dms, musk
Типичная молекула размером со скворца, диметилсульфид (dms на рисунке) или CSC в нотации SMILES, обладает сильным запахом трюфелей, хотя обходится намного дешевле самих трюфелей – примерно £10 за литр у поставщиков химикатов. Она состоит всего из девяти атомов и улетает так быстро, что вы едва успеете почувствовать ее на блоттере, а если его передать кому-то еще – окажется слишком поздно. Атом в середине – сера.
А теперь пеликан: мускус, черное кольцо атомов углерода, пронизанное белыми атомами водорода плюс красный атом кислорода как драгоценный рубин. На языке SMILES это выглядит как O=C1CCCCCCCCCCCCCCC1, и запах на блоттере сохраняется несколько дней, а то и недель. А какого размера должна быть бумажная полоска блоттера шириной в палец, если dms будет размером с настоящего скворца, а мускус – размером с пеликана? Шириной примерно в 120 миль: молекулы действительно чрезвычайно маленькие.
Читаем стихи по строкам
Процесс, при котором более мелкие молекулы улетучиваются первыми, а более тяжелые – позже, известен нам под другим именем – дистилляция. Перегонный аппарат – древнее изобретение, и даже самый простой способен отделить, например, спирт от воды. Надо просто постепенно увеличивать температуру и наблюдать, что собирается на холодном конце реторты. Первым появится спирт. Самый совершенный перегонный аппарат называется газовым хроматографом. Его изобрели в 1950-е гг. Мне повезло приобрести один такой бывший в употреблении, отремонтированный прибор по цене подержанного «Ягуара». И он теперь тихонько гудит у меня в подвале, пока я пишу эти строки. Он – красавец. Этот аппарат для запаха – что призма для света. Он разделяет парфюмерные смеси на составляющие. Прибор исключительной элегантности и простоты, но без него жизнь химика-осмолога была бы сущим кошмаром.
Вот как это работает. Вспомните, когда вы последний раз ужинали в итальянском ресторане. Стол был накрыт толстой белой хлопковой скатертью. Вы не обратили внимание, что капля красного вина, пролитого на скатерть, по мере проникновения в хлопковые волокна как бы меняет цвет, и по краю бурого проступает синий? Это хроматография, и впервые подобное явление было замечено применительно к цвету, отсюда и название (от др. – греч. χρῶμα – «цвет»). Идея в том, что различные молекулы могут перемещаться с различной скоростью, подобно марафонцам-любителям. Если их всех выпустить на трассу с выстрелом стартового пистолета и посмотреть, что будет, скажем, через десять миль, окажется, что они бегут мимо вас длинной вереницей – впереди самые быстрые, потом те, кто помедленнее, среди отстающих – обладающие лишним весом.
Представьте тонкую стеклянную трубку в доли миллиметра в диаметре и длиной около тридцати метров. Она аккуратно свернута в спираль, чтобы могла поместиться в печь размером под среднюю индейку с регулируемой температурой. Внутренность трубки покрыта вязкой субстанцией, в которой растворяются ароматические молекулы. Концы трубки должны выступать из печки, чтобы в один можно было запускать вещество, а из другого – собирать. Теперь пустим по трубке струю газа. В системе надо предусмотреть клапан, чтобы на входе можно было запускать небольшие порции ароматической смеси, не мешая при этом потоку газа. Установим в печке температуру, скажем, 100 °С. Запустим на входе в трубку порцию ароматической смеси и сунем нос к выходному отверстию. Различные молекулы попадают в трубку одновременно и движутся по ней, увлекаемые потоком газа. Если они не задержатся на стенках трубки, то и вылетят из нее одновременно. Но они, касаясь стенок, именно что приклеиваются к внутреннему покрытию, после чего должны в буквальном смысле «выпариться» из него, чтобы следовать дальше. Разумеется, молекулы, которые лучше приклеиваются к покрытию, проводят меньше времени в газовом потоке, а те, которые крепятся слабо, быстро летят дальше. Поскольку все молекулы с определенной структурой ведут себя практически идентично, то и вылетают из трубки примерно в одно время.
И на выходе получается разделение сложной смеси на компоненты. Если запустить в трубку смесь запахов, на выходе в течение нескольких минут можно будет ощутить различные «выдохи». Каждый «выдох» длится несколько секунд, и лучше не пропустить эти моменты, иначе запах улетучится. Для облегчения процесса часть потока на выходе направляется в детектор, связанный с автоматическим регистратором-самописцем. Если на выходе ничего нет, самописец рисует на бумаге ровную линию. Когда появляется «выдох», он рисует всплески, или пики. Звук ожившего самописца – знак того, что нужно спешить к выходному отверстию и принюхиваться. Можно для разнообразия добавить свистки и колокольчики – и заниматься этим делом весь день. Постепенное повышение температуры в печи приводит к тому, что даже самые липучие молекулы отклеиваются и вылетают наружу. Влажный и теплый воздух на выходе усиливает запах, но почему это происходит, неясно. Небольшой компьютер сообщает вам, какое количество вещества вылетает из трубки с каждым «выдохом». Так работает настоящий газовый хроматограф, анализирующий запахи. Этот прибор, и только он может точно сказать вам, из чего состоит тот или иной парфюм, и даст возможность почувствовать запах чистых молекул.