Illustrations included gravures.een van de belangrijkste bijdragen van Lavoisier aan de chemie was het ontwikkelen van nauwkeurige kwantitatieve procedures., Zo beschreef hij de wet van het behoud van massa in chemische reacties door eerst de reagentia van een chemische reactie te wegen en vervolgens de producten te wegen. Om dit te doen moest hij zeer nauwkeurige balansen construeren. Hij deed ook zorgvuldige metingen van de volumes van verlopen gas met behulp van pneumatische troggen of wat we nu noemen spirometers. Deze vooruitgang vereiste de ontwikkeling van veel nieuwe apparatuur, en Marie-Anne Lavoisier was verantwoordelijk voor het maken van nauwkeurige illustraties van de nieuwe apparatuur., In Lavoisier ‘ s belangrijkste werk Traité élémentaire de chimie uit 1789 staan 13 prachtig gegraveerde platen van Marie-Anne. Een voorbeeld dat eerder werd beschreven is weergegeven in Fig. 2, en apparatuur voor het verzamelen van gas is weergegeven in Fig. 3. Let op de extreme aandacht voor detail met inbegrip van nauwkeurige afmetingen die andere onderzoekers in staat zou stellen om de instrumenten te repliceren. De gravures in Traité élémentaire de chimie zijn allemaal gegroepeerd aan het einde van het boek, en ze bieden essentiële informatie om de door Lavoisier beschreven wetenschap aan te vullen., Een deel van Lavoisier ‘ s experimentele apparatuur is tegenwoordig te zien in het Musée des Arts et Métiers in Parijs.
Fig. 3.Marie-Anne Lavoisier ‘ s gravure van een apparaat voor het verzamelen van gas en het meten van het volume. Van Ref. 12.
Marie-Anne ‘ s expertise op het gebied van graveren is vermoedelijk afkomstig van lessen bij de beroemde kunstenaar Jacques-Louis David (1748-1825). Hij was een van de meest invloedrijke schilders in de neoklassieke stijl in Frankrijk in de late 18e eeuw., Figuur 1 toont een van zijn bekendste portretten, en er is geen gelijke in de afbeelding van een beroemde wetenschapper met zijn vrouw-collaborateur. David schilderde vele andere beroemde historische gebeurtenissen en zijn schilderijen worden tentoongesteld in grote kunstgalerijen over de hele wereld.zoals hieronder besproken, werkte Marie-Anne ook aan een belangrijk boek van acht delen getiteld Mémoires de physique et chimie, dat door Lavoisier werd gestart maar werd onderbroken door zijn executie. Overgeleverde documenten tonen aan dat dit ook een aantal van haar gravures zou bevatten, maar het project is nooit voltooid (4).,van bijzonder belang voor ons zijn hier twee sepia tekeningen gemaakt door Marie-Anne van Lavoisier ‘ s experiment over het menselijk zuurstofverbruik. Deze worden weergegeven in vijgen. 4 en 5, die zijn overgenomen uit de originele illustraties in Grimaux (6). De tekeningen zijn meerdere malen besproken en onlangs nog door Holmes (8), Noël (19), Prinz (23) en Beretta (2). Prinz (22) maakte een zeer gedetailleerde studie van de apparatuur in de tekening.
Figuur 4 toont een experiment met een zittende persoon aan de linkerkant die ademt door een nauwsluitend masker van koper., Hij is waarschijnlijk Armand Séguin, die een belangrijke rol had in deze experimenten. Hij rust, en de beschrijving onder de tekening vermeldt specifiek ” l ‘ homme au repos,” dat wil zeggen, man in rust. Zijn pols wordt gevolgd en de man aan de rechterkant wordt verondersteld Lavoisier te zijn. Een klepbox is te zien in de buis in de buurt van het masker, waardoor de scheiding van geïnspireerd en verlopen gas. Het verlopen gas komt in een grote pot in het Midden, en het effluent gas van deze wordt opgevangen in een container aan de rechterkant door vloeistof verplaatsing., Wat lijkt op een scherm is gemonteerd op de buis tussen de centrale kruik en de opvangkruik. Dit kan instructies bevatten over het experiment om het onderwerp en de man die met zijn arm gestrekt staat te begeleiden. Madame Lavoisier maakt aantekeningen van het experiment.
