Дэвид Смит (; 26 ноября 1935, Сток-он-Трент, Стаффордшир — 15 февраля 2023) — английский , внесший фундаментальный вклад в молекулярную науку. Известен как изобретатель методов зонда Ленгмюра с текущим послесвечением (FALP) и трубки с выбранным потоком ионов (SIFT), которые революционизировали изучение газофазных реакций.

Член Лондонского королевского общества (1988) и Института физики (1973). Автор более 460 научных публикаций (индекс Хирша 79).

Биография

Происхождение и ранние годы Дэвид Смит родился в городе Сток-он-Трент в бедной семье. Он был седьмым из девяти детей. Его отец, ветеран Первой мировой войны, получил инвалидность из-за необратимого поражения лёгких горчичным газом (ипритом) и зарабатывал на жизнь, ремонтируя радиоприёмники на дому.

Детство Смита пришлось на годы Второй мировой войны; его ранние воспоминания были связаны с бомбоубежищами. Семья испытывала серьёзные финансовые трудности: родители не могли оплачивать школьное питание.

Для детей семьи Смитов высшее образование было недоступным, однако «Закон об образовании 1944 года (англ.)» открыл новые возможности. Благодаря своим способностям Дэвид смог поступить в гимназию округа Уолстантон (ныне Академия Орм).

После окончания средней школы Смит устроился лаборантом в Британскую ассоциацию керамических исследований в Пенкхалле. Там он освоил навыки работы с глиной и приобщился к строгой дисциплине лабораторных исследований. Он посещал вечерние курсы, которые позволили ему в 1955 г. поступить в Университетский колледж Северного Стаффордшира (позже переименован в Килский университет). Особенностью обучения был «подготовительный год» с широкой программой, объединявшей гуманитарные и точные науки. Смит выбрал физику и химию в качестве основных предметов, а математику и немецкий язык — как дополнительные. В 1959 году он получил степень бакалавра. Позднее Смит стал первым выпускником Килского университета, избранным членом Королевского общества.

Должности и места работы Дэвид Смит прошёл путь от лаборанта до всемирно признанного профессора и члена Королевского общества.

1950—1955: Лаборант Британской ассоциации керамических исследований, Пенкхалл. 1955—1959: Студент Университетского колледжа Северного Стаффордшира (Килский университет), бакалавр по физике и химии. 1962 (27 лет): Научный сотрудник кафедры электронной физики Бирмингемского университета под руководством профессора Джеймса Сэйерса (изобретателя магнетрона). 1973: Член Института физики (Лондон). 1975: Доктор наук (DSc) в области космических исследований, Бирмингемский университет. 1980—1984, 1988: Профессор Килского университета. 1988: Член Лондонского королевского общества (FRS). 1990: Почётный доктор наук (Honorary DSc), Килский университет. 1991—1996: Выдающийся профессор Института ионной физики Инсбрукского университета, чтение курсов по атомной и молекулярной физике. 1996—2016: Профессор химической физики медицинской школы Килского университета. 2016—2023: Консультант Института физической химии им. Я. Гейровского, Прага.

Научные исследования

Ранние исследования и Бирмингемский университет Интерес Смита к физике плазмы сформировался ещё во время работы над докторской диссертацией, в которой он изучал разряды Таунсенда в парах ртути. Им были проведены количественные измерения коэффициентов ионизации и зафиксированы нарушения закона Пашена в газах низкого давления, на примере водорода, дейтерия и паров ртути.

После получения докторской диссертации в возрасте 27 лет, Смит работал в Бирмингемском университете, где активно участвовал в британской космической программе по запускам ракет Skylark, что повлияло на переименование подразделения в кафедру космических исследований.

Смит проявил себя как талантливый педагог, разработав уникальный курс физики плазмы, основанный на идее через призму плазмы изучить все области физики. Параллельно с исследованиями ионосферы он занимался разработкой спутниковых детекторов микрометеоритов, изучая воздействие сверхскоростных микрочастиц.

