张青莲：中国稳定同位素学科的奠基人和开拓者
编者按：北大有着“科学报国”的光荣传统。新中国成立以来，从“两弹一星”到第一次人工合成牛胰岛素，从成功提取青蒿素到联合研制我国第一台百万次集成电路电子计算机，北大科技工作者在科学技术领域攻坚克难，取得了一系列原创性、突破性科研进展和科技成果。改革开放以来，稀土分离理论及其应用、计算机汉字激光照排系统和后来的电子出版系统的研制等为代表的重大科技成果，持续引领时代进步、造福人民造福世界。 当前北大正深入开展“不忘初心、牢记使命”主题教育。为充分发挥榜样的示范引领作用，北大新闻网特开设《初心•使命》专栏，讲述老一辈科学家科学报国的故事，以激励北大师生弘扬科学报国的优良传统，不忘初心、牢记使命，肩负时代重任，勇做新时代科技创新的排头兵。
个人简介：著名化学家和教育学家、中国科学院院士、我国稳定同位素化学的奠基人、北京大学化学学院教授。长期从事无机化学的教学与科研工作。对同位素化学造诣尤深，是中国稳定同位素学科的奠基人和开拓者。晚年从事同位素质谱法测定原子量的研究，1991年测得的铟原子量114．818士0．003，已被国际采用为新标准。作品有《重水之研究》论文集、《无机化学丛书》等。
张青莲
张青莲于1908年7月31日出生于江苏省常熟县支塘镇的一个小康家庭。14岁时考入苏州桃坞中学，即圣约翰大学附中，曾在校内中、英文竞赛中名列榜首。1926年高中毕业时因成绩优异，原可免费直升该大学，但由于1925年该校美籍校长侮辱我国国旗，爱国师生纷纷愤而离校并组建私立光华大学。这一爱国行动得到张青莲的支持，他放弃圣约翰免费入学的机会而考入光华大学。他考虑到化学系毕业后除可在中学谋职外，还可以搞小型化学工业，因而选择了化学。在光华大学他只用三年半的时间，就读完了所需的学分，毕业时以第一名获得银杯奖。
大学毕业后，张青莲曾在常熟孝友中学任教一年。1931年考取清华大学研究生院。当时，他看到我国无机化学人才缺乏，遂选择了无机化学专业，在高崇熙教授指导下完成了研究稀有元素领域的论文三篇，分别为无机合成、分析鉴定和物化测量三个方面。最后以优异成绩获得庚款公费出国留学。鉴于美国早期的化学家中不少曾留学于德国，所以他决定到德国深造。1934年秋进入柏林大学物理化学系。由于他在国内大学已经读过13个学期的课程，按德国的规定只需注册学习3个学期。他师从无机化学家李森菲尔特(ehriesenfekd)。当时美国诺贝尔奖金获得者尤莱（hcurey）因发现重氢并制得重水，引起国际化学界很大震动。李森菲尔特根据张青莲已有的科研基础，建议他以重水的研究作为博士论文的题目。他在购得挪威生产的第一批重水商品后，立即开始了重水临界温度的测定研究。当时用的是微量法，石英玻璃毛细管内径03毫米，恒温器温度要达645k，管内压力达20兆帕以上。封管时常会炸裂，实验难度较大。他在导师的指导下，夜以继日的奋力工作，于短期内完成了重水的临界温度的测定。但重水的凝固点和沸点都高于轻水，而所测得的重水临界温度却比轻水低27℃，这似乎是一种反常现象。这个结果于1935年春发表在德国物理化学杂志上，4年后为德国另一学者用精密的常量法所验证。
张青莲所完成的轻水、重水全温程的两相密度状态图发表后，被苏联布洛茨基《同位素化学》(1957)一书所引用。他曾精心设计了一个通过比较轻水、重水蒸气压差的实验，观察到蒸气压差有一个位于498k的转折点，并揭示了这反常现象的本质。这篇论文与美国实验室独立进行的类似研究工作同时发表，得到了相互验证。