Fig. 4.Marie-Anne Lavoisier ‘ s tekening van een experiment over zuurstofverbruik in een rustonderwerp., Het uitgeademde gas wordt door een glazen vat met kaliumhydroxide in het midden geleid en rechts opgevangen door waterverplaatsing. Marie-Anne is extreem rechts. Zie tekst voor details. Van Ref. 6.
Figuur 5 laat een enigszins vergelijkbaar experiment zien, behalve dat in dit geval de proefpersoon oefent. De beschrijving van het experiment hieronder de tekening staat “l’ homme executant au travail,” dat wil zeggen, de mens die werk doet. De rechtervoet van het onderwerp kan worden gezien op een pedaal, die kan worden bevestigd aan draden uit de tabel hierboven., Deze regeling stelt hem blijkbaar in staat om te oefenen. De details hiervan zijn echter onduidelijk. Er is een suggestie van een gewicht boven zijn voet, die hij misschien wordt gevraagd te verhogen. Zeker Lavoisier in sommige van zijn beschrijvingen van zijn experimenten op zuurstofverbruik verwijst naar werk gedaan door het verhogen van een gewicht. Net voorbij het mondstuk bevinden zich twee verticale buizen die een regeling kunnen zijn voor het scheiden van het geïnspireerde en verlopen gas. Er is een andere zittende man blijkbaar het meten van de hartslag, en er zijn twee andere staande mannen, van wie er een Lavoisier kan zijn., Een laboratoriumassistent van uiterst links draagt voorraden. Opnieuw houdt Madame Lavoisier van uiterst rechts een verslag bij. Rechtsonder op de tekening is een elektrische machine te zien.
Fig. 5.Tekening door Marie-Anne Lavoisier van een experiment over zuurstofverbruik in een onderwerp tijdens het sporten. Het verlopen gas wordt blijkbaar opgevangen door kwikverplaatsing. De rechtervoet van het onderwerp is op een pedaal waarmee hij mechanisch werk kan doen. Anne-Marie Lavoisier is extreem rechts. Zie tekst voor details. Van Ref., 6.
een kenmerk van deze tekening dat onduidelijk is is de pot aan de linkerkant die het verlopen gas verzamelt. Er lijkt een binnencontainer te zijn met de buis die het verlopen gas transporteert aan de bovenkant. De container is half gevuld met een donkere vloeistof die waarschijnlijk kwik is. Misschien is dit vergelijkbaar met de gas-opvangkruik gedeeltelijk gevuld met kwik aan de rechterkant van Fig. 1. De verzamelpot met vijgen. 5 is ingesloten in een veel grotere glazen pot.,
deze twee tekeningen zijn fascinerend en vormen vermoedelijk een authentieke weergave van de twee experimenten. Deze vonden plaats in 1790, wat een volatiele periode was omdat de Bastille op 14 juli 1789 was bestormd en de Franse Revolutie aan de gang was. Lavoisier hield zich bezig met zijn vele administratieve verplichtingen, waaronder de belastingontvangersorganisatie, de Ferme Générale, en als gevolg daarvan zijn er misschien geen schriftelijke verslagen van de experimenten bewaard gebleven. De tekeningen van Marie-Anne zijn dan ook kritisch om het werk te begrijpen.,
De interpretatie van de tekeningen is echter problematisch. De centrale kruik in Fig. 4 vermoedelijk bevat kalium loog, dat is kaliumhydroxide, omdat deze stof wordt genoemd in verschillende publicaties. Loog werd gemakkelijk verkregen door uitloging van houtas en was goed bekend bij onderzoekers uit deze periode. Het zette het verlopen koolstofdioxide om in kaliumbicarbonaat en verwijderde het dus uit het verlopen gas. Maar waarom dit in het ene experiment gebeurt en niet in het andere is onduidelijk. Een ander raadselachtig kenmerk is waarom de buis tussen de klepbox en de centrale pot zo lang is., Misschien functioneerde de klepbox niet perfect en af en toe kwam een deel van het geïnspireerde gas onbedoeld uit de expiratoire lijn. Om de kans te verkleinen dat een van de giftige kalium loog werd ingeademd, werd dit ver weg gehouden.
