Arnold Orville Beckman (né le à Cullom dans l'Illinois, décédé le à La Jolla (Californie)) est un chimiste, industriel et philanthrope américain. Enseignant au California Institute of Technology, il inventa le pH-mètre en 1934 et créa la société Beckman Instruments pour distribuer commercialement son invention, considérée comme Il a mis au point le spectrophotomètre à ultraviolet ; il a subventionné la première société de fabrication de transistors, et contribué par là à la naissance de la Silicon Valley.D'après .. Avec sa femme Mabel (1900-1989), il se consacra ensuite à l'action philanthropique..
Biographie Années de jeunesse vignette|right|Fourteen Weeks in Chemistry, page 27. Arnold Orville Beckman est né dans le petit village de Cullom (Illinois) (500 habitants). Il était le fils benjamin de George Beckman, un forgeron, et de sa seconde femme Elizabeth Ellen Jewkes. Sa curiosité se manifesta très tôt : à l'âge de neuf ans, il se passionna à la lecture d’un vieux livre de chimie : Fourteen Weeks in Chemistry de Joel Dorman Steele. Il commença par reproduire certaines expériences et son père lui permit d’utiliser un hangar pour en faire son laboratoire.
La mère de Beckman, Elizabeth, mourut du diabète en 1912. Le père de Beckman dut revendre son atelier de forgeron, et se fit voyageur de commerce en outils. Pour s’occuper de ses enfants, il engagea une gouvernante, Hattie Lange. Arnold Beckman commença à se faire de l’argent de poche comme pianiste avec un groupe local, et barattait la crème pour une épicerie voisine.
En 1914, la famille Beckman déménagea à Normal, au nord de Bloomington (Illinois), ce qui permettait aux enfants de suivre les cours de l’University High School de Normal, sorte de lycée technique travaillant avec le matériel de l’Université d'État de l'Illinois. En 1915 ils déménagèrent à Bloomington même, mais les enfants continuaient de suivre les cours d’University High, où Arnold Beckman obtint la permission de s’inscrire au cours de chimie d’Howard W. Adams. Arnold était encore lycéen lorsqu’il créa sa propre société, "Bloomington Research Laboratories", spécialisée dans la chimie analytique avec pour principal client la société de gaz. Il se classa premier de sa classe avec une note moyenne de 89.41 sur quatre ans, un record.
Au début de l’année 1918, le jeune Beckman reçut la permission d’arrêter les cours quelques mois pour contribuer à l’effort de guerre comme chimiste. Les fonderies Keystone Steel & Iron avaient des difficultés de production : Beckman préleva du fer en fusion et le testa pour voir si la teneur en carbone, soufre, manganèse et phosphore était convenable pour la fonderie.
Lorsque Beckman eut 18 ans, en , il s’engagea dans le corps des Marines. Après trois mois d’entraînement à Parris Island, on l’envoya au Brooklyn Navy Yard, en attente d’un navire en partance pour l’Europe. Mais le retard du train incita les autorités à faire embarquer une autre unité que celle de Beckman. Mis en garnison, Beckman échappa de peu à son envoi en Russie. Il fêta l’Action de grâces dans l'auberge de jeunesse locale, où il fit la connaissance d'une jeune fille de 17 ans, Mabel Stone-Meinzer, qui servait à table. Quelques jours plus tard, l’armistice était signé.
Études universitaires Arnold Beckman s'inscrit à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign à l'automne 1918. Au cours de cette première année, il travaille avec Carl Shipp Marvel sur la synthèse de composés organomercuriels, mais les deux hommes commencent à présenter des symptômes d’intoxication, ce qui pousse Beckman à abandonner la chimie organique pour se consacrer à la chimie minérale, sous la direction de Worth Rodebush, T. A. White et Gerhard Dietrichson. Il obtient sa licence de chimie en 1922 et une maîtrise de chimie physique en 1923., consacrée à la thermodynamique de l'ammoniaque, sujet que T. A. White lui avait proposé.
