Аналитикалық химияның даму кезеңдері

Аналитикалық химия мен анализ әдістерінің көптеген тәсілдері өте ертеден белгілі. Ең алдымен сынамалық өнер немесе «құрғақ» түрде, сынаманы ерітпей, яғни ерітінділерді қолданбай сынамалы анализдеу болды. Сынамалы анализ әдістері арқылы қымбат металдардың тазалығын бақылап, олардың кен мен құймалардың құрамындағы мөлшерін анықтаған. Сынамалы анализді жүргізу техникасы қымбат металдарды алудың өндірістік үдерісін лабораториялық жағдайда жүргізуге мүмкіндік берді. Анализдің мұндай әдістері Ежелгі Египет пен Грецияда қолданылған. Ол кезде ерітіндідегі реакцияның практикалық маңызы оншалықты болмайтын.

XVII ғасырдың ортасында өнеркәсіп пен әртүрлі өндірістің дамуы анализ бен зерттеудің жаңа әдістерін қажет етті. Өйткені сынамалы анализ химиялық және басқа да өндірістерді бұрынғыдай қанағаттандыра алмады. Әдетте XVII ғасырдың ортасын аналитикалық химияның пайда болуы және химияның ғылым ретінде қалыптасуы деп есептейді. Кеннің, минералдардың және басқа заттардың құрамын анықтау өте үлкен қызығушылық тудырды.

ХVІІ – ХVІІІ ғасырларда «пробиркалық анализ» кең қолданылды. Осындай анализдің көмегімен бағалы металдардың тазалығын тексеріп, олардың рудадағы мөлшерін анықтаған. Сондықтан бұл кезде химия ғылымындағы зерттеудің негізгі әдісі химиялық анализ болды. Р. Бойль (1627-1691) «химиялық анализ» деген терминді ұсынып, химиялық анализ туралы жалпы түсінікті қалыптастырды. Сонымен бірге ол заманауи сапалық анализдің «сулы» жолын ұсынып, осылайша реакцияны ерітіндіде жүргізудің негізін салды. Сол кезде белгілі болған сапалық реакцияларды бір жүйеге келтіріп және бірнеше жаңа сапалық әдістерді (аммиакқа, хлорға және т.б) ұсынды, қышқылдар мен сілтілерді анықтау үшін лакмусты қолданды және тағы да басқа маңызды жаңалықтар ашты.

Алайда, аналитикалық химия жеке ғылым болып тек М.В. Ломоносовтың жұмыстарынан кейін, әсіресе зат массасының сақталу заңы ашылғаннан соң ғана, яғни химиялық үдерістерде сандық есептеулер жүргізілуіне байланысты қалыптаса бастады. М.В. Ломоносов (1711-1765) химиялық реакцияларды зерттеу кезінде алғашқы рет таразыны жүйелі түрде қолданған. 1756 жылы ол сандық анализдің негізін құрайтын және бүкіл ғылым үшін зор маңызы бар, табиғаттың негізгі заңдарының бірі – зат массасының сақталу заңын экперимент жүзінде дәлелдеді. Бұл заңның сандық анализдің негізін қалыптастырудағы және жалпы аналитикалық химия ғылымының дамуындағы маңызы өте зор болды. М.В. Ломоносов химиялық анализбен ғылыми-зерттеудің қазіргі кезге дейін өздерінің құндылығын жоймаған көптеген тәсілдерін ұсынды, олар: вакуумда сүзу, гравиметриялық анализ операциялары және т.б. Сонымен бірге М.В. Ломоносов газды анализдің негізін қалыптастырды, рефрактометрді құрастырды және сапалық анализде микроскопты қолдануды ұсынды, осылайша микрокристаллоскопиялық анализ бастама алды. Өзінің химик-зерттеуші, аналитик және технолог ретінде жасаған ғылыми еңбектерінің нәтижелерін М.В. Ломоносов «Металлургия немесе рудалармен жұмыстардың алғашқы негіздері» («Первые основания металлургии или рудных дел») деген кітабына жинақтап ұсынды. Бұл кітап аналитикалық химиямен оған іргелес ғылым салаларының дамуына, металлургия мен рудалар анализінің дамуына зор ықпал етті.

