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当时，美国诺贝尔奖金获得者尤莱（H.C.Urey）因发现重氢并制得重水而引起国际化学界很大震动。
李森菲尔特根据他已有的科研基础，建议他以重水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仅0.3毫米，恒温器温度要达到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，日以继夜地奋力工作，于短期内完成了重水临界温度的测定。
已知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2.7℃，这似乎是一种反常现象。
而这项结果于1935年春发表在德国的《物理化学学报》上，4年后又为德国另一学者用精密的常量法所验证。
同年，张先生又完成了“轻水和重水全温程的气液相密度图”。
此文后来被苏联《同位素化学》（1957）一书所引用。
他在此项实验中精心设计了一个比较轻水，重水蒸气压差的实验，观察到蒸气压差位于498K处有一个转折点，从而揭示了上述反常现象的本质。
这篇论文与美国的一个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配合，后来成为用蒸镏法生产重水时的重要科学依据。
1935年冬，张先生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，观察到皆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大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中的分布理论，对后来的同位素化学之实验及理论研究都有深刻的指导意义。
张先生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共同构成了早期重水研究的经典文献。
在发表文章时，李森菲尔特与他都表现出谦让作风，争着把对方的姓名放在自己的前面，体现了师生间在学术上的互相尊重。
1936年，犹太人李森菲尔特受到纳粹迫害，教职被撤销，但张先生仍坚持跟他从事研究工作。
那年6月，张先生获得博士学位。
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。
张先生便随同去瑞典做访问学者，又共同工作了一年。
这年他用气体混合物作为同位素混合气体的模拟物，通过膜壁进行了扩散分离的研究。
在留学西欧的3年中，在做研究工作的同时，他还从许多权威科学家，如化学动力学创始人博登斯坦（M.Bodenstein）、诺贝尔奖金获得者核化学家哈恩（O.Hahn）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，包括诺贝尔奖获得者的学术报告，并在瑞典听取受奖报告；
还参观了赫尔兹（G.Hertz）、斯维德贝格（T.Svedberg）、西格班（K.M.Siegbahn）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。
这些学术活动对他以后献身于科学事业并不断进取做出成绩而成为著名的化学家和教育家，有着重要的影响。
张先生在瑞典时收到中央研究院化学研究所所长庄长恭先生的电报，聘请他为副研究员。
这项聘任是庄长恭先生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如此厚爱，在当时是很罕见的。
由此可见，张先生在早期的科研工作中已显露出他作为科学家的素质和才华。
对此，他也深有知遇之感。
1937年7月，张先生取道大西洋、北美洲、太平洋、辗转回到上海。
但这时抗日战争已爆发，上海也危在旦夕，化学所被迫停止工作。
张先生遂借用位于租界的光华大学的实验室，进行了多种络合物的研究。
次年应光华大学之聘而为该校教授。
他在该校指导了两名学生的毕业论文，一个做络合物合成；
一个用半微量法测定25℃下氯化钠在轻水、重水混合液中的溶解度。
两篇论文都得到了很好的结果。
1939年夏，西南联合大学的化学系由于两位教授先后要离校，经张子高、黄子卿两位教授推荐，补聘张先生为教授（属清华大学）。
于是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，但工作条件十分艰苦，科研工作难以开展。
然而张先生与研究助理钱人元合作，用从国外带回的110克重水和一些石英玻璃仪器，完成了两篇关于重水性质的论文。
其一是首次将重水密度测定的温度提高到50℃，纠正了当时有关文献提出的靠近此温度时密度会有一最大值的假设。
同时还完成了有关重水动力学效应的论文两篇。
在研究乙醇铝水解法制取纯净重乙醇时，因昆明海拔高，为测定其正常沸点，他自制了一套恒压器。
当时纯试液只有1毫升，而要在标准温度计读数恒定的一刹那间读取数据，就必须有熟练的技巧和有条不紊的操作步骤。
