khimie.ru

Аналитическая химия как междисциплинарная наука. Изложенное раньше, несомненно, доказывает, что аналитическая химия — это самостоятельная наука, отдельная научная дисциплина. Исследования на переднем крае науки обычно являются междисциплинарными, их трудно отнести к той или иной научной дисциплине. Результаты опросов показывают, что исследователи, работающие над одной проблемой и часто даже в одном подразделении, могут дать самые противоречивые ответы на вопрос, к какой дисциплине относится их работа. Это не умаляет значения самой дисциплины и не доказывает ненужности классификации наук в целом. Если междисциплинарность — характеристика исследований переднего края, форма проведения исследований, то сама научная дисциплина служит формой организации уже полученных знаний, структурой для сотрудничества и коммуникации ученых, подготовки научных кадров. Научная дисциплина формируется по мере того как результаты исследований переднего края оценивают, отбирают, обобщают, систематизируют, интерпретируют в процессе развития науки. Новые научные результаты, полученные в ходе междисциплинарных исследований, могут войти в фонд науки лишь в том случае, если они получают соответствующую интерпретацию в рамках какой-либо дисциплины. Таким образом, на фронте могут присутствовать, а иногда даже преобладать, междисциплинарные исследования, а сама область науки образует обширный тыл, территорию, основную структуру.

Теперь на фоне этого науковедческого экскурса рассмотрим связь аналитической химии с другими науками. Что касается переднего края аналитической химии, то здесь, конечно, используются подходы, факты, инструментарий многих наук. Однако и на основной территории, и в тылу существуют структуры, имеющие не только корни в других дисциплинах, но и декларирующие свою нынешнюю принадлежность к иным областям знания. Примеры известны каждому аналитику, ограничимся двумя иллюстрациями. Занимающиеся лазерными методами анализа атмосферы (лидарами) сотрудники Института оптики атмосферы РАН в Томске удивятся, если мы будем числить их по ведомству аналитической химии, хотя они на самом деле ею (в современном понимании) и занимаются. Это один из многих физических островков (доменов) в массиве аналитической химии. Специалисты по иммунохимическому анализу относят себя к биохимии или медицине; это один из биологических доменов. Очевидно, междисциплинарность характерна теперь не только для переднего края, но и для аналитической химии в целом; таким образом, аналитическая химия в настоящее время имеет черты междисциплинарной науки. Отсюда можно сделать вывод, не нравящийся некоторым химикам старшего поколения, о том, что аналитическая химия сейчас не только часть химии. К этому выводу многие крупные аналитики пришли еще в 1970-е гг.

М. И. Шахпаронов в 1957 г. писал: «Аналитическая химия — особая научная дисциплина… существенно выходящая за рамки химии». Здесь необходимо пояснение. Аналитическая химия всегда была и остается частью химии. С химией она связана природой самого объекта приложения сил. Аналитики обнаруживают и определяют элементы, соединения, фазы — все то, что главным образом является предметом интересов химии. С химией аналитическая химия тесно связана и по линии химических методов анализа, в которых используются достижения таких разделов химии, как учение о химическом равновесии, электрохимия, химическая кинетика, неорганическая, органическая, коллоидная химия. Аналитическая химия никогда, конечно, не порвет с химией. Речь идет не об опровержении этих постулатов. Разговор о другом, о том, что одной химии сейчас недостаточно.

Даже химические методы анализа не сводятся к соответствующим разделам химии. У аналитики свой угол зрения, она и здесь перерабатывает заимствованный материал. Если, скажем, химика-неорганика больше интересуют черты сходства разных элементов (или их соединений), если в частном он ищет общее, то химик-аналитик заинтересован как раз в обратном. Ему прежде всего нужны индивидуальные особенности элементов и соединений, всё то, что отличает их друг от друга. Такой угол зрения требует в ряде случаев мобилизации иных сведений, например не таких, какие нужны неорганику; у аналитика другое отношение к мере, к точности.

