František Tureček: Pohledy zpět na dění kolem hmotové spektrometrie v Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie ČSAV v 70.–80. letech

František Tureček (nar. 14. 4. 1950 v Praze) studoval organickou chemii na Přírodovědecké fakultě UK (1968-1973), kde pak pokračoval v aspirantském studiu dokončeném obhajobou kandidátské práce v r. 1977. Po absolvování vojenské služby v témže roce nastoupil jako vědecký pracovník do Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie Jaroslava Heyrovského ČSAV. Oborem jeho vědecké práce byla fyzikální organická chemie a hmotnostní spektrometrie s aplikacemi na objasňování struktur přírodních látek a syntetických organických molekul, přípravu vysoce reaktivních molekul a studium fragmentačních mechanismů iontů v plynné fázi. V r. 1981 absolvoval roční post-doktorandskou stáž na Cornell University v laboratoři prof. McLaffertyho a v r. 1984 strávil 4 měsíce na Ecole Polytechnique ve švýcarském Lausanne. V r. 1987 emigroval s rodinou a po 10-měsíčním pobytu v rakouském uprchlickém táboře dorazil na Cornell University jako post-doktorand a posléze lektor. Od r. 1990 je profesorem chemie na University of Washington ve Seattlu, kde 15 let vedl katedru analytické chemie. Obor jeho vědeckých zájmů sahá od chemické fyziky a studia reakčních mechanismů přes vývoj přístrojové techniky až po lékařskou diagnostiku vrozených metabolických poruch u dětí. Publikoval pres 360 vědeckých prací, 3 knihy a je držitelem několika patentů. Je organizačně činný v Americké společnosti pro hmotnostní spektrometrii (ASMS) a čestným členem České společnosti pro hmotnostní spektrometrii.

V době, kdy jsem se seznamoval s hmotovou spektrometrií, nebyla tato metoda v tehdejším Československu ještě velmi rozšířena. Nutno předeslat názvoslovně, že v tu dobu nebylo ještě slovo hmota vyčleněno pro striktně filosoficko-marxistické používání a novotvar “hmotnost” se snad ještě ani nezačal klubat v hlavách sykofantů režimu. Je proto na místě v tomto vyprávění používat historicky platný výraz hmotový spektrometr, hmotová spektrometrie a tak podobně.

Počet pracovišť, která měla “hmotník” či “hmoťák” na organickou analýzu, byl v časných 70. letech 20. století omezen. V Praze byly hmotové spektrometry na ústavech ČSAV a na Vysoké škole chemicko-technologické, v Bratislavě pak na technice a posléze i v Chemickém ústavu Slovenské akademie věd. Tím byl omezen i počet vědců, kteří se hmotovou spektrometrií zabývali a používali ji k vlastnímu výzkumu. Snad neuškodí podat malý, byť nejspíše neúplný výčet.

Na Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského ČSAV to byli Dr. Vladimír Hanuš, zakladatel československé hmotové spektrometrie, jeho žák Dr. Zdeněk Dolejšek a dále pak chemičtí fyzikové Dr. Vladimír Čermák a jeho žák Dr. Zdeněk Herman. Hanuš tehdy provozoval sektorový spektrometr sovětské provenience, model MCH-1303. Byl to stroj s magnetickým analyzátorem a jednoduchou fokusací, jenž Hanuš velmi podstatně vylepšil a opatřil napouštěcím systémem pro přímý vstup málo těkavých vzorků do iontového zdroje. Dalším vylepšením byl fotonásobič typu Bernhardt-Schütze a perový zapisovač Honeywell s přeběhem škály za 0,2 vteřiny, kterým se zaznamenávala spektra. Tento stroj byl umístěn v poměrně malé laboratoři, kterou prakticky úplně zaplňoval. Stroj obsluhoval Hanuš a jeho laborantka, milá paní Yveta Peřinová. O ÚFCHE JH bude ještě mnohem více řečeno v dalším, takže tolik zatím jen na úvod.

Ústav organické chemie a biochemie měl v tu dobu špičkový hmotový spektrometr AEI MS-902S, což byl sektorový stroj s dvojí fokusací a vysokou rozlišovací schopností hmot. Stroj sloužil vesměs k analytickým účelům a objasňování struktury přírodních látek. Oddělení hmotové spektrometrie na ÚOCHB vedl ing. Ladislav Dolejš, jemuž sekundoval ing. Karel Ubik. Stroj byl zakoupen v r. 1969 nebo 1970, údajně jako jeden z posledních ředitelských počinů akademika Františka Šorma, než byl zbaven funkce.