de twee tekeningen geven de eerste metingen van het menselijk zuurstofverbruik in rust en tijdens inspanning weer. Een informatieve samenvatting van de resultaten van deze metingen werd gegeven in een brief van Lavoisier aan Joseph Black van 13 November 1790 (8, 18). Het onderwerp was vermoedelijk Séguin, die medeauteur was van de rapporten., Enkele van de conclusies kunnen als volgt worden samengevat:
1) de hoeveelheid zuurstof die een mens in rust verbruikt, of liever gezegd omzet in vast zuur of koolzuur gedurende een uur, is ongeveer 1.200 Franse kubieke inch wanneer hij bij een temperatuur van 26 graden wordt geplaatst. (Dit is waarschijnlijk ongeveer 330 ml / min, wat een redelijke waarde is.)
2) die hoeveelheid stijgt tot 1400 kubieke inch onder dezelfde omstandigheden als de persoon wordt geplaatst in een temperatuur van slechts 12 graden.,
3) de hoeveelheid zuurstof die wordt verbruikt of omgezet in koolzuur neemt tijdens de vertering toe en stijgt tot 1800 of 1.900 kubieke inch.
4) door beweging en oefening bereikt men zo veel als 4.000 kubieke inch per uur, of zelfs meer.
5) wanneer men door inspanning en beweging het zuurstofverbruik in de longen verhoogt, versnelt de circulatie., Het bewijs hiervoor is de toename van de polsslag, zodat wanneer de persoon ongehinderd ademt, de hoeveelheid zuurstof die wordt verbruikt evenredig is met de toename van het aantal pulsaties vermenigvuldigd met het aantal inspiraties.deze dramatische resultaten werden ook meegedeeld aan de Académie des Sciences in een memoires van 13 November 1790.
een uitdagende vraag is precies hoe Lavoisier en Séguin het zuurstofverbruik meten. Zoals hierboven vermeld zijn Lavoisiers geschreven verslagen schaars en zijn Marie-Anne ‘ s tekeningen kritisch., We weten dat ze in sommige van hun werk een eudiometer gebruikten, een apparaat dat de vermindering van het volume van een gasmonster meet wanneer de zuurstof wordt geabsorbeerd door een chemische reactie. Séguin had geholpen om dit te ontwikkelen, en Priestley had eerder een soortgelijk apparaat beschreven toen hij stikstofmonoxide bereidde door zuur toe te voegen aan metaaldeeltjes. Priestley ontdekte dat toen het gas werd blootgesteld aan lucht een geel gas (NO2) werd geproduceerd en het totale volume gas daalde, en we weten nu dat dit kwam doordat zuurstof werd opgenomen in het proces.,
Lavoisier en Séguin gebruikten een cilindrische glazen buis die aan de bovenkant werd gesloten met het onderste deel ondergedompeld in een reservoir met vloeistof. Ze vonden dat door het ontsteken van een stuk fosfor in de buis, de vermindering van het gasvolume gaf een maat van de hoeveelheid zuurstof omdat dit werd verbruikt. Ze waren uiteindelijk in staat om metingen in een buis slechts 1 inch in diameter en 8 inch in lengte. De fosfor werd ontstoken door een gloeiend stuk houtskool tegen de buitenkant van de buis te drukken., In principe zou deze methode kunnen worden gebruikt om de zuurstofconcentratie in het geà nspireerde en uitgeademde gas te bepalen, zodat het zuurstofverbruik kan worden berekend. De dunne cilindrische glazen buis rechts van de kwikontvanger in Fig. 1 is waarschijnlijk een van deze eudiometers.