Beckman décida de préparer sa thèse de doctorat au California Institute of Technology (Caltech). Il y passa une année avant de retourner à New York auprès de sa fiancée Mabel, alors secrétaire chez Equitable Life Assurance Society. Il obtint un emploi au département R&D de Western Electric, précurseur des Laboratoires Bell. Là, en collaboration avec Walter A. Shewhart, Beckman mettait en place le contrôle de qualité des tubes électroniques et découvrit la fabrication des circuits électroniques.
vignette|Mabel et Arnold Beckman
Beckman épousa Mabel le . L'année suivante, le couple s'installa en Californie et Beckman reprit ses études au Caltech. Il s’intéressa à la photolyse ultraviolette et avec son directeur de thèse, Roscoe G. Dickinson, mit au point un capteur à base de thermocouple permettant de détecter l’énergie de la lumière ultraviolette : le courant émis par le thermocouple était envoyé vers un galvanomètre. Après avoir soutenu sa thèse en photochimie , consacrée à l'application de la théorie des quanta aux réactions chimiques. (1928), Beckman, comme Pauling, se vit proposer par le Caltech de donner des cours, avec à terme la possibilité de devenir professeur. En 1933, Beckman se fit construire une maison à Altadena (Californie), au pied des collines. Avec sa femme, ils allaient résider là encore 27 années, et y élever leurs enfants.
Chargé de cours au CalTech vignette|right|Le laboratoire d'Arnold Beckman au Caltech. Au Caltech, Beckman assurait des cours depuis la première année jusqu'à la maîtrise, et faisait profiter les étudiants de son expertise dans le soufflage du verre par des travaux pratiques et insistait sur la nécessité de disposer d'instruments de mesure précis ; mais ce sont surtout ses compétences en électronique qui le rendaient indispensable au département de chimie de l’université. Au fil des années, le département évolua du génie chimique vers la chimie fondamentale. Arthur Amos Noyes, le responsable du département, encourageait pourtant Beckman et l'ingénieur William Lacey à garder le contact avec l'industrie, et Millikan, président de l'université et expert auprès du gouvernement, faisait régulièrement appel à Beckman.
L'invention du pH-mètre électrique
vignette|right|Le pH-mètre portatif de Beckman en service. En 1934, un ingénieur de la National Postal Meter Company, I. H. Lyons, était à la recherche d'une encre qui ne bouche pas les capillaires, afin d'alimenter des machines à affranchir le courrier.. D'abord consulté, Millikan l'adressa à Arnold Beckman, qui lui proposa une encre à base d’acide butyrique ; mais aucun fabricant de machine ne voulait utiliser cette substance malodorante. Alors Beckman fonda une nouvelle société, la National Inking Appliance Company, recruta deux étudiants du Caltech, Robert Barton et Henry Fracker, et les installa dans le garage du facteur d'instruments Fred Henson. Beckman breveta quelques procédés permettant de ré-encrer le ruban des machines à écrire, mais ne parvint pas à les commercialiser. C'était la première expérience de Beckman en tant qu'industriel, et bien qu'il échouât cette fois, il sut reconvertir l'entreprise pour d’autres débouchés.
Sunkist Growers était une société d'agroalimentaire qui, lorsque les fruits (des citrons) n'étaient pas vendables, les pressait pour en tirer de la pectine ou de l'acide citrique, avec un conservateur à base de dioxyde de soufre. Sunkist devait pour cela contrôler l'acidité du produit à chaque étape, mais les méthodes colorimétriques alors en usage, comme le papier de tournesol, n'étaient pas fiables à cause du caractère acide du dioxyde de soufre. Un des chimistes de la société, Glen Joseph, avait bien essayé de mesurer la conductivité du jus de citron, mais là encore, le dioxyde de soufre attaquait les électrodes, et les électrodes à base de verres non-réactifs étaient non seulement fragiles, mais trop peu conductrices.
