illustrationer inklusive gravyrer.
ett av Lavoisiers viktigaste bidrag till kemi var att utveckla exakta kvantitativa förfaranden., Till exempel beskrev han lagen om bevarande av massa i kemiska reaktioner genom att först väga reaktanterna av en kemisk reaktion och därefter väga produkterna. För att göra detta behövde han bygga mycket exakta saldon. Han gjorde också noggranna mätningar av volymerna av utgått gas med hjälp av pneumatiska tråg eller vad vi nu kallar spirometrar. Dessa framsteg krävde utveckling av mycket nya apparater, och Marie-Anne Lavoisier var ansvarig för att göra korrekta illustrationer av den nya utrustningen., I Lavoisiers stora arbete Traité élémentaire de chimie av 1789, det finns 13 utsökt graverade plattor av Marie-Anne. Ett exempel som beskrevs tidigare visas i Fig. 2 och utrustning för uppsamling av gas visas i Fig. 3. Observera den extrema uppmärksamheten på detaljer, inklusive exakta dimensioner som skulle göra det möjligt för andra utredare att replikera instrumenten. De gravyrer i Traité élémentaire de chimie är alla grupperade tillsammans i slutet av boken, och de ger viktig information för att komplettera den vetenskap som beskrivs av Lavoisier., Några av Lavoisiers experimentella apparater kan ses idag i Musée des Arts et Métiers i Paris.
Fig. 3.Marie-Anne Lavoisiers gravyr av en anordning för insamling av gas och mätning av dess volym. Från Ref. 12.
Marie-Annes expertis inom gravyr tros ha kommit från lektioner med den berömda konstnären Jacques-Louis David (1748-1825). Han var en av de mest inflytelserika målarna i den neoklassiska stilen i Frankrike i slutet av 18th century., Figur 1 visar en av hans mest kända porträtt, och det finns ingen lika i skildringen av en berömd forskare med sin fru-medarbetare. David målade många andra kända historiska händelser och hans målningar utställs i stora konstgallerier runt om i världen.
som diskuterats nedan arbetade Marie-Anne också med en stor bok med åtta volymer med titeln Mémoires de physique et chimie, som startades av Lavoisier men avbröts av hans avrättning. Överlevande dokument visar att detta också var planerat att inkludera ett antal av hennes gravyrer, men projektet slutfördes aldrig (4).,
av särskilt intresse för oss här är två sepia-ritningar gjorda av Marie-Anne från Lavoisiers experiment om mänsklig syreförbrukning. Dessa visas i fikon. 4 och 5, som återges från den ursprungliga illustrationerna i Grimaux (6). Ritningarna har diskuterats vid flera tillfällen och nyligen av Holmes (8), Noël (19), Prinz (23) och Beretta (2). Prinz (22) gjorde en mycket detaljerad studie av utrustningen på ritningen.
Figur 4 visar ett experiment på ett sittande ämne till vänster som andas genom en passande mask av koppar., Han är förmodligen Armand Séguin, som hade en viktig roll i dessa experiment. Han vilar, och beskrivningen under ritningen säger specifikt ” l ’homme au repos”, det vill säga man i vila. Hans puls övervakas och mannen längst till höger tros vara Lavoisier. En ventillåda kan ses i röret nära masken, vilket möjliggör separation av inspirerad och utgått gas. Den utgångna gasen går in i en stor burk i mitten, och utflödet från detta samlas i en behållare till höger genom flytande förskjutning., Vad som verkar vara en skärm är monterad på röret mellan den centrala burken och uppsamlingsburken. Detta kan innehålla instruktioner om experimentet för att styra ämnet och mannen som står med armen utsträckt ut. Madame Lavoisier längst till höger gör anteckningar av experimentet.
Fig. 4.Marie-Anne Lavoisiers teckning av ett experiment på syreförbrukning i ett viloämne., Den utgått gasen passerar genom ett glasbehållare innehållande kaliumhydroxid i mitten och uppsamlas till höger med vattenförskjutning. Marie-Anne är längst till höger. Se text för detaljer. Från Ref. 6.
