lliÇÓ inaugural curs 2004/2005

LLIÇÓ INAUGURALCURS 2004/2005

UNIVERSITAT D’ALACANT23 de setembre de 2004

brought to you by COREView metadata, citation and similar papers at core.ac.uk

provided by Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante

https://core.ac.uk/display/132347827?utm_source=pdf&utm_medium=banner&utm_campaign=pdf-decoration-v1

2

Química Analítica i Premi Nobel

A la meua famíliaA la memòria dels meus pares

3

Guillermo López Cueto

tradició mantinguda en laUniversitat d’Alacant, igual que,crec, en totes les universitats

espanyoles, incloure, com a part del solemneacte d’obertura oficial del curs acadèmic, unalliçó inaugural, impartida per un dels seusprofessors, responsabilitat que, en aquesta ober-tura del curs 2004-2005, ha recaigut en la meuapersona. En relació amb aquest fet, seguint elque ha esdevingut també, si no tradició, síalmenys costum, és convenient recordar quela designació del professor a qui s’encomanaaquesta tasca s’efectua en aquesta universitatatenent un criteri de rotació de les facultats iescoles, i d’antiguitat dins del centre, i és, pertant, l’atzar, i no els mèrits acadèmics de quiels parla, la causa de la meua presència davantvostès.

L’elecció del tema sobre el qual hauriade versar aquesta lliçó no ha sigut decisió pre-sa a la lleugera. En universitats de rànciatradició, la lliçó inaugural de curs —en tempsdenominada oració inaugural, en atenció a laseua naturalesa exclusivament oral, més tardacompanyada de l’edició impresa— solia seramb freqüència de caràcter exhortatiu, com,pel que sembla, solia anomenar-la Unamuno,i tenia com a principals, i quasi únics,destinataris els estudiants que s’afanyaven ainiciar un nou curs. Una lliçó d’aquestescaracterístiques aniria encaminada, comassenyalava el professor Lamberto deEchevarría en la que ell mateix va pronunciarel 1977 a la Universitat de Salamanca, “a can-tar les excel·lències de la Saviesa i del treballintel·lectual, i a animar professors i alumnesamb vista a les tasques del nou curs”. En altresocasions s’optava per un tema rigorosamentcientífic, una lliçó “exposada amb la brevetat

Química Analítica i Premi NobelUn perfil de la seua história comuna

GUILLERMO LÓPEZ CUETOCatedràtic de Química Analítica

Universitat d’Alacant

que l’escassesa del temps i l’heterogeneïtat del’auditori exigirien” [1].

El tema que he elegit és molt més pròxima la segona de les opcions. No obstant això,tampoc he cregut que un tema de la meuaespecialitat amb un contingut propi, perexemple, de les assignatures de llicenciatura odoctorat, poguera mantenir l’interès més que,a tot estirar, dels col·legues de química analíti-ca o altres matèries científiques afins. Desprésd’aquestes consideracions, la meua pretensióper a aquesta lliçó no ha sigut una altra queportar a terme una incursió, basada més endades biogràfiques i fets curiosos que en àridesdisquisicions científiques, a través deldesenvolupament que han experimentatalgunes tècniques analítiques, principalmentdurant el passat segle XX. La diversitat de lestècniques que configuren la metodologia ac-tual de la química analítica fa imprescindibleseleccionar aquelles sobre les quals aquesta lliçóha de tractar. He volgut portar a terme aquestaselecció amb un criteri objectiu, com m’hasemblat que és l’atenció que els avanços en lametodologia analítica han merescut de lacomunitat científica internacional, i que s’hamaterialitzat en la concessió del guardó mésprestigiat universalment des de l’any 1901, comsens dubte és el premi Nobel, a alguns delscientífics que han contribuït a la creació deprincipis i mètodes en la disciplina del’ensenyament de la qual m’ocupe.

En la relació de descobriments científicsdistingits pel premi Nobel de química no sónfreqüents les contribucions científiquesespecífiques en química analítica. Una de lesraons es troba que molts dels mètodes itècniques analítics i de separació han sigut

És

4


desenvolupats dins de projectes i programesd’investigació en camps diversos de la ciència,com ara química inorgànica, química orgànica,bioquímica o fisiologia.

El primer científic distingit amb el premiNobel de química per un treball específic en elcamp de l’anàlisi química (microanàlisiorgànica) va ser Fritz Pregl (que, curiosamentno era químic, sinó metge), el 1923. Per aquelltemps publicava Jaroslav Heyrovsky (un químicfísic) els seus primers treballs sobre polarografia,pels quals seria guardonat també amb el premiNobel bastants anys després, el 1959. Unsquants anys abans, el 1952, els bioquímicsArcher J. P. Martin i Richard L. M. Syngehavien rebut conjuntament el premi Nobel dequímica pel descobriment o invenció de lacromatografia de partició.

A més dels referits anteriorment, caldriacitar altres científics que, encara que no vandesenvolupar el seu treball amb fins analítics,van ser distingits amb el premi Nobel de quí-mica per contribucions a la ciència que hansuposat avanços substancials en eldesenvolupament de la teoria o la pràctica dela química analítica. Així passa, per exemple,amb Svante Arrhenius, químic suec a qui vaser concedit el premi Nobel de química el 1903“en reconeixement dels extraordinaris serveisprestats a l’avanç de la química a través de laseua teoria de la dissociació electrolítica”,contribució que, juntament amb la del’alemany Wilhelm Ostwald en relació amb elsprincipis fonamentals de l’equilibri químic, perla qual va merèixer el premi Nobel de químicael 1909, constitueixen les bases teòriques de laquímica de les dissolucions, present com éssabut en una gran varietat de tècniques d’anàlisiquímica i de separació. El primer científic nord-americà que va merèixer la distinció del premiNobel va ser Theodor William Richards, el1914, i ho va ser en reconeixement als seusresultats en la determinació de les massesatòmiques de nombrosos elements químics, fetque va constituir el primer pas per aldescobriment dels isòtops. Els treballs deRichards es van basar en l’ocupació sistemàticade mètodes clàssics d’anàlisi química. Unatècnica que s’aplica des de fa dècades amb finsanalítics, però que en els seus inicis va ser

desenvolupada com a mitjà per a portar a termetreballs d’investigació en altres camps, ésl’espectrometria de masses, que es basa en lamesura precisa de la relació massa/càrrega delsions formats en un gas. El primer aparell per aportar a terme aquest tipus de mesures va serideat, dissenyat i construït per Francis Aston(Gran Bretanya) el 1919. Aston va denominarespectrògraf de masses aquest instrument, i elva utilitzar per a determinar les massesatòmiques dels elements amb més precisió dela que fins llavors s’havia aconseguit, fet que liva permetre descobrir un gran nombred’isòtops, i pel qual va rebre el premi Nobelde química el 1922. El 1926, TheodorSvedberg (Suècia) va ser distingit amb el premiNobel de química pels seus estudis en la quí-mica dels col·loides. Per a aconseguir laprecipitació de les partícules col·loïdals,Svedberg va haver de construir unaultracentrífuga, dissenyada per ell mateix, elsprimers models de la qual podien treballar perdamunt de les 30.000 rotacions per minut(velocitat que produïa una acceleració milersde vegades superior a la de la gravetat), i va serconsiderat per això el pioner de la tècnica de laultracentrifugació, de reconeguda utilitat en laseparació de macromolècules i nombrosessubstàncies d’interès bioquímic. El 1925Svedberg havia admès com a ajudantd’investigació el jove químic, també suec, ArneWilhelm Kaurin Tiselius, l’interès del qual esva centrar en la separació de proteïnesmitjançant l’ús d’un camp elèctric, tècnica de-nominada electroforesi, i que estava basada enuna idea que, encara que proposada a la fi delsegle XIX, no havia conduït fins llavors a resultatsrellevants. Els resultats obtinguts per Tiseliusli van merèixer el premi Nobel de química el1948, i la consideració de pare del’electroforesi, tècnica que ha experimentat unautèntic renaixement en les últimes duesdècades amb el desenvolupament de la deno-minada electroforesi capil·lar.

Centraré, no obstant això, el contingutd’aquesta lliçó en les tres tècniquesespecíficament analítiques en eldesenvolupament de les quals van col·laborarels primers científics que he esmentat:microanàlisi elemental orgànica, cromatografiai anàlisi polarogràfica.

