Jaroslav Heyrovský: patent mu úřad zamítl, Nobelovu cenu dostal po 18 nominacích

Jaroslav Heyrovský je dodnes jediný český laureát Nobelovy ceny v přírodních vědách. Dostal ji v roce 1959 za metodu, kterou objevil o sedmatřicet let dřív, když ho napadlo měřit u odkapávající rtuti proud místo hmotnosti kapek. Pražský patentový úřad mu přihlášku na přístroj odmítl s obavou, že nenajde využití. První polarograf je proto americký patent, který s ním nemá nic společného.

Co Heyrovský dokázal

• V únoru 1922 objevil princip polarografie a ještě téhož roku ho publikoval česky.
• S Masuzo Shikatou sestrojil v roce 1924 přístroj, který křivku kreslil sám.
• Metoda umožnila zjistit naráz, které látky v roztoku jsou a v jakém množství.
• Na Nobelovu cenu byl navržen osmnáctkrát, a to ve třech různých oborech.
• Do roku 1959 vyšlo ve světě přes deset tisíc polarografických prací.
• Klasická polarografie se dnes mimo vědecké laboratoře už nepoužívá.

Nápad, který přišel z cizího problému

Zlomem bylo setkání s fyzikem Bohumilem Kučerou v roce 1918. Kučera se zabýval elektrokapilaritou, tedy tím, jak se mění povrchové napětí kovu, v tomto případě rtuti, když se změní vložené elektrické napětí.

Měřil to metodou, kterou sám zavedl: vážil kapky rtuti vycházející z ústí silnostěnné skleněné trubičky, tedy kapiláry, do roztoku. Bylo to pomalé a únavné.

Heyrovského napadlo něco jiného. Jak by asi vypadaly křivky, kdyby místo hmotnosti kapek změřil proud, který kapkovou elektrodou prochází? Zařadil tedy do okruhu citlivý galvanometr a bod po bodu měřil a vynášel do grafu závislost proudu na napětí.

Ve slavnostní řeči při předávání Nobelovy ceny to bylo shrnuto téměř lakonicky: Kučera mu navrhl, ať prostuduje jisté nepravidelnosti u kapilarity rtuti a pokusí se zjistit jejich původ, což byl jeden z nesčetných drobných problémů, ze kterých se skládá věda. Heyrovský nechal rtuť protékat kapilárou a vážil kapky, byla to ale pomalá a zdlouhavá metoda, a tak se rozhodl měřit místo toho elektrický proud.

Únor 1922

Přesné datum se v pramenech liší a stojí za to to říct rovnou. Akademie věd i Biografický slovník českých zemí uvádějí 10. února 1922 jako den, kdy Heyrovský popsal jev, který se stal základem polarografie.

Profesor Jiří Barek z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy naproti tomu uvádí 9. února 1922 a odkazuje se přitom na Heyrovského pracovní deník, který si od studií v Anglii vedl v angličtině. Podle něj si Heyrovský tehdy na dnešní matematicko-fyzikální fakultě půjčil zrcátkový galvanometr a hned odpoledne změřil první závislost proudu na vloženém potenciálu, kterou později nazval polarogramem.

Není vyloučeno, že jde o dvě události ve dvou po sobě jdoucích dnech, tedy nápad a popis jevu, ale žádný zdroj to takhle výslovně neříká. Bezpečné je proto psát únor 1922.

První polarografická práce na světě vyšla ještě téhož roku, a to česky. Jmenovala se Elektrolysa se rtuťovou kapkovou kathodou a vyšla v Chemických listech. Anglická verze následovala o rok později v britském Philosophical Magazine.

Jak polarografie funguje

Princip se dá popsat srozumitelně, aniž by se z toho stala učebnice.

Do roztoku se ponoří dvě rtuťové elektrody. Jednou je rtuť pravidelně odkapávající z kapiláry, druhou vrstva rtuti na dně nádobky. Mezi ně se vkládá postupně rostoucí stejnosměrné napětí a měří se proud, který roztokem prochází.

Dokud v roztoku není nic, co by na kapce reagovalo, proud je zanedbatelný. Jakmile napětí dosáhne hodnoty, při které se konkrétní látka na kapce redukuje nebo oxiduje, proud skokově vzroste a na křivce vznikne stupeň. Tomu se říká polarografická vlna.

