Дональд Аллан Рамсей (; 11 июля 1922 — 25 октября 2007) — британский учёный в сфере физико-химических наук, член Королевского общества с 1978 года.
Дональд Аллан Рамсей внес значительный вклад в изучение молекулярных спектров и молекулярных структур в течение своей шестидесятилетней работы в Сассекс-Драйвской лаборатории Национального научно-исследовательского совета (НИС) Канады. Он был первым в технике флеш-фотолиза, или кинетической спектроскопии, открывавшей новые перспективы в создании спектров нестабильных радикалов молекулы. Его работы над амино-радикалом, впервые проиллюстрировали эффект Ренне-Теллера в молекулярной спектроскопии. Он был одним из известнейших фигур в сфере молекулярной спектроскопии.
Семья и образование
Дональд Рамсей родился 11 июля 1922 года в фамильном доме на 23 Бемиш Роад, Путни, Лондон, S.W.15. Его отец, Норман Рамсей, служил в Королевском военно-морском флоте на Королевском почтовом пароходе Аркадия, который был торпедирован в апреле 1917 года и впоследствии затонул рядом с Греческим островом Милос. К счастью, Норман сумел выжить.
Норман Рамсей был мастером по вывескам и гравюрам, продолжающий бизнес отца (Дэвида Алла Рамсея) «Знаки Рамсея». Эта работа была связана с сусальным золотом и золотой позолотой. За свою рабочую деятельность Норман Рамсей несколько раз выигрывал тендер по покрытию золотом флагштоков на Национальном памятнике неизвестным солдатам в Уайтхолле. Его наивысшим достижением была работа по обновлению позолоты на большом куполе и кресте на вершине собора святого Павла. Норман Рамсей также украшал мрамором внутренние стены Королевского Альберт Холла.
Когда Дональд был мальчиком, каждый год его мать отправляла его на шести недельный отдых в Англию. Норман Рамсей занимался греблей в Лондонском Гребном Клубе на Темзе, и это оказало большое влияние на молодого Дональда, который стал заниматься греблей в подростковом возрасте. В 1930 году семья переехала на 1 Чарвуд Роад, Путни. Там он учился в Хотам Роудской начальной школе для мальчиков до одиннадцати лет. Он выигрывал призы за знание Священного Писания, был бойскаутом и учился игре на фортепиано, поступив в Королевскую Музыкальную Академию. В 1933 году, по окончании Хотам Роудской начальной школы, он выиграл государственную стипендию, которая покрыла плату за обучение в Латимерской средней школе на Кинг Стрит в Хаммерсмите. В школе Дональд начал интересоваться химией, в особенности объемным анализом. Дональд также играл на фортепиано в небольшой музыкальной группе.
Когда началась Вторая мировая война, всю школу эвакуировали в Слау. Там ученикам Латимера выделили школьное здание с лабораториями и спортивным зданием. В 1940 году Дон сдал экзамены в Ориэл Колледж в Оксфорде и Колледж Святой Екатерины в Кембридже. В Оксфорде его посчитали слишком молодым, но он был награждён Стипендией Святой Екатерины на университетской олимпиаде. Поэтому Дональд отправился в Кембридж в октябре 1940 года. Дональд также работал на BX Plastics, где его взяли на конвейер на добровольных началах из-за дефицита кадров. Он и его коллеги, также, дежурили по ночам для предотвращения возгораний, вызванных бомбежками при авианалетах. В июне 1944 семейный дом в Путни был сильно поврежден после бомбежки. Его мать и младший брат отделались незначительными травмами. Отец, который в то время находился в саду, оказался под завалами на заднем дворе, но выжил.
Дональд встретил Нэнси Брейшоу на балу в Кембридже в ноябре 1941 года и ухаживал за ней в течение пяти лет. Нэнси окончила Колледж Гомертон и вернулась домой в Йоркшир, где преподавала в начальной школе в течение четырех лет. Чтобы увидеть её, Дональд часто ездил на мотоцикле по дороге А1 из Кембриджа в Галифакс. Во время свиданий они объездили весь Йоркшир. Когда он делал ей предложение, он продал свой химический набор и потратил половину всех своих накоплений, чтобы купить кольцо с бриллиантом. Они поженились в Гритлендской церкви 8 июня 1946 года и провели свой медовый месяц в Озерном крае Борроудейла.
