17 listopada 2002 ( w wieku 91) ( 17.11.2002 ) NAS
Narodowość	amerykański
Inne nazwy	Rossa Roberta Brattaina
Alma Mater	Whitman College , Uniwersytet Waszyngtoński , Uniwersytet Princeton
Zawód	Fizyka
Pracodawca	Firma deweloperska Shell
Znany z	Spektrofotometria , oprzyrządowanie
Krewni	Walter Houser Brattain (brat)

R. Robert Brattain (21 maja 1911 - 17 listopada 2002) był amerykańskim fizykiem pracującym w Shell Development Company . Brał udział w wielu tajnych projektach podczas II wojny światowej . Jest uznawany za jednego z czołowych amerykańskich spektroskopistów w podczerwieni za swoją pracę nad zaprojektowaniem kilku modeli spektrofotometru oraz za użycie spektrofotometru w podczerwieni do określenia struktury β-laktamu penicyliny . Jego praca oprzyrządowania była niezbędna do późniejszego badania i zrozumienia struktur w chemia organiczna .

Biografia

R. Robert Brattain urodził się 21 maja 1911 r. Jako syn Rossa R. Brattaina i Ottilie Houser Brattain. Oboje rodzice byli absolwentami Whitman College ; Ottilie Houser Brattain był utalentowanym matematykiem. Przez większą część dzieciństwa Roberta Brattaina rodzina mieszkała na farmie bydła w pobliżu Tonasket w stanie Waszyngton .

Brattain uczęszczał do Whitman College w Walla Walla w stanie Waszyngton , podążając za swoim starszym bratem, Walterem Houserem Brattainem . Następnie uzyskał tytuł magistra fizyki na Uniwersytecie Waszyngtońskim w 1933 roku. Następnie studiował fizykę na Uniwersytecie Princeton . Tam poznał Johna Bardeena , częstego partnera do gry w brydża i kręgle. Robert Brattain przedstawił Johna Bardena swojemu bratu Walterowi Brattainowi, z którym Bardeen zdobyłby Nagrodę Nobla.

Początkowo zainteresowany fizyką matematyczną, Robert Brattain wkrótce zainteresował się fizyką eksperymentalną. Po jego doradcy Edwarda Condona zasugerował, aby asystował R. Bowlingowi Barnesowi, ekspertowi w dziedzinie spektrometrii w podczerwieni, Brattain zafascynował się badaniami w podczerwieni i projektowaniem instrumentów. Brattain, Barnes i inni w laboratorium zbudowali spektrofotometr w podczerwieni o jakości badawczej, wykorzystując pryzmat z soli kamiennej, pasek platyny jako źródło promieniowania podczerwonego, stos termoelektryczny do pomiaru promieniowania i dwa galwanometry do wyświetlania wyników. Użyli instrumentu, aby rozpocząć badanie struktury molekularnej cząsteczek organicznych. Po tym, jak Barnes opuścił Princeton dla amerykańskiego Cyanamid , skierował fundusze do Brattain i innych na badanie widm absorpcji w podczerwieni związków organicznych, takich jak benzen, toluen i naftalen.

Firma deweloperska Shell

Ze względu na presję finansową Wielkiego Kryzysu Robert Brattain opuścił Princeton w 1938 roku bez ukończenia studiów. Został zatrudniony przez Otto Beecka i dołączył do Shell Development Company w Emeryville w Kalifornii . Tam zaczął używać spektroskopii w podczerwieni do badania struktur molekularnych ropy naftowej i produktów pokrewnych. Został uznany za wczesnego lidera w okolicy. Praca Brattaina nad C4
_. była „jednym z pierwszych zastosowań [spektrofotometrii] o dużym znaczeniu dla przemysłu naftowego”

Paliwa lotnicze

Jednym z obszarów, które badał Brattain, były izomery butanu , które były wykorzystywane do produkcji wysokooktanowego paliwa lotniczego. Jego celem było wykorzystanie spektrometrii w podczerwieni jako narzędzia analitycznego do kontroli przemysłowych procesów chemicznych, niezawodnego pomiaru izomerów w mieszaninach ropy naftowej.