5


1. Microanàlisielemental orgànica

Ja en el segle XVII se sabia que lessubstàncies orgàniques contenien carboni ihidrogen, atès que la combustió d’aquellesproduïa diòxid de carboni i vapor d’aigua. Amés dels elements esmentats, la majoria de lessubstàncies orgàniques contenen oxigen,moltes d’aquestes nitrogen i, amb menorfreqüència, sofre, fòsfor i altres elements.Conseqüentment, el procés d’analitzar uncompost orgànic desconegut s’inicia amb ladeterminació del seu contingut en els elementsesmentats —anàlisi elemental— com a primerpas per a l’establiment de la seua fórmula em-pírica. El 1923 es concedeix el premi Nobelde química a Fritz Pregl “per la invenció delmètode de microanàlisi de les substànciesorgàniques”, segons figura textualment enl’acta de la Reial Acadèmia Sueca de lesCiències. Estrictament parlant, Pregl no va in-ventar els mètodes químics d’anàlisi elementalorgànica, sinó que va adaptar mètodes jautilitzats llavors a una escala de treball de l’ordrede 100 vegades més petita, escala que li vapermetre partir de mostres de pocs mil·ligrams.

Per a comprendre l’evolució de l’anàlisielemental i la seua situació quan Pregl començaels seus treballs, a principis del segle XX, convéremuntar-se als últims anys del segle XVIII, enels quals el gran químic francès Antoine LaurentLavoisier, nascut a París el 1743, intentavaanalitzar quantitativament les substànciesorgàniques mitjançant la determinació delcontingut en carboni i hidrogen. Lavoisier vadescriure els procediments emprats en el seullibre Traité elementaire de chimie [2], publicatel 1789, i per a la preparació del qual va trobaren la seua esposa una activa col·laboradora (vaser Mme. Lavoisier qui va dibuixar curosamentels complicats muntatges experimentals quel’il·lustren). A diferència dels experimentsd’anàlisi de substàncies orgàniques que s’havienfet fins llavors, l’etapa inicial de les quals era ladestil·lació de la mostra, el mètode de Lavoisiers’iniciava amb la seua combustió, bé enpresència d’aire o d’oxigen, o bé en presènciade clorat de potassi o òxids metàl·lics com asubstàncies subministradores d’oxigen, per a

mesurar a continuació les quantitats de diòxidde carboni i d’aigua produïdes en la combustió.Encara que els resultats obtinguts per Lavoisiervan ser satisfactoris només en una petita part,les seues contribucions constitueixen,certament, les bases químiques de l’anàlisiorgànica, la metodologia de la qual hauria dedesenvolupar-se al llarg del segle XIX,desgraciadament ja sense el concurs del mateixLavoisier. El rigor del pensament científic deLavoisier, i la superioritat intel·lectual demos-trada en una polèmica que es va desenvoluparen el si de l’Acadèmia Francesa de les Ciènciesvan despertar recels en alguns acadèmics quehavien arribat a cert poder en la recentmentiniciada Revolució Francesa, entre els quals estrobava el radical Marat. A instàncies d’aquest,Lavoisier va ser desposseït dels càrrecs políticsi acadèmics que ocupava i, quatre anys més tard,detingut, jutjat, condemnat i executat al maigde 1794, a l’edat de 50 anys. No resulta fàcildecidir què produeix més indignació en elpensament científic posterior a Lavoisier, si elfet d’haver truncat brutalment la vida delcientífic en la seua plenitud creadora, o elmenyspreu amb el qual, després de la seuadetenció, va ser tractada la seua obra científi-ca: quan algú va voler intercedir davant el tri-bunal que el va jutjar, assenyalant que l’acusatno era un contrarevolucionari sinó un científic,el jutge Coffinhals va respondre amb latristament cèlebre frase: “La República nonecessita savis”. El matemàtic Lagrange,contemporani de Lavoisier, diria davant aquestdramàtic desenllaç: “Ha bastat un instant pera fer caure el seu cap, mentre que, tal vegada,cent anys no seran suficients per a reproduir-ne una altra de semblant”.

Després de Lavoisier, els també francesosBerthollet [3], Gai-Lussac i Thénard [4] vandissenyar diferents dispositius per a l’anàlisi ele-mental de substàncies orgàniques, basats tambéen la combustió de la mostra. Però va ser JönsJacob Berzelius (1779-1848), metge i químicsuec, qui va introduir les modificacions méssubstancials en els mètodes d’anàlisi elemen-tal: va millorar l’eficàcia de la combustióportant-la a terme en un tub horitzontal(Lavoisier emprava una campana de vidre,mentre que Berthollet i Gai-Lussac i Thénardusaven un tub en posició vertical) i va simplifi-

6


car notablement els procediments de mesurade l’aigua i del diòxid de carboni produïts enla combustió [5]. Gràcies a això va aconseguirresultats molt més exactes que els queproporcionaven els mètodes precedents.

Malgrat tot, els mètodes de Berzeliusvan ser criticats amb certa aspror pel seucontemporani Liebig, que els va considerarextremament lents. Justus Liebig (1803-1873) va ser un químic alemany que va des-tacar principalment en la química orgànica,però també en l’anàlisi química, l’agroquímicai la química alimentària. Fins i tot sent uncientífic prestigiós en el seu temps, els seusingressos professionals no eren moltsubstanciosos. Per tant, durant la major partde la seua vida va passar angúnieseconòmiques, situació que li causavadepressions i bruscos canvis d’humor. Fins itot va arribar a pensar en el suïcidi, com cons-ta en la correspondència que va mantenir ambels seus col·legues Berzelius i Wöller. Aquestúltim atribuïa les crisis anímiques de Liebig alque en el seu particular argot denominavahysteria chemicorum (el que avui potser seriadiagnosticable com a ansietat o estrès). En lacerca de fonts d’ingressos addicionals, Liebigva muntar, inicialment sense èxit, algunespetites indústries en el camp alimentari, finsque va trobar aplicació pràctica a una ideapròpia que havia suggerit en algun dels seusescrits: la possibilitat d’obtenir extractes decarn que es pogueren conservar. Quan es vaassabentar de l’existència d’excedents de bovía la Pampa argentina (on, pel que sembla, enaquells dies s’apreciava més la pell que la carnmateixa), no tardà a trobar socis per a finançarel seu projecte, que va tenir uns resultatsexcel·lents. De fet, la fabricació icomercialització d’extractes de carn amb el seupropi nom es manté fins als nostres dies. Ésmolt probable que, popularment, el nom deLiebig siga més conegut per la sopa “de so-bre” que per les seues contribucions a la quí-mica orgànica o a l’anàlisi química...

Tornant al camp de l’anàlisi elemental,la principal contribució de Liebig va ser eldisseny, el 1831, d’un aparell per a portar aterme la combustió de les mostres [6] quemillorava el sistema d’escalfament de Berzelius.

Així mateix va introduir la determinació deldiòxid de carboni mitjançant pesada, prèviaretenció del gas en hidròxid de potassi, ensubstitució de la mesura del volum de gas comfins llavors s’havia fet.

La determinació del contingut denitrogen en substàncies orgàniques no es vaaconseguir amb resultats satisfactoris fins queDumas va millorar, el 1831, un complicat itediós mètode que havia proposat Liebig. JeanBaptiste André Dumas (1800-1884) va serprimer aprenent de farmàcia al sud de França,va estudiar química a Ginebra i, després depassar per l’Escola Politècnica de París com aajudant de química, va arribar a ser nomenatprofessor de la Universitat de la Sorbona.Dumas és considerat per molts químicsorgànics el fundador d’aquesta branca de laquímica. Va destacar per l’escrupolós treballde laboratori i per l’exactitud dels resultatsque obtenia en els seus experiments.Intel·lectual i polifacètic, Dumas va destacartambé en la política (va ser ministred’Agricultura i Comerç i alcalde de París). Ala seua mort, se li van reconèixer, amb un fu-neral d’estat, els serveis que havia prestat alseu país.

La determinació de nitrogen encompostos orgànics pel mètode de Dumas esbasa en la reducció dels òxids de nitrogenformats en la combustió de les mostres, fent-los passar per un tub que conté coure metàl·lica elevada temperatura, per a mesurar desprésvolumètricament el gas nitrogen producted’aquesta reducció [7]. Aquest mètode haexperimentat pocs canvis des que va serproposat, però resultava tediós a altres químicsque van intentar aplicar-lo.

Com a alternativa a la determinació delnitrogen orgànic per combustió de la mostra, idesprés d’alguns intents fallits, el danès JohanGustav Christoffer Thorsager Kjeldahl (1849-1900) va publicar el 1883 un mètode basat enla conversió del nitrogen en amoníac per viahumida (digestió amb àcid sulfúric concentrat),seguida de destil·lació del amoníac i de ladeterminació volumètrica d’aquest [8]. Enca-ra que el mètode de Kjeldahl no és aplicable amolts compostos orgànics nitrogenats a causa

7


de la conversió incompleta del nitrogen enamoníac, condueix, no obstant això, a resultatsexactes quan s’aplica a mostres que contenennitrogen proteínic.