Химиялық анализдің дәлдігі жоғары әдістерін қолдану көптеген табиғи заттардың және технологиялық өңдеу өнімдерінің құрамдарын анықтауға және химия ғылымының бірқатар заңдарының ашылуына әсерін тигізді. А.Л.Лавуазье (1743-1794) ауаның, судың және басқа да заттардың құрамын анықтады, жанудың оттектік теориясын қалыптастырды. Аналитикалық мәліметтерге сүйене отырып, Д.Дальтон (1766-1844) заттың атомдық теориясын дамытты және құрам тұрақтылығы мен еселік қатынас заңын дәлелдеді. Ж.Л.Гей-Люссак (1778-1850) пен А.Авогадро (1776-1856) газдар заңын қалыптастырды. Аналитикалық химия жаңа әдістермен толықтырыла отырып, одан әрі дамып, жетілдірілді. ХVІІІ ғасырдың соңында Т.Е.Ловиц (1757-1804) М.В. Ломоносовтың идеясын дамыта отырып, кристалдар формасы мен олардың химиялық құрамы арасындағы өзара байланыстың бар екендігін ашып, сапалық анализдегі тұздардың кристалдары формасы бойынша әдісті – микрокристаллоскопиялық анализдің негізін салды. М.В.Севергин (1765-1826) ерітінді түсінің қанықтығы мен концентрациясы арасындағы байланысқа негізделген колориметрлік анализді ұсынды. Сонымен қатар М.В.Севергин химиялық анализ бойынша бірнеше жетекші-еңбектер шығарған. Ж.Л.Гей-Люссак «титрлеу» деген терминді енгізіп, анализдің титриметриялық әдісін жасады. Бұл әдіс гравиметриялық әдіспен бірге классикалық аналитикалық химияның негізін қалап, осы күнге дейін өз құндылығын жойған жоқ.

ХVІІІ ғасырдың аяғы мен ХІХ ғасырдың басында көптеген ғалымдар – Т.У.Бергман (1735-1784), Л.Ж.Тенар (1777-1857), К.К.Клаус (1796-1864) және т.б. жүйелі (систематикалық) сапалық анализдің негізін қалады. Бұл жұмыстарды К.Р.Фрезениус (1818-1897) аяқтап, сапалық және сандық анализ бойынша оқулық жазады және алғашқы аналитикалық химия журналын (Zeitschrift fur analytische Chemie, қазіргі кездегі Fresenius Z. Anal.Chem.) шығарды.

И. Я. Берцелиус (1779-1848) пен Ю. Либих (1803-1873) органикалық қосылыстардың құрамындағы негізгі элементтерді – С, H, N және т.б. анализдеу әдістерін дамытты. Титриметриялық анализде қарқынды дамып, оның иодометрия, перманганатометрия сияқты түрлері пайда болды. 1859-1860 жылдары Р. В. Бунзен (1811-1899) мен Г. Р. Кирхгоф (1824-1887) өте маңызды жаңалық ашады. Олар аналитикалық химияның негізгі әдістерінің бірі және осы күнге дейін даму үстіндегі спектральды анализді ұсынады.

Химия ғылымының және басқа да ғылымдардың дамуына 1869 жылғы Д. И. Менделеевтің (1834-1907) периодтық заңы зор ықпал етті. Сонымен қатар А. М. Бутлеровтың органикалық қосылыстар құрылысының теориясыда аналитикалық химияның дамуына үлкен үлес қосты. ХІХ ғасырда белгілі болған кітаптардың ішінен Г. Розенің (1829) «Руководство по аналитической химии» және К. Р. Фрезениустың «Руководство по качественному химическому анализу» (1841) деген еңбектерін атауға болады. Аналитикалық химияның одан әрі дамуы мен оның оқытылуына 1871 жылы А. А. Меншуткин (1842-1907) жазған «Аналитикалық химия» оқулығы айтарлықтай үлес қосты.

Н. С. Курнаков ұсынған (1860-1941) «құрам-қасиет» диаграммасын зерттеуге негізделген физика-химиялық анализ әдісі химияның бір бөлімі болып қалыптасты. Бұл әдіс күрделі жүйелерде түзілетін қосылыстардың құрамдары мен қасиеттерін жеке қосылыстарды кристалл түрінде бөлмей-ақ анықтауға мүмкіндік ашты.

ХІХ ғасырдың екінші жартысында аналитикалық химия үшін металдардың органикалық заттармен түзетін комплексті қосылыстарын зерттеудің мәні өте зор болды. Осы бағыттағы зерттеулер нәтижесінде Л.А. Чугаев (1873-1922) 1905 жылы диметилглиоксим реактивін никельді ашуда қолдануды ұсынды. Кейін бұл реактивке Чугаевтің аты берілгені бүкіл әлемге белгілі.

