Аналитическая химия прошла большой исторический путь. Можно выделить следующие периоды: наука древних; алхимия (IV-XVI вв.), ятрохимия (XVI-XVII вв.), эпоха флогистона (XVII-XVIII вв.), период научной химии (XIX-XX вв.), современный период.
Анализ в древности. Неизвестно, когда люди стали изучать состав окружающих их веществ, но понятно, что это было очень давно, скорее всего в конце неолита. Без такого изучения невозможно было бы отыскивать руды и получать из них сплавы (например, бронзу). Дубление кожи, окрашивание тканей, изготовление мыла и некоторые ремесла также требовали изучения состава и свойств природных веществ. Первый аналитический прибор – весы – был известен с глубокой древности. Анализу подвергали руды, сплавы, изделия из драгоценных металлов. В древности умели определять концентрацию по удельному весу; само понятие «удельный вес» известно, по крайней мере, со времен Архимеда. По-видимому, вторым по времени появления аналитическим прибором является ареометр, он описан в трудах древнегреческих ученых.
В произведениях Теофаста «О камнях» говорится об определении золота с помощью так называемого пробного, или пробирного камня; способ этот применяется и до сих пор, например, в инспекциях пробирного надзора. О чистоте золота судили по виду черты, оставляемой испытуемым образцом на специальном «пробном камне» (кремнистом сланце). Позднее эту черту стали сравнивать с чертой, оставляемой на том же камне образцами с известным содержанием золота (эталонами). Цвет оставляемой царапины, а точнее ее оттенок, и толщина зависят от содержания золота. Таким способом удавалось не только определить соотношение золота и серебра («пробу» сплава), но и содержание в нем меди.
Во времена алхимии выполнен огромный объем экспериментальных работ, что способствовало развитию техники химических операций и накоплению обширной информации о свойствах веществ. Было найдено много новых способов различать вещества. Был отработан метод определения золота и серебра, основанный на «пробирной плавке» - плавлении в присутствии восстановителя и металла-носителя (обычно свинца), в расплаве которого хорошо растворяются драгоценные металлы. Были открыты цинк, сурьма и висмут. В XIII – XIV вв. европейские алхимики научились получать концентрированную серную и азотную кислоты, царскую водку, а несколько ранее – этиловый спирт. Появление концентрированных минеральных кислот сделало возможным кислотное растворение минералов и сплавов, без чего был невозможен их последующий анализ «мокрым путем». Для анализа алхимики впервые стали проводить химические реакции в растворах, при этом они наблюдали и такие реакции, которые в дальнейшем стали использовать в качественном анализе. Например, взаимодействие нитрата серебра и соляной кислоты с образованием осадка хлорида серебра, а также выделение аммиака из солей аммония при их нагревании.
Таким образом, античные, арабские и европейские алхимики хотя и не разработали новых методов, но зато создали необходимые предпосылки для последующей разработки химических методов анализа. Значение алхимического периода заключается в создании оборудования и реактивов, необходимых для проведения анализа. Алхимиками были изобретены печи для длительного и сильного нагрева веществ под тягой, водяные и песчаные бани, перегонные кубы, реторты, колбы и многое другое.
В период ятрохимии(от греч. iatrós врач и химия) появились новые способы обнаружения веществ, основанные на переводе их в раствор. В этот период было открыто большинство химических реакций, которые в дальнейшем были использованы при разработке классической схемы анализа.
В ряд знаменитых химиков этого периода следует поставить английского ученого Роберта Бойля (XVII в.), который не просто изучал состав веществ, но считал познание природы веществ основной частью химических исследований. Со времен Р. Бойля и до первой половины XIX в. аналитическая химия была основной частью химии. Реальными компонентами всех веществ, с точки зрения Р. Бойля, являются те «элементы», на которые можно разложить вещество в ходе его обработки.
Вслед за античными философами Р. Бойль принимал атомистическую гипотезу. Только слово «атом» он заменил термином «корпускула».
Р. Бойль систематически использовал экстракты растений и животных тканей для определения кислотности и щелочности растворов. Например, он установил, что в щелочном растворе экстракт фиалки становится зеленым. Известное с древних времен свойство экстракта дубильных орешков окрашиваться в присутствии железа и меди, было дополнено наблюдением, что интенсивность возникающей при этом окраски зависит от содержания металла в растворе. О составе осадков Бойль судил по форме образующихся кристаллов. Благодаря ему химия отделилась от медицины, это был конец эпохи ятрохимии.
В XVIII в. (время теории флогистона) многое было сделано в области изучения газов. Создателями газового анализа были работавшие примерно в одно время Г. Кавендиш, Дж. Пристли, К. Шееле, Дж. Блэк. С их именами связано открытие кислорода и водорода, а также много других открытий. Например, шведский ученый К. Шееле получил щавелевую кислоту, которую сам и предложил впервые как реагент на кальций. Большую роль в развитии аналитической химии в XVIII столетии сыграл А. Маргграф, который начал использовать микроскоп в химическом анализе, ввел новые методы, в том числе способ определения серебра с помощью хлорида.