A tady je celý vtip metody. Poloha vlny na ose napětí je charakteristická pro druh látky, zatímco výška vlny udává, kolik té látky v roztoku je. Jedno měření tedy dá zároveň analýzu kvalitativní i kvantitativní, což je věc, kterou klasická vážková ani odměrná analýza neuměla.

Když je v roztoku látek několik, ukáže křivka příslušný počet vln, z nichž každá určuje kvantitu jedné složky.

Proč zrovna rtuť

Heyrovský to ve své Nobelově přednášce vysvětlil tak, že u kapkové rtuťové elektrody jsou dobře definované jak fyzikální podmínky odkapávání, tak chemické změny při průchodu proudu, a děje na ní probíhají s přísnou reprodukovatelností. Proto se jí podle vlastních slov držel osmatřicet let.

Praktický důvod je ale ještě názornější. Dřív se proud do roztoku zaváděl platinovou fólií, jenže na povrchu pevné látky se různé věci usazují a průběh pokusu tím naruší. Kapka rtuti odpadne po několika sekundách a vytvoří se nová, takže metoda vždycky nabízí čerstvý čistý povrch a rušivé vlivy odpadají. Povrch kapky je navíc atomárně hladký, takže výsledky neovlivňují ani předchozí měření.

Sám Heyrovský popsal i rozměry. Kapilára je zhruba osm centimetrů dlouhá trubička o tloušťce pět až šest milimetrů s vnitřním průměrem 0,05 až 0,1 milimetru, ze které kapky odpadají každé tři až šest sekund podle výšky rtuťového rezervoáru, který je asi čtyřicet centimetrů nad ústím.

Difuzní proud a jedna rovnice

Když látka na elektrodě zreaguje, zmizí z jejího povrchu a nové molekuly musejí z hloubi roztoku difundovat k elektrodě. Té látce se říká depolarizátor a proud, který tímhle procesem vzniká, je proud difuzní.

Jeho velikost popisuje rovnice, ve které vystupuje počet vyměněných elektronů, Faradayův náboj, difuzní konstanta, rychlost průtoku rtuti kapilárou, doba kapky a koncentrace depolarizátoru. Heyrovský ji ve své přednášce označil za nejpřesnější elektrochemický zákon vyhlášený od Faradayových zákonů z roku 1833.

Odvodil ji Dionýz Ilkovič, později profesor fyziky v Bratislavě, který tehdy pracoval v Praze u Heyrovského. Rok odvození se ale v pramenech liší, uvádí se 1933, 1934 i 1936, takže ho tenhle text raději neuvádí.

Z téhož zákona plyne pravidlo o konstantnosti půlvlnových potenciálů. Zjednodušeně: napětí, při kterém vlna dosáhne poloviny své výšky, je pro danou látku charakteristické a nezávisí na tom, kolik jí v roztoku je.

Přístroj a patent, který úřad odmítl

Do roku 1924 se výchylky galvanometru zakreslovaly ručně. Heyrovský popsal, že získat celý graf bod po bodu od nuly do dvou voltů trvalo pár hodin.

Aby se to urychlilo, sestrojil v roce 1924 se svým japonským spolupracovníkem Masuzo Shikatou automatický přístroj. Kohlrauschův buben se otáčel mechanicky a synchronně s ním se posouval fotografický papír. Výsledkem bylo, že diagram závislosti proudu na napětí vznikl za méně než deset minut se všemi výhodami automatického záznamu.

Shikata přijel z Berlína do Prahy v roce 1923. Práce o přístroji vyšla v roce 1925 v nizozemském časopise Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, takže obě letopočty, které se u polarografu uvádějí, jsou správné, jen popisují jinou událost: přístroj vznikl v roce 1924, publikace o něm o rok později.

Podle přístroje dostal jméno i celý obor. Heyrovský to říká přímo: podle registračního přístroje zvaného polarograf, který automaticky kreslí křivky charakteristické pro elektrodové děje, se elektrochemická studia s kapkovou rtuťovou elektrodou a analytické metody z nich vyvinuté nazývají polarografie.