После защиты кандидатской диссертации, Рамсею был предложен большой выбор позиций в Австралии, США, Швеции, Бахрейне и Канаде. Он согласился отправиться в Канаду на три года. Это решение было сделано по совету Фреда Дейнтона, в то время руководившего Отделом химии Национального Исследовательского Совета Канады в Оттаве. Дональд и Нэнси отправились из Ливерпуля на первом послевоенном рейсе Императрицы Канады, переоборудованном из военного судна обратно в пассажирский лайнер.
Научные достижения
Докторантура в Кембридже
Карьера Дональда Рамсея в качестве молекулярного спектроскописта началась в конце последнего года обучения, когда Г.Б.Б.М. (позже Сер Гордон) Сазерленд (ЧКО 1949) пригласил его принять участие в решении военных задач методами инфракрасной спектроскопии. В предыдущем году его группа успешно использовала эту технику для анализа углеводородов в авиационном топливе. Когда война подошла к концу, Дональд подал документы на соискание ученой степени в Кембридже, под руководством Гордона Сазерледа. Некоторые из его военных работ были включены в диссертацию вместе со значительным академическим материалом, полученным позже. Используя инфракрасный спектрометр Хильгера, оснащенный призмой из каменной соли и термопаром Шварца, Дональд исследовал полимеры, такие как полистирол и ацетат целлюлозы. Затем он перешел к изучению спектров ряда пиранозных и фуранозных сахаров, затем к циклогексану 1947 The vibration spectrum and molecular configuration of cyclohexane. Proc. R. Soc. A 190, 245–256. , 1:4-диоксану The vibration spectrum and molecular configuration of 1:4-dioxane. Proc. R. Soc. A 190, 562–574. и триоксану 1948 Infrared absorption spectrum and structure of trioxane. Trans. Faraday Soc. 44, 289–295, с целью выявить частоты колебания колец этих циклических молекул. Его выводы по их симметрии и структуре легли в основу его кандидатской диссертации, которую он опубликовал и защитил в 1947 году.
Национальный Научно-Исследовательский Совет Канады
Национальный Исследовательский Совет Канады (НИС) начал свою деятельность в 1916 году в качестве консультативного совета. Сначала он рос очень медленно, не имея собственных лабораторий до 1928 года. Но с началом Второй Мировой Войны НИС был сильно расширен, став крупным научным ресурсом для военного и промышленного развития Канады. Успехи НИС в военных исследованиях привлекли поддержку научно-исследовательской деятельности в мирное время.
По прибытии в Оттаву, Рамсей получил гранд Королевского Общества на исследования в группе доктора Р.Нормана Джонса. В этот период (1947-49), большой частью их научных интересов было изучение стероидов, в которых интересовали корреляции между частотой колебания обнаруженной группы карбонила и её положением в структуре кетостероида. Дон, как его позже стали называть, внес свой вклад в эти исследования, изучая новые методы для точного измерения интенсивности полос в инфракрасных спектрах поглощения. Впоследствии, его статья1952 Intensities and shapes of infrared absorption bands of substances in the liquid state. J. Am. Chem. Soc. 74, 72–80., основанная на работе по интенсивностям и формам инфракрасных полос поглощения веществ в жидкой фазе, стала очень популярной.
Прибытие в 1948 году Герхарда Герцберга (ЧКО 1951) из Йеркской Обсерватории Чикагского Университета для создания лаборатории спектроскопии стало переломным событием в НИС. Ему дали полную свободу в исследовании и существенные. Почти сразу же Герцберг был назначен руководителем Физического Отдела. Как отметил Борис П. Стойчев (ЧКО 1975) (Стойчев 2002, 2003) и Нэд Стейси (президент ЧКО с 1952 по 1962), управление Герцберга в сфере физике и химии было разумным. Летом 1949 Рамсей, в качестве члена-учредителя НИС спектроскопии, вошел в группу ученых Герцберга вместе с тремя другими коллегами-основателями: Александром Е. Дугласом (ЧКО 1970), Хином Лью и (в 1951) Сесилом С. Костейном.