Если замыкать аналитическую химию лишь на одной химии, например на химических факультетах, то можно нанести аналитической химии серьезный ущерб. Почти столь же прочно, как с химией, современная аналитическая химия связана с физикой, и не стоит возмущаться по этому поводу, это факт. Весьма интересные и перспективные работы в области химического анализа делают не только химики, но и физики на кафедрах физики, в физических институтах РАН, особенно в таких направлениях, как ядерно-физические и спектроскопические методы, аналитическое приборостроение, химические сенсоры, выделение сигнала на фоне шумов и др. В рядах аналитиков много физиков не только по происхождению, но и по роду занятий, по духу. Подобные связи развиваются и с биологией, и с математикой, и с компьютерными науками. Перечень наук, с которыми непосредственно связана аналитическая химия, очень велик.

Особо следует выделить взаимосвязи нашей науки с метрологией. Некоторые специалисты (К.Дёрфель и др.) считают, что аналитическая химия — дисциплина, лежащая между химией и метрологией. Связь этих двух наук обсуждалась А. Б. Шаевичем, Ю. А. Карповым, А. Б. Бланком, Ю. А. Александровым, Л. Н. Филимоновым и др. Метрология возникла несколько позже, чем аналитическая химия, причем возникла она как техническая, а не как фундаментальная наука. Историки отмечают, что в аналитической химии и в теоретической метрологии одни и те же идеи нередко возникали одновременно, различаясь лишь по терминологическому оформлению. В ходе становления теоретической метрологии в нее вошло немало идей, первоначально выдвинутых аналитиками, а также некоторые технические приемы, опробованные в химическом анализе, например способы оценивания и исключения систематических погрешностей. Однако в еще большей степени проходил обратный процесс — перенос в аналитическую химию понятий и алгоритмов, первоначально возникших в рамках метрологии. Можно выделить несколько этапов этого процесса.

На первом (начальном) этапе (во времена Лавуазье и Берцелиуса) метрология только создавалась и никак не влияла на развитие аналитической химии. Анализ рассматривали как чисто химический процесс, иногда включающий отдельные измерительные процедуры (взвешивание, измерение объема и т.п.), а иногда и вовсе не включающий их (качественный анализ с применением цветных реакций). В количественном же анализе средства измерений рассматривали изолированно, без оценки, сопоставления и суммирования их погрешностей.

На втором этапе (во времена Оствальда и Менделеева) аналитическая химия и метрология уже существовали как самостоятельные науки, хотя и были слабо связаны между собой. И аналитики, и метрологи рассматривали результаты анализов и измерений как величины, отягощенные случайными и систематическими погрешностями.

На третьем этапе начинает складываться представление об анализе как целостном измерительном процессе, для которого, как и в других случаях, нужны узаконенные единицы, аттестованные средства измере­ний, эталоны количества вещества, образцы сравнения и т.п. Временные границы этого периода размыты. В металлургическом анализе «обращение к метрологии» произошло еще в начале XX в., в анализе других технических объектов — в середине XX в., а, например, в клиническом анализе этот процесс начинается лишь сейчас. Метрологические аспекты анализа многим химикам-аналитикам казались ненужным и формальным или, по крайней мере, маловажным делом. Другие специалисты (в СССР прежде всего В. В. Налимов и Н. П. Комарь), подчеркивая важность метрологических аспектов нашей науки, указывали на особый характер анализа как измерительного процесса, включающего специфические этапы и приемы, не характерные для других измерительных процессов. Стадии анализа, вовсе не связанные с измерительными приборами, зачастую являются основным источником погрешностей химического анализа! Аналитики неоднократно подчеркивали, что для обеспечения точности анализа нужны как специальные средства измерений (приборы, стандартные образцы и т.п.), так и особая методология оценки и минимизации погрешностей. Как мы уже отмечали, в 1950 — 1960-е гг. на стыке с общей метрологией возникла особая (пограничная) область — химическая метрология. Н. П. Комарь сформулировал для нее три основные задачи: 1) передача размера единицы количества вещества (моль) от первичного эталона в практику; 2) использование математической статистики для оценки и минимизации погрешностей результатов анализа; 3) оптимизация всех стадий и условий анализа с использованием физико-химических параметров соответствующих процессов. К сожалению, первое направление исследований пока что не дало конкретных результатов, а второе и третье развиваются весьма успешно. Метрологи далеко не сразу поняли специфику химического анализа как измерительного процесса (а некоторые не поняли и до сих пор). До недавнего времени это приводило к дискуссиям и конфликтным ситуациям, но в последние годы противоречия стали сглаживаться.