Разделение химического анализа на качественный и количественный обычно связывают с именем шведского ученого Т. Бергмана (1735-1784). Он установил влияние углерода и фосфора на свойства железа. Точное определение содержания углерода в разных образцах железа, полученного с использованием каменного угля, открыло дорогу современной металлургии. Ему принадлежит создание первой схемы качественного химического анализа.
М.В. Ломоносов (1711-1765) впервые стал систематически применять весы при изучении химических реакций. В 1756 г. он экспериментально установил фундаментальный закон сохранения массы веществ, составивший основу количественного анализа. Ломоносов разработал многие приемы химического анализа, не потерявшие значение до наших дней (фильтрование под вакуумом, операции гравиметрического анализа и т.д.)
Развитие гравиметрии в значительной степени связано с исследованиями двух знаменитых ученых: А.Л. Лавуазье и Й.Я. Берцелиуса. Наиболее известное открытие Лавуазье – определение состава воздуха и установление роли кислорода в процессах горения и дыхания, что опровергло теорию флогистона. Дж. Дальтон (1766-1844) развил атомистическую теорию вещества и установил законы постоянства состава и кратных отношений. Ж.Л. Гей-Люссак (1778-1850) и А. Авогадро (1757-1856) сформулировали газовые законы. Аналитическая химия, обогащаясь новыми методами, продолжала развиваться и совершенствоваться. В конце XVIII в. Т.Е. Ловиц (1757-1804), развивая идеи М.И. Ломоносова, создал микрокристаллоскопический анализ – метод качественного анализа солей по форме их кристаллов.
Существенное значение имело установление закона светопоглощения (П. Бугер, И. Ламберт, А. Бер, (XVIII-XIX вв.). Русский минеролог В.М. Севергин (1765-1826) на рубеже XVIII и XIX столетий предложил колориметрический метод анализа, основанный на зависимости интенсивности окраски раствора от концентрации вещества.
Французский химик Франсуа Декруазиль разработал основы объемных методов анализа, включая специальные приспособления (бюретки, пипетки и т.д.). Его соотечественник Жозеф Луи Гей-Люссак усовершенствовал и существенно расширил область применения титриметрического анализа. Эти методы вместе с гравиметрическим составили основу классической аналитической химии и сохранили свое значение до настоящего времени.
Благодаря трудам И.Я. Берцелиуса (1779-1848) и Ю. Либиха (1803-1873) были усовершенствованы и развиты методы анализа органических соединений на содержание основных элементов – C, H, N. Важное открытие в 1859-1860 гг. делают немецкие ученые Р.В. Бунзен и Г.Р. Кирхгоф. Они предлагают спектральный анализ, который становится одним из основных методов аналитической химии, непрерывно развивающимся до настоящего времени.
Огромное влияние на развитие химии и других наук оказало открытие в 1869 г. Д.И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона, а А.М, Бутлеровым – создание теории строения органических соединений. Значительное влияние на формирование аналитической химии и ее преподавание оказала вышедшая в 1871 г. «Аналитическая химия» Н.А. Меншуткина (1842-1907), выдержавшая 16 изданий в нашей стране и переведенная на немецкий и английский языки.
Считается, что с этого времени аналитическая химия превратилась в самостоятельную ветвь химической науки.
В конце XIX в. начался процесс интенсивного развития аналитической химии. Промышленная революция наряду с резко возросшими требованиями и спросом на результаты химического анализа стимулировала внедрение в повседневную практику аналитической химии достижения смежных наук.
Химический анализ органических соединений развивал в своих работах Юстус Либих, а Фриц Прегль за вклад в совершенствование микроаналитических методов удостоен в 1923 г. Нобелевской премии. Достижения органической химии успешно применены в анализе неорганических соединений благодаря усилиям М.А. Ильинского и Л.А. Чугаева. Заметный вклад в развитие аналитической химии внесли Фриц Файгль и Н.А. Тананаев, разработавшие основные приемы капельного анализа.
В советское время с помощью химического анализа решены многие геохимические проблемы и проблемы комплексной переработки минерального сырья под руководством наших выдающихся ученых В.И. Вернадского, А.П. Виноградова и И.П. Алимарина.
В конце XIX начале XX в. закладывался фундамент бурного развития инструментальных методов анализа. В 1903 г. М.С. Цвет (1872-1919) предложил хроматографический анализ – эффективный способ разделения близких по свойствам соединений, основанный на использовании адсорбционных и некоторых других свойств вещества.
Значительным дополнением к титриметрическим методам было развитие так называемого комплексонометрического титрования – метода, основанного на применении в качестве титранта натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Вклад в это направление внесен прежде всего швейцарским химиком Г. Шварценбахом и чехословацким ученым Р. Пршибилом (30-50 гг. XX в.).
Появилось много физических и химических методов анализа – масс-спектрометрические, рентгеновские, ядерно-физические, новые варианты электрохимических методов, интенсивно развивались фотометрические методы (особенно с использованием органических реагентов).
В заключение следует отметить, что аналитическая химия в настоящее время характеризует общий подход к выбору путей и методов анализа конкретных объектов, опираясь на достижения химии, физики, математики, научного приборостроения и компьютерной техники.