Další sektorový stroj s dvojí fokusací, AEI MS-9, byl na Ústavu makromolekulární chemie, kde do poloviny semdesátých let vládl hmotově-spektrometrické laboratoři Dr. Miroslav Ryska. Podobný stroj byl i na Vysoké škole chemicko-technologické, kde tehdy působili ing. Vladislav Kubelka s ing. Jiřím Miterou. Další stroj s dvojí fokusací a obráceným pořadím elektromagnetu, který předcházel elektrostatickému analyzátoru, typ Varian MAT-311A, byl na Mikrobiologickém ústavu ČSAV, kde ho provozoval Dr. Jindřich Vokoun. Koncem 70. let pak Dr. Ryska přešel na Výzkumný ústav pro farmacii a biochemii, kde založil nové oddělení hmotové spektrometrie, které provozoval spolu s ing. Ivanem Korunou. Tato laboratoř byla tuším vybavena strojem s kvadrupólovým analyzátorem hmot, až o pár let později si pořídila sektorový spektrometr sovětské provenience a nevalné kvality, zvaný “Ivan”.

Pokud se nemýlím, mezi Prahou a Bratislavou se organická hmotová spektrometrie v podstatě neprovozovala s výjimkou pardubického ing. Matouška, který měl hmotový detektor na plynovém chromatografu. V Bratislavě na Vysokém učení technickém měli sektorový stroj s dvojí fokusací, AEI MS-902, kterému šéfoval ing. Ján Leško a kde pracoval ing. Tibor Jakubík. O pár let později dorazila hmotová spektrometrie i na SAV, kde pracoval ing. Vlado Kováčik na japonském stroji s dvojí fokusací od firmy JEOL, typ D-300. Ještě zmíním, že o pár let později zásluhou ing. Petra Vernera dorazila hmotová spektrometrie i do klinické laboratoře 1. fakultní nemocnice v Praze.

Mé seznámení s hmotovou spektrometrií bylo, jako ostatně řada jiných věcí, zcela nahodilé. Na přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy, kde jsem studoval chemii a pracoval na diplomové práci, hmotová spektrometrie zavedena nebyla a ani se v podstatě na katedře organické chemie nevyučovala v rámci kurzu o metodách strukturní analýzy. Hmotová spektrometrie a interpretace spekter s fragmentací iontů tam měla pověst jakési zázračné černé magie. Měla-li tuto pověst mezi chemiky, je snadné a humorné si představit, jakou pověst asi požívala mezi biology na MBÚ a jinde. K mému seznámení s hmotovou spektrometrií tedy došlo díky tomu, že spolupracovník Dr. Hanuše, jistý ing. Šilínek, se blížil důchodovému věku a Hanuš hledal náhradu mezi organickými chemiky. Podnětem bylo i to, že se Hanušovi podařilo prosadit koupi nového hmotového spektrometru s dvojí fokusací a tím zdůvodnit potřebu další kvalifikované síly na obsluhu. Ježto se ale vědců s potřebnou kvalifikací nedostávalo, bylo potřeba někoho vyškolit v rámci doktorandského, nebo jak se to tenkrát nazývalo, aspirantského studia. Zádrhel byl v tom, že Hanuš byl v bolševické klatbě, takže nemohl být oficiálním školitelem a také ČSAV tehdy neměla statut školícího pracoviště. Hanuš se proto obrátil na prof. Aloise Vystrčila, kterého znal již od dob 2. světové války, kdy oba pracovali ve Frágnerově továrně na léčiva. Hanuš tam byl jako elév v laboratoři vedené Dr. Karlem Wiesnerem, kde jako první izolovali český penicilin. V době tohoto příběhu byl Vystrčil vedoucím katedry organické chemie na přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy a jeho šéfovská kancelář sousedila s laboratoří, kde jsem provozoval diplomovou práci pod vedením doc. Miloše Procházky. Obě místnosti nejen že sousedily, ale byly i spojeny nepříliš těsnícími dveřmi, které byly zrádně zastavěny skříněmi. Má diplomová práce vyžadovala přípravu značného množství těkavých thiolů od methylmerkaptanu po tert.-butylmerkaptan, které se daly jen těžko utajit, hlavně pak při likvidaci zbytků po reakci. Tím docházelo k častým kontaktům s prof. Vystrčilem, který při každém závanu thiolu rozlíceně vrazil do naší laboratoře, aby mi, stále v běhu a s nejméně jednou kouřící cigaretou v ruce či ústech, vynadal a pak rychle zmizel, neboť koncentrace thiolu v naší laboratoři byla obvykle ještě vyšší než u něj v kanceláři. Tím se asi stalo, že když se na něj obrátil Hanuš, vzpomněl si Vystrčil na mne a Hanušovi mne doporučil. Byl jsem tedy přijat na vědeckou aspiranturu na PřFUK v oboru organická chemie pod vedením prof. Vystrčila. Téma kandidátské práce vybral Hanuš a já si vyprosil, že budu pracovat nadále v laboratoři doc. Procházky, kde tehdy vládl laskavý Dr. Miloš Paleček. Do laboratoře hmotové spektrometrie v Máchově ulici jsem tehdy docházel za měřením vzorků, které jsem syntetizoval na PřFUK.