Joseph se mit en rapport avec Beckman qui lui conseilla d'amplifier le signal électrique plutôt que de chercher à augmenter la résolution de ses instruments : il lui proposa d'utiliser un circuit amplificateur à lampe. L'électrode en verre servant à mesurer le pH se prolongeait devant la grille de contrôle d'un tube à vide : ainsi les variations de courant étaient-elles suffisamment amplifiées pour qu'un galvanomètre y soit sensible. Ce prototype fut si utile que Joseph en réclama très vite un second.
Beckman comprit tout l'intérêt de cette invention et, réfléchissant aux besoins des laboratoires de l'époque, décida de créer un instrument polyvalent, portatif et d’utilisation intuitive, de sorte que même des chimistes débutants pourraient s'en servir. Dès le mois d’, il déposait un brevet (U.S. Patent No. 2058761) pour un « acidimètre », qu'il rebaptisa plus tard pH-mètreD'après .. Arthur H. Thomas Co., l'un des principaux grossistes en instruments scientifiques d'Amérique du Nord , se proposa de commercialiser l'appareil. Malgré un prix de vente considérable pour l'époque (, soit un mois de salaire d'un professeur débutant), le coût de fabrication était minimisé. Ce pH-mètre original pesait environ , mais il était beaucoup moins fragile que les électrolyseurs antérieurs ; les premiers modèles étaient encore sensibles à la profondeur de l'électrode dans la solution à analyser : aussi Beckman décida-t-il de sceller la lampe et l'électrode pour supprimer ce défaut.
Le , Beckman rebaptisa sa société National Technical Laboratories, pour formaliser la vocation de l'entreprise à fabriquer des instruments scientifiques : elle s'installa dans de vastes bureaux de location au Colorado Street. Devant le succès des ventes de pH-mètres, Beckman décida le de démissionner du Caltech pour se consacrer à plein temps à sa nouvelle activité d'industriel et l'année suivante, il contractait un crédit pour faire construire sa propre usine à South Pasadena sur .
Spectrophotométrie Les ultraviolets vignette|Le spectrophotomètre à ultraviolets DK1 de Beckman vignette|Le spectrophotomètre Beckman DU en action. En 1940, un équipement de laboratoire en photométrie visible représentait un investissement de ; simultanément, les travaux de Lyman, Zeeman et d'autres stimulaient l'intérêt pour l'analyse du spectre ultraviolet. Au moment même où il améliorait le pH-mètre, Beckman décida de mettre au point un instrument « entrée de gamme » pour la spectrophotométrie et confia le développement à Howard Cary.
Ces nouveaux spectrophotomètres comportaient un prisme pour résoudre la lumière en composantes de son spectre d'absorption, et un tube photomultiplicateur permettant de convertir électriquement l'intensité lumineuse des différentes raies du spectre. Ils permettaient de dessiner le spectre d'absorption des différentes substances, véritable carte d'identité des substances chimiques. Le modèle D, rebaptisé « spectrophotomètre DU », destiné à la spectrophotométrie d'absorption dans l'ultraviolet, est le premier instrument associant des composants électroniques et optiques. Il suffisait à l'utilisateur d’insérer son échantillon, de régler sur la longueur d'onde désirée et de lire l'intensité lumineuse absorbée sur un cadran de galvanomètre. Le mesure était précise du visible à l'ultraviolet et les raies du spectre visible. Le National Bureau of Standards certifia la répétabilité des résultats donnés par cet instrument, et même en recommanda l'utilisation.
vignette|Affiche de la Seconde guerre mondiale faisant la promotion de la pénicilline. Le spectrophotomètre DU de Beckman a été qualifié de « Ford T » des instruments scientifiques: Le chimiste Theodore L. Brown estime qu'il a Quant au prix Nobel Bruce Merrifield, il aurait dit de ce spectrophotomètre qu'il était