khimie.ru

Трудно ответить на вопрос: когда возникла аналитическая химия как наука. Понятно, что наука, которая рассматривает теоретические аспекты химического анализа, систематизирует и развивает его методы, должна была сложиться позже, чем сами методы анализа. Но когда именно это произошло? Историки отвечают на этот вопрос по-разному в зависимости от того, какие научные достижения и какие ученые кажутся им особо значимыми. Так, один из первых историков химии Г. Копп полагал, что наша наука появилась в XVIII в., ее создателем он считал Т. Бергмана. Отечественный историк аналитической химии А. X. Баталии временем формирования аналитической химии как самостоятельной отрасли химической науки называл первую треть XIX в. Многие историки (например, А. М. Цукерман), не умаляя заслуг Р. Бойля или Т. Бергмана, считали основателем научной аналитической химии К. Р. Фрезениуса, который опубликовал свои основные труды в середине XIX в. Наконец, немалое число специалистов (например, П. И. Вальден и И. М. Кольтгоф) делали акцент на работах В. Оствальда, относящихся к рубежу XIX и XX в. Они указывали, что до физико-химического обоснования и математизации химических методов анализа (а именно это и сделал В. Оствальд) аналитическая химия была лишь эмпирическим искусством распознавать вещества и их составные части, но никак не наукой…

Чтобы однозначно ответить на вопрос, вынесенный в заголовок, пришлось бы вначале ответить на несколько других, не менее трудных вопросов. Что есть «аналитическая химия» и в чем ее отличие от других наук и от химического анализа как вида деятельности? Что есть «наука» вообще и какие формализуемые признаки позволяют сказать, что некая частная наука уже сложилась, стала самостоятельной областью, а не осталась конгломератом эмпирических знаний или разделом какой-либо другой науки? Вероятно, историки химии и науковеды по-разному отвечали на эти трудные вопросы (либо не очень задумывались о них), а потому и указывали разные даты возникновения нашей науки.

Можно выделить ряд признаков хорошо развитой научной дисциплины.

• • Наличие определенных сфер человеческой деятельности или явлений природы, общепризнанных в качестве объекта исследований науки с данным названием.
• • Достаточно большой объем специфических знаний (фактов и закономерностей), полученных и осмысленных данной наукой и составляющих ее исключительную принадлежность.
• • Установившийся в этой науке особый подход к изучению своего объекта; набор средств исследования; специфическое для данной науки соотношение между разными средствами исследования (например, соотношение логического анализа, пассивного наблюдения и активного эксперимента).
• • Наличие собственного понятийного аппарата и, если это возможно, собственного математического аппарата; развитие сменяющих друг друга гипотез и теорий.
• • Формирование международного сообщества исследователей в данной области, имеющего свои средства и каналы коммуникации (например, конференции, научные журналы, ассоциации и т.п.). При этом исследователи считают себя членами единого сообщества, имеющего общую цель.
• • Особая профессиональная подготовка исследователей в данной области; формирование устойчивых научных школ, на протяжении относительно долгого времени развивающих базовые идеи и традиции своих основателей (крупных ученых).
• • Сложившаяся и записанная история успехов и неудач исследователей, возможность прогнозирования дальнейшего развития исследований.

Нередко сформировавшейся научной дисциплине соответствует одноименная учебная дисциплина, иногда появляются и какие-либо организационные структуры (кафедры, институты, системы аттестации исследователей и т.п.), но это не обязательно. Более детально и строго эти (а также другие) признаки самостоятельной научной дисциплины рассмотрены в книге науковеда Э. М. Мирского «Междисциплинарные исследования и дисциплинарная организация науки» (М.: Наука, 1989).