První kontakty s Dr. Hanušem byly ohromující. Hanuš znal mnoho z hmotové spektrometrie, a to jak z fyzikálních principů, tak i z přístrojové techniky, vždyť v padesátých letech postavil spolu s kolegy první hmotový spektrometr ve střední Evropě. Navíc měl Hanuš ohromné znalosti z elektrochemie a klasické fyzikální chemie. Byl to výsledek jeho skvělého intelektu, vynikajících učitelů jako byli Heyrovský, Brdička, fyzik Trkal a další, a nesmírné zvídavosti o vědeckém dění v okolí. Je třeba připomenout, že v 60. letech byl tehdejší Ústav fyzikální chemie vědeckou institucí skutečně světové úrovně. V letech 1968-69 sice řada špičkových vědců emigrovala, ale tvořivý duch vědeckého bádání žil v Máchovce nadále i v 70. a až do 80. let a vytvářel z tohoto bývalého útulku pro přestárlé slečny unikátní místo s výrazným geniem loci, neseným lidmi jako byl Hanuš, Čermák, Herman, Mach, Antropiusová, Zahradník, Pancíř, Čárský, Tomášek, Fingerland, Erdös, Knor, Jírů, Wichterlová a další.

Konec epochy spektrometru MCH-1303

Vzorky se do r. 1974 měřily na spektrometru MCH-1303, zvaném rovněž Ivan. V malé laboratoři vedle vrátnice se musel směstnat Ivan, který vyplňoval většinu místnosti, s paní Peřinovou a peripatetickým Hanušem, kteří se pohybovali v necelý metr široké uličce mezi konzolou stroje a psacími stoly se skříněmi. Ivan měl výše zmíněný přímý vstup do iontového zdroje, který byl první svého druhu a umožňoval měření hmotových spekter málo těkavých organických látek. Tento “direct inlet” sestrojil Hanuš již začátkem 60. let a patřilo mu tedy světové prvenství. Bohužel měl ale Hanuš značnou nechuť k psaní vědeckých publikací, jak jsem se měl záhy přesvědčit. Díky této nechuti byl Hanušův direct inlet publikován pozdě a, pro mne zcela nepochopitelně, ve velmi obskurním sovětském časopisu, takže zůstal vědecké veřejnosti utajen. Přímý vstup byla malá pícka, do které se vkládala skleněná kapilára se vzorkem. Pevné vzorky se dávaly do kapiláry na jednom konci otevřené, ale daly se tak dávkovat i poměrně těkavé kapaliny, pokud se kapilára v mikrokahánku vytáhla do velmi tenkého fousu, který omezoval rychlost vypařování. Pícka s kapilárou byla umístěna na vakuové přírubě, která se musela k plnění vzorku odpojit od iontového zdroje, takže bylo nutné zavzdušnit velkou část vakuového systému a pak ho zase před měřením vyčerpat na vysoké vakuum. Takto se daly udělat zhruba 2 vzorky denně, což na tehdejší průstup stačilo.