Для четвертого этапа (конец XX в.) характерно проведение комплекса технических и организационных мероприятий, реализуемых для поддержания единства и точности результатов количественного анализа. Естественно, значимость нового этапа в сотрудничестве аналитиков и метрологов не сводится к этим мероприятиям. Вероятно, использование фундаментальных идей и практических достижений теоретической метрологии дало новый импульс развитию нашей науки. Оно объединило химические, физические и даже биологические методы анализа в единое целое подобно тому как в конце XIX в. использование достижений физической химии объединило разные химические методы элементного анализа неорганических веществ и стимулировало их развитие.

Пятый (последний) период, начавшийся на рубеже XX и XXI в., решает глобальную задачу упраштения качеством химического анализа и оптимизации деятельности аналитической службы. Конечно, решать эту задачу должны сами работники контрольно-аналитических лабораторий, но способы ее решения призваны разработать ученые — аналитики, метрологи, технологи, экономисты, специалисты по управлению и по информатике. Профессиональные аналитики-исследователи во многих странах всерьез занялись этой проблемой. Аббревиатура — контроль качества — получила широкое распространение в сфере химического анализа. Этой тематике в последние годы посвящается множество монографий и руководств, один за другим принимаются соответствующие нормативно-технические документы, в том числе международного характера.

История взаимосвязей аналитики и метрологии подтверждает общее положение о том, что связи нашей науки с другими дисциплинами всегда имеют диалектический характер. С одной стороны, аналитическая химия получает от различных научных дисциплин принципы, закономерности, на основе которых создаются методы анализа, а также технические приемы, способы регистрации аналитического сигнала, методы обработки результатов. С другой стороны, аналитическая химия обеспечивает многие науки идеями, методами, приборами, подчас в значительной степени предопределяя успехи этих наук. Нередко науки взаимно оплодотворяют друг друга. Так, разработав методы анализа ядерных материалов, аналитики помогли физикам в создании ядерных реакторов, а затем эти реакторы стали одним из инструментов аналитиков: с их помощью осуществляют радиоактивационный анализ. Другой пример: полупроводниковые детекторы, которые расширяют возможности активационного анализа, нельзя было создать без разработанных ранее методов анализа полупроводниковых материалов.

Редукционизм и изоляционизм. Дискуссии о месте аналитической химии в системе наук во многом отражают общеметодологические проблемы, аналогичные споры идут и в других науках. Нередко явления, специально исследуемые какой-либо одной наукой, пытаются истолковать в рамках и терминах другой науки, созданной для описания более простых явлений, для иной формы организации материи; этот методологический подход называют редукционизмом. Общественные явления редукционисты пытаются свести к биологическим (бихевиоризм), химические и биологические — к физическим, а многообразие физических явлений — к механическому движению (механицизм). Для редукционистов, даже для крупных специалистов в своей узкой области, характерны весьма агрессивные высказывания. Например, не раз провозглашалось, что с появлением квантовомеханических расчетов химия теряет свой статус фундаментальной науки, поскольку химические свойства любого вещества можно рассчитать аb initio (Э. Шрёдингер). Редукционистские высказывания неоднократно затрагивали и аналитическую химию, которую стремились свести то к физической химии (этим явно грешил В. Оствальд), то к физике, то к метрологии.