El primer mètode per a la determinacióde sofre en substàncies orgàniques va serproposat el 1830 pels francesos Henry i Plisson[9], que transformaven aquest element endiòxid de sofre mitjançant el tractament ambcorrent d’oxigen en presència d’òxid de ferro iarena de quars. Quatre anys després apareixenquasi simultàniament dues publicacions, unadel mateix Henry [10] i l’altra de l’alemanyZeise [11], en les quals, seguint tractamentsdistints, es transforma el sofre en sulfat per adeterminar-lo després gravimètricament.Aquestes són, essencialment, les bases delmètode que se segueix actualment per a lamicrodeterminació de sofre orgànic.

Entre 1860 i 1870, el químic alemanyGeorg Ludwig Carius (1829-1875)desenvolupa un mètode que permet determi-nar sofre i halògens en substàncies orgàniques,basat en la conversió d’aquests elements ensulfat i haluros, respectivament, mitjançant untractament comú: tractament amb àcid nítricen presència de clorur de bari i nitrat de plata,com a pas previ a les corresponentsdeterminacions gravimètriques [12-14].

Coincidint amb el desenvolupament dela bioquímica i la fisiologia, els químics orgànicsde finals del segle XIX i principis del XX vancomençar a interessar-se per la química delséssers vius, animals i vegetals, i de les substànciesd’aquesta procedència. L’aïllament i purificacióde les substàncies orgàniques presents en elsproductes naturals requeria costosos i elaboratsprocediments. Per aquesta raó no resultava fàcildisposar de quantitats de mostra suficients pera fer-ne una anàlisi elemental mitjançant elsmètodes a l’ús (entre 0,2 i 2 grams). Resultavanecessari, per tant, reduir dràsticament l’escalade treball per a poder analitzar quantitats demostra que haurien de ser unes cent vegadesmés baixes. Va haver-hi dos fets que vanpossibilitar aquesta reducció: d’una banda, laconstrucció de balances de gran sensibilitat(microbalances) i, de l’altra, l’adaptació delsmètodes d’anàlisi elemental a la nova escala de

treball, allò que es coneix amb el nom demicroanàlisi.

La primera microbalança va serdissenyada el 1903 pel químic-físic alemanyWalther Hermann Nernst (1864-1941), mésconegut en l’àmbit científic pels seus treballsen termoquímica i termodinàmica química, pelsquals li va ser concedit el premi Nobel de quí-mica el 1920. La microbalança de Nernst, ba-sada en la torsió d’una fina fibra de quars,presentava una extrema sensibilitat, però la seuacapacitat o càrrega estava limitada a uns quantscentigrams [15]. Això li restava utilitat enanàlisi química. Uns quants anys més tard, el1911, Wilhelm Kuhlmann va construir aHamburg una microbalança destinada al treballamb metalls preciosos que arribava a unasensibilitat de 0,01 a 0,02 mg. La microbalançade Kuhlmann ocuparia un paper crucial en eldesenvolupament de la microanàlisi portada aterme per Pregl a Àustria.

La microquímica i la seua faceta analíti-ca, la microanàlisi, s’inicien a principis del segleXX en les dues universitats de la ciutat austríacade Graz. La Universitat Tècnica de Graz és lamés moderna —havia sigut fundada el 1811—i va ser allí on Friedrich Emich (1860-1940),que va exercir com a professor durant diversesdècades, va contribuir decisivament aldesenvolupament de les tècniquesmicroquímiques, i particularment a lamicroanàlisi inorgànica. Així, Emich, encol·laboració amb Donau, havia desenvolupatel 1909 el primer mètode demicrodeterminació d’halògens [16]. Encaraque Emich és considerat un dels pioners de lamicroquímica, el terme microanàlisi va unitindissolublement al nom de Fritz Pregl (figura1) i a l’antiga i famosa Universitat de Graz, lafundació de la qual, el 1585, havia sigut im-pulsada pels jesuïtes, i que havia tingut en lesseues aules científics d’enorme prestigi(Johannes Kepler hi havia ensenyatmatemàtiques i retòrica abans de traslladar-sea Praga, el 1600, per motius religiosos).

Pregl havia nascut el 1869 a Laibach(l’actual Ljubljana), llavors sota el domini del’imperi austrohongarès. Va estudiar medicinaa la Universitat de Graz. Després de graduar-

8


se va aconseguir una plaça docent en l’Institutde Fisiologia de la mateixa universitat, onprompte va ser conegut per l’extraordinàriadestresa i enginy en el treball de laboratori.Després de dues breus estades el 1903 aAlemanya, on va treballar primerament a laUniversitat de Leipzig amb Wilhelm Ostwald,premi Nobel de química el 1909, i després a laUniversitat de Berlín amb Emil HermannFischer, que també havia sigut distingit ambaquest guardó el 1902, l’interès científic dePregl va començar a desplaçar-se des de lamedicina clínica cap a la fisiologia, labioquímica i l’anàlisi química. De retorn a Graz,és contractat per l’Institut de Química Mèdicael 1905, i nomenat metge forense el 1907, llocsque ocupa fins a 1910.

Durant aquests cinc anys a Graz és quanPregl concep la metodologia de la microanàlisi,com a conseqüència de les seues pròpiesnecessitats en el treball d’investigació que enaquells dies desenvolupava, centrat en l’anàliside les proteïnes extretes de la bilis i de l’orina.El problema amb què s’enfrontava era que elsmètodes tradicionals d’anàlisi elemental per acarboni, hidrogen i nitrogen (deguts a Liebigi a Dumas) requerien quantitats de mostra moltsuperiors a les que Pregl podia aïllar a partirdels fluids fisiològics. No sense certa dosid’ironia, el mateix Pregl descriuria les seuesreflexions sobre això en el discurs que va pro-nunciar en l’Acadèmia Sueca de les Ciències el

12 de desembre de 1923 en l’acte de recepciódel premi Nobel de química que li havia estatconcedit [17]:

“... durant el temps en el qual vaig estarinvestigant una substància que podiaobtenir-se només en quantitatsextraordinàriament petites, em vaig veureobligat a decidir entre processar tones dematerial o buscar nous mètodes que empermeteren arribar a resultats analíticscorrectes usant quantitats molt méspetites. Vaig decidir que aquesta últimaseria la forma d’actuar. El pla més obvi vaser aplicar reduccions a totes i cadascunade les coses, és a dir, moure el punt deci-mal un o dos llocs a l’esquerra, no nomésen relació a la quantitat de substància, sinótambé en relació a tots els aparellsimplicats, quantitats de reactius, etc.”

El 1910, Pregl es trasllada a laUniversitat d’Innsbruck, on ha sigut nomenatprofessor de química mèdica. És allí on, duranttres anys, inicia el desenvolupament experimen-tal dels mètodes de microanàlisi que haviaprojectat a la Universitat de Graz. S’interessaper la microbalança de Kuhlmann i aconsegueixla col·laboració d’aquest perquè en perfeccio-ne el disseny seguint els seus propissuggeriments, tendents a arribar a unes millorsprestacions en el treball microanalític.D’aquesta forma, Pregl aconsegueix disposard’una microbalança que unia a una capacitatde fins a 20 g una exactitud de 0,001 mg [18].El 1913 Pregl torna a la Universitat de Graz,també com a professor de química mèdica, oncontinua quatre anys més amb el seu treballexperimental, treball que porta a termepràcticament sol, amb summa dedicació,habilitat i enginy. Excepte una comunicaciósobre el seu mètode de microanàlisi de carboni,hidrogen i nitrogen [19], Pregl no publica elsresultats parcials de la seua investigació. Comun perfeccionista incorregible, prefereixmillorar pacientment, sistemàticament iminuciosament els seus mètodes fins que con-sidera que poden donar-se a conèixer en el seuconjunt, cosa que fa el 1917 amb la publicaciódel seu llibre Die quantitative Mikroanalyse (Lamicroanàlisi quantitativa) [20], del qual s’hanfet set edicions en alemany (l’última a Viena,el 1958), i que ha sigut traduït també al francès,anglès i rus.

Figura 1. Fritz Pregl (1869-1930).