Figur 5 visar ett något liknande experiment förutom att ämnet i detta fall utövar. Beskrivningen av experimentet som ges under ritningen anger ” l ’homme exekutant au travail”, det vill säga man gör arbete. Ämnets högra fot kan ses på en pedal, som kan fästas på ledningar som kommer från tabellen ovan., Detta arrangemang tillåter honom tydligen att träna. Detaljerna i detta är dock oklara. Det finns ett förslag på en vikt ovanför foten, som kanske han blir ombedd att höja. Visst Lavoisier i några av hans beskrivningar av hans experiment på syreförbrukning hänvisar till arbete genom att höja en vikt. Strax bortom munstycket finns två vertikala rör som kan vara ett arrangemang för att separera den inspirerade och utgångna gasen. Det finns en annan sittande man som uppenbarligen mäter pulsfrekvensen, och det finns två andra stående män, varav en kan vara Lavoisier., En laboratorieassistent längst till vänster bär förnödenheter. Återigen Madame Lavoisier längst till höger håller ett register. En elektrisk maskin kan ses längst ner till höger på ritningen.
Fig. 5.Ritning av Marie-Anne Lavoisier av ett experiment på syreförbrukning i ett ämne under träning. Den utgångna gasen samlas tydligen upp genom kvicksilverförskjutning. Ämnets högra fot ligger på en pedal som gör det möjligt för honom att göra mekaniskt arbete. Anne-Marie Lavoisier är längst till höger. Se text för detaljer. Från Ref., 6.
en funktion i denna ritning som är oklart är burken till vänster som samlar den utgångna gasen. Det verkar finnas en inre behållare med röret som transporterar den utgångna gasen ansluten på toppen. Behållaren är halv fylld med en mörk vätska som förmodligen är kvicksilver. Kanske liknar detta gasuppsamlingsburken delvis fylld med kvicksilver till höger om Fig. 1. Uppsamlingsburken av Fig. 5 är innesluten i en mycket större glasburk.,
dessa två ritningar är fascinerande och förmodligen utgör en autentisk skildring av de två experimenten. Dessa ägde rum 1790, vilket var en volatil period eftersom Bastiljen hade stormats den 14 juli 1789, och den franska revolutionen var på gång. Lavoisier var upptagen med sina många administrativa åtaganden, inklusive skatteuppbördsorganisationen, Ferme Générale, och kanske som ett resultat har inga skriftliga register över experimenten överlevt. Marie-Annes teckningar är därför avgörande för att försöka förstå arbetet.,
tolkningen av ritningarna är dock problematisk. Den centrala burken i Fig. 4 innehåller förmodligen kaliumlut, det vill säga kaliumhydroxid, eftersom detta ämne hänvisas till i flera publikationer. Lut erhölls lätt genom utlakning av träaska och var välkänd för utredare under denna period. Den omvandlade den utgångna koldioxiden till kaliumbikarbonat och avlägsnade sålunda den från den utgångna gasen. Men varför detta görs i ett experiment och inte det andra är oklart. En annan förbryllande funktion är varför röret mellan ventilboxen och den centrala burken är så lång., Kanske ventilboxen fungerade inte perfekt och ibland kom en del av den inspirerade gasen oavsiktligt från utandningslinjen. Därför, för att minska risken för att någon av de giftiga kaliumluten inhalerades, hölls detta långt borta.
de två ritningarna visar de första mätningarna av mänsklig syreförbrukning i vila och under träning. En informativ sammanfattning av resultaten av dessa mätningar var som anges i ett brev från Lavoisier till Joseph Black daterad den 13 November 1790 (8, 18). Ämnet var förmodligen Séguin, som var medförfattare till betänkandena., Några av slutsatserna kan sammanfattas enligt följande:
1) den mängd syre som en man i vila konsumerar, eller snarare omvandlar till fast syra eller kolsyra under en timme, är cirka 1200 franska kubiktum när han placeras i en temperatur av 26 grader. (Detta är förmodligen ca 330 ml / min, vilket är ett rimligt värde.)
2) den kvantiteten ökar till 1,400 kubiktum under samma omständigheter om personen placeras i en temperatur på endast 12 grader.,
3) mängden syre som förbrukas eller omvandlas till kolsyra ökar under tiden för matsmältningen stiger till 1,800 eller 1,900 kubiktum.
4) genom rörelse och motion når man så mycket som 4000 kubiktum per timme, eller ännu mer.