Patentová historie je bolestivá. Heyrovský zpočátku o přihlášce neuvažoval, časem ji vypracoval a podal, jenže pražský patentový úřad ji odmítl z obavy, že přístroj nebude mít využití a nevzbudí zájem. Vzápětí ho na základě zveřejněné práce sestrojili a patentovali v USA. První polarograf je tedy americký patent, který s Heyrovským nemá nic společného.

Tovární produkci u nás zahájila až v roce 1929 firma Nejedlý a syn v Praze-Vokovicích a ve zdokonalené verzi ho vyráběla do roku 1948, kdy ji převzala Zbrojovka Brno. Později se polarografy vyráběly v pražském závodě TOS Hostivař.

K čemu to bylo dobré

Metoda se prosadila pomalu. Ve slavnostní řeči zaznělo, že uplynulo asi deset let, než našla nějaké využití mimo Heyrovského vlastní laboratoř, a jinde v témž projevu se mluví o několika letech. Když se to ale stalo, ukázalo se, že například příměsi v kovovém vzorku lze zjistit snadno a přesně.

Rozsah použití byl potom pozoruhodný. Přístroj bylo možné najít téměř v každé vědecké instituci a technika se neuplatňovala jen v základním výzkumu, ale i v průmyslu od metalurgie po textilní a papírenský sektor. V hutnictví se s ní určovaly malé příměsi v surovinách i výrobcích. V potravinářství se zjišťoval obsah vitamínů, nežádoucích pesticidů a těžkých kovů i kvalita vína a umělých tuků. Ve farmacii se kontroloval obsah vitamínů, hormonů a alkaloidů v léčivech.

V medicíně metoda umožňovala zachytit změny v krevním séru a celosvětově se používala v klinické praxi ke sledování průběhu některých onemocnění, zejména rakoviny. Objevitelem téhle aplikace byl Heyrovského žák Rudolf Brdička.

Rozmach přišel v padesátých a šedesátých letech. Na světové výstavě Expo 58 v Bruselu věnovalo Československo polarografii jednu ze dvou svých expozic.

Obor se konstituoval jako samostatný. Mezi lety 1922 a 1959 vyšlo ve světě 63 učebnic a monografií ve čtrnácti jazycích a víc než deset tisíc vědeckých prací.

Používá se dnes?

Tady je potřeba být opatrný, protože obě jednoduché odpovědi jsou zavádějící.

Akademie věd to formuluje jednoznačně: dnes se už polarografie mimo vědeckou oblast nepoužívá a vystřídaly ji metody chemické analýzy, které z ní vycházejí. Anglická verze téhož textu dodává, že bez ní by řada dnes používaných technik neexistovala.

Tentýž zdroj ale o dva odstavce dál uvádí, že v oblasti základního chemického výzkumu si polarografie výsadní postavení drží dodnes. Obě věty je potřeba číst spolu.

Co ji nahradilo, je voltametrie s pevnými elektrodami. Podle Tomáše Navrátila z Heyrovského ústavu se přechodem k pevným elektrodám otevírá nepřeberné spektrum aplikací: výzkum vztahů mezi strukturou a vlastnostmi látek, studium přenosu látek přes buněčné membrány a jejich interakce s DNA, výzkum bílkovin nebo měření fyzikálně chemických parametrů.

Množství moderních způsobů analýzy se dá považovat za metody odvozené od polarografie, protože princip zůstává velmi podobný: vkládá se stejnosměrné či střídavé napětí a měří se proud, jen typy elektrod jsou nejrůznější.

Profesor Barek k tomu dodává, že přestože byla rtuťová kapková elektroda postupně nahrazována novými elektrodovými materiály, dodnes je nástrojem umožňujícím studium vlastností a přeměn nových léčiv, chemických karcinogenů, pesticidů, nanomateriálů a biomolekul. A že nové elektrodové materiály a elektroanalytické metody by bez průkopnické práce pražské polarografické školy nevznikly.

Osmnáct nominací

Nobelova cena za chemii mu byla udělena v roce 1959 a Nobelova nadace uvádí odůvodnění doslova jako ocenění za objev a rozvinutí polarografických analytických metod. Podíl na ceně měl celý, tedy nedělený s nikým dalším, a jako jeho tehdejší působiště je uveden Polarografický ústav Československé akademie věd. Cenu převzal 10. prosince 1959 ve Stockholmu.