9


El mètode de Pregl es basa essencialmenten el procediment de Liebig per a ladeterminació de carboni i hidrogen, el deDumas per a la determinació de nitrogen i elde Carius per a la determinació de sofre ihalògens, incloent-hi així mateix procedimentsper a la determinació d’alguns grups funcionals,com carboxil, metoxi i metilimida. L’adaptacióportada a terme per Pregl d’aquestsprocediments a l’escala microanalítica no va ser,en contra del que poguera semblar, un fet tri-vial: a causa de la reducció de l’escala de treballapareixien errors considerables que havienpassat inadvertits en l’escala macroanalítica, lasolució dels quals va requerir grans dosisd’inventiva (figura 2). Així, les interferències ales quals donava lloc la presència de nitrogen,sofre o halògens en la microdeterminació decarboni i hidrogen van ser eliminadesmitjançant el que va denominar rebliment uni-versal del tub de combustió, la funció del qualera, en paraules del mateix Pregl, “retenir totel que no fóra diòxid de carboni o vapord’aigua”. Aquest rebliment consistia en òxidde coure, cromat de plom, plata metàl·lica idiòxid de plom, mescla que assegurava laretenció dels gasos de caràcter àcid causantsdels errors en la determinació del carboni.També en la microdeterminació de carboni ihidrogen, Pregl va advertir l’apariciócircumstancial d’errors per excés, i va observardesprés que aquells només es produïen quanels tubs de cautxú que utilitzava per a laconducció de l’oxigen emprat en la combustióeren nous, però no quan havien sigut objecte

d’un ús continuat. Pregl va sospitar que elcautxú nou desprenia substàncies volàtilshidrocarbonades que eren arrossegades perl’oxigen. Per això va decidir aplicar untractament perllongat amb oxigen als tubsabans d’usar-los. Així aconseguia unenvelliment artificial del cautxú i, amb això, ladesaparició dels errors. Un dels exemples mésevidents de la magnificació que es produeix enalguns errors quan es treballa en l’escalamicroanalítica el constitueix la mesura delvolum de nitrogen en la microdeterminaciód’aquest element pel procediment de Dumas:el volum de la finíssima pel·lícula de dissolucióque recobreix les parets del recipient de mesu-ra del gas és suficient per a produir errors con-siderables que, no obstant això, passen percomplet desapercebuts en l’escalamacroanalítica. En el discurs ja esmentat queva pronunciar en l’acte de recepció del premiNobel de química [17], Pregl va descriure ambconvicció aquests i altres problemes que s’haviatrobat al llarg de les seues investigacions, aixícom la solució que havia trobat a cadascun*.

Figura 2. Aparell de combustió de Pregl.

* La reducció d’escala que aplicava Pregl als seusexperiments per un factor de 100, afectava les masses iels volums, però no les superfícies, que haurien deresultar reduïdes només per un factor de 10, com potdeduir-se mitjançant consideracions geomètriqueselementals. Com a conseqüència d’això, qualsevol errorassociat a fenòmens de superfície hauria de manifestar-se, en termes relatius, en una proporció 10 vegadesmajor treballant en l’escala microanalítica que fent-hoen l’escala macroanalítica.

10


Fins i tot avui, després de transcorregutsquasi noranta anys, es continua reconeixentl’extraordinària vàlua del treball de Pregl:l’optimització dels mètodes emprats, el dissenyi construcció dels aparells de combustió i me-sura, el muntatge dels equips, tot això va serobra del seu enginy i esforç personal. Encaraque, com s’ha assenyalat anteriorment, Preglno va inventar la química de l’anàlisi orgànica,la reducció de l’escala de treball que va ser capaçd’aconseguir sense minva d’exactitud en elsresultats hauria sigut senzillament impossiblesense les qualitats i recursos d’un veritable in-ventor: ment imaginativa, destresa en el treballde laboratori i grans dosis de paciència.

Pregl va ser un científic amb un treballreconegut pels seus coetanis: el 1914l’Acadèmia Imperial de la Ciència de Viena liconcedeix el premi Lieben de química; el 1920la Universitat de Göttingen el nomena doctorhonorari; el 1921 és elegit membrecorresponent de l’Acadèmia de les Ciències deViena i, finalment, el 1923 l’Acadèmia Suecade les Ciències li atorga el premi Nobel dequímica.

La dedicació de Pregl al treball científicva ser absoluta; home més aviat solitari, no vaarribar a casar-se, i havia aconseguit estalviarun substanciós capital que va cedir el 1930,poc abans de la seua mort, a l’Acadèmia de lesCiències de Viena amb la finalitat de crear unfons amb el qual es premiara cada any uncientífic austríac distingit pels seus treballs enmicroquímica. Pregl va morir aquest mateixany, a l’edat de 61 anys. Des de 1931, i finsara, l’Acadèmia atorga el premi Fritz Pregl.

Molts dels químics austríacs distingitsamb el premi Fritz Pregl han aconseguit renomfora de les seues fronteres, tant en el camp dela microanàlisi com en uns altres de la químicaanalítica. Aquest és el cas de Fritz Feigl, que vaobtenir el premi en la seua primera edició(1931), amb una tècnica d’assajos a la gota pera la identificació de substàncies inorgàniques iorgàniques [21, 22] que es coneix i utilitzauniversalment, o el d’Anton Benedetti-Pichler,premi Pregl el 1933, que, acabada la guerraeuropea, havia sigut deixeble d’Emich i delmateix Pregl a Graz, i que pot considerar-se

l’introductor de la microquímica als EstatsUnits. Benedetti-Pichler es va traslladar el 1929a la Universitat de Nova York, en la qual vaorganitzar el laboratori de microanàlisi, disci-plina que va ensenyar primerament en launiversitat i després en el Queens College, finsal 1964. El 1935 va ser un dels fundadors de lainicialment denominada New York-New JerseySection of the Microchemical Society, que es vaconvertir el 1963 en l’American MicrochemicalSociety. Entre els químics analítics actuals quehan sigut distingits amb el premi Fritz Pregl estroben Robert Kellner (Universitat Tècnica deViena), premiat el 1977, i Hans Malissa(Universitat de Salzburg), que ho va ser el 1965i 1992.

Després de la publicació de l’obra dePregl han sigut nombrosos els investigadorsque han treballat en la millora dels seusmètodes, principalment en l’eficàcia del procésde combustió. El 1943 Belcher i Spooner,primerament a Shef field i després aBirmingham (Gran Bretanya) introdueixen enla microdeterminació de carboni i hidrogen unamodificació que denominen empty-tube (tubbuit) o de combustió ràpida [23],caracteritzada per l’absència de rebliment, unmajor flux d’oxigen i una temperatura de treballde 800º C. Això permet un temps de combustióquatre vegades més curt que el del mètodeclàssic de Pregl. Belcher i Ingram utilitzen mésavant un disseny similar per a lamicrodeterminació de sofre i halògens [24].Una alternativa substancialment diferent alsanteriors mètodes de combustió va serdesenvolupada el 1955 per Schöniger a Graz(Àustria), i consisteix bàsicament a omplird’oxigen un matràs tipus erlenmeyer, que jaconté la mostra i una dissolució d’hidròxid depotassi i peròxid d’hidrogen, i tapar-lohermèticament després d’iniciar la combustió[25]. Aquest mètode, conegut amb ladenominació de oxygen-flask (matràs d’oxigen)s’ha aplicat també a la determinació de carbonii hidrogen, i ha sigut objecte posteriormentde nombroses modificacions.

Un component de les substànciesorgàniques que no podia ser determinat pelmètode de Pregl és l’oxigen. El 1939, l’alemanyZimmermann va desenvolupar un procediment

11


per a la microdeterminació d’oxigen basat enla piròlisi de la mostra en presència d’un granexcés de carboni emprant platí com acatalitzador, condicions en les quals l’oxigenés transformat quantitativament en monòxidde carboni [26]. Al llarg del segle XX ladeterminació d’oxigen en substànciesorgàniques pures o en les seues barreges s’hafet més i més necessària en molts processos dela indústria i la tecnologia químiques. Aixísucceeix, per exemple, en el control del graude transformació en certes reaccions depolimerització o de condensació, o el controlde qualitat dels moderns combustibles des que,fa uns quants anys, el plom tetraetil ques’emprava com a antidetonant va haver de sersubstituït per compostos orgànics oxigenats.Encara que s’han proposat diferentsmodificacions al mètode de Zimmermann, enessència és aquest el que s’aplica en l’actualitat.

Els anys seixanta els mètodes demicroanàlisi elemental comencen a mostrar unaclara tendència a la simplificació il’automatització. La cromatografia de gasoss’introdueix com a forma de separació delsgasos procedents de la combustió, i les mesuresde conductividad tèrmica com a alternativa a

la determinació gravimètrica d’aquests.Prompte apareixen els primers analitzadorsautomàtics comercials: Coleman InstrumentsInc. (1961-1962), F & M Scientific Corp.(1963), Fisher Scientific Co. (1963) iTechnicon Instruments (1963), als qualss’incorporaran després American InstrumentsCo. i Perkin Elmer Corp. (1965) i HewlettPackard (1970). El processament de dadesmitjançant acoblament de l’ordinador al’analitzador elemental té lloc en la dècada delsvuitanta.

A pesar dels vertiginosos canvis que s’hanproduït en la metodologia de la microanàlisielemental en els últims trenta o quaranta anys,sobretot amb la generalització de l’ús delsanalitzadors automàtics, el procés demineralització contínua basat essencialment enel tub de combustió del mètode clàssic de Pregl.Les modificacions més substancials s’hanproduït en les etapes de separació i quantificaciódels gasos. En alguns analitzadors automàticsla separació es porta a terme, tal com es fa enel mètode clàssic de Pregl, mitjançant absorcióseqüencial dels gasos (figura 3), mentre queen uns altres s’ha incorporat una columna decromatografia de gasos, amb la qual cosa la

Figura 3. Esquema d’un analitzador elemental automàtic amb separació seqüencial dels gasos.

