Kai Manné Berger Sigbain nie tylko badał światło. Nauczył się czytać chemiczne „odciski palców” pozostające po uderzeniu światła w przedmioty. Szwedzki fizyk zmarł w Ęngelholm w 2007 r., ale jego dziedzictwo jest zakorzenione w narzędziach, których używają naukowcy do analizy wszystkiego, od zanieczyszczonego powietrza po powierzchnie katalizatorów przemysłowych.
Nie zaczynał od zera. Jego ojciec, Karl Manné Siegbaen, otrzymał w 1924 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie spektroskopii rentgenowskiej. Kai poszedł w jego ślady i uzyskał stopień doktora filozofii. W 1944 roku uzyskał doktorat na Uniwersytecie w Sztokholmie. W 1951 roku został profesorem Królewskiego Instytutu Technologicznego. W 1954 przeniósł się na Uniwersytet w Uppsali, gdzie w 1984 przeszedł na emeryturę.
W 1981 roku podzielił się Nagrodą Nobla z Nicholasem Bloembergenem i Arthurem Leonardem Schalowem. Komisja odnotowała ich rewolucyjne osiągnięcia w spektroskopii. Ich badania skupiają się szczególnie na oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego z materią.
Nauka stojąca za ESHA
Szczególnym wkładem firmy Sigban był rozwój ESHA. Jest to skrót od Spektroskopia elektronowa do analizy chemicznej. Brzmi bardzo technicznie. To prawda. Ale logika jest prosta.
Technologia ta opiera się na efekcie fotoelektrycznym. Kiedy promieniowanie elektromagnetyczne uderza w substancję, uwalniane są elektrony. Te emitowane elektrony niosą ze sobą pewną ilość energii kinetycznej. Przełomem Sigbana było udoskonalenie sprzętu, tak aby mógł bardzo dokładnie mierzyć tę energię kinetyczną.
Dlaczego to jest ważne?
Ponieważ energię wiązania można obliczyć, mierząc energię kinetyczną. Każdy pierwiastek chemiczny utrzymuje swoje elektrony na charakterystycznym poziomie energii. Te poziomy energii różnią się nieznacznie w zależności od cząsteczki lub jonu, do którego należy atom. Mierząc przemieszczenie, możemy określić nie tylko obecne pierwiastki, ale także ich środowisko chemiczne.
Sigbahn wykazał, że pierwiastki chemiczne wiążą elektrony przy określonych energiach, które różnią się nieznacznie w zależności od środowiska molekularnego lub jonowego.
Ta precyzja zamienia zjawisko fizyczne w chemiczne narzędzie diagnostyczne.
Praktyczne zastosowanie
W latach 70. na całym świecie wprowadzono ESHA. To nie tylko ciekawostka akademicka. Przemysł musi rozumieć materiały na poziomie powierzchni.
Rozważ rafinację ropy naftowej. Stosowane w tym procesie katalizatory stałe działają w oparciu o oddziaływania powierzchniowe. ESCA umożliwia inżynierom bezpośrednią analizę tych powierzchni. Pomaga nam to zrozumieć, w jaki sposób zachodzą reakcje na poziomie atomowym, co pozwala nam zwiększyć efektywność procesów recyklingu.
Kontrola zanieczyszczeń zapewnia kolejne ważne zastosowanie. Analiza cząstek w zanieczyszczonym powietrzu wymaga dokładnego zrozumienia składu tych cząstek. Informacje te przekazała ESHA. Ujawnia to skład chemiczny substancji zanieczyszczających powietrze i pomaga naukowcom śledzić ich źródła i skutki.
Sigban nie tylko przedstawił teorię. Zatwierdził tę metodę. Udoskonalił instrument. Przekształcił fizykę emisji elektronów w praktyczną metodę interpretacji składu otaczającego nas świata. Metoda ta jest nadal kamieniem węgielnym inżynierii materiałowej. Odpowiada na pytania dotyczące chemii powierzchni, na które nie można odpowiedzieć za pomocą analizy wolumetrycznej. Jakie jeszcze ukryte warstwy czekają na pomiar takimi narzędziami? Powierzchnia to dopiero początek.
