HISTORIE ŘEŠENÍ KRYSTALOVÝCH STRUKTUR NA ÚSTAVU CHEMIE PEVNÝCH LÁTEK VŠCHT PRAHA

Význam tématu

Rozvoj rtg. difrakčních metod a řešení krystalových struktur představuje klíčový krok v přechodu mineralogie od popisné disciplíny k experimentálním a aplikovaným výzkumům. Na VŠCHT Praha tato tradice umožnila objasnit složení a prostorovou organizaci minerálů, vývoj nových materiálů pro průmysl i farmaceutické sloučeniny.

Cíle a přehled studie

Cílem přehledu je zachytit vývoj rtg. strukturální analýzy na Ústavu chemie pevných látek VŠCHT Praha ve třech obdobích:

• 1945–1973: establish­ment metodiky a personální i instrumentální zázemí pod vedením prof. Jana Kašpara
• 1974–1989: vyčlenění Laboratoře rtg. difraktometrie, rozvoj servisních služeb a orientace k materiálovému výzkumu
• 1990–současnost: konsolidace ústavu, rozšíření metodiky monokrystalové difrakce, automatizace a spolupráce s farmaceutickým průmyslem

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnuje:

• prášková difrakční měření (primárně Debye–Scherrerova metoda)
• monokrystalová difrakce pro stanovení prostorových grup, velikostí elementární buňky a poloh atomů
• kombinace experimentálních dat s kvantově mechanickými výpočty v pozdějších letech

Klíčová instrumentace:

• mikrorentgeny C.H.F. Müller (1947)
• práškové difraktometry Geigerflex (Rigaku-Denki, 1967) a Dron-UM-1 (SSSR, 1982)
• monokrystalový difraktometr CAD4 (Enraf-Nonius, 1988)
• Xcalibur PX (Oxford Instruments, 2004)
• Bruker D8 Venture (2015)
• další práškové difraktometry Bruker D8 Discoverer a D2 Phaser na jiných ústavech VŠCHT Praha

Hlavní výsledky a diskuse

Postupné zavádění moderní rtg. difrakce podnítilo:

• identifikaci a charakterizaci minerálů pro sklářský, keramický a hutní průmysl
• analýzy historických památek a měsíčních vzorků z misí Luna a Apollo
• rozvoj krystalografických výpočtů a zavedení prvních softwarových nástrojů
• vybudování monokrystalové laboratoře umožňující řešení struktur za jednotky dnů
• letitou spolupráci s farmaceutickými firmami Galena, Ivax a Teva, která vytvořila až 35letou tradici krystalografické podpory vývoje léčiv

Přínosy a praktické využití metody

Rtg. strukturní analýza přinesla:

• objasnění složení a symetrie nerostných materiálů
• vývoj katalyzátorů, sorbentů a vrstvených hydroxidů pro průmyslové i environmentální aplikace
• podporu vývoje farmaceutických substancí včetně polymorfů, solí a kokrystalů
• technickou podporu restaurování kulturních památek

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry:

• rozvoj algoritmů a softwaru pro predikci a řešení struktur z práškových dat
• propojení experimentálních měření s kvantově mechanickými výpočty pro validaci a přesnost
• automatizované krystali­zační platformy a high-throughput screening
• další rozšíření in-situ difrakčních metod pro sledování dějů při syntéze a funkcionalizaci

Závěr

Historie rtg. difrakční analýzy na VŠCHT Praha ukazuje kontinuální rozvoj instrumentace, metodiky i personálního zajištění. Od pionýrských Debye–Scherrerových experimentů až po moderní monokrystalovou strukturní laboratoř se pracoviště transformovalo v mezinárodně uznávané centrum s mnoha průmyslovými i akademickými partnery.

Reference

1. Kašpar J.: Dějiny mineralogie na Vysoké škole technické v Praze. Sborník VŠCHT Praha, Praha 1959.
2. Bauer J.: Mineralogické sbírky VŠCHT Praha. Sborník VŠCHT Praha G 23, 1988.
3. Koloušek D. a kol.: Mineralogické poklady VŠCHT Praha. VŠCHT Praha, 2024.
4. Dobiášová L. et al.: Mater. Struct. 21(3), 8 (2014).
5. Schätz M.: Historie výuky chemie. VŠCHT Praha, 2002.
6. Dvořáčková V., Lorencová I.: Zaostřeno na chemii. VŠCHT Praha, 2022.
7. Seidl V.: Co předcházelo Ústavu chemie pevných látek VŠCHT Praha. Nebublikovaný text, 2020.
8. Seidl V.: Bulletin Asociace čs. chemických společností 29(2), 1998.
9. Mrázek Z., Táborský Z.: Neues Jahrbuch Mineral. Monatshefte 11, 520 (1981).
10. Bauer J.: Bull. mineral.-petrol. odd. NM Praha 2(1), 171 (1994).
11. Seminář k 101. výročí narození prof. J. Bauera. Praha 2021.