要测量半重水和重氧水的蒸气压，须先建立同时分析这两种取代水的方法。他采用硫化氢使氘正常化，并用测量密度微差的浮沉子法，以测定正常化前后的密度值。这样测得的半重水和重氧水在100℃以下的数据，和重水蒸气压数据一起，后来为用蒸镏法生产重水时的重要科学依据。
1935年冬，张青莲收集了柏林和瑞典的雪水样品，首次测出其中半重水及重氧水的含量，观察到均低于普通水中的含量，且雪中的含量差大于雨中的含量差。在此基础上，通过查阅同位素取代水在河湖、海洋、动植矿物中的含量数据，他首次提出了氢氧同位素在地球各界中的分布理论，对后来的实验及理论研究，有着深刻的影响。
张青莲在两年的重水研究中，共发表论文达10篇，与美国实验室同行的工作构成了早期重水性质研究的经典文献。在发表文章时，李森菲尔特与张青莲都表现出谦让作风，争着把对方的姓名放在自已的前面，体现了师生间在学术上的互相尊重。
1936年，李森菲尔特受到纳粹迫害，教职被撤销，但张青莲仍坚持跟他从事研究工作。那年6月，张青莲考得博士学位。李森菲尔特被迫离开德国到瑞典皇家科学院物理化学研究所工作，张青莲随同去瑞典作访问学者，又共同工作了一年。他用气体混合物作为同位素混合气体的模拟物，通过膜壁进行扩散分离的研究。
在留学西欧的三年中，张青莲在做研究工作的同时，还从许多权威科学家，如化学动力学创始人博登斯坦（mbodesntein）、诺贝尔奖金获得者哈恩(ohahn)等的讲学中得到不少教益。他在柏林聆听了来访的第一流科学家包括诺贝尔奖金获得者的学术报告，并在瑞典听取获奖报告；还参观了赫尔兹（ghertz）、斯维德贝格（tsvedberg）、西格班（kmsiegbahn）三位获奖者的实验室以及著名的剑桥卡文迪什实验室和巴黎的居里镭学研究所。这些学术活动，对张青莲献身于科学事业不断做出成绩而成为著名的化学家和教育家，有着重要的影响。
张青莲在瑞典时收到中央研究院化学研究所所长庄长恭的电报，被聘为副研究员。这个聘任是庄长恭从杂志上看到他的文章后决定的，对于一个素昧平生的青年人来说，在当时是很罕见的。由此可见，张青莲在早期的科研工作中已充分显露出他作为科学家的素质和才华。
1937年7月，张青莲取道大西洋、北美洲、太平洋辗转回到上海，时值是日本侵华战争初期，化学所被迫停止工作。张青莲遂借用位于租界的光华大学的实验室，进行多种络合物合成的研究。次年应光华大学之聘而为该校教授。他指导两名四年级学生的毕业论文，一个做络合物合成，一个为用半微量法测定25℃下氯化钠在轻水、重水混合液中的溶解度，两个论文都得到很好的结果。
1939年，昆明西南联合大学的化学系由于两位教授先后离校，补聘张青莲为教授。他取道越南赴昆明就职。当时西南联大虽集中了国内众多知名学者，但条件却十分艰苦，科研工作难以开展。然而张青莲和化学系主任杨石先分配给他的两名中英庚款研究助理一起，用从国外带回的110克重水和一些石英玻璃仪器，完成了两篇重水性质的论文，其一是首次将测定重水密度时的温度提高到50℃，纠正了当时文献中靠近此温度之下密度有一最大值的假设。同时还完成了有关重水动力学效应的论文两篇。在采用乙醇铝水解法制取纯净的重乙醇时，因昆明海拔高而要测定其正常沸点，自制了一套恒压器。但当时纯试液只有1毫升，要在标准温度计读数恒定的一刹那间读取数据，要求熟练的技巧和有条不紊的操作步骤。他亲自完成了这一测定，首次精确地测得重乙醇的沸点和密度，此结果已被收入拜尔斯妲《有机化学手册》中。