12


separació té lloc de forma contínua (figura 4).Pel que fa a la quantificació dels gasos, la me-sura gravimètrica (absoluta) del mètode clàssicha sigut reemplaçada per mesures diferencialsde conductivitat tèrmica. Aquesta és la formade detecció que solen dur incorporada els dostipus d’analitzadors.

El 1952, els britànics Martin i Syngereben el premi Nobel de química “per la seuainvenció de la cromatografia de partició”. En-cara que la contribució de Martin i Synge vaser essencial per a comprendre les basesteòriques de la cromatografia, per aquell tempsaquesta tècnica distava molt de ser una novetat.És necessari remuntar-se als primers anys delsegle XX per a trobar per primera vegada elterme cromatografia, introduït pel botànic rusMikhail Tsvet* en les seues primerespublicacions. Es poden trobar referències aalguns experiments bastant anteriors quepodrien considerar-se precursors de lacromatografia, com els del metge alemanyFriedrich Runge, publicats entre 1834 i 1850,en els quals descriu la formació d’anellsconcèntrics acolorits quan es diposita una gotade dissolució sobre un tros de paper de filtre[27-30], o els de Christian Friedrich Schönbeini Friedrich Goppelsröder, professors de quími-ca de la Universitat de Basilea, que, entre 1861i 1878 van desenvolupar el que van denomi-nar anàlisi capil·lar usant tires de paper de fil-tre per a la separació de nombroses substànciesorgàniques [31, 32]. En el primer Congrés In-ternacional del Petroli, celebrat a París el 1900,el nord-americà Day presenta els resultatsobtinguts en la separació de fraccions del petrolifent servir un jaç d’argila de batà [33, 34]. Elsestudis de Day es desenvolupaven als EstatsUnits en els mateixos anys que Tsvet estudiavaa Polònia la separació dels pigments acoloritscontinguts en extractes de plantes, moltprobablement sense que cap d’aquests científicstinguera notícia dels treballs fets per l’altre. Nosembla que Day continuara amb les seuesinvestigacions en aquest camp. Per tant,actualment es reconeix Tsvet com l’únic iautèntic pare de la cromatografia.

Figura 4. Esquema d’un analitzador elemental automàticamb separació contínua dels gasos mitjançant una columna

cromatogràfica.

2. CromatografiaQuan es tracta d’analitzar químicament

mostres complexes, poques vegades pot por-tar-se a terme la determinació individual delsseus components directament en la mostra. Elmés habitual és que siga necessari aplicar-hi unao diverses etapes prèvies de separació per a evi-tar interferències entre uns components i altresque puguen donar lloc a l’aparició d’errors enels resultats. La cromatografia és una tècnicade separació, sens dubte la més versàtil i eficaçde les que disposa el químic, i està basada enles diferències de mobilitat dels componentsd’una barreja (denominats soluts) com aconseqüència de les forces relatives ques’estableixen entre cadascun dels soluts i duesfases no miscibles, denominades fase mòbil ifase estacionària.

* S’han trobat referències bibliogràfiques amb les grafiesTswett, Tsvett i Tsvet. S’ha optat per utilitzar aquestaúltima per ser la transcripció més senzilla de l’alfabetciríl·lic al llatí i perquè és també la que sol aparèixer entextos transcrits a l’alfabet occidental per autors russos.

13


Mikhail Semenovic Tsvet (figura 5), depare rus i mare italiana, va nàixer el 1872 enun hotel d’Asti, al nord d’Itàlia, durant un llargviatge que els seus pares van haverd’interrompre en aquesta ciutat. La mare deMikhail mor poc temps després, i el seu pare,un alt funcionari del govern del tsar, decideixenviar-lo a Suïssa perquè reba una educacióadequada. Tsvet estudia primerament a Lausanai després es trasllada a Ginebra, on estudiaQuímica, Física i Botànica a la seua universitat,i es doctora en aquesta última disciplina el1896, amb una tesi titulada Investigacions so-bre la fisiologia de les cèl·lules. Contribució alconeixement del protoplasma, membranesplasmàtiques i cloroplasts [35], treball que vaser considerat d’especial rellevància, segons vaexpressar textualment un dels components deltribunal “a causa de la complexitat de la seuamatèria i a la forma com ha sigut desenvolupatper l’autor”.

Als 24 anys Tsvet abandona Suïssa i,després d’algunes breus estades en centresd’investigació a Itàlia, torna al seu país amb lail·lusió d’optar a un lloc de professor a launiversitat per a prosseguir els seus estudis so-bre fisiologia vegetal. Prompte adverteix lesdificultats quasi insalvables que trobarà. Lapolítica acadèmica de la Rússia de finals delsegle XIX era rígida en extrem, i exigia a un

aspirant a professor universitari haver obtingutels graus de magister (llicenciat) i doctor enuna universitat russa, sense que s’admetera cappossibilitat d’aplicar-hi convalidacions: elflamant títol de Ph. D. en Botànica expedit perla Universitat de Ginebra, a Rússia era papermullat. Per a subsistir, Tsvet accepta el 1897un contracte temporal en un laboratori debiologia de Sant Petersburg. Allí, superant lesdificultats idiomàtiques —la seua llengua ma-terna era el francès i la seua educació, occiden-tal— prepara una nova memòria dellicenciatura, que presentarà el 1901, no senseabans superar, el 1899, els exàmens de botànicai química a la Universitat de Kazan. Lapresentació de la tesi de llicenciatura, que de-dica a la memòria del seu pare, mort un anyabans, li confereix el grau de magister, que lipermet acceptar un lloc d’ajudant a laUniversitat de Varsòvia (en aquells dies, el GranDucat de Polònia formava part de l’Imperi rus).Aquest treball estava mal remunerat, i mancavade complements de finançament per a lainvestigació. Per això Tsvet va haver de recórrera impartir classes en una escola secundària pera poder pagar-la.

Superant les seues dificultatseconòmiques, Tsvet va ser capaç dedesenvolupar a Varsòvia un fructífer treballd’investigació en el qual va establir les basesdel que més tard denominaria cromatografiad’adsorció, i que li va merèixer una distincióper la Societat Alemanya de Botànica, de la qualva ser elegit membre el 1902, i en la revista dela qual, Beritche der Deutschen BotanischenGesellschaft, va publicar bona part dels seustreballs. El 1903, en una reunió de la Societatde Científics Naturals de Varsòvia, Tsvet vapresentar una comunicació preliminar amb eltítol Sobre una nova categoria de fenòmensd’adsorció i les aplicacions d’aquest en anàlisibiològica, en la qual es descrivia per primeravegada el mètode cromatogràfic, encara queseria el 1906 quan el mateix Tsvet proposa elterme cromatografia en dues publicacions enla revista de la Societat Alemanya de Botànica[36, 37]. En aquests dos articles Tsvet incloïaun diagrama amb el muntatge experimentalutilitzat i descrivia el procediment que haviaseguit (figura 6): dipositava un extracte de fullesverdes en èter de petroli en la part superior

Figura 5. Mikhail Semenovic Tsvet (1872-1919).

14


d’una fina columna de vidre reblida de carbonatde calci i, a continuació, feia passar a través dela columna èter de petroli. Els pigments quecomponien l’extracte (diferents formes declorofil·la, xantofil·la i carotè) avançaven al llargde la columna amb velocitats diferents,depenent de la força amb què eren adsorbitspel rebliment de carbonat de calci. El resultatera espectacular, i consistia en l’establiment dediverses franges de distints colors al llarg de lacolumna que es podien distingir amb totanitidesa, fet que el propi autor descriviad’aquesta forma:

“...els diferents components de la mesclade pigments es van distribuir en la colum-na de carbonat de calci com els rajoslluminosos en un espectre, fet que permetanalitzar-los qualitativament iquantitativament. La preparació obtingudacom a resultat d’aquest experiment s’hadenominat cromatograma, i el mètode,cromatogràfic...”

“Els fenòmens d’adsorció descrits no són,per descomptat, característics solamentdels pigments de la clorofil·la; òbviament,diversos compostos químics, siguenacolorits o incolors, poden també sepa-rar-se mitjançant aquest mètode.”