1903 жылы М. С. Цвет (1872-1919) қасиеттері бір-біріне ұқсас болатын қосылыстарды олардың адсорбциялық және басқа да қасиеттеріне сүйене отырып тиімді түрде бөлу әдісін, яғни хроматографиялық анализді ұсынды. Бұл әдістің артықшылықтары кейінірек, ондаған жылдар өткен соң ғана толық бағаланды. 1954 жылы А. Мартин мен Р. Синдж бөлу хроматографиясын дамытудағы еңбектері үшін Нобель сыйлығын алды.

Аналитикалық химияның одан әрі дамуы химиялық реакциялардағы тепе-теңдіктерді ашқан Н. Н. Бекетовтың (1827-1911) және әрекеттесуші массалар заңын ашқан К. М. Гульдберг (1836-1902) пен П. Ваагенің (1833-1900) аттарымен байланысты. 1887 жылы С. Аррениустің (1859-1927) электролиттік диссоциация теориясы пайда болғаннан кейін химик-аналитиктер химиялық реакцияларды сандық жағынан тиімді басқаруға қол жеткізді, ал химиялық термодинамиканың жетістіктері бұл мүмкіншілікті одан әрі кеңейтті. Аналитикалық химияның теориялық негіздерінің дамуына В.Оствальдтың (1853-1932) 1894 жылы жарық көрген «Научные основы аналитической химии в элементарном изложении» деген монографиясы үлкен роль атқарды. Аналитикалық химиядағы тотығу-тотықсыздану әдістерінің дамуына Л. В. Писаржевский (1874-1938) мен Н. А. Шилованың (1872-1930) тотығу-тотықсыздану процестерінің электрондық теориясы бойынша жұмыстары да үлкен үлес қосты.

ХХ ғасырдың 20-шы жылдарынан бастап сандық эмиссионды спектральды анализ, абсорбциялық спектроскопия қарқынды дами бастады. Жарықтың қанықтығын өлшейтін құрылғылар жасала бастады.

1925 жылы Я. Гейровский (1890-1967) полярографиялық анализ әдісін жасап ұсынды. Бұл еңбегі үшін ол 1959 жылы Нобель сыйлығын алды. Осы жылдары хроматографиялық, радиохимиялық және тағы да басқа анализ әдістері дамып жетіле бастады. 1959 жылдан бастап Э. Уолш ұсынған атомды-абсорбциялық спектроскопия қарқынды түрде дамыды.

Өндіріс пен ғылымдағы дамулар аналитикалық химиядан жаңа әдістерді талап етті. Осылайша қоспалардың сандық мөлшерін 10^-6-10^-7 және одан да төмен дәрежеде анықтаудың қажеттігі пайда болды.

Академик Ю. П. Золотовтың «Аналитическая химия: логика развития в 50-90-е годы» деген «Аналитическая химия» журналында 1993ж., 48 том, №7, 1116-1127 бб. жарияланған мақаласында аналитикалық химияның ХХ ғасырдың 50-90 жылдары арасындағы дамуына баға берілген. Ю. П. Золотовтың өзі аналитикалық химияның осы жылдар аралығындағы дамуының нағыз куәгері болып табылады.

Қазіргі күні, әрине, аналитикалық химия көптеген өзгерістерге ұшырады, атап айтқанда, анализ әдістерінің қатары кеңіді, әсіресе оның физикалық және биологиялық бағытта дамуын айтуға болады. Сонымен қатар анализ әдістері экспрессті, дәл, автоматтандырылған, математикалық және компьютерлік өңделетін жағдайға жетті. Соңғы кездерде бөлу мен анықтау әдістерін біріктіріп қолданатын гидридті әдістер қатары пайда бола бастады.

Бүгінгі күні біз «жаңа» аналитикалық химиядан «қазіргі заманғы» аналитикалық химияға ауысу кезеңіндеміз, бұл кезең математикалық, кибернетикалық ұғымдарды, соның ішінде компьютерді көбірек қолданумен сипатталады. Басқа ғылымдардың дамуы сияқты аналитикалық химияның дамуы да ең алдымен практика талабына және ішкі қажеттіліктерге, яғни әр ғылымның дамуға ұмтылуына сәйкес жүзеге асады.