Изобретение методов FALP и SIFT В Бирмингеме Смит возглавил исследовательскую группу. Его ключевым соратником стал доктор Найджел Адамс, с которым они сотрудничали на протяжении 20 лет, опубликовав более 130 совместных работ. Вместе они разработали два революционных метода экспериментальной физики:

Метод текущего послесвечения с зондом Ленгмюра (FALP, 1975). Трубка с выбранным потоком ионов (SIFT, 1976).

Смит интегрировал подвижный зонд Ленгмюра в систему с потоком плазмы послесвечения. Главной трудностью было создание зонда, способного давать точные данные в низкотемпературной плазме. Успешная реализация позволила измерять плотность электронов и ионов вдоль метровой оси потока, определяя коэффициенты рекомбинации и прилипания электронов. Эти данные стали критически важными для моделирования процессов в D-области ионосферы.

Метод SIFT позволил преодолеть ограничения традиционного метода текущего послесвечения. В SIFT ионы генерируются отдельно, селектируются по отношению массы к заряду (m/z) с помощью квадрупольного фильтра и инжектируются в поток инертного газа-носителя (гелия). Это исключало влияние исходного газа на реакцию. SIFT позволил изучить тысячи ионно-молекулярных реакций, в том числе с участием сложных ионов (CHn+, NHn+), которые дали понимание химии межзвёздных облаков.

Международное признание и распространение технологий Методы SIFT и FALP получили широкое распространение в мировых лабораториях. Смит лично путешествовал по миру, помогая коллегам устанавливать и настраивать оборудование, часто собранное исследователями самостоятельно. Это способствовало укреплению связей с ведущими научными центрами, среди которых:

Аберистуитский университет (Норман Твидди, Кит Биркиншоу); Лаборатория реактивного движения ВВС США (Том Миллер, Майкл Хенчман); Инсбрукский университет (Вернер Линдингер); Университет Колорадо в Боулдере (Чак де Пюи, Вероника Бирбаум); Кентерберийский университет в Новой Зеландии (Мюррей Макэван); Карлов университет в Праге.

К середине 1980-х годов Смит получил мировое признание: в 1984 году он стал профессором, а в 1988 году был избран в Лондонское королевское общество.

Разработка SIFT-MS На основе наблюдений Смита о химической инертности иона гидроксония (H3O+) в воздухе впоследствии вместе с коллегами и компанией Europa Scientific были разработаны методы масс-спектрометрии SIFT-MS (англ.) и PTR-MS. А уже в 1998 году был создан первый переносной прибор SIFT-MS.

Инсбрукский период (1991—1996) По приглашению Вернера Линдингера Смита в 1991 году в Инсбрукский университет его научные интересы начали смещаться от астрофизики к аналитической химии и медицине. Он занялся разработкой масс-спектрометров для анализа следовых газов (IMR-MS), изначально для изучения автомобильных выбросов, а затем — для анализа летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе человека. В Инсбруке под его руководством начал работать Патрик Шпанель, ставший его многолетним соратником.

Возвращение в Кил и медицинская физика Спустя 40 лет после выпуска Смит вернулся в Килский университет в качестве профессора химической физики медицинской школы, перевезя из Австрии огромный объём оборудования (включая насос весом более тонны). Основным направлением его работы стал анализ выдыхаемого воздуха для клинической диагностики.

Клиническое применение Смит был сторонником использования прямых измерений биомаркеров в реальном времени, критикуя чрезмерное увлечение статистической обработкой данных. Ключевые достижения в этой области:

Обнаружение цианида водорода (HCN) как биомаркера инфекции Pseudomonas aeruginosa у пациентов с муковисцидозом. Мониторинг уровня аммиака у пациентов с почечной недостаточностью (показано снижение уровня во время диализа). Исследования биомаркеров рака мочевого пузыря, простаты и пищевода. Разработка метода определения общего содержания воды в организме с помощью масс-спектрометрии с проточным послесвечением (FA-MS).

Дэвид Смит стал одним из основателей Международной ассоциации исследований дыхания (IABR) и журнала Journal of Breath Research.