В истории науки не раз проявлялся и противоположный подход — изоляционизм — стремление к жесткому ограничению конкретной науки рамками некоторой формы организации материи, узким кругом ранее выбранных явлений и методов. Изоляционисты обычно не желают использовать терминологию и достижения смежных наук и вести совместные исследования, возможно из-за плохого знания других наук, возможно по принципиальным соображениям. Нередко опытные, даже выдающиеся ученые активно сопротивляются применению новых методов исследования и нетривиальным теоретическим построениям, приводя в качестве аргументов утверждения методологического характера. Так, некоторые биологи резко сопротивлялись использованию химических и физических методов исследования, математических методов обработки данных, аргументируя это своеобразием биологических и особенно живых объектов. Когда-то Й. Я. Берцелиус резко возражал против использования титриметрических методов, призывая ограничиться «чистой химией» — качественным и весовым анализом. Позднее многие известные аналитик сопротивлялись развертыванию исследований по полярографии, заявляя что это часть другой науки — электрохимии. Да и сейчас не все приветствуют появление в учебниках по аналитической химии непривычных разде. лов похемометрике, иммуноанализу, масс-спектрометрии, сенсорам. Кое-кто считает, что эти области следует оставить математикам, биологам физикам, инженерам. Изоляционизм, характерный для представителей отдельных направлений нашей науки, преодолевается в ходе общеаналитических исследований. Они и являются средством объединения специалистов разных направлений.

Рассмотрим пример. Известно, что специалисты в области спектроскопии, хроматографии и электрохимии решают однотипные задачи связанные с обработкой регистрограмм: спектров, хроматограмм, вольт-амперных зависимостей, которые не похожи друг на друга, но имеют немало общего — все они отражают химический состав пробы, яштяются однозначными и двумерными математическими зависимостями, отягощены шумами и помехами. Специалисты добиваются максимальной чувствительности регистрирующей аппаратуры, устраняют влияние шумов и помех, вычленяют из регистрограмм сигналы разных компонентов исследуемой пробы и рассчитывают содержание этих компонентов. Можно не сомневаться, что эти специалисты быстрее добьются успеха, если объединят свои усилия. Речь, конечно, идет не о включении хроматографистов в исследовательские группы вольтамперометристов, а о выражении результатов исследований тех и других в единой системе терминов, развитии общего математического аппарата (например, способов вычленения отдельных пиков из сложной совокупной кривой или хемометрических алгоритмов устранения короткопериодных помех). Необходимо публиковать результаты в одних и тех же научных журналах, полезно совместно обсуждать эти результаты на общеаналитических конференциях. Мешает такому объединению то, что специалисты, решающие различные аналитические задачи или пользующиеся разными методами, нередко считают себя представителями различных наук (физики, электрохимии, молекулярной биологии и т.п.), но не аналитиками. Невольно хочется повторить призыв киплинговского Маугли: «Мы одной крови, ты и я!» или тревожный призыв Булата Окуджавы: «Возьмемся за руки друзья, чтоб не пропасть поодиночке!».

Выступления редукционистов и изоляционистов не случайны, и в них, безусловно, есть рациональные моменты. Конечно, использовать достижения и математический аппарат физики для объяснения химических явлений необходимо, в этом отношении редукционисты совершенно правы. Изоляционисты правы в том отношении, что именно химические науки должны преимущественно рассматривать яштения, связанные с химической формой движения материи. Несомненно, любые новые методы и теории следует применять не ради их новизны, а только тогда, когда они действительно дают какой-либо выигрыш по сравнению с известными. В этом отношении некоторый элемент консерватизма для ученого полезен. Но в целом ни редукционизм, ни изоляционизм не способствуют развитию науки. Это в полной мере относится и к развитию аналитической химии.