Лаборатория кристаллохимии минералов
|
|
Располагая авторитетом и административными возможностями, он предпринял действенные меры к реализации на практике своих идей. Он привлек к этому делу выдающегося ученого-энтузиаста З.Г. Пинскера. Тот осуществил два ключевых момента, предопределивших дальнейшее успешное развитие метода электронографии в целом: создал прибор с универсальной камерой препарата и задействовал электронограммы от текстур в косом положении к первичному лучу, до того формально фигурировавшие в единичной работе 1932 г. Поразительная научная активность З.Г. Пинскера, совместившего исследования у В.И. Вернадского, в Карповском физико-химическом институте с организацией лаборатории электронографии Института кристаллографии и профессорской деятельностью в Институте стали. Он сплотил вокруг себя обширный межинститутский коллектив, зародивший электронографические ячейки в Москве и в других городах, охвативший своими интересами всесторонние аспекты теории и практики электронографии.
Лидер этого коллектива, сначала дипломник, а затем аспирант З.Г. Пинскера и будущий академик Б.К. Вайнштейн, полностью решил специфические проблемы анализа интенсивностей дифракции электронов и сделал электронографию полноценным методом структурного анализа. Особые возможности и преимущества метода были продемонстрированы в многочисленных исследованиях углеводородов, полупроводников, ряда органических и неорганических соединений.
Все это послужило благоприятным фоном для развития электронографии минералов, не только глинистых, хотя последние и послужили для В.И. Вернадского первоначальным стимулом, в немалой степени определившим судьбу метода в целом.
Фактическая последовательность событий в данном направлении происходила следующим образом. По заданию В.И. Вернадского З.Г. Пинскер создал электронограф, позволяющий перемещать и наклонять препараты, а, вместе с тем, получать электронограммы косых текстур. Для этого прибора помещение нашлось только в соседнем Почвенном институте АН СССР, также заинтересованным в изучении глинистых минералов. Этот институт специально организовал у себя аспирантуру по электронографии глин и принял в нее выпускника физфака МГУ Б.Б. Звягина.
Для первых шагов в новой области исследования был выбран самый неподходящий объект, разбухающий в естественных условиях глинистый минерал монтмориллонит. Но и в дегидратированном состоянии, в вакууме электронографической съемки его слои, хотя и сближаются, беспорядочно ориентированы азимутально. Соответственно его электронограммы косых текстур состоят из диффузных эллипсов hk лишь со слабой модуляцией интенсивности. Прихотливой судьбе, однако, было угодно «подсунуть» диссертанту серию образцов, неизвестно кем и как насыщенных разными обменными катионами. Оказалось, что катионы К и Ва упорядочили взаимное расположение слоев, и в электронограммах от текстур вдоль эллипсов располагались пространственные рефлексы hkl. При всем своем несовершенстве эти электронограммы характеризовали не только порядок следования слоев, но и внутреннюю структуру самих слоев. Но, самое главное, они послужили основой разработки общей методики геометрического анализа, индицирования электронограмм от текстур в случаях косоугольных кристаллических решеток. И тем не менее, из-за отсутствия какого-либо опыта тогда был упущен важный результат, проявление в электронограммах существования аксиально симметричных диоктаэдрических 2:1 слоев, обозначаемых также как с вакантными цис-октаэдрами. Этот факт смог быть раскрыт лишь три десятка лет спустя.
После успешной защиты кандидатской диссертации в 1949 г. Б.Б. Звягин все же не смог быть оставлен в штатах Почвенного института, и он нашел себе приют во ВСЕГЕИ (г. Ленинград). Этому активно содействовала М.Ф. Викулова. Она по-настоящему оценила значение новых методов и явилась пионером в применениях электронной микроскопии для раскрытия до того неизвестных морфологических особенностей глинистых минералов. К этому времени под общим руководством академика А.А. Лебедева в СССР начала выпускаться электронно-оптическая аппаратура.
Викулова М.Ф. понимала значение индивидуальных отличий разных образцов одного и того же глинистого минерала, как отражателей условий их образования. Эти отличия лучше всего выражаются двумерным распределением рефлексов в электронограммах от текстур, и они послужили средством обзора значительного разнообразия каолинитов, монтмориллонитов, гидрослюд, хлоритов. Изучение собственно глинистых минералов сочеталось с детальным структурным анализом родственных слоистых силикатов с наиболее совершенной структурой: каолинита, селадонита, мусковита, и теоретическим выводом политипных модификаций. Последнее, в частности, позволило точно идентифицировать расположение слоев в редком минерале, накрите. Итогом стала обобщающая монография Б.Б. Звягина «Электронография и структурная кристаллография глинистых минералов».
