Rovnica kvapky ortuti

Čo majú spoločné diabetici merajúci si hladinu cukru v krvi, potravinári hľadajúci stopy pesticídov v plodinách, vodohospodári kontrolujúci čistotu pitnej vody a environmentalisti sledujúci obsah ťažkých kovov v pôde? Všetci vychádzajú z práce, ktorej základy pomáhal budovať slovenský chemik Dionýz Ilkovič.

Polarografia, ktorú objavil v roku 1922 český chemik Jaroslav Heyrovský, umožňuje odhaliť prítomnosť rôznych látok v roztokoch. Na spoľahlivú kvantitatívnu metódu ju však premenila až rovnica, ktorá umožnila presné meranie koncentrácií. Túto rovnicu odvodil v roku 1937 Heyrovského mladší spolupracovník Dionýz Ilkovič (1907 – 1980).

Analýza prúdom

Heyrovského metóda využívala kvapkajúcu ortuťovú elektródu (kvapkajúca ortuť zachováva neustále sa obnovujúci čistý a nekontaminovaný povrch a citlivosť elektródy aj na stopové množstvá). Pri zvyšovaní elektrického napätia medzi ortuťovou kvapkou a protielektródou v roztoku sa ióny skúmanej látky začnú na povrchu ortuti redukovať a vzniká prúd, ktorý po dosiahnutí určitého prahového potenciálu prudko narastie a potom sa opäť ustáli. Na grafe (polarograme) sa objaví vlna, ktorej poloha prezrádza, o akú látku ide. Výška vlny zodpovedá koncentrácii danej látky v roztoku.
Polarografia znamenala prelom, pretože umožnila rýchlo a jednoducho identifikovať aj minimálne množstvá látok. Do jej objavu boli chemici odkázaní na metódy, ktoré boli časovo náročné, neraz málo citlivé a vyžadovali relatívne veľké množstvá vzoriek. Polarografia bola revolučná svojou citlivosťou, rýchlosťou a možnosťou analyzovať stopové množstvá látok.

Život jednej kvapky

Dionýz Ilkovič sa narodil 18. januára 1907 v Šarišskom Štiavniku na východnom Slovensku. Po absolvovaní gymnázia v Prešove začal študovať na Českom vysokom učení technickom v Prahe, po roku však prešiel na Prírodovedeckú fakultu Karlovej univerzity študovať chémiu, matematiku a fyziku. Už počas štúdií sa zapojil do výskumu v laboratóriu J. Heyrovského, kde sa stretol s vtedajšou novinkou – Heyrovského metódou polarografie.
V roku 1934 odvodil matematický vzťah, ktorým opísal difúzny prúd – maximálnu hodnotu prúdu dosiahnutú počas života jednej ortuťovej kvapky, keď rýchlosť elektrochemickej reakcie limituje len difúzia iónov v roztoku. Dokázal, že veľkosť tohto prúdu je priamoúmerná koncentrácii analyzovanej látky. Ilkovičova rovnica poskytla chemikom jednoduchý spôsob, ako vypočítať neznámu koncentráciu látky z nameranej hodnoty prúdu.

Najpresnejší od čias Faradaya

Keď v roku 1959 preberal J. Heyrovský Nobelovu cenu za objav a rozvoj polarografie, vo svojej nobelovskej štokholmskej prednáške opakovane vyzdvihoval prínos Ilkovičovej rovnice: Ilkovič vypočítal prúd riadený difúziou… a odvodil vzorec difúzneho prúdu. Toto je najpresnejší elektrochemický zákon, aký bol vyhlásený od Faradayových zákonov v roku 1833.
Vďaka Ilkovičovej rovnici mohli chemici spoľahlivo určovať nielen prítomnosť, ale aj množstvo látok, čo umožnilo rozvoj aplikácií každodenného využitia. Polarografická metóda sa využíva pri analýze stopových množstiev kovov vo vode a pôde, kontrole obsahu vitamínov v potravinách, v medicíne aj farmácii pri skúmaní biologických vzoriek či liečiv.
Súčasné voltmetrické metódy analýzy už používajú iné elektródy a postupy ako v časoch Heyrovského a Ilkovičovho výskumu (ortuť sa nepoužíva pre jej toxicitu), no vychádzajú z rovnakých základných zákonitostí. Napríklad bežne používané glukomery na meranie cukru v krvi fungujú na princípe elektrochemického senzora – merajú elektrický prúd úmerný koncentrácii glukózy v krvi.
Po návrate na Slovensko sa Ilkovič stal profesorom fyziky v Bratislave a vychoval generácie vedcov a inžinierov. Bol pri zrode Slovenskej akadémie vied a popri pedagogickej práci pokračoval vo výskume aj v ďalších oblastiach fyziky. Zomrel pred 45 rokmi, 3. augusta 1980 v Bratislave. Je považovaný za jednu z najvýznamnejších osobností slovenskej vedy. Ilkovičova rovnica stále figuruje v učebniciach a jej zásady využívajú aj moderné analytické metódy.

Autor článku: R