Després de contraure matrimoni el 1907amb Helena Trusiewicz, que treballava en laBiblioteca de la Universitat de Varsòvia, Tsvetva poder satisfer, un any després, el seu anheld’exercir com a professor universitari: va sernomenat professor de botànica i microbiologiaen l’Institut Politècnic de Varsòvia. El 1910 vapresentar la seua (segona) tesi doctoral, aquestavegada en la Universitat de Varsòvia, treballque, igual que havia passat catorze anys abansamb la tesi presentada en la Universitat de Gi-nebra, va merèixer comentaris elogiosos deltribunal qualificador, i que va publicar aquellmateix any en forma de monografia, escrita enrus, amb el títol Cromofil·les en el món vegetal

i animal [38]. El 1911 se li vaconcedir el Gran Premi del’Acadèmia de les Ciències deSant Petersburg. Aquestaconcessió li va suposar, per fi,prestigi en els cercles científicsrussos i... una gratificacióeconòmica de mil rubles.

Desafortunadament,l’era de bonança científica, so-cial i econòmica de Tsvet noseria molt duradora: el 1912la seua salut comença a dete-riorar-se, fet que li afecta elritme de treball. Dos anysdesprés esclata la guerra euro-pea, i el 1915 les tropesalemanyes arriben a Varsòvia.

Tsvet es veu obligat a abandonar la ciutat, estrasllada a Moscou amb tots els seus llibres iarxius. Malalt ja de tuberculosi, aquestsesdeveniments n’acceleren el deterioramentfísic, del qual tracta de recuperar-se traslladant-se una temporada al Caucas. El 1917 ésproposat per a ocupar una càtedra en laUniversitat de Tartu (Estònia) però, pocs mesosmés tard, davant la proximitat de l’exèrcitalemany, la universitat com a institució decideixtraslladar la seu a Voronezh, on és refundadacom a Universitat de Voronezh. A causa

Enfront d’alguna especulació més aviatpintoresca (la paraula tsvet en rus significa co-lor), no sembla que s’haja de tenir cap dubteque el que va moure a Tsvet a denominar laseua tècnica cromatografia (del grec chroma,color i graphos, escriptura) va ser el fet que lessubstàncies per ell separades podien servisualitzades a causa dels diferents colors quetenien. Però això era una mera circumstància,i el mateix Tsvet així ho advertia en el mateixarticle:

Figura 6. Aparell de Tsvet per a separacions cromatogràfiques.

15


d’aquestes circumstàncies, Mikhail Tsvet vaformar part del primer claustre de professors.La Gran Guerra va acabar aquell mateix any,però Tsvet estava ja molt malalt. La tuberculosise li havia declarat obertament i va morir al’estiu de 1919, als 47 anys d’edat. Passats elsanys, sembla com si el destí no permetera queles tribulacions de Tsvet cessaren més que ambla mort: durant la Segona Guerra Mundial, elcementeri del monestir Aleksejev, on reposavenles seues restes, va ser destruït pelsbombardejos, i des de llavors la tomba mai vapoder ser trobada.

Malgrat la curta vida que va tenir, Tsvetva ser un investigador prolífic. Entre 1894 i1919 va publicar més de 70 articles científics ila monografia esmentada en la qual explicavael mètode cromatogràfic [38]. Però el fet queaquesta estiguera escrita en rus i mai fóratraduïda a altres idiomes va dificultar sens dubtela difusió de la seua obra científica i va retardarsubstancialment el desenvolupament de latècnica cromatogràfica.

Tsvet es considerava un botànic, i aixíera considerat també pels científics coetanis.El seu interès científic sempre va estar enfocatcap als pigments de les plantes, però el concepteque tenia de la metodologia de la investigacióel feia apartar-se freqüentment de l’empirismede les meres descripcions per a buscarexplicacions teòriques als resultats que obtenia.Avui Tsvet seria considerat un bioquímic o unbiofísic, o tal vegada les dues coses. En els seustreballs es poden trobar no solament elsbrillants resultats de les seues investigacions,sinó també idees i reflexions summamentvaluoses per al futur desenvolupament de lacromatografia. En els seus articles s’adverteixun interès especial per les característiques de lafase mòbil usada en les seues separacions. Així,subratllava que es pot aconseguir una majoreficàcia emprant com a fase mòbil no un únicdissolvent, sinó diversos, bé de forma successiva(el que molts anys després anomenaria elucióen etapes) o bé en forma de barreja decomposició variable (fet que constitueix unaclaríssima predicció de la tècnica queactualment es coneix com a elució en gradient).També reclamava l’atenció sobre la grandàriade gra de les partícules del material adsorbent

que ompli la columna, i féu veure l’efectepositiu que l’ús de partícules de gra molt fi te-nia sobre l’eficàcia de les separacions, a causade l’atenuació dels fenòmens de difusió res-ponsables de l’eixamplament de les bandes, fetque actualment constitueix una de les bases dela cromatografia de líquids d’alta resolució(HPLC), que no començaria a serdesenvolupada fins quasi cinquanta anysdesprés.

Com sol passar amb els homes de ciènciaimaginatius i rupturistes, el quefer científic deTsvet va ser controvertit, i va suscitarpolèmiques que ell mai va defugir. El 1905,durant la seua estada a Varsòvia, van aparèixerunes publicacions de Hans Molisch, professorde botànica de la Universitat de Praga, sobreels pigments extrets de les algues. Tsvet vacomprovar que els resultats de Molisch diferiennotablement dels seus propis, encara inèdits.Per això va publicar una carta en la mateixarevista que havia arreplegat les publicacionsd’aquell, en la qual mostrava les diferènciesadvertides en els resultats, encara que no vadescriure la metodologia que havia emprat.Això va provocar la protesta de Molisch, a quies va unir F. G. Kohl, autor d’un llibre sobrecarotens. La resposta de Tsvet no es va fer es-perar, i es va materialitzar en la publicació delsdos articles ja referits en la revista de la SocietatAlemanya de Botànica, la més prestigiosa del’especialitat, i en els quals descrivia el mètodeemprat i usava la paraula cromatografia perprimera vegada per a denominar-lo [36, 37].Les crítiques de Molisch i Kohl van ser represesel 1907 per Leon Marchlewski, professor a laUniversitat de Cracòvia, ciutat polonesa queen aquells dies es trobava sota el domini del’imperi austrohongarès. A les diferènciesd’índole acadèmica que Marchlewski manteniaamb Tsvet (a qui qualificava d’arrogant, segonsdeia, “per pretendre canviar la química de laclorofil·la amb l’ajuda d’un simple experimentde filtració”) se’n sumaven unes altres d’índolepolítica més difícils de solucionar (per aMarchlewski, nacionalista polonès, Tsvet eraun invasor rus a la Varsòvia ocupada). Un altreinvestigador contemporani de Tsvetmanifestament crític amb els treballs d’aquestva ser Richard Willstätter, professor de l’InstitutPolitècnic de Zürich i tal vegada el químic

16


orgànic alemany més prestigiós del seu temps.Willstätter treballava també en pigmentsvegetals, principalment clorofil·les. Per això esva interessar pels treballs de Tsvet. Com que lamonografia d’aquest només havia sigut publi-cada en rus, el 1913 va encarregarparticularment una traducció alemanyad’aquesta per a estudiar-la millor. Lesdiscrepàncies se centrarien en dues suposicionsde Willstätter: d’una banda, que lacromatografia no podia ser una tècnica útil ambfinalitats preparatives i, de l’altra, que lessubstàncies sofririen necessàriament alteracionsquímiques durant el procés de separació. Capd’aquestes dues suposicions era certa, com vademostrar Tsvet i, segons sembla, el mateixWillstätter va reconèixer més tard. Desprésd’incorporar la cromatografia, com a mètodepreparatiu, a les seues pròpies eines de treball,Willstätter va obtenir el 1915 el premi Nobelde química per les seues investigacions sobreles clorofil·les, sent així el primer dels més devint científics que han accedit al guardóesmentat per descobriments que han fet gràciesa les tècniques cromatogràfiques.

Com que, d’una banda, els treballs deTsvet no van ser del tot compresos pelsbioquímics i químics orgànics de l’època,principalment alemanys, i, de l’altra, la seuamonografia mai va ser traduïda del rus a altresllengües, el mètode cromatogràfic va ser moltescassament utilitzat pels seus contemporanis.Per tant, va caure en un oblit del qual no eixiriafins a la dècada dels anys trenta. L’inici d’aquestrenaixement va tenir lloc el 1922, gràcies a untreball relativament modest del químic nord-americà Leroy Sheldon Palmer (1887-1944).Palmer havia estudiat a la Universitat deMissouri, a l’estat de Colúmbia i, després d’uninici en la investigació en el camp del’enginyeria química, va ingressar com acol·laborador en l’Institut d’InvestigacionsLàcties de la Universitat de Missouri, per atraslladar-se el 1919 a la Universitat deMinnesota, on va romandre fins que va morirel 1944. Durant l’estada a la Universitat deMissouri, Palmer va treballar en l’estudi delspigments del greix de la llet. Sobre aquest temava publicar, el 1914, diversos articles, en el pri-mer dels quals [39] va usar la tècnicacromatogràfica de Tsvet, de la qual tenia certs

coneixements a través d’algun dels articles deTsvet escrits en alemany o en francès que havienarribat al seu poder. el 1922 Palmer va publi-car una monografia sobre els carotenoides ialtres pigments [40], en la qual descriu algunsdels treballs de Tsvet i la tècnica cromatogràfica.Aquesta monografia va ser editada perl’American Chemical Society, naturalment enanglès, i va ser per això el mitjà a través delqual la cromatografia va començar a serconeguda per químics de tot el món.