1943年，在战争所造成的艰难困苦条件下，西南联大化学系的所有科研工作被迫停止。当负责中美学术交流的吴有训向张青莲征集论文时，他立即应允在三个月内交出一篇论文。他考虑到，25℃时碘在四氯化碳和水中的分配常数是教科书中引用的一项经典数据；若用重水代替轻水，研究此分配常数的同位素效应，该是一件有意义的事。于是自装一套恒温槽，每两天做一次碘浓度的实验。其中一天准备器材，翌晨自煮一壶开水提到实验室，注入恒温槽中，使水温迅速达到所要求的温度。恒温后转动封管使达平衡，然后取出重水相2毫升，有机相1毫升，用标定过的硫代硫酸钠溶液测定两相中各自的碘浓度，得到轻水重水中分配常数的变异为85：103的结果，如期完成了他自已的许诺。
张青莲在西南联大工作期间，还指导光华大学一名助教，首次测定了重水摩尔凝固点降低常数；指导中央大学一名助教完成络合物合成一文。他综合了国内外所发表的重水论文撰写成《重水之研究》论文集一书，该书于1943年获得国民政府教育部学术二等奖。同时得此等级奖励的联大教授，还有王竹溪、闻一多等4人。
1946年清华大学迁回北平复校，校内化学馆已被日本侵略军洗劫一空。张青莲在此情况下，仍然坚持科研工作。他和助教首次将重水密度的测量温程提高到95℃，并外延至100℃，所得到精密数据的论文，原按通讯稿投寄英国自然杂志，但编辑部却把它转入正文栏，表明这一工作的重要性。
1949年中华人民共和国成立以后，张青莲的教学、科研活动得到了重视和支持，成果累累。
推进中国无机化学的发展
从1939年在西南联合大学化学系任教时起，张青莲讲授过高等无机化学、稀有元素、复合物化学等课程，为我国无机化学科研和教学人才的培养，做了大量的基础工作。
1952年全国高等学校进行院系调整，张青莲任教育部课程改革委员会化学组副组长。在北京大学化学系试点设立无机化学教研室时，他任教研室主任，讲授无机化学课，组织了苏联湼克拉索夫所著《普通化学教程》一书的翻译和出版。1955年他又协助教育部组织并与戴安邦、严志弦、尹敬执合写了《无机化学教程》(高等教育出版社1958年出版)。这一部书是我国化学家自编的一本基础无机化学教材，该书取材新颖、内容翔实，凝集了几位编者多年从事无机化学教学、科研工作的宝贵经验，不仅为各高等学校所普遍采用，对于青年教师的培养也起过重要的作用。张青莲为培育无机化学人才，兢兢业业数十年辛勤耕耘在大学化学教育的岗位上。他多年讲授大学一年级的无机化学和普通化学课程，讲课重点突出，富有启发性，并重视课堂演示实验。他精湛的讲解和娴熟的实验技巧，曾激发了许多学生献身化学的兴趣。
1954年他主持了苏联专家为全国各高校无机化学教师的培养工作。后来又在北京大学陆续开设了稀有元素、无机合成和同位素化学等课程。1955年以后，培养了许多无机化学方面的研究生与进修教师，担任过教育部化学教材编审委员会副主任等职务。他还撰写过有如“无机化学五十年来的进展”“同位素与原子量”等综述文章，其精辟的观点和评论，使无机化学读者获益不小。
1978年张青莲担任《无机化学丛书》主编。该丛书分18卷，前10卷分论各族元素，后8卷属专题分支领域。他和张志尧、唐任寰合撰写其中的《锕系后元素》。全书于1993年初写齐，历时十余年。80年代后期，张青莲虽已属耄耋之年，仍然为了丛书的完成不遗余力，为我国无机化学界做了一件十分有益的基础工作。
热心参加社会活动
1950年张青莲任全国科联宣传委员会委员，次年参加中国人民第一届赴朝慰问团。回国后在全国各地进行宣传汇报，历时5个月之久。他在这一伟大的政治运动中思想上受到深刻的锻炼。
1951年中国化学会恢复活动，他任常务理事，次年被选为《化学学报》主编（1952—1956），建立了严格的审稿制度，经常亲自审阅和校对稿件，保证了刊物的出版水平。自《中国科学》和《科学通报》创刊起，他长期担任编委。还曾任出版总署化学组审查委员，文教委员会物理化学组名词审查委员，现任全国自然科学名词审定委员会委员。1980年当选为中国科学技术协会第二届全国委员会委员。