Brattain ponownie zaczął budować spektrofotometr w podczerwieni o jakości badawczej, tym razem wykorzystując pomysły E. Brighta Wilsona i Harolda Gershinowitza z Uniwersytetu Harvarda . Dzięki zastosowaniu dwóch pryzmatów, jednego z soli kamiennej i jednego z bromku potasu, możliwe było zbadanie szerszego zakresu długości fal podczerwieni. Do 1939 roku Brattain był w stanie użyć swojego „IRS # 1” do rozróżnienia izomerów izobutanu i n-butanu poprzez pomiar pojedynczej długości fali promieniowania podczerwonego. Kontynuując badanie butanów za pomocą IRS nr 1, Brattain zaprojektował prostszy model, „IRS nr 2”, do stosowania w kontroli procesów w rafineriach Shell. Przedstawił swoje projekty IRS nr 1 (badania) i IRS nr 2 (kontrola procesu) Amerykańskiemu Towarzystwu Fizycznemu w Pasadenie w Kalifornii w czerwcu 1941 r.

Po dalszym rozwoju Brattain zaproponował nowy projekt IRS nr 4 i zwrócił się do Arnolda Orville'a Beckmana z National Technical Laboratories (później Beckman Instruments), aby go wykonał. Współpracując z Johnem U. White'em ze Standard Oil , Brattain był w stanie złożyć zamówienie na 10 instrumentów - wystarczająco, aby przekonać Beckmana do rozpoczęcia produkcji. Główny inżynier Beckmana, Howard Cary, zasugerował uproszczenie projektu, który został zatwierdzony przez Brattaina jako Beckman IR-1. IR-1 wykorzystywał pryzmatyczne Littrowa z pojedynczą solą kamienną pryzmat z lustrzanym tyłem oraz analogowy galwanometr do prezentacji wyników. Użytkownicy mogli szybko wybierać spośród 18 określonych długości fal. Firma Beckman Instruments wysłała pierwszy spektrofotometr 1R-1 do firmy Shell 18 września 1942 r.

Kauczuk syntetyczny

Badanie izomerów przeprowadzone przez Brattaina okazało się podwójnie ważne dla działań wojennych. Oprócz izomerów węglowodorów C4, izobutanu i n-butanu (ważne w paliwach lotniczych), Brattain był w stanie zidentyfikować zestaw czterech butenów , 1-butenu , cis-2-butenu , trans-2-butenu i izobutenu . Izomery butylenu były kluczowe dla rozwoju kauczuku syntetycznego, innego materiału niezbędnego do działań wojennych. W porównaniu z poprzednimi metodami destylacji spektrofotometria w podczerwieni zapewniała ogromną oszczędność czasu, skracając czas testowania z 15 lub 20 godzin do 15 minut.

Podczas II wojny światowej Ameryka Północna borykała się z niedoborem kauczuku naturalnego , ponieważ wojna odcięła dostawy z krajów uprawiających kauczuk. Biuro Rezerwy Kauczuku rządu Stanów Zjednoczonych uznało potrzebę opracowania kauczuku syntetycznego . Były profesor Brattain, R. Bowling Barnes, obecnie w Cyanamid, promował wykorzystanie spektrofotometrów w podczerwieni w amerykańskim programie kauczuku syntetycznego. W 1942 r. Biuro Rezerwy Gumy zorganizowało w Detroit tajne spotkania między Robertem Brattainem z Shell Development Company, Arnoldem O. Beckmanem z Beckman Instruments i R. Bowling Barnes z American Cyanamid , poszukujący źródła niezawodnych instrumentów do spektroskopii w podczerwieni i analizy polimerów butadienu. Decydując się na przyjęcie istniejącego projektu Boba Brattaina dla spektrofotometru na podczerwień z pojedynczą wiązką, zlecili firmie Beckman Instruments masową produkcję znormalizowanych instrumentów dla naukowców do wykorzystania w ramach działań wojennych rządu USA związanych z kauczukiem syntetycznym.

Produkcja instrumentów otrzymała ocenę priorytetową AAA, co zapewniło im dostęp do ograniczonych zasobów wojennych. Jednak instrumenty mogły być sprzedawane tylko klientom z certyfikatem AAA, a badania, projekt instrumentu i instrumenty były tajne aż do zakończenia wojny. Nikomu nie wolno było publikować ani omawiać niczego związanego z nowymi maszynami. Na zamówienia zarówno rządu, jak i przemysłu, National Technical Laboratories wyprodukowało i wysłało 77 Beckman IR-1 do 1945 roku. Były one krytycznym wkładem w wysiłek wojenny. Ta wspierana przez rząd współpraca doprowadziła do szybkiego rozwoju i szybkiej transmisji technologii w sieci firm z czasów wojny, ale ograniczenia dotyczące tajemnicy ograniczyły zakres, w jakim praca Brattain-Beckman stała się publicznie znana. Firmy takie jak Perkin-Elmer , którego praca nie była tak ograniczona, byli w stanie opublikować swoje prace w spektroskopii w podczerwieni, zanim Brattain i Beckman mogli to zrobić. Po wojnie takie instrumenty zostały szeroko przyjęte przez chemików, ponieważ były proste w użyciu, niezawodne i niedrogie.

Penicylina

Penicylina , silny antybiotyk , została odkryta w 1928 roku przez szkockiego naukowca Sir Alexandra Fleminga . Podczas II wojny światowej lek był poszukiwany zarówno w leczeniu ran, jak i zagrażających życiu chorób, takich jak zapalenie opon mózgowych , zapalenie płuc i kiła . Produkcja penicyliny wzrosła z 400 milionów jednostek na początku 1943 roku do ponad 650 miliardów jednostek miesięcznie pod koniec wojny. Istniała ogromna presja, aby znaleźć sposoby na zwiększenie produkcji. Naukowcy mieli nadzieję, że dzięki zrozumieniu budowy chemicznej penicyliny uda im się znaleźć sposób na jej syntezę. Postawiono hipotezę dotyczącą kilku możliwych struktur, w tym struktury oksazalonu z 2 połączonymi 5-członowymi pierścieniami oraz struktury β-laktamu obejmującej 4-członowy pierścień, czego nie zaobserwowano w sposób naturalny.

Opracowano transatlantycki projekt badawczy w celu określenia struktury penicyliny. W jej skład weszli badacze spektroskopii w podczerwieni z Cambridge ( GBBM Sutherland ), Oksfordu ( Harold Warris Thompson ) oraz uniwersytetów i firm w Stanach Zjednoczonych (Wydział Fizyki Uniwersytetu Michigan, Shell Development Company, Merck & Co. , Pfizer oraz Russell Sage Institute of Cornell University Medical College). Amerykańskie Biuro Badań Naukowych i Rozwoju zwróciło się do firmy Shell latem 1944 r., a Robert Brattain zebrał zespół do zbadania problemu za pomocą spektrofotometrii w podczerwieni. Inny zespół w firmie Shell zastosował techniki syntezy chemicznej. Do listopada 1944 roku oba zespoły zgodziły się, że penicylina ma strukturę β-laktamu. Dopiero ta struktura wyjaśniała obecność silnych pasm przy częstotliwościach 1785, 1740, 1667 i 1538 cm-1 na wynikach spektroskopii. Brattain i jego współpracownicy opublikowali rządowi raport opisujący ich wyniki w 1944 roku. Pełny raport z międzynarodowych prac spektroskopii w podczerwieni ukazał się w 1949 roku.

Pracując niezależnie w Wielkiej Brytanii, Dorothy Crowfoot i Barbara Low w Oksfordzie w Anglii wykorzystali dyfrakcję rentgenowską do zbadania struktury penicyliny, podobnie jak naukowcy z Imperial Chemical Industries . Mniej więcej w tym samym czasie co grupa Brattaina, grupa krystalografii rentgenowskiej Dorothy Crowfoot znalazła wyniki potwierdzające wniosek, że penicylina ma strukturę β-laktamu. Jej badania zostały opisane na początku 1945 roku. Za te i inne badania wykorzystujące dyfrakcję rentgenowską Dorothy Crowfoot ostatecznie otrzymała Nagrodę Nobla .

Gaz nerwowy

Po wojnie Brattain został poproszony o przeprowadzenie niebezpiecznych badań nad strukturą niemieckich gazów paraliżujących, które były używane podczas II wojny światowej.

Po przejściu na emeryturę Robert Brattain zamieszkał w Monterey w Kalifornii .