Если рассматривать историю аналитической химии с учетом перечисленных выше признаков, можно прийти к выводу о том, что формированию нашей науки отвечает весьма длительный период. Сам термин «аналитическая химия» для обозначения специальной отрасли химии, занимающейся исследованием состава веществ, стали использовать еще в XVIII в. Некоторые историки считают, что впервые этот термин появился еще в учебнике Н. Лемери (1685), другие ссылаются на книгу П. Макера (1766), третьи считают, что в современном смысле понятие «аналитическая химия» начал употреблять лишь В. Лампадиус (1801). К этому времени уже был накоплен немалый объем специфических знаний, появились общепринятые методики исследования, монографии и даже учебники; сменяли и дополняли друг друга различные гипотезы и теории, прямо относящиеся к анализу. Формирование особых средств коммуникации, в частности научных журналов, где публиковались статьи химиков-аналитиков, также началось еше в XVIII в., но первый специализированный научный журнал по аналитической химии появился позднее — в 1862 г. Это был издаваемый К. Р. Фрезениусом журнал. Интересно, что на протяжении жизни пяти следующих поколений этот журнал редактировали потомки К. Р. Фрезениуса — химики-аналитики, в основном носившие ту же фамилию, что и их знаменитый предок. Аналитическую химию как учебную дисциплину стали преподавать в университетах в начале XIX в. В середине XIX в. сформировались научные школы (Й. Я. Берцелиуса, Ж. Гей-Люссака, Ю. Либиха, Р. Бунзена и др.). В XIX в. у аналитической химии появились и свои историографы. Однако систематизация накопленных знаний сильно затянулась. Понятийный аппарат, перечни возможных видов анализа, объектов анализа и объектов определения оказались сформированными только к началу XX в. Особый математический аппарат аналитической химии (хемометрика) стал интенсивно развиваться только во второй половине XX в. Перечень методов анализа нельзя считать завершенным и ныне, а ведь аналитическая химия — прежде всего наука о методах. Пока что недостаточно развита и система критериев, необходимая для объективного сопоставления методов и отбора лучших методик.

Если дата выпуска конкретного аналитического прибора обычно известна с точностью до одного дня или хотя бы года, то период создания аналитического метода растягивается на несколько лет или, как в случае титриметрии, — на десятилетия. Если же говорить о формировании тех или иных наук, то зачастую трудно указать даже век. Нам представляется, что формирование аналитической химии охватывает два с половиной столетия — от Р.Бойля и Т.Бергмана до В.Оствальда и И. М. Кольтгофа. Внутри этого большого временного отрезка можно выделить три периода:

•возникновение аналитической химии (конец XVII — начало XVIII вв.);

• превращение аналитической химии в отдельную отрасль химической науки (конец XVIII — середина XIX вв.);

•систематизация накопленных знаний и формирование теоретических основ аналитической химии (вторая половина XIX − начало XX вв.).

Аналитическую химию середины XX в. уже можно считать хорошо развитой наукой, но ее предмет, теоретические основы и понятийный аппарат существенно менялись и в XX в.; несомненно они будут меняться и в будущем. Следовательно, формирование аналитической химии как науки и сегодня нельзя считать абсолютно законченным. Завершение развития означало бы превращение исследований и гибель науки.

Формирование новых наук всегда происходит спонтанно: без заранее намеченной программы, без координации исследований, специального финансирования и отчетности — и тем не менее вполне эффективно. История успешного развития аналитической химии может быть примером воплощения общей логики развития науки — от наблюдений к эксперименту, от эксперимента к гипотезам и математическим моделям, а также от разрозненных фактов к частным закономерностям и гипотезам и далее к относительно универсальным теориям и практическому применению выводов и рекомендаций.