echter, een andere methode voor het meten van het zuurstofverbruik wordt voorgesteld door Fig ‘ s. 4 en 5. In punt 1 van Lavoisier ’s brief aan Black verwees hij specifiek naar” de hoeveelheid van . . . zuurstof gas dat een man in rust . . . verbruikt, of liever omgezet in vaste lucht of koolzuur, gedurende een uur. . . ., “Met andere woorden, misschien ziet Lavoisier hier een methode voor het meten van het zuurstofverbruik van de kooldioxide-output. Bedenk dat in zijn eerder geciteerde memoires uit 1777, Lavoisier specifiek verklaarde dat de hoeveelheid zuurstof die de long binnenkomt bijna gelijk is in volume aan de hoeveelheid kooldioxide die het verlaat. Dus in plaats van te proberen de zuurstofconcentratie in uitgeademd gas te meten, kon hij het volume kooldioxide meten dat wordt geproduceerd door het te verwijderen met een bijtende alkali zoals kaliumhydroxide., Inderdaad in een passage toen hij de experimenten op zuurstofverbruik beschreef, merkte Lavoisier specifiek op dat” bij elke uitademing de lucht wordt gedwongen door bijtende alkali te borrelen, waar het zijn koolzuur afzet ” en Séguin verwijst ook naar dit.het lijkt dan ook mogelijk dat het zuurstofverbruik in twee fasen werd gemeten. Ten eerste, als Fig. 5 shows, de totale hoeveelheid verlopen gas over een gemeten korte periode werd verzameld. Hier was Lavoisier zich ervan bewust dat kooldioxide oplosbaar is in water, dus hij regelde om het uitgeademde gas boven kwik te verzamelen., Het experiment werd vervolgens herhaald zoals in Fig. 4, maar deze keer het verlopen gas werd doorgegeven door een fles met bijtende alkali. Omdat het verlopen koolstofdioxide werd geabsorbeerd, nam het volume van het verlopen gas af, waardoor de hoeveelheid verlopen koolstofdioxide kon worden gemeten, en hieruit werd het zuurstofverbruik afgeleid. Aangezien het behandelde uitgeademde gas geen kooldioxide bevatte, kon het in dit geval worden opgevangen door waterverplaatsing. Deze twee procedures werden uitgevoerd tijdens de rust en oefening en ook onder andere omstandigheden.,
Er is een interessante geschiedenis over de twee tekeningen in Fig ‘ s. 4 en 5 (5). Sommige schrijvers hebben gesuggereerd dat ze zijn gemaakt door Marie-Anne Lavoisier na de dood van haar man en geretoucheerd door David, haar mentor. Ze werden voor het eerst gepubliceerd in de eerste druk van de biografie door Grimaux in 1896, en de figuren hier weergegeven zijn afkomstig uit een herdruk van de derde druk (6). Graham Lusk (1866-1932), een prominente New Yorkse fysioloog en voedingsdeskundige, vertelde over een buitengewone gebeurtenis die plaatsvond in 1920., Hij bezocht het appartement van Monsieur de Chazelles, een achterneef van Lavoisier, in het Quartier Latin van Parijs (15). Daar op de muur van een salon stond het originele portret afgebeeld in Fig. 1, die later werd overgenomen door John D. Rockefeller en nu hangt in het New York Metropolitan Museum of Art. Toen ging hij de aangrenzende studie waar hij zag de twee originele tekeningen getoond in vijgen. 4 en 5 hangen aan de muur. Helaas is de huidige verblijfplaats van de twee tekeningen niet bekend of ze inderdaad bestaan.,Lusk maakte een tweede reis naar Frankrijk in 1925 (16); bij deze gelegenheid bezocht hij het zomerhuis van Madame de Chazelles in het Château de la Canière bij Puy de Dôme in Midden-Frankrijk. Hier zag hij een verzameling instrumenten gebruikt door Lavoisier (26), en met zijn vriend Professor Jean Le Goff vergeleek hij het apparaat met de tekeningen getoond in vijgen. 4 en 5. Tot zijn verbazing vond hij een gezichtsmasker vermoedelijk gebruikt door Séguin. Deze was gemaakt van koper en voorzien van twee glazen ogen. De rand van het masker had gaten zodat het aan het hoofd kon worden gebonden., Séguin zelf schreef een korte beschrijving van het masker (25).het Château de la Canière bestaat nog steeds en is nu een vijfsterrenhotel. Het restaurant heet Le Lavoisier en er zijn verschillende foto ‘ s gerelateerd aan Lavoisier aan de muur. De collectie instrumenten van Lavoisier is echter verspreid. Lusk merkte overigens op dat hij zijn voogdij kon traceren naar Lavoisier. Lusk was een leerling van Carl Voit (1831-1908) in München, die een leerling was van Liebig, die een leerling was van Gay-Lussac, die een leerling was van Bertholet en Laplace, die op hun beurt leerlingen waren van Lavoisier.,in de bibliotheek van het Wellcome Institute in Londen werden onlangs nog twee fascinerende pen-en inkttekeningen van Marie-Anne Lavoisier ontdekt. 6 en 7. Ze illustreren verder de samenwerking tussen Marie-Anne en haar man. Figuur 6 toont haar aantekeningen van het experiment, en de gelijkenis van haar uiterlijk met die in Fig ‘ s. 4 en 5 is opvallend.
