Российские достижения в области химического анализа в конце XVIII-XIX вв.

В истории российской науки велика (хотя немногим известна) роль Т. Е. Ловица [].

Товий Егорович (Иоганн Тобиас) Ловиц (1757-1804) - химик и фармацевт, академик Петербургской академии наук (1793). Важнейшим его достижением было открытие адсорбции веществ из растворов. Он подробно изучил адсорбцию растворенных веществ древесным углем и предложил использовать такой уголь для очистки воды, спирта, водки, фармацевтических препаратов, органических соединений. Т. Е. Ловиц исследовал кристаллизацию солей из растворов, выявил оптимальные условия выращивания кристаллов, обнаружил явления перенасыщения и переохлаждения растворов. Применяя микроскоп, он изучал формы кристаллов в связи с их составом и условиями получения. Даже собственноручно вылепил из воска несколько сот моделей кристаллов разных веществ и предложил проводить опознание веществ, сопоставляя форму кристаллов с моделями из его коллекции (напомним. Что фотографии тогда еще не было) [5].

Т. Е. Ловиц создал оригинальный вариант микрокристаллоскопии: он рассматривал под микроскопом не осадки, а «соляные налеты» на стеклянных пластинках, полученные в строго определенных условиях. Т. Е. Ловиц собрал большую коллекцию таких «налетов». Этот вариант микрохимического анализа повышал надежность обнаружения веществ и требовал небольших количеств исследуемого материала [5].

Одновременно с зарубежными исследователями и независимо от них Т. Е. Ловиц выделил хром и стронций, описал свойства этих элементов. Были впервые проанализированы некоторые найденные в России и дотоле неизвестные минералы. Для их анализа Т. Е. Ловиц не только применял известные, но и разрабатывал свои методики; например, он предложил разлагать силикаты едкой щелочью. Т. Е. Ловиц окончательно установил отличие карбонатов от бикарбонатов, доказав, что избыток угольной кислоты в последних является их составной частью, а не механической примесью. Этим самым была внесена ясность в вопрос об отличии кислых солей от средних. Приготовив безводный (абсолютный) этиловый спирт, он использовал его для разделения солей бария и кальция; метод получил широкой распространение. Именно Т. Е. Ловиц указал, что соли кальция окрашивают пламя в красный цвет, он предложил использовать этот эффект в качественном анализе [5].

Т. Е. Ловиц был одним из создателей титриметрического анализа: им был предложен оригинальный вариант метода нейтрализации (титрование уксусной кислоты раствором тартрата калия). В отличие от трудов многих российских ученых, в том числе М. В. Ломоносова, работы Т. Е. Ловица были хорошо известны его европейским коллегам, высоко оценивались ими [5].

Говоря об истории отечественной аналитической химии, нельзя не упомянуть труды академика Василий Михайлович Севергина (1765-1826). Он был минералогом, но много внимания уделял и химическому анализу, разработал новые методики обнаружения меди, марганца, хрома и других элементов. В. М. Севергин одним из первых применил метод визуальной колориметрии (стандартную шкалу окрасок); в частности, для определения железа в минеральных водах использовал реакцию с «кровяным щелоком» (1795), для определения меди - с аммиаком. Позднее эти методики применяли в заводских лабораториях [].

Основатель термохимии и первооткрыватель каталитических свойств платины, академик Герман Иванович Гесс (1802-1850) много работ выполнил и как аналитик. Докторская диссертация его носила название: «Изучение химического состава и целебного действия минеральных вод России» (1825). Г. И. Гесс провел детальный анализ невской воды, разработал оригинальный метод элементного анализа органических веществ в токе кислорода (1838). На хорошем уровне поставил преподавание аналитической химии в Горном институте. В результате работ Г. Е. Гесса лаборатория Горного института стала основным в России научным и образовательным центром аналитической химии [].

В списках первооткрывателей химических элементов (а для европейской науки XIX в. это были важнейшие химико-аналитические исследования) почти нет российских ученых. Исключение составляет Карл Карлович Клаус (1796-1864), открывший в 1844 г. рутений и исследовавший его соединения. Он же предложил способы обнаружения и определения рутения и других платиновых металлов. За изучение этих металлов и открытие рутения ему была присуждена Демидовская премия. Одним из первых К. К. Клаус применил соединения платиновых в качестве аналитических реагентов. Например, соединения палладия - для открытия йода, платинохлористоводородную кислоту - для открытия калия, соединения иридия и осмия - для открытия алкалоидов [7].

Будущий член-корреспондент Петербургской академии наук Генрих Васильевич Струве (1822-1908) открыл в 1848 г. совместно с Г. Свандбергом известную реакцию обнаружения и определения фосфора с молибдатом аммония. Затем Г. В. Струве обнаружил, что сходную реакцию дает мышьяк, и разработал соответствующий метод обнаружения этого элемента. В 1853 г. Г. В. Струве издал «Химические таблицы, служащие для вычисления количественных разложений». Ему принадлежит метод определения очень малых количеств пероксида водорода с помощью диоксида свинца (1869) [7].

Работавший в химической лаборатории Академии наук Юлий Федорович Фрицше (1808-1871) предложил в 1863 г. реактив на ароматические углеводороды - β-динитроантрахинон (реактив Фрицше) [7].

Список отечественных исследователей XVIII-XIX вв. и перечень их достижений в области химического анализа можно было бы продолжить (Аполло́с Аполло́сович Мусин-Пушкин (1760-1805), Петр Иванович Евреинов (1812-1849), Константин Ильич Раевский и др.) [].

Изложенный выше материал позволяет сделать некоторые обобщения.

.   История российской химической науки началась в XVIII в., и уже тогда появились имена, занявшие достойное место во всемирном биографическом справочнике химиков [8].