Un dels primers químics europeus quevan tenir accés a la monografia de Palmer eral’austríac Edgar Lederer (1908-1988). Ledererhavia estudiat química a la Universitat de Viena,on va presentar el 1930 la seua tesi doctoralsobre els alcaloides de l’índole. Després es vaincorporar a l’equip de Richard Kuhn (1900-1967), en l’Institut d’Investigacions Mèdiquesde la Universitat de Heidelberg (figura 7). Esdonava la circumstància que Kuhn s’haviaincorporat recentment com a professor aaquesta universitat, procedent de l’InstitutPolitècnic de Zürich, on havia sigut deixeblede Willstätter, que, com abans s’ha assenyalat,s’havia distingit com un dels més furibundscrítics de Tsvet, i conservava en el seu poder latraducció alemanya de la monografia d’aquest.Willstätter va cedir aquesta traducció a Kuhn,que se la va endur a la Universitat deHeidelberg. Allí Kuhn va treballar sobre elspigments presents en el rovell d’ou, però nova utilitzar la cromatografia fins que Ledereres va integrar en el seu equip de treball. QuanKuhn li encarrega que investigue la possibilitatque la luteïna del rovell d’ou siga una barrejade xantina i xantofil·la, Lederer li comunica laseua intenció d’aplicar el mètodecromatogràfic, que coneixia superficialment através de la monografia de Palmer. Kuhn li vafacilitar, doncs, la traducció alemanya de lamonografia de Tsvet. D’aquesta forma, Ledererva poder accedir a les detallades descripcionscontingudes en el llibre, i aplicar la tècnicacromatogràfica als seus estudis sobre la luteïna.El resultat que va obtenir confirmava lessospites de Kuhn: a partir d’una mostra deluteïna d’ou es van separar dues bandescromatogràfiques que contenien,respectivament, zeaxantina i xantofil·la [41].A partir de llavors, tant Lederer com altres

17


col·laboradors de Kuhn van continuar emprantla cromatografia, tant a escala analítica en laseparació de carotens [42, 43], com a escalapreparativa [44].

necessari perquè la cromatografia arribara alslaboratoris nord-americans: un dels autorsd’aquesta monografia, l’hongarès LaszloZechmeister (1889-1972), va emigrar el 1940als Estats Units, on va ser contractat com aprofessor en l’Institut de Tecnologia deCalifòrnia, i des d’allí va influir perquè la segonaedició alemanya del seu llibre fóra traduïda al’anglès i editada el 1941 [46]. L’edició enllengua anglesa va tenir una ràpida difusió, nosols als Estats Units, sinó també a Europa.

La cromatografia, tal com era entesa aprincipis de la dècada dels quaranta, era unprocés basat en l’adsorció (retenció de lessubstàncies en la superfície d’un sòlid) i laseparació d’aquestes amb ajuda d’un líquid. El1941, els britànics Martin i Synge publiquenel primer article sobre una nova tècnicacromatogràfica: la cromatografia de partició,procés basat en la distribució de les substànciesentre dos líquids en els quals s’absorbeixen oes dissolen en un grau que depèn de les seuespropietats [47]. Aquest article no solamentobria nous horitzons a la cromatografia, sinóque contenia la teoria de la separaciócromatogràfica i postulava la possibilitatd’aplicar la tècnica a la separació de gasos, allòque, 11 anys després, constituiria lacromatografia gas-líquid.

Figura 7. Richard Kuhn (1900-1967) i Edgar Lederer(1908-1988).

Els treballs de Kuhn i Lederer, publicatsel 1931, van ser el detonant perquè lestècniques cromatogràfiques començaren a serutilitzades a Europa de forma generalitzada:s’havia produït el renaixement de lacromatografia, 25 anys després dels primersarticles de Tsvet i 12 anys després de la seuamort. No deixa de ser curiós que la traduccióalemanya del llibre de Tsvet encarregadaexpressament per Willstätter per a criticar elmètode cromatogràfic servira, 18 anys méstard, per a propiciar-ne el renaixement. El1938, l’Acadèmia Sueca de les Ciències vaatorgar el premi Nobel de química a RichardKuhn pels seus estudis sobre els carotenoides iles vitamines. No obstant això, el governalemany, en poder dels nazis, mai li va concedirel permís per a acudir a Estocolm. Kuhn varebre el premi el 1945, quan va acabar laSegona Guerra Mundial.

En la dècada dels trenta la cromatografiaja s’usava habitualment a Europa, però no alsEstats Units, on la bibliografia en alemanydificultava que es difonguera. No obstant això,la publicació el 1937 de la primera monografiasobre aquesta tècnica [45] després de la quehavia publicat el mateix Tsvet, de la qual esvan fer dues edicions alemanyes a Viena i Ber-lín, suposaria, quatre anys després, l’impuls

Figura 8. Archer J. P. Martin (1910-2002) i Richard L. M.Synge (1914-1994).

Archer John Porter Martin (1910-2002)va nàixer a Londres i va estudiar a la Universitatde Cambridge, on es va graduar en bioquímicael 1932 i es va doctorar el 1936. El 1938 es va

18


traslladar a Leeds, on va ser contractat per uncentre d’investigació sobre la llana, la WoolIndustries Research Association. RichardLaurence Millington Synge (1914-1994) vanàixer a Liverpool i va estudiar física, química,fisiologia i bioquímica també en la Universitatde Cambridge, on va obtenir el doctorat el1941. El 1939 Synge havia fet un treballd’investigació en la Wool Industries ResearchAssociation a Leeds, on, juntament amb Martin,començaria a treballar en la separació delsaminoàcids presents en les proteïnes de la lla-na. Martin havia adquirit a Cambridge certaexperiència en separacions mitjançant extraccióa contracorrent, i se sentia fortament atret peraquesta tècnica, introduïda pocs anys abans perLyman C. Craig. L’extracció a contracorrentés una tècnica de fonament teòric molt clar,però posar-la en pràctica requereix un complicataparell constituït per un alt nombre de tubsmitjançant els quals es van desplaçant doslíquids immiscibles, en sentit contrari, i de for-ma seqüencial.

El 1940, ja a Leeds, i amb Synge com acol·laborador (figura 8), Martin li va proposarestudiar la separació d’aminoàcids mitjançantextracció a contracorrent. Synge va considerarque el benzè i l’aigua serien dissolventsadequats per a això, i va construir un aparellde 40 elements per a portar a terme elsexperiments. La separació va resultarsatisfactòria, però l’aparell va donar moltsproblemes i requeria una atenció contínua. Peraquest motiu, Martin va passar un tempsdissenyant nous models, que després mostravaa Synge, un Synge que, segons paraules delmateix Martin, va acabar cansat d’escoltar lesseues propostes. Llavors Martin va tractar deposar en pràctica una idea que havia concebuttemps arrere: la possibilitat de dur a terme unaseparació a contracorrent de forma contínua,no seqüencial. Per a fer-ho havia d’aconseguirdesplaçar els dos líquids en sentits oposatssimultàniament, com si relliscaren l’un damuntl’altre. Naturalment, aquesta forma d’operarpermetria prescindir de la complicada màquinade tubs, però no semblava fàcil posar-la enpràctica. Tot i així, Martin i Synge van prepa-rar una columna empaquetada amb fibresparal·leles de cotó i llana de forma que, posantaigua en un extrem del tub i cloroform en

l’altre, es produïra un flux de corrents paral·lelsi en sentit contrari de l’un i l’altre dissolvent.Els resultats, no obstant això, no van ser elsdesitjats. A la recerca de noves solucions,Martin va decidir que no era necessari que elsdos líquids es mogueren, sinó que bastaria queho fera un d’ells, sempre que s’aconseguira fixarl’altre convenientment, per exemple retenint-lo en la superfície d’un sòlid. En els primersexperiments que van portar a terme amb èxit,el líquid que hauria de mantenir-se immòbil, ofase estacionària (aigua), es fixava sobre gel desílice, i això constituïa el rebliment de la co-lumna cromatogràfica. En la part superior dela columna es dipositava la barreja desubstàncies que es volia separar (aminoàcidsacetilats), i finalment es feia passar a través dela columna un líquid immiscible amb l’aigua,o fase mòbil (cloroform amb una micad’etanol), que arrossegava els components dela barreja a velocitats distintes i aconseguia quese separaren. Com els aminoàcids són incolors,van trobar una forma de visualitzar o revelarles bandes impregnant prèviament el reblimentde sílice amb dissolució d’un indicador àcid-base (ataronjat de metil). Això va permetre queel resultat fóra la formació de vistoses bandesde color roig sobre un fons ataronjat.