Fig. 6.Een andere tekening van Anne-Marie Lavoisier van een experiment waarbij het zuurstofverbruik blijkbaar wordt gemeten., Ze wordt gezien aan de uiterste linkerzijde. Zie tekst voor details. Wellcome Library, Londen. Gebruikt met toestemming.
Fig. 7.Een andere tekening van Anne-Marie. De rechter afbeelding toont een cutaway weergave van dezelfde opstelling als in Fig. 6. Zie tekst voor details. Wellcome Library, Londen. Gebruikt met toestemming.
opnieuw is het ontwerp van de experimenten nogal onduidelijk., Figuur 6 toont een persoon, vermoedelijk Séguin, die in een watertank zit en door een buis uitademt in een schaal die bijtende alkali kan bevatten om te combineren met het uitgeademde koolstofdioxide. Zijn pols wordt gemeten. Het bovenste deel van de man is ingesloten in een glazen luifel die blijkbaar onder het wateroppervlak doopt zodat de luifel gasdicht is. Het resultaat is dat als het zuurstofgehalte van het bladerdak gas geleidelijk wordt verminderd omdat zuurstof wordt verbruikt door het onderwerp, het bladerdak geleidelijk daalt., Misschien was dit experiment een andere manier om het zuurstofverbruik in een rustpersoon te meten.
Figuur 7 is ook interessant. Het rechterdeel toont hetzelfde onderwerp als in Fig. 6, maar deze keer de tank wordt weergegeven in doorsnede, zodat we duidelijk kunnen zien de glazen luifel die vermoedelijk is dompelen in het water in de tank. Een extra kenmerk dat hier duidelijker wordt weergegeven dan in Fig. 6 is dat de schotel met de vloeistof, vermoedelijk bijtende alkali waarin het uitgeademde gas wordt uitgeademd, wordt gesuspendeerd door een koord met twee katrollen met een gewicht aan de andere kant., Mogelijk was het plan om het gewicht van het uitgeademde koolstofdioxide te meten waaruit het zuurstofverbruik kon worden afgeleid. Echter, aangezien een mens in rust slechts ongeveer 15 g koolstofdioxide per uur uitademt, lijkt dit nauwelijks uitvoerbaar.
aan de linkerkant van Fig. 7 we zien een figuur die blijkbaar hetzelfde onderwerp is, vermoedelijk Séguin, zorgvuldig wordt afgewogen. Mogelijk werd een poging gedaan om de verandering in gewicht van het onderwerp te meten als gevolg van het metabolisme dat plaatsvond tijdens de ademperiode., Lavoisier was echter ook geïnteresseerd in de transpiratie van water uit de huid onder verschillende fysiologische omstandigheden, en dit kan de reden zijn geweest voor het meten van het gewicht.
Er zijn geen aanwijzingen dat de in Fig. 6 en het rechter deel van Fig. 7 werden ooit daadwerkelijk uitgevoerd. Misschien waren dit ideeën die nooit tot bloei kwamen. Is het mogelijk dat Marie-Anne zelf deze gedachte-experimenten bedacht op basis van haar kennis van de fysiologie om nieuwe manieren te suggereren om zuurstofopname en kooldioxide-uitstoot te meten?,
overigens, het algemeen voorkomen van alle proefpersonen in Fig ‘ s. 4, 5, 6 en 7 suggereert dezelfde neoklassieke houdingen die in Fig. 1, en die kenmerkend waren voor de schilder Jacques-Louis David in zijn andere werk. Deze kenmerken beïnvloedden duidelijk de tekeningen van Davids leerling, Marie-Anne.