1950年中国科学院成立，次年被聘为物理化学组专门委员。1954年科学院成立学术秘书处，邀请张青莲担任学术秘书两年，参加组建数理化学部的工作。次年当选为数理化学部委员。在学部成立大会上，张青莲等受到周总理的接见，倍受鼓舞。1955年参加筹建北京中国科学院化学研究所的工作，后兼任该所研究员及学术委员。1956年参加全国科学技术发展规划会议。1981年改任科学院化学学部委员兼常委、学部副主任，参加学部有关国家重大科技问题的咨询工作。
1956年张青莲在原子能和平利用的宣传活动中，被评为积极分子。1959年，他应邀在中苏友协举办的俄罗斯化学家门捷列夫诞辰125周年纪念会上做报告。1960年参加广州科技工作会议。1972年参加珠穆朗玛峰地区综合科学考察会议（兰州），提出峰顶区雪水中氢氧同位素分布的报告。1975年参加第一届全国同位素地质学会议(贵阳)，提出天然水中氢氧同位素分布及分析的报告。
张青莲积极推动我国质谱学的科研及应用工作，在1980年中国质谱学会成立时，当选为理事长(1980—1984年)，后任名誉理事长。同年任国家科委稳定同位素专业分组组长，负责召集全国性会议，交流经验和信息并协调轻元素稳定同位素的生产任务。
张青莲对中学教育的也十分关心，他认为这是大学教育的基础。曾多次与中学教师座谈，为他们做报告，并审改中学化学教材。为了推动我国教学和科研的进展，还为《中国教育报》撰写了题为“我国高等教育当前存在的问题”（1984年6月2日）一文。
对国防现代化作出贡献
掌握重水和锂同位素的生产技术是我国独立自主地发展核工业的基础。张青莲受化工部委托，从1957年起多次赴有关单位主持或主讲重水生产方法的报告。在1960年讨论重水研制方案的会议上，他做了“重水的物理化学性质”报告。尔后参加现场会议，并提供工段分析用的落滴法。1963年他设计了用浮沉子检测成品的部颁标准方法，并提供了一种y5标准样品，后来发展为一系列标准样品，改用质谱测定法。在我国采用双温交换法后，他组织翻译出版了美国萨凡那和达那重水工厂双温交换法的工作手册，为中型重水工厂提供了重要的参考资料。测定了双温法工艺条件下氘在两相中的总分配常数，并提供了电解工段的电解分离系数的精密数据。为表彰张青莲对重水生产的功绩，化工部于1990年授予他全国国防化工先进工作者称号。
60年代初，因苏联撤走专家和不再提供技术资料，锂同位素分离工厂一度陷于瘫痪。张青莲应邀到了工厂，在了解该厂情况以后，提出了可行的措施，担任了工厂技术顾问。参加了锂同位素的研制任务，提供了工段分析中锂同位素丰度的晶体浮定快速分析方法。当他1965年冬参加氘化锂－6成品鉴定会时，看到微带蓝彩的无色透明立方晶体，心中泛起了无比的喜悦。不久我国氢弹爆炸试验成功，仅距原子弹两年零八个月时间，世界为之惊讶。在张青莲的教育和影响下，他的长子毅然任该厂工程师，鞠躬尽瘁，忠于职守。为表彰张青莲的突出成就，中国核学会于1990年授予他荣誉理事称号。在他身上，人们看到了基础研究对提高新技术的作用，也看到了一位科学家的聪明才智和祖国人民的需要密切结合时所发挥的重要作用。
致力于国际学术交流
1957年张青莲赴莫斯科参加全苏同位素应用会议，提出“精密落滴法分析重水”的报告；1959年赴东德莱比锡参加同位素应用会议，作了“各种密度法分析重水”的报告，因而被编入1969年《原子科学名人录》（who＇s who in atoms）。