他亲自完成了这一高难度测定，首次精确地测得氘代乙醇的沸点和密度，其结果后来被收入拜尔斯坦《有机化学手册》中。
1943年，在战时的艰难困苦条件下，西南联大化学系的所有科研工作已被迫停止。
当负责中美学术交流的吴有训先生向张先生征集论文时，他立即应允在3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。
于是自装了一套恒温糟，每两天做一次碘在两相中浓度测定的实验，终于圆满得到轻水重水中分配常数的变异为85:
103的结果，如期完成了他自己的许诺。
张先生在西南联大任教期间，还指导成都光华大学助教朱晋锠首次测定了重水摩尔凝固点降低常数；
指导重庆中央大学助教胡秉方完成了硫酸铜一吡啶络合物合成一文。
他还综合了自己在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，校内化学馆已被日寇洗劫一空。
张先生在此情况下，仍然坚持科研工作。
他和助教董履和首次将重水密度的测量温度提高到95℃，并外延至100℃。
展示所得精密数据的相关论文，原本按通讯稿投寄英国《自然》杂志，而编辑部则把它转入正文栏，表明这一工作受到高度重视。
概括地说，张先生从1934年至1984年的50年中他一直在进行着重水和稳定同位素的研究，涉及十几种元素的同位素，在重水和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、同位素天然丰度等方面，进行了深入系统的研究。
“科学研究是人类文明积累的基础”，这是张先生的信条，也构成了他的人生价值观。
1985年，他又测定了标准平均洋水（SMOW）在25℃时的密度，数值达7位有效数，这是1975年后国际上三项高度精密测定之一。
1990年，他还用校准质谱法测定了碳的原子量，被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的原子量和同位素丰度委员会（CAWIA）于1991年评为近年来最佳测定。
这项研究为他以后系统测定原子量的研究工作取得了经验。
这年他曾以题为“从事同位素化学研究工作五十年”的文章，对自己半个世纪以来的科研成就进行了总结。
为表彰张先生多方面丰硕的科研成果，中国化学会在该年为他举行了从事化学工作50年的祝贺会，卢嘉锡、柳大纲等多位化学家前往致词祝贺。
中国科学院又于1989年授予他“从事科学工作五十年”的荣誉奖状。
推进我国无机化学教育的发展
张青莲先生从1939年到1948年在西南联大和清华大学化学系任教时，就曾讲授过高等无机化学、稀有元素化学、复（络）合物化学以及普通化学、理论化学等课程，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，张先生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，组织了苏联涅克拉索夫所著《普通化学教程》一书的翻译和出版。
1955年他又协助教育部规划教材建设，并与戴安邦、严志弦、尹敬执先生合写了《无机化学教程》（高等教育出版社1958年出版）。
这部书是我国化学家自编的一本基础无机化学教材、取材新颖、内容翔实，凝集了几位编著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作用。
张先生为培养无机化学人才，数十年兢兢业业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。
他精辟的讲解和娴熟的实验技巧，曾激发了众多学生献身化学的志趣。
1954年他与苏联专家共同培养了一批来自全国各高校的无机化学教师。
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，更培养了一批无机化学方面的研究生与进修教师，还担任过教育部化学教材编审委员会副主任等职务。
他还撰写过诸如“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读者们受益匪浅。
1978年张先生受中国化学会委托，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。
他精心策划，亲自逐卷落实，聘请相关领域的知名专家各展其才，成功地导演了我国化学界中罕有的一出“大合唱”。
他和张志尧、唐任寰合作撰著了《锕系后元素》卷。
全套书于1993年编写完成，共700万言，已由科学出版社陆续出齐。
历时十余年，为丛书的完成他不遗余力，为我国无机化学的发展又做了一件意义深远的基础工作。
热心参与科教领域的社会活动
1951年中国化学会恢复活动，张先生任常务理事，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，还曾任全国科联宣传委员会委员、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、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，次年张先生被聘为物理化学组专门委员。