Počátek epochy spektrometru JEOL D-100

V r. 1974 tedy měl dorazit nový hmotový spektrometr, výrobek japonské fy JEOL, model D-100. Pro stroj byla vyčleněna sklepní místnost pod ústavní knihovnou, kterou bylo nutno přebudovat, prorazit okna, zavést proud, položit podlahu, atd. Vzhledem k tomu, že tehdejší zednictvo nebylo zrovna pracovité a práce se vlekly, Hanuš a občas i já jsme vypomáhali jako pomocní dělníci, hlavně při vynášení stavebního odpadu ven na ulici, což bylo dokumentováno fotografií Hanuše, takto bývalého ředitele ústavu, s putnou odpadních cihel na zádech. V nové místnosti s hmotovým spektrometrem nebylo dost místa pro jističe proudu, které byly proto umístěny ve sklepě vedlejšího obytného domu v Máchově ulici č. 5. Naneštěstí se ten sklep často zaplavoval spodní vodou a musel být opatřen vodoměrem a sacím čerpadlem. Výpady proudu byly časté.

Nový JEOL D-100 měl výrobní číslo 003, dnes by se řeklo beta verze, a byl pořízen se značnou slevou. Instalace stroje v Máchovce byla velká událost, na kterou se chodila dívat řada kolegů ze všech pater ústavu. Zároveň to byl konec zaměstnanosti paní Peřinové, která se s novým strojem nespřátelila a brzy z ústavu odešla. JEOL D-100 byl sektorový stroj s dvojí fokusací a velmi zajímavou iontovou optikou tzv. virtuálního obrazu, navrženou v Japonsku prof. Matsudou. Tato optika sestávala z toroidního elektrostatického analyzátoru, který poskytoval velmi neobvyklou fokusaci iontů v rovině kolmé na rovinu pole. Volbou rozdílných poloměrů křivosti toroidních pólů pak analyzátor fungoval jako rozptylka, čímž vytvářel virtuální předmět pro kompenzaci rychlostního rozptylu iontů vstupujících do magnetického analyzátoru. Virtuální předmět byl předsunut hluboko do elektrostatického analyzátoru, čímž se podstaně zkrátila optická dráha a zlepšila transmise iontů. Přes své malé rozměry měl tento spektrometr specifikovanou rozlišovací schopnost okolo 10000, kterou jsme občas překonali, byl-li jak stroj tak, operátor dobře naladěn. Stroj byl nadto opatřen plynovým chromatografem s plněnými kolonami a tryskovým separátorem typu Becker-Ryhage. Neměl ale vakuové pumpy s dostatečnou čerpací kapacitou k tomu, aby zvládl iontový zdroj s chemickou ionizací, takže spektra se měřila výhradně po ionizaci nárazem elektronu.

Analýza životního prostředí

Jedním z důvodů pro vyčlenění fondů na koupi stroje bylo to, že bude sloužit aplikacím v analýze znečišťování životního prostředí. To bylo v tu dobu opravdu otřesné, jak v kvalitě ovzduší tak i vod. Zvláště kritická a neutajitelná situace se vyvinula v ústecké kotlině, kde za určitých klimatických podmínek docházelo k tvorbě žlutavě-zelených par tzv. ústeckého smogu. Ten navíc měl výrazně slzotvorné účinky, které vadily i tam sídlícímu krajskému výboru KSČ. Podezřelým původcem smogu byl Spolek pro chemickou a hutní, což byl konglomerát továren vyrábějících produkty těžké chemie jako chlor, chlorované organické sloučeniny, ethylenoxid a další. Spolek byl historicky umístěn přímo ve středu Ústí nad Labem a zčásti na ostrově v Labi. Hanuš si tedy dal za úkol použít nový hmotový spektrometr s plynovým chromatografem (GCMS) a s jeho pomocí analyzovat emise z fabriky a určit tu slzotvornou složku, v čemž mu pomáhal Zdeněk Dolejšek. Nechali si u ústavního sklářského velmistra Josefa Šaňka vyrobit cyklonové lapače a vypravili se do Ústí pro vzorky atmosférických zplodin. GCMS odhalilo, že nalapané vzorky byly vesměs divokou směsí chlorovaných olefinů, etherů, epoxidů a dalších látek. Pomáhal jsem s interpretací spekter, kde se jako jedna, byť i jen málo zastoupená složka ukázal chlorid kyseliny chlorakrylové, Cl-CH=CH- -COCl nebo CH2=CClCOCl. Ty jsem dobře znal z dob své diplomové práce a věděl jsem, že jsou to velmi účinné lachrymátory. Tato složka byla nalezena v lapači umístěném v blízkosti jednoho z provozů a Hanuš jako správný vědec nelenil a chystal se vydat zpět do Ústí, aby získal nové vzorky, reprodukoval měření a napsal závěrečnou zprávu. Předtím ale kontaktoval činovníky v Ústí, kteří, když se dozvěděli předběžné výsledky naší analýzy, tak promptně Hanušovi a Dolejškovi zakázali přístup do objektu. Hanuš napsal obšírnou zprávu o našich analýzách, která se pak ztratila někde na ministerstvu. To byla tedy první a poslední aplikace našeho GCMS k analýze životního prostředí.