1979年作为中国化学会5人代表团的成员，张青莲赴赫尔辛基参加第二十七届国际纯粹与应用化学联合会学术大会，成功地维护了中国化学会在该国际组织中的代表权。在会上做了题为“氢氧同位素丰度测定”的报告。1983年第三十二届国际纯粹与应用化学联合会代表大会在哥本哈根举行，他以国家代表的资格参加原子量与同位素丰度委员会，在会议上以渊博的知识和精辟的见解赢得好评，被选为衔称委员（titukar member，1983—1989年），他是我国第一个获得此荣誉的化学家。这一学术活动引起了他对原子量质谱测定的兴趣，发展成为他晚期的研究领域。
1981年张青莲赴美国参加高尔登同位素学术讨论会，提出了两篇同位素丰度的墙报；同年又赴剑桥参加英国质谱学会第十届年会，提出了硼同位素质谱分析的墙报。1983年赴法国萨克莱原子核研究中心讲学。1984年任北京中日双边质谱学术会议的中方主持人，1987年起任北京国际仪器分析学术报告会顾问。张青莲还曾任法国《无机化学评论》的编辑，现任美国《质谱评论》的顾问编辑，并撰写了有关我国有机质谱学的新进展的论文。
丰硕的科研成果
科学研究是人类文明积累的基础，这是张青莲的信条，也构成了他的人生价值观。从1935年至今，他一直在进行着重水和稳定同位素的研究，涉及氢、氧、碳、氮、锂、硼、硫、铟、锑、铈、铕、铱等十几种元素的同位素。50余年来，在同位素化合物的物理化学性质，同位素的动力学效应及同位素分离原理和方法、同位素标准样品的研制、同位素天然丰度及原子量测定等方面，进行了系统深入的研究，硕果累累，发表有关论文百余篇。1985年他曾以题为“从事同位素化学研究工作五十年”的文章，对自已半个世纪以来的科研成就进行了总结。
重水25c密度值，不但是重水品位的检测标准(见美国astm)，且为国际学者试图精测的竞争对象。为此须先用质谱法精密测定氢同位素和微浓氧同位素的丰度，难度较大。张青莲与他和助手以精湛的实验设计，测得精确值达7位有效数字，为国际1975～1985年间三项最佳测定之一。
1991年张青莲用同位素质谱法测得铟元素的精确原子量114818±0003为国际原子量表增加了一个新数字，这是国际上第一次采用中国测定的原子量数据作为标准数据。人们认为这不仅说明中国人的科学水平有国际竞争能力，更重要的是为中国人民长了志气。
张青莲在稀有元素领域也有不少高水平的研究成果。1933年他所发表的5种硒酸盐新络合物的合成，是我国第一篇配位化学的论文。他还在诺伊斯(aanoyes)《稀有元素定性分析系统》(1927年)名著中增入了铼的检测。首先他做了系统实验以决定铼的位置在碲铜组中，然后在铱铑沉淀的滤液中，把铼沉淀为二硫化铼，并以铼酸铷的形式作鉴定。检测了各级铼含量及各种可能干扰的元素，本方法能检出002%铼。80年代张青莲合成了两种卤化锂的新络合物，均具有五配位锂的晶体结构，突破了锂只呈偶数配位的观点。
为表彰张青莲多方面丰硕的科研成果，中国化学会于1985年为他举行了从事化学工作五十年的祝贺会。卢嘉锡、柳大纲等多位化学家前往致词祝贺；中国科学院于1989年授予他“从事科学工作五十年”的荣誉奖状。
张青莲为人正直开朗，严于律己，宽以待人，治学谨严，勇于探索。热爱祖国，忠诚于教育事业，工作勤奋，不计名利。他学识渊博，兴趣广泛，业余爱好遍及文学、艺术、园艺、书法、体育及旅游等方面。一生始终遵循他自已的信条，为人类文明的积累作贡献。
（原文刊登于《光明日报》2006年3月）
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