Поздние годы и работа в Праге После ухода из Кильского университета в 2016 году Смит продолжил активную научную деятельность как консультант Института физической химии им. Я. Гейровского в Праге. Он регулярно посещал Чехию, участвуя в исследованиях заболеваний ЖКТ (болезнь Крона, язвенный колит) с использованием новейших методов ионизации.

Дэвид Смит скончался 15 февраля 2023 года в возрасте 87 лет. Он умер у себя дома, по естественным причинам.

Наставничество и лабораторное мастерство Дэвид Смит отличался редким для руководителя такого уровня сочетанием глубоких теоретических знаний и прикладного инженерного мастерства. Он был талантливым стеклодувом-самоучкой и часто своими руками изготавливал сложные экспериментальные установки, а в ранние годы, до появления доступных компьютеров, самостоятельно собирал электронные схемы для обработки сигналов.

Показателен случай, произошедший с одним из его первых аспирантов Иэном Пламом. Для сложного эксперимента по измерению рекомбинации ионов O4+ Смит изготовил уникальный стеклянный аппарат. Однажды ночью в ходе работы Плам случайно разбил установку. Ожидая сурового выговора, аспирант сообщил об инциденте научному руководителю. Однако на следующее утро Смит без единого упрёка взял стеклодувную горелку и восстановил прибор, позволив немедленно продолжить исследования.

Смит воспитал множество учеников, многие из которых стали видными учёными. Его стиль руководства характеризовался высокой требовательностью в сочетании с альтруизмом и дружеской поддержкой. Аспирант Томас Чиппендейл вспоминал Смита как человека, который «искренне интересовался людьми, часто использовал юмор» и был не просто учителем, но и другом, заставлявшим своих подопечных расти профессионально.

Среди учеников и коллег, работавших под непосредственным руководством Дэвида Смита на разных этапах его карьеры, выделяются:

Иэн Плам (Ian Plumb) — один из первых аспирантов, впоследствии успешный учёный в Австралии. Грэм Дин (Graham Dean) и Крис Гудолл (Chris Goodall) — аспиранты бирмингемского периода. Эрих Алге (Erich Alge) — занимался ионно-молекулярными реакциями в SIFT. Майкл Чёрч (Michael Church) — исследовал ион-ионную рекомбинацию методом FALP. Кевин Джайлз (Kevin Giles) — изучал химию межзвёздных ионов. Крис А. Мэйхью (Chris A. Mayhew) — специализировался на реакциях атомарных катионов, впоследствии помогал перевозить и монтировать оборудование Смита в Инсбруке. Патрик Шпанель (Patrik Španěl) — начал работать со Смитом в Инсбруке будучи докторантом, стал его ближайшим соратником и сооснователем компании по производству SIFT-MS. Томас Чиппендейл (Thomas Chippendale) — аспирант периода работы в Килском университете.

Многие из его учеников и коллег, включая Нормана Твидди, Кита Биркиншоу, Чака де Пюи и других, стали близкими друзьями Дэвида, часто посещали его дом и высоко ценили его как наставника.

Личная жизнь и увлечения Дэвид Смит никогда не был женат и не имел детей, свою жизнь он полностью посвящал науке. Друзья и коллеги отмечали его невероятную работоспособность: он часто писал статьи от руки по воскресеньям, сидя перед телевизором с включёнными спортивными трансляциями.

Смит вёл комфортный холостяцкий образ жизни. Он любил готовить, в особенности воскресный ростбиф, увлекался выращиванием овощей в собственной теплице и ценил индийскую кухню.

Среди его увлечений были игра на органе Hammond, прослушивание классической музыки и джаза. Он был преданным болельщиком футбольного клуба «Сток Сити». Смит отличался феноменальной памятью, помня наизусть коэффициенты скоростей сотен реакций. Его жизненной позицией, характеризующей его, была фраза: «Наука — это наблюдение и вывод». Кроме науки и спорта, Смит глубоко интересовался историей и географией.

Признание и награды Дэвид Смит получил широкое международное признание за свой вклад в науку:

1973 — Член Института физики (Лондон).