Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Erika Cremer (1900-1996)

Rinaldo Cervellati

Forse solo pochi chimici sanno che Erika Cremer è stata praticamente la prima a studiare le basi teoriche della gas cromatografia e a costruire e utilizzare con successo, insieme al suo studente di dottorato Fritz Prior, il primo gas cromatografo [1,2].

Nata a Monaco (Baviera) il 20 maggio 1900, da Max Cremer e Elsbeth Rosmund, unica femmina fra due figli maschi. Suo padre, Max Cremer, professore di fisiologia, è stato, fra l’altro, il pioniere ideatore dell’elettrodo a vetro[1], il fratello maggiore, Hubert divenne un matematico e il minore, Lothar un fisico specializzato in acustica. Anche il nonno e il bisnonno erano coinvolti in ricerche scientifiche.

In un tale ambiente Erika desiderò dedicarsi all’apprendimento delle scienze e alla ricerca, nonostante a quei tempi queste attività fossero ancora decisamente sconsigliate alle donne.

Trasferitasi la famiglia a Berlino, Erika trovò qualche difficoltà ad adattarsi al sistema scolastico prussiano, tuttavia riuscì a ottenere il diploma di scuola superiore nel 1921. Nello stesso anno si immatricolò all’Università di Berlino per studiare chimica. Seguì le lezioni di Fritz Haber (1868-1934), Walther Nersnt (1864-1941), Max Plank (1858-1947), Max von Laue (1868-1960) e Albert Einstein (1979-1953), tutti già Premi Nobel.

Cremer ottenne il dottorato in chimica fisica nel 1927 sotto la guida di Max Bodenstein[2], discutendo una tesi sulla cinetica della reazione fra idrogeno e cloro [3]. La tesi fu pubblicata con il solo suo nome perché la conclusione che la reazione seguisse un meccanismo a catena era ancora considerato un concetto estremamente originale per quel tempo[3]. A causa di questo articolo e più in generale per il suo lavoro in cinetica, Nikolay Semyonov[4] la invitò a lavorare a Leningrado. Cremer rifiutò e rimase in Germania per lavorare con Karl-Friedrich Bonhoeffer[5] all’Istituto Kaiser Wilhelm per la Chimica Fisica e l’Elettrochimica, diretto da Fritz Haber.

Erika Cremer in gioventù

Per un breve periodo Cremer usufruì di una borsa di studio all’università Di Friburgo dove compì ricerche sulla decomposizione degli alcoli catalizzata da ossidi metallici. Tornata a Berlino, Cremer lavorò nel dipartimento di Michael Polanyi[6] del Kaiser Wilhelm dove hanno approfondito lo studio della conversione dell’orto-idrogeno in para-idrogeno. Rimase in quel dipartimento fino al 1933 quando il partito nazista salì al potere in Germania e il dipartimento venne sciolto per la sua reputazione anti-nazista. Tutto lo staff fu allontanato e Cremer non fu in grado di continuare a fare ricerca o di trovare un lavoro per quattro anni [4].

Nel 1937 Cremer fu chiamata da Otto Hahn al Kaiser Wilhelm Institute for Chemistry per studiare i tipi di radiazioni emesse dai radioelementi concentrandosi in particolare sulla separazione isotopica. Nel 1938, Cremer ricevette l’abilitazione alla docenza universitaria dall’Università di Berlino. Normalmente questa qualifica l’avrebbe portata a una cattedra nella facoltà di chimica; tuttavia, il governo nazista dell’epoca aveva approvato una legge sulla posizione delle donne dipendenti pubblici. Questa legge vietava alle donne di ricoprire cariche elevate e richiedeva alle donne di dimettersi in caso di matrimonio. Molte donne scienziate e studiose furono lasciate senza lavoro o limitate nelle prospettive di carriera da questa legge, anche Cremer non divenne mai docente a Berlino [4].

Con l’inizio della seconda guerra mondiale molti scienziati e professori maschi furono chiamati o richiamati nell’esercito e Cremer nel 1940 ottenne un posto di docente all’Università di Innsbruck in Austria. Fu tuttavia informata che avrebbe dovuto lasciare il posto una volta finita la guerra e gli uomini tornati a casa.

E’ a Innsbruck che Cremer concepisce i principi della gascromatografia e realizza il primo strumento.

Erika Cremer in laboratorio

Mentre era impegnata in una ricerca sull’idrogenazione dell’acetilene stava incontrando notevoli difficoltà nel separare i due gas con calori di assorbimento simili usando le tecniche a disposizione a quel tempo. Basandosi sugli studi di cromatografia liquida di adsorbimento che venivano effettuati in quel momento all’università di Innsbruck, pensò che un gas di trasporto inerte avrebbe avuto lo stesso ruolo del solvente usato come fase mobile in cromatografia liquida. Nel 1944 sottopose un’illustrazione teorica di questa idea alla rivista Naturwissenschaften, sfortunatamente il reparto stampa della rivista fu distrutto da una incursione aerea proprio mentre era in stampa il fascicolo contenente il suo articolo, che fu pubblicato solo 30 anni più tardi [5] e quindi considerato come un reperto storico.