Jak se měřila hmotová spektra

Na tomto místě bude myslím zajímavé popsat, jakým způsobem se v tu dobu měřila hmotová spektra. JEOL D-100 měl, jako snad první hmotový spektrometr v Československu, počítačový systém pro automatický sběr dat. Celý systém byl ale značně nešikovný. Sestával z centrální procesní jednotky (CPU) od fy Texas Instruments, která měla závratnou paměť o 16 kilobitech (to “kilo” není překlep). Problém byl v periferiích, jejichž dovoz do zemí RVHP byl tehdy embargován. Vstup softwaru byl tedy z magnetofonové kazety a driver převodníku se musel ručně nabootovat v hexadecimálním kódu pomocí přepínačů umístněných přímo na CPU. Výstup byl pak na řádkovou tiskárnu, která chrlila záplavy papíru. CPU a převodníky byly instalovány ve dvou skříňových konzolách o rozměru dnešního superpočítače Cray. Celé zařízení mělo dosti značnou spotřebu proudu, takže vyžadovalo složitý rozvod chladícího vzduchu. Chlazení bylo zřejmě poddimenzováno a větráky byly hlučné, takže si od Hanuše vysloužily pohrdlivou přezdívku “hučák”. Ovládání celého systému bylo svěřeno ing. Ladislavu Hládkovi, který do tajů tohoto zařízení s elánem pronikl a udělal nám instruktážní kurs. Hanuš rychle usoudil, že počítač pro něj není, takže “hučák” snad ani jednou nepoužil a starostlivě se mračil, když jsem ho později používal na měření ionizačních potenciálů. Spektra se tedy zaznamenávala na role suchého fotografického papíru, kde byly stopy zapsány paprsky ultrafialového světla ze tří galvanometrických zrcátek. Papír se vyvolával expozicí v tlumeném světle, takže laboratoř většinu času tonula v přítmí, aby se zaznamenaná spektra nekazila.

Další specialitou bylo, že škálu hmot bylo nutno přiřadit manuálně, t.j. začít od pozaďových píků vody, dusíku a kyslíku při m/z 18, 28 a 32 a pak dobře nabroušenou tužkou odškrtat hmoty po jedné, až se člověk dopracoval do několika set podle potřeby. To se muselo dělat v každém naměřeném spektru. JEOL měl sice kvadratickou funkci pro skenování magnetického pole, B ≈ √t, tak aby škála hmot byla lineární v čase, ale tato závislost byla jen přibližná a nedala se spolehlivě extrapolovat. Fotografický papír byl z dovozu, což šetrného Hanuše vedlo k tomu, že se spektra zaznamenávala co možná nejhustěji, asi tak 100 hmotových jednotek na 5 cm. Dnes už je těžké si představit, že jedno měření GCMS atmosférických vzorků či jiných komplikovaných směsí obnášelo desítky spekter, jimž bylo nutno jednotlivě a manuálně přiřadit škálu hmot. Ostření tužek bylo tedy v laboratoři častou činností.