Фундаментальный характер этих работ по достоинству был оценен директором ИГЕМ РАН СССР Ф.В. Чухровым и он приложил немало усилий для перевода в 1963 г. Б.Б. Звягина в свой институт.
Примерно в то же время происходили события, имевшие важные последствия для судеб электронографии минералов в ИГЕМ РАН. В 1956 г. инженер Н.М. Попов в НИИ п/я 4064 Министерства электропромышленности создал уникальный прибор, собираемый в функциях четырехлинзового электронного микроскопа и электронографа с ускоряющим напряжением 400 кВ. В 1958 и 1959 гг. Б.Б. Звягин совместно с Н.М. Поповым апробировали этот прибор в функциях электронографа и электронного микроскопа, показав его особую пригодность для минеральных объектов. Исследованию стал доступен больший диапазон толщин проницаемых электронами кристаллов и более широкий круг минералов. Методом высоковольтной электронографии получались как электронограммы монокристаллов с большим дифракционным полем и острыми рефлексами, так и от текстур, насчитывающие более 30 эллипсов. Именно на этом приборе в качестве электронного микроскопа впервые в нашей стране были получены дифракционные картины от микроучастков препарата. В 1960 г. прибор был передан в Институт молекулярной биологии, а в 1969 г. переведен в ИГЕМ РАН, где он мог полнее использоваться.
До 1968 г. Б.Б. Звягин работал в составе лаборатории электронной микроскопии, руководимой Г.С. Грицаенко. Здесь, помимо продолжения электронографических исследований на приборе ЭМ-4, осваивалась и развивалась дифракция электронов в электронном микроскопе от выбранных участков препаратов (сокращенно ДЭВУ, что соответствует английскому термину SAED – selected area electron diffraction). Накопленный опыт, методические разработки, виды картин ДЭВУ и результаты исследования разнообразных минералов обобщены в отдельной главе книги коллектива авторов лаборатории, опубликованной в 1969 г. Эта работа проводилась в тесном сотрудничестве с А.И. Горшковым, который затем возглавил данное направление в ИГЕМ РАН.
Работы по электронографии минералов во ВСЕГЕИ и ИГЕМ РАН явились примером для других организаций страны. Электронографические ячейки возникли в Ереване, Алма-Ате, Тюмени, Владивостоке, Казани. Особенно эффективно электронография минералов зарекомендовала себя в ГИН РАН, где В.А. Дриц и С.И. Ципурский получили выдающиеся результаты. Они первыми выявили разные возможности распределения вакантных октаэдров в слоях монтмориллонитов по цис- и транс-позициям, и продемонстрировали преимущества прямой электронографической регистрации интенсивностей рефлексов, приводящее к более точным и достоверным данным на примерах мусковита и селадонита.
С 1968 г. оформилась самостоятельная лаборатория электронографии на базе высоковольтного электронографа Н.М. Попова. Она оснастилась дополнительной аппаратурой, в частности, 100-киловольтными приборами Сумского завода. Впоследствии она вошла в качестве одной из трех групп в состав лаборатории кристаллохимии им. Н.В. Белова ИГЕМ РАН.
В силу социально-экономических событий функционирование электронографии минералов в России повсеместно прекратилось. Группа электронографии минералов ИГЕМ РАН сохранилась благодаря энтузиазму немногих оставшихся сотрудников, и благодаря сочетанию исследований с решением фундаментальных задач науки, находящих постоянную и неизменную поддержку руководства Института, а также наметившимся новым перспективам прогресса метода в содружестве с коллегами из ИКАН РАН и некоторых других стран.
В других странах структурная электронография развития не получила. Она оказалась «в тени» более популярной электронной микроскопии, развиваемой мощными научными и промышленными силами, а специальная аппаратура для дифракции электронов не производилась. Моральный ущерб методу нанесла переоценка отрицательной роли динамических эффектов рассеяния электронов без учета реально меньших размеров областей когерентного рассеяния электронов. Потребности решаемых задач покрывались за счет всемерно развивающихся методов рентгеновской и нейтронной дифрактометрии.
Лишь недавно американский ученый Д. Дорсет заострил внимание на эквивалентность электронографического структурного анализ и успехи советской школы ученых, продемонстрированные еще полвека тому назад.