Cesta k ní byla ale dlouhá. Navržen byl celkem osmnáctkrát, a to hned ve třech oborech.

Obor	Počet nominací	Roky
Chemie	14	1934, 1938, 1940, 1944, 1947, 1950 a každý rok 1952 až 1959
Fyzika	1	1940
Fyziologie a medicína	3	1948, 1949, 1953

Formulace o jediné české Nobelově ceně vyžaduje přesnost. Heyrovského ústav o něm píše jako o dosud jediném českém laureátovi Nobelovy ceny v přírodních vědách, Akademie věd jako o prvním a dodnes jediném českém nositeli tohoto ocenění v oblasti přírodních věd a na jiném místě jako o prvním z československých občanů, který ho získal. Cenu za literaturu má Jaroslav Seifert z roku 1984, takže bez upřesnění o přírodní vědy by tvrzení o jediné české Nobelově ceně neplatilo.

Kdo Heyrovský byl

Narodil se 20. prosince 1890 v Praze jako páté dítě Leopolda Heyrovského, profesora římského práva na české univerzitě, a jeho ženy Kláry rozené Hanlové. Rodným domem byl dům Na Kocandě v Křižovnické ulici na Starém Městě.

Akademické gymnázium na Novém Městě absolvoval v letech 1901 až 1909. Zájem o fyziku, matematiku a chemii v něm vzbudil profesor Jaroslav Jeništa, autor spisů o nových fyzikálních technikách, a mezi jeho učiteli byl i spisovatel Zikmund Winter. Jedním z jeho spolužáků byl Karel Čapek, v jehož hře vzniklo slovo robot.

Po roce studia v Praze zjistil, že ve fyzikální chemii, která se stala jeho životním zájmem, tam potřebné vzdělání nezíská. Odešel proto na londýnskou University College, kde studoval u Williama Ramsaye, objevitele vzácných plynů a nositele Nobelovy ceny, a kde ho zvlášť zajímala práce s Frederickem Georgem Donnanem na elektrochemii. Právě u Donnana se věnoval hliníkovým elektrodám a kapající amalgámové elektrodě, což bylo pro pozdější objev podstatné. Bakalářský titul získal v roce 1913.

Kariéru mu přerušila válka. Narukoval v roce 1914, sloužil jako lékárník a radiolog ve vojenské nemocnici, což mu umožnilo pokračovat ve studiu, a v tyrolském Iglsu mohl vedle sepisování rigorózní práce i experimentovat. Rigorózní zkoušku složil na pražské univerzitě ještě v uniformě desátníka sanitní služby, doktorát obdržel v roce 1918. Doktorát v Londýně následoval v roce 1921.

Docentem fyzikální chemie na nově založené Přírodovědecké fakultě byl jmenován v roce 1920, mimořádným profesorem v roce 1922 a řádným profesorem fyzikální chemie v roce 1926. Ve stejném roce se oženil s Marií Kořánovou, svou spolupracovnicí a asistentkou. Jejich syn Michael Heyrovský se také stal fyzikálním chemikem a věnoval se rozvoji polarografie a navazujících elektrochemických metod.

Spolu s chemikem Emilem Votočkem založil v roce 1929 časopis Collection of Czechoslovak Chemical Communications na podporu šíření české vědy.

Po druhé světové válce musel čelit nařčení některých univerzitních zaměstnanců, že kolaboroval s Němci, protože přijal nabídku německého antinacisty a kolegy Johanna Böhma, který za války převzal vedení ústavu, aby mohl na univerzitě dál pracovat. Z obvinění se v roce 1947 očistil.

K jeho nejvýznamnějším žákům patřili Rudolf Brdička, Slovák Dionýz Ilkovič, Polák Wiktor Kemula a Ital Giovanni Semerano. Přednášel o polarografii ve Spojených státech, Sovětském svazu, Anglii, Švédsku, Číně i Egyptě.

Zemřel 27. března 1967 v Praze a je pochován na Vyšehradském hřbitově.

Ústav, který nese jeho jméno

Polarografický ústav byl založen v roce 1950 jako jedno z prvních akademických pracovišť, Heyrovský se stal jeho ředitelem a vedl ho do roku 1963. O dva roky po založení se stal součástí nově ustavené Československé akademie věd. Výzkum se zaměřoval na teorii polarografie, fyzikálně chemické děje na kapkových a proudících rtuťových elektrodách i na metodiku, přístrojové vybavení a analytické aplikace.

