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联想闪烁出火花--记石墨非还原热离子发射特性的发现
  文章来源: 发布时间:2004-10-10 【字号: 小  中  大   

肖应凯 同位素化学、盐湖化学和地球化学专家。1940年4月生于湖南省桃源县,1965年毕业于中国科学技术大学化学系。现为中国科学院青海盐湖研究所研究员,博士生导师。

他在世界上首次发现了石墨的非还原性热离子发射特性,建立了高精度质谱测定硼氯溴同位素的新方法,在国内及美国、英国、日本、法国、意大利等国获得了广泛应用。采用这些方法在我国开展了盐湖硼锂氯同位素化学与地球化学研究,在我国开拓了同位素化学盐湖化学与地球化学研究的新领域。与北京大学合作进行了铟、铱、锂和铈原子量的测定,其中铟和铱原子量测定结果已被国际原子量委员会采纳做为铟和铱原子量国际新标准。

发表科技论文130余篇,被引用240余次,32篇论文被SCI收录。获得中国科学院自然科学奖二等奖1项,国家教委科技进步奖一等奖、青海省科技进步奖二等奖和国家自然科学奖二等奖各1项。还获7项国家发明专利。

1987年2月19日对当时在美国国家标准局进修的中国科学院青海盐湖研究所副研究员肖应凯是一个非常重要的纪念日,在这一天,肖应凯在世界上首次发现了石墨的非还原热离子发射特性。

肖应凯是1986年11月以访问学者的身份赴原美国国家标准局(现更名为美国国家标准与技术研究所)进修的,他的研究课题是“硼同位素质谱测定方法的研究”。美国国家标准局(英文简称NBS)是世界上最有名的科研机构之一,它所建立的标准方法和标准物质在世界上享有盛名,肖应凯能进入到这样的科研机构深造是一非常难得的机会。

随着20世纪40年代原子能工业的发展,硼同位素的测定研究也随之活跃起来,但对硼同位素测定提出更高要求的还是同位素地球化学研究工作的需要。由于早期硼同位素测定方法的限制,对自然界硼同位素组成变化的研究结果往往互相矛盾,因此建立一种高精度硼同位素测定方法成为推动硼同位素地球化学研究的瓶颈。经过几代科学家的顽强拼搏,直到1986年基于Na2BO2+、BO2-和Cs2BO2+离子的热电离质谱测定硼同位素的方法已相继建立。在这种条件下,肖应凯的研究课题“硼同位素质谱测定方法的研究”似乎没有必要,但事实上到那时为止,硼同位素组成的高精度测定并没有完全解决。肖应凯在重复当时认为最精密的Cs2BO2+离子的方法时发现,Cs2BO2+离子的方法同样存在Na2BO2+离子方法的弊端,如何取得硼同位素组成测定的突破,在肖应凯的研究道路上布满了重重阴云。就在这几乎走到绝境的时刻,在肖应凯的脑海中突然闪烁出一点火花:具有广泛工业用途的石墨已成功地用在难电离元素同位素组成的测定中,它对Cs2BO2+离子的发射有没有效果呢?实验是回答这一问题的惟一途径。

肖应凯开始石墨对Cs2BO2+离子的发射特性研究的探索时,当时世界上从未报道过石墨对Cs2BO2+离子的发射作用,第一次进行这种实验总得小心翼翼:开始带加热电流不敢加得太高,Cs2BO2+离子流的强度和稳定性并没有改善,测定精度仍没有提高,难道Cs2BO2+离子的方法已到了尽头吗?肖应凯还不甘心,毅然将带加热电流由1.173A缓慢提高到1.206A,就在这一瞬间,1987年2月19日上午10点59分,奇迹出现了,Cs2BO2+离子流强度由低于2.0×10-12A范围内的徘徊猛增加到5.9×10-12A水平,随后逐渐上升到1.71×10-11A,测定的11B/10B比值的内精度由原来的0.2%左右提高到0.03%。这一结果在以前的硼同位素测定史上是从未有过的。肖应凯面对这一奇迹般的发现显得十分冷静,这会不会是一次偶然的结果?就在当天下午1点30分,肖应凯进行了第二次实验,获得了同样的结果,此时的肖应凯露出了微笑,并将这一结果通告给了他的导师J. D. Fassett博士。肖应凯的这一重要发现于1988年在世界上公开发表了,硼同位素测定精度达到0.0056%,立即在世界范围内引起了同行专家的高度重视,目前肖应凯所建立的采用石墨涂样技术的Cs2BO2+离子测定硼同位素的方法已在美国、英国、日本、意大利、法国等国家的地质实验室扎根,成为硼同位素测定方法的主流。肖应凯抓住了对石墨的非还原热离子发射特性这一千载难逢的机遇,而且取得了成功。