Флеш-фотолиз
После присоединения к группе Герцберга, Дон стал заниматься электронной спектроскопией в видимой и уф областях. Ключевым событие в его карьере было появление флеш-фотолиза (более известного как кинетическая спектроскопия). Это техника, которую создал Джодж (позже Лорд) Портер (ЧКО 1960; ПКО 1985-90) в лаборатории Рональда В.Г.Норриса НИС в Кембридже (Норрис и Портер 1949; Портер 1950) состояла в облучении образца интенсивной вспышке света, которую получали путём разряда конденсаторов через массив ртутных люминесцентных ламп. Фотодиссоциация образца приводит к получению короткоживущих молекулярных фрагментов или «свободных радикалов». Их спектры могут быть записаны с помощью слабой континуумной вспышки, с выдержкой после фотолизной вспышки. Повторение этой процедуры с фиксированной задержкой постепенно создают спектр на фотопластинке. Эксперимент может выполняться с различным количеством задержек для определения зависимости спектра от времени жизни свободных радикалов.
Главная цель Герцберга состояла в том, чтобы определить спектр свободных радикалов метилена, самой легкой многоатомной органической молекулы. Предложенный метод должен был производить радикал с помощью фотолиза кетона или диазометана, а затем фотографировать его спектр лампой Лимана. Использование результатов более ранней работы на стробоскопе для высокой скорости фотографии (Мерфи и Эджертон, 1941), позволили Рамсею построить аппарат для флеш-фотолиза и начать получать спектры свободных радикалов с помощью 21-футового спектрографа Орла. Несмотря на то, что CH2 оставался неуловимым на данный момент, Рамсею удалось установить спектры SHAbsorption spectra of SH and SD radicals produced by flash photolysis of H2S and D2S. J. Chem. Phys. 20, 1920–1927. и многоатомных свободных радикалов NH2(With G. Herzberg) Absorption spectra of free NH2 radicals. J. Chem. Phys. 20, 347.(With G. Herzberg) The absorption spectra of free NH2 radicals. Discuss. Faraday Soc. 14, 11–15. и HCO1955 (With G. Herzberg) The 7500 to 4500 Å absorption system of the free HCO radical. Proc. R. Soc. A 233, 34–54.. В конце концов Герцберг обнаружил спектр CH2 (Герцберг и Смусмит 1959).
Первым триумфом Рамсея было наблюдение спектра радикала NH2 с помощью флеш-фотолиза в 1952 году(With G. Herzberg) Absorption spectra of free NH2 radicals. J. Chem. Phys. 20, 347. Эти так называемые альфа-полосы наблюдались ранее при прохождении электрических зарядов через аммиак, но какой молекуле эти полосы соответствуют, известно не было. Спектр поглощения, который почти всегда включал основное электронное состояние, позволяющее идентифицировать NH2, и (относительная) простота опыта обещала сделать анализ проще. Тем не менее, подробный анализ занял много лет, потому что это первый экспериментальный пример эффекта, предсказанный Эдвардом Теллером и разработанный его учеником Р. Реннером (Реннер 1934), в отношении электронных состояний выявлял количество энергии для линейных геометрий молекул, и отдельно для нелинейных. Более того, эффект Реннера, проявляющийся в NH2 не соответствовал рассматриваемому случаю в оригинальной работе Реннера. Интерпретация данного спектра стимулировала появление значительного количества теоретических работ во всем мире по этой теме. В конечном счете, работая с Куртом Дресселером, Джоном Джонсом и другими коллегами(With K. Dressler) Renner effect in polyatomic molecules. J. Chem. Phys. 27, 971–972.(With K. Dressler) The electronic absorption spectra of NH2 and ND2. Phil. Trans. R. Soc. A 251, 553–602.(With J. W. C. Johns & S. C. Ross) The à 2A1–X˜ 2B1 absorption spectrum of NH2 between 6250 and 9500 Å. Can. J. Phys. 54, 1804–1814.(With S. C. Ross, F. W. Birss & M. Vervloet) The absorption spectrum of NH2 in the region 5300 to 6800 Å. J. Mol. Spectrosc. 129, 436–470., Рамсею удалось детально разобрать спектр NH2.