V roce 1972 se Ústav fyzikální chemie a Ústav polarografie sloučily do jednoho pracoviště nesoucího Heyrovského jméno. V roce 1988 se ústav přestěhoval do nové budovy v akademickém areálu v Praze 8.

Stojí za zmínku, že se ústav od 1. července 2026 jmenuje jinak. Nový název zní Heyrovského ústav AV ČR a podle vyjádření ústavu odráží dlouhodobé rozšíření výzkumu daleko za tradiční obor fyzikální chemie. Vedle ní se dnes ústav zabývá přeměnou a ukládáním energie, průmyslovou katalýzou, materiálovým výzkumem, astrobiologií, kvantovými technologiemi i vývojem diagnostických metod.

Co po něm zůstalo

Akademie věd uděluje Čestnou oborovou medaili Jaroslava Heyrovského za zásluhy v chemických vědách. Zřízena byla Československou akademií věd 2. září 1965 jako čestná oborová plaketa a od druhé poloviny roku 1995 se uděluje jako čestná oborová medaile. Autorem výtvarného návrhu je akademický sochař a medailér Jan Václav Straka.

Jeho jméno nese planetka hlavního pásu s číslem 3069, objevená 16. října 1982 na Kleti Zdeňkou Vávrovou. Databáze NASA u ní uvádí, že byla pojmenována na počest českého fyzika a vynálezce polarografie, nositele Nobelovy ceny za chemii z roku 1959.

Od roku 1993 šíří jeho odkaz Nadační fond Jaroslava Heyrovského, který každoročně uděluje nadaným středoškolákům svou cenu. Heyrovského náměstí v Praze bylo pojmenováno v roce 1972, na rodném domě na Starém Městě je pamětní deska a v Kobylisích stojí pomník v podobě faksimile jeho podpisu.

Ze zahraničních poct stojí za zmínku, že byl zvolen členem University College v Londýně už v roce 1927, získal čestné doktoráty v Drážďanech, Varšavě, Aix-Marseille a Paříži a byl čestným členem akademií v Bostonu, Budapešti, Bangalore i Varšavě. V letech 1951 až 1957 byl místopředsedou Mezinárodní unie fyziky.

Podobný osud jako u jiného českého vynálezce, kterému stát jeho objev prakticky vypustil z rukou, popisuje text o Ottovi Wichterlem a měkkých kontaktních čočkách. Jak snadno se naopak zamění zásluha za objev, ukazuje text o Janu Janském a krevních skupinách.

Co se doložit nedá

Přesné datum objevu. Akademie věd a Biografický slovník uvádějí 10. února 1922, Přírodovědecká fakulta 9. února s odkazem na pracovní deník. Rozhodnout mezi tím nelze.

Rok odvození Ilkovičovy rovnice. Heyrovský sám ve své přednášce uvádí 1933, citace v seznamu literatury téže přednášky odkazuje na rok 1934 a osvětový materiál ústavu uvádí 1936.

Kde je dnes původní polarograf z roku 1924. Fotografie prvního přístroje doložená je, jeho dnešní umístění nikoli.

Přesný počet čestných doktorátů. Nobelova biografie jmenuje čtyři, byla ale psána v roce udělení ceny, takže pozdější nezahrnuje. Konkrétní celkové číslo doložit nelze.

Z téže generace českých techniků, kteří museli svůj objev nejdřív obhájit v cizině, pochází i Křižíkova oceněná oblouková lampa.

O generaci starší příklad téhož, tedy objevu, který se prosadil až s odstupem, popisuje text o Janu Evangelistovi Purkyňovi.

Osm věcí, které o Heyrovském překvapí

1. Šel po cizím problému. Elektrokapilarita byla téma fyzika Bohumila Kučery.
2. Změna byla jednoduchá. Místo hmotnosti kapek měřit procházející proud.
3. Galvanometr si půjčil. A první křivku změřil ještě týž den odpoledne.
4. Patentový úřad přihlášku odmítl. Bál se, že přístroj nenajde využití.
5. První polarograf je americký patent. Sestrojili ho podle jeho publikace.
6. Na gymnáziu seděl s Karlem Čapkem. Na Akademickém gymnáziu v Praze.
7. Navržen byl osmnáctkrát. Ve třech oborech, včetně fyziologie a medicíny.
8. Metodu dnes nahradila voltametrie. S pevnými elektrodami místo rtuti.