.   Исследования российских химиков были оригинальны, находились на уровне современных им западноевропейских аналогов. Они были основаны на применении химико-аналетических методов, более того - ученые развивали эти методы. Однако в рассматриваемый в Росии не было созданно новых аналетических методов, речь шла именно о развитии известных методов или о разработке частных методик. Это и породило распространенное, но ошибочное мнение, что в XVIII-XIX вв. в России вообще не было серьезных работ в области аналитической химии. Приведенные выше сведения указывают, что и в этот период вклад отечественных химиков в теорию и практику химического анализа был вполне заметным, хотя и не таким крупным, как вклад немецких, шведских или французких исследователей [8].

3. В развитии аналитической службы, а также в создании Академии наук и вузов в России государственная власть играла важнейшую роль, куда большую, чем в Европе. Научные исследования финансировались государством в основном через Академию наук. Царские чиновники не пытались определять направления исследований ученых даже в такой прикладной отрасли науки, как аналитическая химия или непосредственно контролировать деятельность ученых. Однако финансирование было весьма скудным, а бюрократизм и ограниченность чиновников создавали немало препятствий для организации исследований [8].

.   В отличие от европейских стран, где научные исследования в области химического анализа развивались преимущественно в университетах, в России они проводились преимущественно в Академии наук (и в академических институтах, по мере создания последних). Университеты и другие вузы в России возникли позже Академии наук и в XVIII-XIX вв. не играли такой значительной роли в развитии аналитической химии, как в Европе [8].

.   В XVIII-XIX вв. В России химико-аналитические задачи ставили и решали попутно, они возникали в ходе основных исследований ученых, относящих себя к другим областям науки. Действительно, никто из перечисленных российских исследователей не занимался, подобно Т. Бергману или Карл Ремигий Фрезениусу (1818-1897), только аналитической химией, никто из них нельзя назвать профессиональным химиком-аналитиком. В XIX в. в России вообще не было профессиональных аналитиков; точнее, не было исследователей, для которых аналитическая химия была бы основной сферой деятельности [8].

Например, Климент Аркадьевич Тимирязев (1843-1920) в 1871 г. защитил магистерскую диссертацию «Спектральный анализ хлорофилла», сконструировал автоматическую пипетку-ванну (1868), микроэвдиометр. Знаменитый французский химик Марселен Бертло (1827-1907) сказал однажды К. А. Тимирязеву, что каждый раз, когда Климент Аркадьевич приезжает (1870,1877,1884), он привозит новый метод газового анализа, в тысячу раз более чувствительный. Однако главные научные достижения Тимирязева лежат в области физиологии растений. Его химико-аналитические работы были необходимы, чтобы обеспечить решение основной задачи - количественного исследования процессов фотосинтеза. Другим примером может быть деятельность академика Федор Федорович Бейльштейна (1838-1906). Он знаменит как основатель многотомного справочника по органической химии. Однако Ф. Ф. Бейльштейн выполнил и ряд интересных химико-аналитических исследований, в этой области была выполнена и его докторская диссертация. В 1872 г. он открыл простой и быстрый способ обнаружения галогенов в органических соединениях. В основе метода, называемого «пробой Бейльштейна», лежит способность оксида меди оказывать на галогенопроизводные разрушительное действие, сопровождающееся выделением галогеноводородов и галогенидов меди. Эти летучие продукты окрашивают пламя газовой горелки в яркий зеленый цвет, что позволяет «открывать» присутствие галогенов. Всего Ф. Ф. Бейльштейн опубликовал свыше 20 статей химико-аналитического характера, а также учебник по аналитической химии, не раз переиздававшийся в России и за рубежом. При этом он считал себя не аналитиком, а химиком-органиком. Во второй половине XIX в. это было престижнее [8].

Напротив, Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) рассматривал аналитическую химию как науку, которая по своему значению не уступает ни органической, ни теоретической химии. Чтобы стать химиком, следует, по его мнению, усвоить три важных отрасли химии: аналитическую, органическую и теоретическую. Д. И. Менделеев отмечал, что все они одинаково важны и имеют общий фундамент: свойства элементов и их соединений. Более того, он писал, что главную помощь для самостоятельного, а потому наиболее верного и полного развития пусть ищут начинающие… в изучении и в практических работах по аналитической химии. К сожалению, о роли Д. И. Менделеева в отечественной аналитике мало кто знает. А ведь он стажировался у Р. Бунзена, исследовал спектры металлов. Потом уже, будучи известным ученым, лично выполнял анализы руд, даже руководил группой химиков, проводивших анализы почв и удобрений. И Периодический закон, и гидратная теория растворов, и другие достижения великого ученого в значительной степени основаны на результатах множества анализов, выполненных в разное время, разными методами и разными исследователями. Надежность соответствующих данных, часто противоречащих друг другу, необходимо было оценивать и сопоставлять, а для этого требовались опыт, эрудиция и интуиция, характерные именно для аналитиков-профессионалов. У Д. И. Менделеева такие качества были выражены в полной мере, и он умел передавать их своим ученикам. Так, Валентин Ефимович Павлов, заведовавший после учебы у Д. И. Менделеева и А. М. Бутлерова аналитической лабораторией в Московском высшем техническом училище, разработал оригинальный метод элементного анализа органических веществ (в запаянной трубке, с использованием хромовой и йодноватой кислот). В 1900-е гг. Д. И. Менделеев как директор Главной палаты мер и весов занимался преимущественно метрологией. В частности, он решал вопрос о связи точности взвешивания и чувствительности весов, совершенствовал конструкции аналитических весов и методики взвешивания, развивал математическую теорию измерений. Сближение аналитической химии метрологии в конце XX в. привело к новому пониманию этих исследований Менделеева, важных для развития метрологии химического анализа [].