Zákazníci a vlastní výzkum

Provoz laboratoře sestával ze dvou činností. Jednou, a to u Hanuše hlavní činností, bylo měření spekter vzorků dodaných kolegy a spolupracovníky. To byl v tu dobu dost obvyklý způsob provozu, neboť hmotových spektrometrů bylo málo, jejich ovládání vyžadovalo, aby operátor byl dobře vyškolen, a chemická veřejnost nebyla erudovaná v interpretaci spekter. Hanuš měl ohromnou reputaci, což se projevovalo zástupy “zákazníků”, kteří dodávali vzorky, občas nevalné kvality, ke změření a interpretaci spekter. O každé analýze se psala podrobná zpráva pro zákazníka a průklepové kopie se archivovaly. Nutno říci, že měření byla zdarma a pokud se vyvinula ve spolupráci, občas z toho byla společná publikace. Okruh zákazníků byl vskutku široký, některé jsme s Hanušem sdíleli, jiní měli spolupráci jen s jedním z nás. Asi nejtrvalejší a nejplodnější spolupráci jsme měli se skupinou Dr. Karla Macha v ÚFCHE JH, která se zabývala homogenní katalýzou a proslavila se objevy několika nových cyklizačních reakcí olefinů. Měření pro Karla sestávala často z analýz GCMS. Kromě toho se zajímal o titanové hydridové katalyzátory typu Ziegler-Natta, které ale byly extrémně citlivé na kyslík a muselo se s nimi pracovat buď ve vakuu nebo v inertní atmosféře. Hanuš proto vymyslel systém, jak takové vzorky dávkovat přímým vstupem z atmosféry do hmotového spektrometru. Z mnoha dalších mimoústavních spoluprací vzpomenu na ing. Jana Kopeckého, který se zabýval fotochemií, toxikologa doc. Bedřicha Chundelu, skupinu doc. Sovové z farmaceutické fakulty UK v Hradci Králové, kde se zabývali isolací přírodních látek z rostlin, a ing. Jana Světlíka z Bratislavy, který se zabýval organickou syntézou heterocyklických sloučenin. Moje spolupráce se formovaly většinou generačně z okruhu organických chemiků, se kterými jsem se seznámil na konferencích “Pokroky v organické a farmaceutické chemii”, jež se konaly každý podzim na zámku v Liblicích. Tak se vyvinula dlouhodobá spolupráce s ing. Pavlem Kočovským a posléze i s další mi členy týmu chemie steroidů na ÚOCHB, jako byli Pavel Drašar, Ivan Černý, Vladimír Pouzar a senioři Václav Černý, Jiří Joska a Jiří Fajkoš. Další spolupráce byly s kolegy z Výzkumného ústavu farmacie a biochemie (Josef Hájíček a Jan Trojánek), z resortního ústavu hygieny a epidemiologie (Jaroslav Mráz) a s mnoha dalšími.

Vlastní výzkum v Hanušově laboratoři byl v době, kdy jsem tam nastupoval, veden pod názvem “Objasňování struktury organických sloučenin”, což spočívalo ve výše uvedených spolupracích. To se změnilo mou disertací, která se zabývala mechanismem retro-Diels-Alderova štěpení iontů v plynné fázi, t.j. v hmotovém spektrometru. Tento výzkum se později rozvinul do obecnějšího tématu stereochemie rozpadů organických iontů, kde jsme zavedli pojem stereoelektronických efektů jako řídícího reakčního principu. Tam se záhy ukázalo, že experimentálním výsledkům a měření prahových energií by velice prospěla kvantově-chemická interpretace. Bylo velikým štěstím, že tento projekt zaujal ing. Jiřího Pancíře, což byl žák doc. Rudolfa Zahradníka a jeden z nejtalentovanějších teoretických chemiků té doby. S Jiřím jsme vypracovali mechanistickou teorii iontových rozpadů, která se opírala o výsledky jeho nové výpočetní metody, tzv. topologické molekulárně orbitální teorie. Velkým přínosem pro tento základní výzkum byla i nová elektronika, kterou v polovině 80. let vyvinul a postavil další člen týmu hmotové spektrometrie doc. ing. Miroslav Pacák. Byl to jednak nový napájecí vysokonapěťový zdroj, který umožňoval detekci tzv. metastabilních iontů, a dále pak přesný digitální voltmeter, který umožňoval kalibrovaná meření nízkých a prahových potenciálů v iontovém zdroji udržovaném na vysokém napětí.