科学中的未知因素太多,靠机遇的发明发现或许会比有意识的发明发现还多,机遇对每一个人都是一视同仁的,但是并不是每一个人都能抓得住机遇,只有那些头脑清醒、思维敏捷、勤奋好学、勇于进取的人才会不放过任何看来是微不足道的那些机遇,这些机遇蕴藏着创新,将世界一步一步地推向进步。

抓住科学研究中出现的每一个机遇是非常重要的,但是要取得更大的成功,必须要追求完美。肖应凯并没有在发现了石墨对Cs2BO2+离子的发射特性以后止步,他要追求完美。在进行石墨对Cs2BO2+离子的发射特性的研究中,肖应凯在思考,石墨对其他的离子会不会具有同样的发射特性?带着这种思考,肖应凯回到了国内,在中国科学院青海盐湖研究所开始了新的里程。肖应凯仔细地寻找在石墨存在下热电离中可能出现的离子峰,他终于在质荷比为301、303和312处发现了离子峰,根据他在热电离质谱中的丰富经验,确定这些离子峰对应的离子是133Cs235Ck+,133Cs237Ck+和133Cs214N16O2+。这是一个非常重要的发现,因为在当时从未见过在热电离质谱中观察到这些离子的报道。Cs2Ck+型离子的发现暗示着一种氯同位素测定的新方法将要诞生。经过将近一年的努力工作,基于Cs2Ck+离子的氯同位素测定新方法的建立获得成功,这是一种从未报道过的崭新的测定氯同位素的方法,在氯同位素测定上是一次重大的突破,在国际上反响巨大,他们评价这是氯同位素测定上历史性的进展,为低含量氯同位素的高精度测定提供了可能。这一方法现已在美国、日本、英国获得成功应用,对氯同位素地球化学的研究起着极大的推动作用。

硼、氯同位素测定新方法的建立极大地推动了世界范围内硼、氯同位素地球化学研究的进展。肖应凯建立硼、氯同位素测定新方法的目的正是为了在我国开展同位素地球化学研究的新领域,因此他率先在国内建立了盐湖固体同位素地球化学实验室,在国内开创了盐湖盐卤硼、氯同位素地球化学研究的新局面,成为国内外硼、氯同位素化学盐湖化学与地球化学研究的知名专家。在这些研究领域先后发表论文70余篇,其中24篇被SCI收录,并于1997年获得国家自然科学奖二等奖。

到此为止,肖应凯的研究工作由抓住机遇到1997年取得初步的完美整整花了10年的功夫,但是现在还不能说已经到了最完美的时候,完美是没有止境的,肖应凯目前面临着更大的挑战,需要新的创新和更高境界的完美。

撰稿人:武文斌

点评:

这个材料真实地记录了肖应凯先生在世界上首次发现石墨的非还原性热离子发射特征和建立高精度质谱测定硼、氯同位素新方法的过程。从中我们看到了科学家永不停步、不断追求的科学精神和精心实验、严谨治学的科学态度。特别值得一提的是,肖先生取得突破的灵感来自于一种“联想”,这在科学方法上是一个很好的实例。科研工作中,丰富的联想往往生出很多活跃的学术思想,使科研进展呈现柳暗花明又一村,得到好的结果。

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