Časté dotazy k Heyrovskému a polarografii

Za co dostal Jaroslav Heyrovský Nobelovu cenu?

Za objev a rozvinutí polarografických analytických metod, jak zní oficiální odůvodnění Nobelovy nadace. Cenu za chemii převzal 10. prosince 1959 ve Stockholmu, podíl na ní měl celý a jako působiště je u něj uveden Polarografický ústav Československé akademie věd.

Je to jediná česká Nobelova cena?

Jediná v přírodních vědách. Heyrovského ústav i Akademie věd ho označují za prvního a dodnes jediného českého laureáta v oblasti přírodních věd, přičemž v roce 1959 byl občanem Československa. Cenu za literaturu získal v roce 1984 Jaroslav Seifert.

Jak polarografie funguje?

Do roztoku se ponoří odkapávající rtuťová elektroda a vrstva rtuti na dně nádobky, mezi ně se vkládá rostoucí napětí a měří se proud. Když napětí dosáhne hodnoty, při které konkrétní látka na kapce reaguje, vznikne na křivce stupeň zvaný polarografická vlna. Její poloha určuje druh látky a její výška množství.

Proč se používá právě rtuť?

Protože kapka po několika sekundách odpadne a vytvoří se nová, takže elektroda nabízí vždy čerstvý, atomárně hladký povrch. U pevné elektrody z platiny se na povrchu usazují látky, které pokus naruší, a měření se vzájemně ovlivňují.

Kdy Heyrovský polarografii objevil?

V únoru 1922. Akademie věd a Biografický slovník českých zemí uvádějí 10. února, profesor Barek z Přírodovědecké fakulty UK datuje nápad a první měření na 9. února s odkazem na Heyrovského pracovní deník. První práci na světě publikoval ještě téhož roku česky v Chemických listech.

Kdo sestrojil první polarograf?

Heyrovský spolu s japonským spolupracovníkem Masuzo Shikatou v roce 1924, práce o přístroji vyšla o rok později. Pražský patentový úřad ale přihlášku odmítl s obavou, že přístroj nenajde využití, a přístroj byl vzápětí na základě publikace sestrojen a patentován v USA.

Používá se polarografie dnes?

Podle Akademie věd se mimo vědeckou oblast už nepoužívá a nahradily ji metody, které z ní vycházejí, především voltametrie s pevnými elektrodami. Tentýž zdroj ale dodává, že v základním chemickém výzkumu si polarografie výsadní postavení drží dodnes.

Jak se dnes jmenuje jeho ústav?

Od 1. července 2026 nese název Heyrovského ústav AV ČR, dříve to byl Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského. Změna podle vyjádření ústavu odráží rozšíření výzkumu za hranice fyzikální chemie, dnes se zabývá i ukládáním energie, katalýzou, astrobiologií nebo kvantovými technologiemi.

Odkud údaje pocházejí

Odůvodnění Nobelovy ceny, životopisné údaje, popis principu metody vlastními slovy Heyrovského i technické parametry kapiláry pocházejí od Nobelovy nadace, konkrétně ze stránky ceny za chemii z roku 1959, z jeho životopisu, z plného textu Nobelovy přednášky a ze slavnostní řeči. Okolnosti objevu, datace, popis polarografické vlny, historické oblasti použití i dnešní stav metody uvádí Akademie věd ČR. Podrobná životopisná data, patentová historie, sériová výroba přístrojů i rozsah oboru v číslech pocházejí z Biografického slovníku českých zemí vydávaného Historickým ústavem AV ČR. Historii pracoviště a jeho nový název uvádí sám Heyrovského ústav. Rozpor v datu objevu a hodnocení dnešního významu metody pochází z rozhovoru v časopise Univerzity Karlovy, údaje o planetce z databáze malých těles NASA.

• oficiální stránka Nobelovy ceny z roku 1959
• Akademie věd ke stému výročí polarografie
• heslo v Biografickém slovníku českých zemí
• historie Heyrovského ústavu