Després de presentar els primers resultatsen una reunió de la Biochemical Society britànicaal juny de 1941, a la fi d’aquest mateix any vanpublicar l’article A new form of chromatogramemploying two liquid phases [47], quepresentava primerament la teoria de lacromatografia de partició i després la separaciód’aminoàcids continguts en les proteïnes. Aixínaixia la cromatografia de partició ocromatografia líquid-líquid, com els autors lavan denominar inicialment. Martin i Synge vanrebre el 1952 el premi Nobel de química perla invenció de la cromatografia de partició. Eltreball de Martin i Synge va merèixer elcomentari següent en la prestigiosa revista cien-tífica Nature [48]:

“Els mètodes desenvolupats per Martini Synge són probablement únics en virtutde la seua senzillesa i elegància deconcepció i execució, i també per l’extensabast de la seua aplicació. És probableque la seua invenció siga considerada per

19


les futures generacions com una de lespedres angulars més importants en eldesenvolupament de les ciènciesquímiques”.

Martin i Synge, a qui es van unir desprésA. H. Gordon i R. Consden, van continuaramb l’estudi de la separació d’altres aminoàcids,canviant el suport de sílice per un altre decel·lulosa. Per fer-ho van emprar trossos depaper de filtre (cel·lulosa quasi pura),primerament de forma semicircular i desprésde forma lineal, tallant tires d’aquest material,que podien considerar-se fines columnescromatogràfiques. Com a fase mòbil per a laseparació de valina i leucina van emprarbutanol, que avançava per capil·laritat al llargde la tira de paper. El revelat el portaven a termeamb ninhidrina, reactiu que forma amb elsaminoàcids compostos fortament acolorits, demanera que es podia localitzar la posició a quès’havia arribat després de la separació. Latècnica va ser denominada cromatografia sobrepaper. Per a separar un major nombred’aminoàcids van recórrer a l’ús d’un tros depaper de filtre quadrat en lloc d’una tira i,després de la primera separació, van repetiroperació després de canviar de dissolvent i gi-rar el paper un angle de 90 graus. Així l’avançde les noves taques es produïa en direcció per-pendicular a la de les primeres. Per això vananomenar a aquesta modalitat cromatografiabidimensional sobre paper. El 1943 Synges’havia traslladat al Lister Institute of PreventiveMedicine a Londres. A causa d’aquest trasllat,la seua participació en aquest treball es va reduira l’etapa inicial, i els nous resultats van serpublicats per Consden, Gordon i Martin [49].

Encara que l’equilibri d’intercanvi iònicja s’havia usat el 1938 per T. I. Taylor i H. C.Urey com a base per a la separació d’isòtopsde liti i potasi [50], el mètode era complicat, jaque van haver d’emprar-hi columnes d’uns trescentímetres de diàmetre i més de trenta metresde longitud, empaquetades amb zeolita com aintercanviador iònic natural. La cromatografiad’intercanvi iònic només començaria a usar-sede forma generalitzada quan va ser factibledisposar de resines canviadores sintètiques, aprincipis de la dècada dels quaranta, i se’n vapoder demostrar l’eficàcia com a mètode de

separació durant el desenvolupament, en ple-na Segona Guerra Mundial, del gegantesc ipluridisciplinari projecte Manhattan, l’objectiucentral del qual, com després es va saber, era lafabricació de la bomba atòmica. L’ús de lacromatografia d’intercanvi iònic dins d’aquestprojecte Manhattan va estar a càrrec de GlennTheodore Seaborg (1912-1999), que,juntament amb Edwin Mattison Mac Millan(1907-1991), va aïllar els 64 quilos de plutoninecessaris per a construir la bomba que el 9d’agost de 1945 seria llançada sobre la ciutatjaponesa de Nagasaki. Per raons òbvies deseguretat, el govern dels Estats Units no vapermetre que ni la metodologia ni els resultatsaconseguits en la separació dels elementstransurànids foren donats a conèixer finsdesprés de finalitzada la guerra. Seaborg vacontinuar després de la guerra les seuesinvestigacions en la separació d’elementstransurànids, va descobrir els elements de nom-bre atòmic entre 94 (plutoni) i 102 (nobeli),que, juntament amb el 103 (laurenci),descobert el 1961, completaven la segona sèriede transició. (S’ha dit de Seaborg que ha sigut,després de Mendelejev, el científic que més hafet per la taula periòdica dels elements.)Seaborg i Mac Millan van rebre el premi Nobelde química el 1951 pels seus descobrimentsen la química dels elements transurànids. Aprincipis de la dècada dels 70 es va desenvoluparuna nova modalitat de cromatografiad’intercanvi iònic: la cromatografia d’ions, ba-sada també en l’ús d’una columna separadorareblida amb una resina d’intercanvi iònic ambdetecció principalment conductimètrica, cosaque requereix una segona columna la finalitatde la qual és eliminar els ions del fons, tambémitjançant un procés d’intercanvi iònic (colum-na supressora).

Com s’ha assenyalat anteriorment,Martin i Synge havien considerat, ja el 1941,la possibilitat de separar compostos gasososmitjançant cromatografia de partició. Aquestapossibilitat va ser duta a la pràctica pel mateixMartin, que el 1950 s’havia traslladat alNational Institute of Medical Research a Lon-dres, on se li va unir com a col·laborador unjove científic, Anthony Trafford James (Cardiff,1922). James, que s’havia graduat a Londresel 1943 i doctorat el 1946, va tractar al principi,

20


a instàncies de Martin, de continuar amb eldesenvolupament d’una columnacromatogràfica amb algun sistema dedistribució entre fases diferent de la partició,però no va obtenir resultats. Davant aquestsinicis descoratjadors, Martin, amb la finalitat(com ell mateix reconeixeria després) d’alçarla moral del seu col·laborador, va suggerir-lique tractara de posar en pràctica una idea queja havia inclòs en el seu primer article sobre lacromatografia de partició: usar un gas, en llocd’un líquid, com a fase mòbil. Sis setmanes méstard havien aconseguit separar una barrejad’amoníac amb metil, dimetil i trimetilamina,i el 1952 van publicar el primer article sobreaquesta nova tècnica cromatogràfica: Gas-Liquid Partition Chromatography. A Techniquefor the Analysis of Volatile Materials [51]. Laseparació de substàncies volàtils mitjançantcromatografia de gasos no podia servir-se delcolor d’aquestes ni de l’ús de reactius reveladorsper a visualitzar la posició de les bandes, comes podia fer en cromatografia de líquids. Jamesi Martin van solucionar el problema amb larecol·lecció de fraccions del gas a l’eixida de lacolumna en diferents porcions de dissolució ivaloració de cadascuna de les fraccions,operació que va poder agilitar-se usant unvalorador automàtic que va construir el mateixMartin. Més avant es va introduir l’ús dedetectors instrumentals, com el deconductivitat tèrmica, el d’ionització de flamai el de captura electrònica. En dos anysl’ocupació de la cromatografia gas-líquid es vaestendre per laboratoris de tot el món:pràcticament qualsevol mostra orgànica podiaser analitzada per aquesta tècnica i va ser en laindústria petroquímica on va arribar un majorgrau d’implantació. Els avanços més recents encromatografia de gasos s’han aconseguit en l’úsd’acoblament a sistemes postcolumna(detectors de major sensibilitat i selectivitat coml’espectrometria de masses), o bé a sistemesprecolumna, com microextracció en fase sòlida,espai en cap o cromatografia multidimensional.

El desenvolupament de les tècniquescromatogràfiques en la segona meitat del segleXX va ser espectacular, no sols quant alper feccionament de les modalitats jaconegudes, sinó també quant a la introducciód’altres de noves. Amb la introducció de la

cromatografia gas-líquid per James i Martinsemblava que s’havia arribat a la màximaversatilitat possible en les tècniques deseparació, mentre que la cromatografia líquid-líquid, en aquells dies molt més lenta i de me-nor resolució, havia quedat relegada a unaposició molt secundària. El 1963, John CalvinGiddins, a la Universitat de Utah (EUA)proposa una modalitat de cromatografia delíquids clarament inspirada en algunes de lescaracterístiques pròpies de la cromatografia degasos, i exposa les bases de la tècnica en el seuarticle Liquid Chromatography with OperatingConditions Analogous to those of GasChromatography [52]. Per a incrementar laresolució de les separacions, la grandària departícula del rebliment de la columna havia deser sotmesa a una reducció dràstica encomparació amb la que s’usava encromatografia de líquids convencional. