1886. Воронка Бюхнера
Лаборатория обычно полна звуков – шумят вытяжные шкафы, булькает вода в охлаждающих рубашках холодильников Либиха, иногда взвывает центрифуга и почти всегда, включаясь и выключаясь, противно щелкает термостат. Но есть один звук, который почти любой химик воспринимает как победные трубы – звук фильтрования твердого вещества на воронке. Этот звук – звук победы. Если дело дошло до фильтрования, у нас есть кристаллы, которые осталось только отделить от маточной жидкости, высушить и далее работать с ними – измерить температуру плавления, отдать на рентгеноструктурный анализ, провести другие эксперименты. Сейчас для фильтрования применяются воронки Шотта (для которых не требуется фильтровальная бумага) и воронки Бюхнера (тут фильтровальная бумага нужна, но зато отмывать ее проще, чем воронку Шотта со стеклянным фильтром).
Фильтрование долгое время было утомительным процессом, и в 1880-е годы многие пытались усовершенствовать технику фильтрования, ускорить процедуру отделения твердого осадка за счет создания разрежения, отсасывающего растворитель, или наоборот «вдавливания» вещества в фильтровальную воронку. Как показала практика, техника вакуумного фильтрования оказалась более перспективной, в первую очередь – благодаря изобретению дисков Витта, описанных в предыдущей главе. Но, опять же, как было сказано в ней, спустя полгода после опубликования Виттом своего подхода, диски Витта стали бесполезными: в том же году директор небольшого завода по производству ультрамаринового красителя в немецком Пфунгштадте, Эрнст Вильгельм Бюхнер, опубликовал свои чертежи воронки для вакуумного фильтрования, в которую «диски Витта» были просто интегрированы.
Эрнст был сыном Вильгельма Бюхнера, богатого политика из образованной семьи. Старший брат Вильгельма, Георг решил восстать против своего класса и несправедливости, в 1834 году он организовал «Общество прав человека», и именно он был автором известного и до наших дней левого лозунга: «Мир – хижинам, война – дворцам». Учебник сравнительной анатомии, написанный Георгом Бюхнером, использовался в университетах вплоть до середины XX века, Георг также был автором трех драматических произведений (опять же посвященных бедственному положению рабочих).
Вильгельм не хотел бунтовать, он обучался химии, его учениками были Гмелин и Либих. По окончанию университета и возвращению в Пфунгштадт в 1841 году он разработал промышленный способ получения ультрамарина, синтетического аналога полудрагоценного минерала лазурита. Дело пошло в гору, на вырученные средства Вильгельм Бюхнер выстроил имение, а затем включился в местную политическую жизнь.
Эрнст Бюхнер, который родился в 1850 году, пошел по стопам отца, а не дяди. Он изучал химию в Тюбингене, в 1874 году опубликовав работу об изучении ультрамарина, а годом позже защитив диссертацию о разложении анилиновых красителей. В 1876 году он женился на кузине, но вскоре брак распался, и она ушла от него, забрав двоих детей. В 1882 году Эрнст сменил отца на посту управляющего семейным делом – сам он считал это аналогом чаши в Гесмифанском саду. Благодаря работам Перкина, Витта и последователей в химии начиналась эра анилиновых красителей, и конкурировать с этими красителями синтетическому ультрамарину было всё сложнее и сложнее. Эрнст работал в лаборатории, патентовал жёлтый и красный ультрамариновые красители, для выделения которых он и разработал воронку, модернизировав дизайн Витта и описав его в 1886 году. Несмотря на значительную компетентность в химии анилиновых красителей, Эрнст Бюхнер не стал развивать бизнес в этом направлении, и дела компании пошли под уклон. В 1890 году Эрнст был вынужден закрыть завод. Отец Эрнста, Вильгельм, умер в 1892 году, в течение последующих лет Эрнст пробовал заниматься разными вещами – газификацией угля, фотографией, предлагал проекты администрации Пфунгштадта и Дармштадта, но все его урбанистические идеи игнорировались. Медленно накопления кончались. В 1925 году вторая жена Эрнста, Мария, умерла, и через пять дней он добровольно ушёл из жизни.
Воронка Бюхнера продолжила жить своей жизнью – до 1920 года ее производил и продавал лидер по производству лабораторного оборудования того времени – Martini&Kaehler, в 1920 году, когда срок патента истек, производством воронок Бюхнера стали заниматься и другие фирмы. Ещё один несомненный плюс воронки Бюхнера состоит в том, что даже будучи расколотой на куски, она продолжает помогать химикам: воронки Бюхнера, как правило, изготавливают из фарфора, а маленькие фарфоровые кусочки – кипелки или кипятильники – мы добавляем в жидкость до начала кипения, чтобы выделяющиеся из пор фарфора пузырьки воздуха перемешивали жидкость, и она кипела равномерно, без толчков.
1887. Чашка Петри
Большинство химиков и специалистов по материаловедению (если, конечно не брать во внимание лауреатов Нобелевской премии 2010 года Андрея Гейма и Константина Новоселова – за получение графена – и их немногочисленных последователей) живут в мире трёхмерных объектов. С того момента, когда Якоб вант Гофф и Джозеф Ле Белль предложили концепцию тетраэдрического углерода, мы стараемся думать об объектах нашего исследования во всех трех измерениях, придумывая все более сложные способы визуализации сложных молекулярных систем. Устройства в химической лаборатории также отражают эту трехмерность – воронки конической формы, сферы и полусферы колб, восходящие и нисходящие спирали водного и воздушного охлаждения холодильников. Однако одно устройство в лаборатории гораздо ближе к двумерности, чем к трехмерности – это чашка Петри, которая, правда, больше ассоциируется с исследованиями в области микробиологии, а не химии.
Ричард Юлиус Петри родился в 1852 году в немецком городе Бармен. Он получил свою медицинскую подготовку в Академии Кайзера Вильгельма, затем проходил интернатуру в Берлинской клинике Шарите, которую закончил в 1876 году, затем продолжил занятия медициной в качестве военного врача, дослужившись до звания майора медицинской службы. В этом статусе в 1882 году он был направлен в исследовательский отдел Имперского министерства здравоохранения в Берлине, где Петри начал работать вместе с микробиологом Робертом Кохом.
Кох был уникальным ученым. В 1872 году Кох он был назначен уездным санитарным врачом в Вольштейне (ныне Вольштын в Польше). Он обнаружил, что в окрестностях города среди скота распространено эндемическое заболевание – сибирская язва, которая поражает лёгкие, вызывает карбункулы кожи и изменения лимфоузлов. Зная об опытах Луи Пастера над животными, больными сибирской язвой, Кох с помощью микроскопа изучает возбудителя, который, предположительно, вызывает сибирскую язву. Проведя серию тщательных, методичных экспериментов, он устанавливает, что единственной причиной заболевания является бактерия Bacillus anthracis, и изучает её биологический цикл развития. Кох установил эпидемиологические особенности болезни, показав, что одна палочка бактерии может образовать многомиллионную колонию. Эти исследования впервые доказали бактериальное происхождение заболевания. Кох был человеком скромным, работавшим в одиночку. Он не публиковал свои результаты, пока его не пригласили читать лекции в Университет Бреслау (сейчас это польский Вроцлав). После цикла лекций и опубликованных работ, описывающих причину развития сибирской язвы, Коху предложили работу в Берлине, на которую он быстро согласился – в лабораториях министерства здравоохранения можно было заниматься исследованиями, не отвлекаясь на приём пациентов.
Критическим элементом работы Коха и его сотрудников были методы выращивания микроорганизмов. Для этого он стал использовать мясной бульон, загущённый желатином или агар-агаром. Кох пытался держать небольшие порции питательной среды с бактериями на предметном стекле микроскопа или в стаканах, которые он прикрывал крышками для предотвращения загрязнения. Когда Петри подключился к работе Коха по изучению возбудителей туберкулеза, ему пришла в голову идея использовать для выращивания бактерий круглую чашку с плоским дном и невысокими стенками, которую можно было бы прикрывать таким же устройством с чуть большим радиусом. Новое устройство позволяло наблюдать за прежде скрытыми от глаз колониями бактерий, наблюдая их рост невооружённым глазом.
Принадлежала ли идея такой посуды Петри? Он опубликовал подходы к дизайну своего устройства только в 1887 году, причем в опубликованной статье было только текстовое описание чашки, а чертежи не приводились. Это привело к тому, что долгое время первенство Петри в создании чашки своего имени оспаривалось – в 1885 году два румынских микробиолога Андре Корнил и Виктор Бабеш издали учебник по бактериологии, в котором была описана сходная чашка для выращивания бактерий (как раз с изображением на развороте). Однако, в том же году свет увидело третье издание книги Эмануэля Кляйна «Микроорганизмы и болезни», где описывается чашка Петри, но под названием «метод пластин Коха». По мнению большинства историков науки, чашки Петри, как эффективные для культивирования микроорганизмов устройства, стали быстро использоваться по всей Европе задолго до публикации самого Петри.
В плане публикаций те времена были неспешные, до предложенного Хорхе Хиршем индекса оставался еще век с небольшим (впервые индекс Хирша как мера эффективности работы учёного появился в 2005 году). Соответственно наукометрии, хиршеметрии и современной концепции «публикуйся или умри» еще не было, и люди могли публиковать результаты своих исследований, когда заблагорассудится, а не когда их начальство требовало от них повышения эффективности и увеличения количества цитируемости. Как бы то ни было, после выхода в 1887 году статьи Петри производители лабораторного оборудования стали изготавливать устройство для выращивания бактерий именно под названием «чашка Петри».
Ко времени публикации дизайна своей чашки Ричард Юлиус Петри успел сменить несколько мест работы – он был директором санатория для больных туберкулезом в Гебесдорфе, директором Музея Гигиены в Берлине, потом стал одним из заместителей Коха в организованном тем Институте гигиены. Петри продолжил исследования, опубликовав за свою жизнь 150 статей и книг. Петри ушёл на пенсию в 1900 году и, по отзывам современников, до падения кайзеровской Германии по государственным праздникам не упускал случая облачиться в форму майора медицинской службы. Умер Петри уже во времена Веймарской республики – в 1921 году.
В наши дни чашки Петри есть практически в каждой лаборатории. Так, хотя моя исследовательская работа далека от микробиологии и выращивания бактериальных культур, сотрудники нашей лаборатории используют их для медленного самопроизвольного упаривания концентрированных растворов и кристаллизации продуктов реакции (при этом чашка с большим диаметром, как и у микробиологов, защищает вещество в маленькой чашке от загрязнений). Однако, чашка Петри – это не только посуда: как и коническая колба Эрленмейера, она давно стала символом, который используется в логотипах, презентациях и фильмах – везде, где дизайнеры или сценаристы хотят лишний раз обратить внимание зрителя на то, что речь идет о микробиологии. Проверьте сами – сколько картинок с композицией «рука, держащая чашку Петри с цветными колониями бактерий» выдаст вам google по запросу «чашка Петри» что на русском, что на английском языках?