Zázrační technici pánové Josef Protiva, Josef Šaněk a František Zahradník

Začátkem 80. let jsem zahájil nový výzkumný program na generování a detekci vysoce reaktivních meziproduktů chemických reakcí. To si vyžádalo konstrukci nových zařízení, což zde budiž dobrým důvodem, abych se zmínil o úžasné technické podpoře, které se nám dostávalo od našich kolegů z dílen. Pan Josef Protiva byl nesporná a uznávaná hvězda mechanické dílny v Máchovce. V době, kdy jsem nastupoval, už nejspíše přesluhoval, ale byl ctěn všemi v oddělení hmotové spektrometrie a právem považován za nenahraditelného. Ocituji volně výrok Dr. Hermana, “pane Protivo, kéž by Vám Pán Bůh ruce pozlatit ráčil…” Ruce pana Protivy se přitom vůbec nepodobaly rukám eskamotéra, prsty měl spíše jako takové buřtíky. Ale uměl! Jako příklad uvedu konstrukci mikropícky, kterou jsem si vymyslel pro nový výzkumný projekt. Byla to napouštěcí a pyrolýzní sonda, která používala ke vstupu vakuovou propust spektrometru JEOL. Pan Protiva nejenže perfektně vysoustružil a svařil vakuové součástky a sestavil kompletní sondu, ale i navinul bifilární topné vlákno platinového drátku o průměru 0,04 mm na křemennou kapiláru a pokryl ji několika vrstvami slídové izolace. Když mi to přinesl do laboratoře, tvářil se trochu nasupeně a radil mi, abych to hned nerozbil, že už to nechce vzít do rukou. To bylo významné, protože pan Protiva byl velice hodný člověk veselé mysli a jeho nepříliš dobrá nálada v tu chvíli signalizovala, že mu ta věc dala zabrat. Pícku jsem záhy a pak ještě několikrát opakovaně spálil, ale to už jsem se neodvážil jít za panem Protivou a naučil jsem se ji převinovat sám. Nejhorší krok celého i jinak obtížného postupu bylo napojení tenkého topného platinového drátku, který byl sotva vidět pouhým okem, na silnější platinové přívody. Nakonec jsem to, po poradě s panem Protivou, vyřešil tak, že jsem ze zlatého drátku vytepal tenký plíšek asi 2×2 mm velký, který jsem přeložil do V jako jakousi stříšku, kterou se překryl ten tenký drátek omotaný okolo toho silnějšího. Pak to člověk vzal a mikrokahánkem nasazeným na sklářskou pistoli s kyslíkovým plamenem to zlato opatrně roztavil tak, aby spojilo platinu, ale aby se přitom nespálil ten tenký drátek. Muselo se to dělat s hodinářskou lupou vsazenou v jednom oku zaostřeném na to pájené místo, zatímco druhým okem člověk musel kontrolovat hloubku obrazu, aby do pícky nevrazil kahanem, což by znamenalo jistou katastrofu. V případě neúspěšného pokusu končícího spálením drátku se musela pícka rozdělat a znovu převinout, což zabralo celý den mravenčí práce.

Křemenné pícky vyráběl na zakázku sklář pan Zahradník na hostivařském pracovišti ústavu. Byly to tlustostěnné křemenné kapiláry o vnitřním průměru jednoho milimetru, které byly v jednom místě zúžené na vnitřní průměr jedné desetiny milimetru, přičemž vnější průměr musel zůstat zhruba stejný, asi tak 3 mm. Pan Zahradník vyrobil asi 10 kousků kapilár, jednu jak druhou, a pyšně mi předváděl, že to zúžení opravdu bylo na 0,1 mm. Do tlusté stěny pak pan Protiva zvenku vyfrézoval mělkou spirálovou drážku, do které se pak bifilárně navinul již zmíněný drátek. Po vyfrézování drážky a před vinutím náš sklář pan Šaněk křemennou součástku natavil přes přechody na skleněnou trubici s vakuovým kohoutem pro napouštění vzorku. Jak nesmírně obtížná byla celá tato výrobní procedura jsem docenil až o něco později, když jsem požádal mistra skláře na švýcarské EPFL, aby mi vyrobil podobnou křemennou kapiláru na náhradní pícku. Podíval se na nákres a prohlásil, že je to technicky neproveditelné. Pánové Protiva, Šaněk a Zahradník byli mistři svých profesí, kteří nejenže dokázali nemožné, ale často přispěli zlepšeními, která byla kriticky důležitá pro úspěch pokusu. Přístroje zhotovené jejich pomocí pak sloužily základnímu výzkumu o vysoce reaktivních intermediátech a měření prahových energií skoro celá 80. léta.

Styky s okolím a zahraničím

V laboratoři hmotové spektrometrie byl živý denní provoz. Jednak přicházeli zákazníci, ohlášení i ti neohlášení. Hanuš navíc měl silnou potřebu verbálně komunikovat a několikrát denně zval lidi z ústavu na čaj a táčky v laboratoři. Styky s ostatními pražskými laboratořemi hmotové spektrometrie byly méně časté. Zpočátku se Hanuš snažil o pravidelné pracovní schůzky, kde by se neformálně diskutovalo o posledních výsledcích ze zúčastněných pracovišť. To ale dlouho nevydrželo, hlavně pro nezájem ostatních, a schůzky ustaly. Měli jsme ovšem častý a přátelsky čilý styk s ostatními členy skupiny hmotové spektrometrie v Máchovce, ke kterým přibyli doktorandi Břéťa Friedrich a Honza Vančura. Skupina byla ovšem oslabena už v r. 1980 předčasným odchodem Dr. Čermáka. Přátelsky kolegiální styky byly rovněž s laboratoří na MBÚ, kde působili Dr. Jindřich Vokoun a ing. Petr Sedmera a kam jsem docházel pro měření metastabilních iontů na spektrometru Varian MAT 311A.