Nel dicembre 1944 tutte le strutture dell’Università di Innsbruck erano seriamente danneggiate dalla guerra e a Erika Cremer non fu permesso di utilizzare le poche attrezzature funzionanti. Il suo studente di dottorato e insegnante di chimica nelle scuole superiori, Fritz Prior (1921-1996) scelse l’idea di Cramer come argomento di tesi e continuò il lavoro con lei nel laboratorio della scuola dove lavorava. Anche dopo la parziale agibilità dell’istituto Cremer fu temporaneamente interdetta dal lavoro a causa della sua cittadinanza tedesca ma continuò a frequentare segretamente il laboratorio per continuare la ricerca. A Cremer fu concesso di tornare al suo lavoro alla fine del 1945. La ricerca fu completata e la tesi discussa nel 1947 dimostrando la messa a punto di un nuovo metodo strumentale di analisi qualitativa e quantitativa per gas e vapori [6]. Cremer iniziò a presentare il lavoro di Prior e suo nel 1947 a vari incontri scientifici [7]. Un altro studente, Roland Müller, sviluppò le possibilità analitiche del gascromatografo nel suo lavoro di tesi del 1950 [8].

Cremer fu nominata direttore del Physical Chemistry Institute di Innsbruck e professore ordinario nel 1951.

Schema del gascromatografo di Cremer e Prior [6,9]

Nello stesso anno, due articoli sul lavoro di Cremer furono pubblicati su Zeitschrift für Elektrochemie e uno su Mikrochemie [9-11], riviste scientifiche tedesche meno prestigiose di Naturwissenschaften. La comunità scientifica sembrò darvi poco peso o ignorarli del tutto.

Nel 1952, i britannici Anthony Trafford James (1922-2006) e Archer Porter Martin (1910-2002) pubblicarono articoli che rivendicavano l’invenzione della gascromatografia. Lo stesso fece il collaboratore di Martin, Richard Laurence Millington Synge (1914-1994). A Martin e Synge fu assegnato il premio Nobel per la Chimica 1952 per la cromatografia di ripartizione liqudo-liquido, associata al possibile uso di un gas inerte come fase mobile. Tutti costoro erano completamente all’oscuro dei primi lavori di Cremer. Secondo Bobbleter [2] , il mancato riconoscimento del lavoro di Cremer e dei suoi collaboratori può essere ricondotto a tre motivi. Innanzitutto, le loro pubblicazioni furono ritardate a causa della situazione geopolitica in Europa centrale, inoltre i risultati furono per lo più presentati ai convegni della società chimico fisica tedesca (la Bunsengesellschaft) scarsamente interessata a questo settore di indagine. Secondo, quando gli articoli di Cremer furono finalmente pubblicati, le varie parti d’Europa erano ancora divise in zone di occupazione; quindi, un risultato scientifico proveniente dall’Europa centrale poteva non essere immediatamente diffuso o riconosciuto in altre aree. Infine, non si deve dimenticare che gli articoli di Cremer furono pubblicati in tedesco e in riviste relativamente poco conosciute, in un periodo di tempo in cui la lingua scientifica era già largamente l’inglese. Va poi ricordato che nei primi anni del dopoguerra la comunicazione tra scienziati inglesi e tedeschi era scarsa.

Negli anni successivi, grazie anche all’applicazione nell’industria petrolifera per la separazione degli idrocarburi isomerici, la tecnica gascromatografica si diffuse ampiamente e il lavoro di Cremer ottenne lentamente il riconoscimento che meritava.

Erika Cremer in età matura

Cremer e i suoi collaboratori hanno continuato il lavoro sullo sviluppo teorico e l’implementazione strumentale della gascromatografia nei due decenni successivi. Si deve a loro il concetto di “tempo di ritenzione relativa” e il metodo di calcolare l’area del picchi moltiplicando la loro altezza per la larghezza a metà altezza, hanno inoltre dimostrato la relazione tra le misure e la temperatura della colonna.

Cromatogramma originale e calcolo area dei picchi

Nel 1958 le fu assegnata la Wilhelm Exner Medal, istituita dall’Associazione delle Industrie Austriache per una ricerca scientifica eccellente, e nel 1970 il Premio Erwin Schrödinger dell’Accademia Austriaca delle Scienze.

Cremer continuò la sua ricerca all’Università di Innsbruck fino al suo ritiro nel 1971. Rimase attiva nella ricerca in gascromatografia fino quasi alla fine della vita. Nel 1990 si svolse a Innsbruck un simposio internazionale in celebrazione del suo lavoro e del novantesimo compleanno [1].