1954年中国科学院成立学术秘书处，邀请他担任学术秘书两年，参加组建数理化学部的工作。
次年被聘为数理化学部委员。
在学部成立大会上，张先生等受到周恩来总理的接见，倍受鼓舞。
1955年他参加了筹建北京中国科学院化学研究所的工作，后来兼任该所的研究员及学术委员。
1956年他参加了全国科学技术发展规划会议。
1981年他改任科学院化学学部委员兼常委、学部副主任，参与了学部有关国家重大科技问题的咨询工作。
1956年张先生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年他参加了广州科技工作会议。
1972年他出席了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及分析的报告。
张先生积极推动了我国质谱学的科研及应用工作，1980年中国质谱学会成立，他当选为理事长（1980-1984年），后任名誉理事长。
同年他出任国家科委新型化工材料专业组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。
张先生对中学教育也曾十分关心，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。
为了推动我国大学教学和科研的进展，他还曾为《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。
对我国核能工业的建设做出贡献
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能国防工业的基础。
从1957年起张先生受化工部委托多次赴有关单位主持重水生产的专业会议并亲自作报告。
从1955-1963年他指导黄春辉等进一步研究了重水浓度测定的浮沉子法；
指导黄爱伦、程志翔、徐辉碧、金德秋等进一步对稀重水分析的落滴法中诸因素做了更深入、全面的研究（这两项研究一直持续到1983年）。
其时，他正在培养的研究生和助教们也积极开展了重水生产的研究，例如郭正谊成功地进行了重水生产中镍铬催化剂的研制工作；
黄春辉、张榕森等则研究了该催化剂的活性寿命和强度问题，为我国初期生产重水作出了贡献。
1960年在一个讨论研制方案的会议上，张先生做了题为“重水的物理化学性质”的报告，尔后他参加了重水生产工厂的现场会议，并提供了适合当时我国国情的工段分析用的落滴法。
他还提供了一种Y5标准样品，后来则发展成为一系列标准样品。
在我国采用双温交换重水生产法后，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，为我国中型重水工厂提供了重要的参考资料。
他还组织测定了双温交换法工艺条件下氘在气液两相中的总分配常数，并担供了电解工段的电解分离系数的精密数据。
为表彰张先生对重水生产的功绩，化工部于1990年授予他“全国国防化工先进工作者”称号。
上世纪60年代初，因苏联撤走专家和不再提供技术资料，锂同位素分离工厂的建设一度陷于瘫痪，张先生应邀来到工厂，在了解该厂设备情况后，提出了继续建设的可行措施，并担任了工厂技术顾问。
他更参与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法。
而他培养的研究生程志翔则在该厂中成为研制氢弹核燃料氘化锂-6的骨干力量。
1965年冬当他参加氘化锂-6成品鉴定会时，看到微带蓝彩的无色透明晶体时，心中泛起了无比的奋兴。
不久后我国氢弹爆炸试验成功，仅距原子弹试制成功两年零八个月，世界为之惊讶。
在张先生的教育和影响下，他的长子张毅然也服务于该厂任工程师，他忠于职守，鞠躬尽瘁。
为表彰张先生的突出贡献，中国核学会于1990年授予他荣誉理事称号。
从他的作为中，人们看到了基础研究对提高新技术的决定性作用，也看到了一位科学家的聪明才智一旦和祖国人民的需要密切结合时所发挥的巨大力量。
积极参与国际学术交流
1957年张青莲先生赴莫斯科参加全苏同位素应用会议，提出了“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，做了“各种密度法分析重水”的报告，从而被编入1969年《原子科学名人录》（Who’sWhoinAtoms）。
1979年作为中国化学会5人代表团的成员，张先生赴赫尔辛基参加第27届国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）年会，成功地维护了中国化学会在该国际组织中的代表权。
在会上他做了题为“珠峰雪水中氢氧同位素丰度测定”的报告。
1983年第32届IUPAC代表大会在哥本哈根举行，他以国家代表的资格参加该组织的原子量与同位素丰度委员会（CAWIA），在会议上他以渊博的知识和精辟的见解赢得好评，被选为衔称委员（Titularmember,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法测定的兴趣，后来发展成为他晚期的研究领域。