5) när man genom motion och rörelse ökar syreförbrukningen i lungorna accelererar cirkulationen., Bevis för detta är ökningen av pulsfrekvensen så att när personen andas utan hinder är mängden syre som förbrukas proportionell mot ökningen av antalet pulsationer multiplicerat med antalet inspirationer.
dessa dramatiska resultat kommunicerades också till Académie des Sciences i en memoir daterad november 13, 1790.
en utmanande fråga är exakt hur Lavoisier och Séguin mäter syreförbrukningen. Som nämnts ovan är Lavoisiers skriftliga register glesa och Marie-Annes ritningar är kritiska., Vi vet att i vissa av deras arbete använde de en eudiometer, en anordning som mäter minskningen av volymen av ett gasprov när syret absorberas av en kemisk reaktion. Séguin hade hjälpt till att utveckla detta, och Priestley hade tidigare beskrivit en liknande anordning när han förberedde kväveoxid genom att tillsätta syra till metallpartiklar. Priestley fann att när gasen utsattes för luft producerades en gul gas (NO2) och den totala volymen gas minskade, och vi vet nu att detta berodde på att syre absorberades i processen.,
Lavoisier och Séguin använde ett cylindriskt glasrör som stängdes på toppen med den nedre delen nedsänkt i en tank med vätska. De fann att genom att antända en bit fosfor i röret gav minskningen av gasvolymen ett mått på mängden syre eftersom detta förbrukades. De kunde så småningom göra mätningar i ett rör bara 1 tum i diameter och 8 tum i längd. Fosforn antändes genom att trycka en glödande bit kol mot utsidan av röret., I princip skulle denna metod kunna användas för att ge koncentrationen av syre i inspirerad och utgått gas och på så sätt göra det möjligt att beräkna syreförbrukningen. Det tunna cylindriska glasröret till höger om kvicksilvermottagaren i Fig. 1 är förmodligen en av dessa eudiometrar.
en annan metod för att mäta syreförbrukningen föreslås emellertid av fikon. 4 och 5. I punkt 1 i Lavoisiers brev till svart hänvisade han specifikt till ” kvantiteten av . . . syregas som en man i vila . . . förbrukar, eller snarare omvandlas till fast luft eller kolsyra, under en timme. . . ., ”Med andra ord kanske Lavoisier ser här en metod för att mäta syreförbrukningen från koldioxidutgången. Minns att i hans 1777 memoarer citerade tidigare, Lavoisier specifikt uppgav att mängden syre som kommer in i lungan är nästan lika i volym till den mängd koldioxid som lämnar den. Så istället för att försöka mäta koncentrationen av syre i utgått gas, kunde han mäta volymen koldioxid som produceras genom att avlägsna den med en kaustisk alkali som kaliumhydroxid., Faktum är att i en passage när han beskrev experimenten om syreförbrukning noterade Lavoisier specifikt att ”vid varje utgång tvingas luften bubbla genom kaustisk alkali, där den deponerar sin kolsyra” och Séguin hänvisar också till detta.
det verkar därför möjligt att mätningen av syreförbrukningen gjordes i två steg. Först, som Fig. 5 visar, den totala mängden utgått gas under en uppmätt kort period samlades in. Här var Lavoisier medveten om att koldioxid är löslig i vatten så han ordnade att samla den utgått gasen över kvicksilver., Experimentet upprepades sedan som visas i Fig. 4, men den här gången passerade den utgångna gasen genom en flaska innehållande kaustisk alkali. Eftersom den utgångna koldioxiden absorberades minskade volymen av den utgångna gasen, vilket gjorde det möjligt att mäta mängden utgått koldioxid, och från detta var syreförbrukningen härledd. I det här fallet, eftersom den behandlade utgångna gasen inte innehöll koldioxid, kunde den samlas in genom vattenförskjutning. Dessa två förfaranden genomfördes under både vila och motion och under andra förhållanden också.,
det finns lite intressant historia om de två ritningarna som visas i fikon. 4 och 5 (5). Vissa författare har föreslagit att de gjordes av Marie-Anne Lavoisier efter hennes mans död och retuscherad av David, hennes mentor. De publicerades först i den första upplagan av biografin av Grimaux 1896, och de siffror som återges här är från en nytryck av den tredje upplagan (6). Graham Lusk (1866-1932), en framstående New York fysiologen och nutritionist, berättade en extraordinär händelse som ägde rum 1920., Han besökte lägenheten Monsieur de Chazelles, en grand-brorson till Lavoisier, i Quartier Latin i Paris (15). Där på väggen i en salong var det ursprungliga porträttet som visas i Fig. 1, som senare förvärvades av John D. Rockefeller och hänger nu i New York Metropolitan Museum of Art. Sedan gick han in i den angränsande studien där han såg de två ursprungliga ritningarna som visas i fikon. 4 och 5 hänger på väggen. Olyckligt är den nuvarande vistelseort av de två ritningarna inte känd om de verkligen är bevarade.,
Lusk gjort en andra resa till Frankrike 1925 (16); vid detta tillfälle besökte han den sommaren hemma hos Madame de Chazelles i Château de la Canière nära Puy de Dôme i centrala Frankrike. Här såg han en samling instrument som används av Lavoisier (26), och med sin vän professor Jean Le Goff jämförde han apparaten med ritningarna som visas i fikon. 4 och 5. Till sin förvåning hittade han en ansiktsmask som förmodligen användes av Séguin. Detta var gjord av koppar och försedd med två glasögonblickar. Kanten på masken hade hål så att den kunde vara bunden till huvudet., Séguin själv skrev en kort beskrivning av masken (25).
Château De La Canière finns fortfarande och är nu ett femstjärnigt hotell. Dess restaurang heter Le Lavoisier och det finns olika bilder relaterade till Lavoisier på väggen. Samlingen av Lavoisiers instrument har dock spridits. För övrigt noterade Lusk att han kunde spåra sin ledning tillbaka till Lavoisier. Lusk var elev till Carl Voit (1831-1908) i München, som var elev till Liebig, som var elev till Gay-Lussac, som var elev till Bertholet och Laplace, som i sin tur var elever i Lavoisier.,
nyligen upptäcktes ytterligare två fascinerande penna och bläckritningar av Marie-Anne Lavoisier i biblioteket vid Wellcome Institute i London; dessa visas i fikon. 6 och 7. De illustrerar vidare samarbetet mellan Marie-Anne och hennes man. Figur 6 visar hennes anteckningar av experimentet och likheten mellan hennes utseende och det som visas i fikon. 4 och 5 är slående.
Fig. 6.En annan ritning av Anne-Marie Lavoisier av ett experiment där syreförbrukningen tydligen mäts., Hon ses på den extrema vänster. Se text för detaljer. Wellcome Bibliotek, London. Används med tillstånd.
Fig. 7.En annan teckning av Anne-Marie. Den högra bilden visar en cutaway vy av samma arrangemang som i Fig. 6. Se text för detaljer. Wellcome Bibliotek, London. Används med tillstånd.
igen är experimentdesignen ganska obskyr., Figur 6 visar ett ämne, förmodligen Séguin, som sitter i en tank med vatten och utandas genom ett rör i en maträtt som kan innehålla kaustisk alkali för att kombinera med utandad koldioxid. Hans puls mäts. Den övre delen av mannen är innesluten i ett glas kapell som tydligen sjunker under ytan av vattnet så att trädkronorna är gastäta. Resultatet är att eftersom syreinnehållet i baldakingasen gradvis minskas eftersom syre förbrukas av ämnet, faller baldakinen gradvis., Kanske var detta experiment ett annat sätt att mäta syreförbrukningen i ett vilande ämne.
Figur 7 är också intressant. Den högra delen visar samma ämne som i Fig. 6, men den här gången tanken visas i tvärsnitt så att vi tydligt kan se glas kapell som förmodligen doppar i vattnet i tanken. En ytterligare funktion visas tydligare här än i Fig. 6 är att skålen som innehåller vätskan, förmodligen kaustisk alkali i vilken den utgångna gasen utandas, suspenderas av en sladd med två remskivor med en vikt i andra änden., Möjligen var planen att mäta vikten av den utandade koldioxiden från vilken syreförbrukningen kunde härledas. Men eftersom en människa i vila bara andas ut ca 15 g koldioxid per timme, verkar det knappast praktiskt.
på vänster sida av Fig. 7 vi ser en siffra som uppenbarligen är samma ämne, förmodligen Séguin, som noggrant vägs. Möjligen gjordes ett försök att mäta ämnets viktförändring som ett resultat av den metabolism som inträffade under andningsperioden., Lavoisier var dock också intresserad av transpiration av vatten från huden under olika fysiologiska förhållanden, och detta kan ha varit orsaken till att mäta vikten.
det finns inga bevis för att experimenten som visas i Fig. 6 och den högra delen av Fig. 7 var någonsin faktiskt utförs. Kanske var det idéer som aldrig förverkligades. Är det möjligt att Marie-Anne själv tänkte på dessa tankeexperiment baserat på hennes kunskap om fysiologi för att föreslå nya sätt att mäta syreupptag och koldioxidutgång?,
förresten, det allmänna utseendet på alla ämnen i fikon. 4, 5, 6 och 7 föreslår samma neoklassiska attityder som visas i Fig. 1, och som var karakteristiska för målaren Jacques-Louis David i sitt andra arbete. Dessa egenskaper påverkade tydligt teckningarna av Davids elev, Marie-Anne.