V té době se hmotová spektrometrie začala šířit a do laboratoře hmotové spektrometrie na ÚFCHE JH přijížděli na zaučenou stážisté z Maďarska, Slovenska a obou německých států. Ještě čilejší styky se zahraničím měla laboratoř Dr. Hermana, takže jsme během těch let v Praze uvítali vědce jako byli prof. Yencha, Futrell, Pople, Schwarz, Gäumann, Beynon, Talroze a další.

Výjezdy do zahraničí byly v tu dobu velmi omezené. Hanuš navíc cestoval nerad a měl vždy připravené výmluvy i pro cesty na Slovensko, takže jsem za něj zaskočil. V r. 1979 se spojeným úsilím Hanuše, Zahradníka a snad i dalších kolegů podařilo schválit mou cestu na mezinárodní konferenci o hmotové spektrometrii v norském Oslu. Tam jsem opravdu dorazil, ale při registraci mi sdělili, že má platba konferenčního poplatku byla úřadem ČSAV zrušena a místo mne měl přijet někdo jiný, který se ale vůbec neukázal. Situace to byla prekérní, protože jsem neměl na zaplacení, ale norští pořadatelé se laskavě slitovali a poplatek mi odpustili, takže jsem se mohl konference zúčastnit. Na konferenci jsem se seznámil s řadou lidí, jejichž jména jsem znal z literatury, namátkou to byli prof. McLafferty, Budzikiewicz, Mandelbaum, Gross, Lifshitz, Meyerson, Nibbering, Harrison, tehdy mladý Dietmar Kuck a další. Mé další cesty do zahraničí v 80. letech byly poněkud méně dramatické, i když měly někdy nepříjemné dohry po návratu, kdy docházelo ke konfliktům s mocí. Ještě zmíním, že v zimě r. 1986 jsme s Hanušem a Mirkem Ryskou cestovali do východoněmeckého Stolbergu na Mass Spektrometrische Tagung pořádané tamější odbornou skupinou hmotové spektrometrie. Hanuš se nejprve vzpíral jet, ale zahráli jsme s Mirkem na jeho germanofilství, takže si dal říci. Naši němečtí kolegové původně plánovali, aby se konference konala na hradě Stolbergu, ale v poslední chvíli byli vytlačeni místní stranickou buňkou, která se rozhodla si na hradě udělat merendu. Konference a ubytování bylo tedy narychlo zorganizováno v podhradí v malebně zasněženém Hartzu. Zasedalo se a přednášky se konaly v tanečním sále místní hospody. Konference měla moc hezkou kolegiální atmosféru a pro mne byla oknem do minulosti, protože se ji zúčastnilo několik atomových fyziků, kteří byli po 2. světové válce deportováni do SSSR a teprve nedávno, po odchodu do penze, jim bylo dovoleno se vrátit do Německa, ovšem východního. Seděli jsme s Hanušem s nimi u jednoho stolu a byli to nesmírně laskaví gentlemani, kteří toho museli v Rusku mnoho zažít. Bohužel se mi jejich jména vytratila z paměti a Hanuš, který se s nimi znal, už také nežije. Podle Oleynikova (German Scientists in the Soviet Atomic Project, The Nonproliferation Review Volume 7, Number 2, 1 – 30 (2000)) bylo jen v sovětském výzkumném lágru v Sinopu přes 300 německých fyziků a inženýrů.

Závěrem

Z mého pohledu byla 70. a 80. léta v československé hmotové spektrometrii obdobím obnoveného základního výzkumu. Z všeobecně vědeckého pohledu se 70. léta vyznačovala nedostatkem prostředků a materiálu a arogancí moci. Tomuto zlu se postavila intelektuální síla a pospolitost vědců a techniků, kteří za mizerných podmínek vytvářeli zázraky, na které tu vzpomínám. V 80. letech se pak postupně navázaly vědecké styky se zahraničím, které byly přerušeny tzv. normalizací konce 60. a začátku 70. let. Velkou celkovou změnou pak bylo přestěhování ÚFCHE JH do nové budovy na Mazance, ale to už jsem nezažil.