È morta nel 1996 all’età di 96 anni.

Omaggio a Erika Cremer

Nel 2009, l’Università di Innsbruck ha istituito un premio a suo nome per donne scienziate altamente qualificate in attesa di concorrere al diploma di abilitazione all’insegnamento universitario.

Nota. Per chi fosse interessato, la bibliografia completa di Erika Cremer si può trovare in un in memoriam di Ortwin Bobleter: http://www.zobodat.at/pdf/BERI_84_0397-0406.pdf

In inglese vale la pena citare il ricordo comparso su Analytical Chemistry, 1990, 62, 1015A-1017A.

Bibiografia

[1] L.S Ettre, Professor Erika Cremer Ninety Years Old., Chromatographia, 1990, 29, 413-4.

[2] O. Bobleter, Exhibition of the First Gas Chromatographic Work of Erika Cremer and Fritz Prior., Chromatographia, 1996, 43, 444-446.

[3] E. Cremer, (1927). Uber die Reaktion zwischen Chlor, Wasserstoff und Sauerstoff im Licht, Thesis, University of Berlin, 1927 (in German)

[4] A.B. Vogt, Erika Cremer (1900-1996). In: J. Apotheker, L. S. Sarkadi (Eds.), European Women in Chemistry, Wiley-VCH Verlag & Co. Weinheim, Germany, 2011, pp. 135-137

[5] E. Cremer, On the Migration Speed of Zones in Chromatographic Analysis., Chromatographia, 1976, 9, 363-4 (in German); v. anche: E. Cremer, How We Started to Work in Gas Adsorption Chromatography., Chromatographia, 1976, 9, 364-366.

[6] F. Prior, Determination of Adsorption Heats of Gases and Vapors by the Application of the Chromatographic Method in the Gas Phase., Doctoral Thesis, University of Innsbruck, May 1947 (in German).

[7] v. ad es. E. Cremer, F. Prior, Meeting of the Verein Osterreichischer Chemiker, Linz, May 1949.

[8] R. Müller, Anwendung der chromatographischen Methode zur Trennung und Bestimmung kleinsten Gasmengen., Doctoral Thesis, University of Innsbruck, May 1950.

[9] E. Cremer, F. Prior, Application of the Chromatographic Method to the Separation of Gases and to the Determination of Adsorption Energies., Z. Elektrochem., 1951, 55, 66-70 (in German).

[10] E. Cremer, R. Müller, Separation and Determination of Substances by Means of Gas-Phase Chromatography., Z. Elektrochem., 1951 55, 217-220 (in German).

[11] E. Cremer, R. Müller, Trennung und quantitative Bestimmung kleiner Gasmengen durch Chromatographie. — Mikrochemie u. Microchim. Acta, 1951, XXXVI-XXXVII, 533 – 560.

[1] Parleremo dell’origine e dello sviluppo dell’elettrodo a vetro in un prossimo post.

[2] Max Ernst August Bodenstein (1871 –1942), chimico fisico tedesco, noto per le sue ricerche in cinetica chimica, fu il primo a immaginare un meccanismo di reazione a catena e che le esplosioni si potevano essere interpretate in base a un tale meccanismo.

[3] Ricordiamo che la corrispondente reazione fra idrogeno e iodio segue una cinetica semplice del secondo ordine, quindi per molti decenni è stata considerata un atto elementare. Qualche testo, fortunatamente sempre meno, la presenta ancora così.

[4] Nikolay Semyonov (1896-1986) chimico fisico sovietico noto per i suoi lavori sulle reazioni con meccanismo a catena e a catena ramificata. Premio Nobel per la chimica 1956 insieme a Sir Cyril Hinshelwood per le loro ricerche sui meccanismi delle reazioni chimiche.

[5] Karl-Friedrich Bonhoeffer (1899 – 1957) chimico tedesco, fu allievo di Fritz Haber ed è noto per le sue ricerche in meccanica quantistica che lo portarono a scoprire l’orto e para idrogeno.

[6] Michael Polanyi, (1891 – 1976), ungherese britannico è stato uno scienziato eclettico, che ha dato importanti contributi teorici alla chimica fisica, all’economia e alla filosofia. Dal 1926 al 1933 è stato professore di chimica al Kaiser Wilhelm Institute di Berlino, nel 1933 è stato il primo professore di chimica e poi di scienze sociali all’Università di Manchester. Dal 1944 membro della Royal Society. La sua opera filosofica più nota è il libro Towards a Post-Critical Philosophy del 1958, pubblicato in italiano col titolo La conoscenza personale da Rusconi, Milano, 1990. Suo figlio, John Charles è stato covincitore del Nobel per la Chimica nel 1986 per il contributo allo studio delle dinamiche delle reazioni elementari. Curioso perché fra le ricerche in chimica del padre, forse la più importante ha riguardato la teoria cinetica dello stato di transizione per le reazioni elementari.