Возникновение и развитие аналитической химии можно объяснить внутренними и внешними факторами. Очень важным стимулом является внутренняя логика развития науки, реализующей неудержимое стремление человечества к всестороннему познанию окружающего мира, в частности — к познанию природы веществ. Математик А. Пуанкаре писал, что ученый изучает природу не потому, что это полезно; он изучает ее потому, что это доставляет ему удовольствие. Новые химические элементы, а иногда и новые методы анализа открывали не ради их будущего практического применения, а лишь добиваясь правильного и по возможности полного ответа на вечный, естественный для человека, даже детский вопрос: из чего же состоят все тела окружающей нас природы и мы сами. Однако эмпирические и разрозненные методы установления состава веществ оказывались недостаточно эффективными. Потребовалось осмысление каждого метода, сопоставление их принципов и возможностей, а затем и оптимизация системы методов. Это и было объективно реализовано путем создания новой науки — аналитической химии.

Другой стимул, определявший возникновение и развитие не только химического анализа, но и его теоретических основ — это непосредственные потребности общества, связанные, прежде всего, с развитием промышленности. Для этого стало необходимым создание подходящих методик анализа сырья (вначале минералов и сплавов, а затем и органических веществ), разработка химико-аналитических способов контроля технологических процессов, приемов оценки качества готовой продукции и т.п. В дальнейшем потребовалось не только создание новых методик анализа постоянно расширяющегося круга объектов, но и повышение точности, чувствительности, селективности и экспрессности известных методик. В качестве примера можно привести данные литературы по минимальной относительной погрешности определений, достигавшейся в разные годы XX в., а также данные по пределам обнаружения.

Невозможность достичь желаемых показателей в рамках известных методов анализа приводила к необходимости создания принципиально новых методов. Несомненно, Ф.Энгельс был прав, указывая на технические потребности общества как на основной фактор развития любой науки, более важный, чем десяток университетов. Не случайно быстрое развитие химического анализа и его теоретических аспектов происходило именно в годы промышленной революции и именно в тех европейских странах, которые лидировали в развитии промышленного производства (Англия, Франция, Швеция, позднее — Германия, еще позднее — США и СССР).

Соотношение значимости двух указанных факторов (стимулов) развития нашей науки не являлось неизменным. Внутренняя логика развития науки и любознательность ученых-энтузиастов были более характерны для начального периода развития аналитической химии. Иногда новые методы анализа предлагались учеными задолго до того, как в них возникала практическая потребность. Разумеется, потребности промышленности и торговли и в тот период были мощным стимулом развития аналитической химии, можно указать хотя бы на историю возникновения титриметрического анализа. Роль второго фактора постепенно усиливалась. Практические потребности расширились, вышли за рамки сферы промышленного производства. Свои химико-аналитические проблемы начали выдвигать смежные области науки, сельское хозяйство, медицина, военное дело, еще позднее выявились исключительно сложные и важные проблемы, связанные с сохранением окружающей среды. В XX в. предприятия или государство стали планировать, заказывать и финансировать конкретные химико-аналитические исследования, чтобы обеспечить решение каких-либо важных проблем. Другой вариант — создание специальных ла­бораторий или институтов для проведения исследований по актуальной (важной для государства или для данной фирмы) научной тематике.

Ярким примером могут быть исследования по аналитической химии урана, тория, циркония, гафния и некоторых других элементов, выполненные в США для реализации Манхэттенского проекта, т.е. для создания ядерного оружия. Аналогичные заказные исследования в то же время вели и советские аналитики.

Оба фактора — и внутренняя логика развития науки, и потребности практики — обусловливают развитие аналитической химии в одном направлении (расширение круга объектов определения, создание более чувствительных методов и т.п.). Однако постепенное усиление роли внешнего фактора, способствуя развитию нашей науки в целом, зачастую препятствует развитию ее общетеоретических аспектов (на эти исследования не всегда находится заказчик). Общая теория анализа, равно пригодная и для физических, и для химических, и для любых других мето­дов анализа, начинает складываться лишь в конце XX в.

Подчеркнем, что теоретические основы аналитической химии создавались в XIX в. в виде теории химических методов анализа. Других методов тогда практически не было, поэтому о необходимости создания более общей теории в то время еще не задумывались. Развитие теоретических основ химических методов анализа во второй половине XIX в. и в XX в. рассматривается далее.