1981年张先生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10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年起任北京中日双边质谱学术会议的中方主持人。
1987年起他担任北京国际仪器分析学术报告会顾问。
张先生还曾任法国《无机化学评论》的编辑，美国《质谱评论》的顾问编辑，并曾撰写了学术论文和关于我国有机质谱学新进展的论文。
耄耋之年致力于原子量新值测定
1991年初以来，张先生主持了一个科研小组，除北大的研究人员外，还分别与不同单位的质谱专家合作，实施了测定10项原子量新值的长期计划。
这项在张先生83岁高龄时正式启动的研究课题历时12年后于2002年已经胜利完成，这10项原子量新值都已被国际CAWIA正式确认为原子量的国际新标准。
有关这些原子量新值测定的具体情况如附表所示。
元素
原子量新值
被取代的旧值
论文发表年代
国际确认年代
注
In
114.813（3）
114.82
（1）
1991
首次采用我国测值，非校准法
Ir
192.217（3）
192.22（3）
1992
1993
与Heumann并列，非校准法
Sb
121.760
（1）
121.757（3）
校准法
Eu
151.964
（1）
151.965（9）
1994
1995
Ce
140.116
（1）
140.115（4）
Er
167.259（3）
167.26（3）
1998
1999
Ge
72.64
（1）
72.61
（2）
Dy
162.500
（1）
162.498
（2）
2001
Zn
65.409（4）
65.39
（2）
Sm
150.363（8）
150.36（3）
2002
2005
鉴于这项足以使国人引为自豪的科学成就，2000年3月人民教育出版社发行的全日制普通高级中学教科书《化学》中，张先生成为该书向全国高中生突出展示的两位杰出的中国化学家之一。
在完成这项课题的全过程中，他始终亲自周密地策划设计、具体指导。
他与合作者质谱专家赵墨田、乔广生、肖应凯等在质谱法测定各原子量值时普遍以自制的高纯同位素标准试样校准质谱计的丰度比测定值（即校准质谱法，其中铟例外，因该元素仅含二个同位素，其一的丰度很小），并以丰富的操作经验，运用各种通行的经验校正法尽量减小测定的系统误差；
而且适当借鉴，努力改善激发条件，使测定得以圆满成功，并取得优异的成果。
在10项测定中，锗、锑、铱、锌原子量质谱法测定难度是较大的，他们都出色地解决了遇到的各种困难。
为了制作同位素标准试样，他指导合作者用化学法提纯了每一种商品同位素标样。
实验中必须有超凡的纯熟、冷静、耐心和整洁，例如钱秋宇将含铜达0.3%以上的、且组成不确定的Sb2O3与Sb2O5的混合物标样（即我国商品锑标样Sb2O4）用新鲜制备的二氯化铬在氮气气氛中还原它成为Sb2O3，再经分离、提纯。
又如，他们购得的商品铈Ce-142竟含有0.13%的同位素杂质钕Nd-142，为了纯化，郎庆勇使用了特制的掩蔽剂掩蔽了Nd（Ⅲ）再使Ce（Ⅳ）沉淀，极大地减小了钕的吸附共沉淀，这样重复沉淀共三次，终于把杂质Nd-142含量降到了0.004%。
在10个原子量新值中，尤其值得以浓墨重笔称道的是锗。
1983时，锗的化学法测定值为72.5929（8），质谱法测定为72.620（18）。
当时CAWIA不愿作出勉强的平均，并认为化学法更可靠，于是仍维持1969年的给定值72.59（3）。
1985年J.R.DeLaeter进一步以质谱法精确测定了Ge原子量为72.628，这时才决定取72.628与72.592的平均值72.61
（2）为锗原子量的新值，但两个数据相差如此之大，仍未能作出解释。
但张先生执意要辨明，所以他在1999年以极其严格提纯和校准的GeO2为标样，采用高温离子发射，取得了72.639（7）的锗原子量新值，对旧值校正竟达0.03（较原化学测定值竟高0.05）。
测定之严谨与精确令CAWIA非常信服，终于使质谱法测定值被确定为新值。
同时张先生又仔细审阅了原化学法的情况，于是他很快判定由于测定者是采用蒸镏法提纯GeCl4，致使轻同位素在标样中富集，显然这是造成原子量测定值明显偏低的原因。
这一重要成果得到CAWIA的资深委员H.S.Peiser的高度赞扬，并向张先生致信祝贺。
1997年张先生获得国家自然科学二等奖。
1998年又获得何梁何利基金科学技术进步奖。
凡是与张青莲先生相处亲近的人都知道他为人忠厚正直，乐观开朗，严于律己，宽以待人；
一生处世淡泊，宠辱不惊。
除勤奋治学外生活情趣广泛，业余爱好遍及书画、摄影、拳术、旅游、花木奇石，而且都造诣颇深。
而恰恰是这些风雅逸兴使他始终保持淳朴平和、乐观豁达的心态，条理清晰、敏捷求新的思考能力，精神矍铄、筋骨舒展的体魄，从而使他在科学征途中的脚步永不停息。
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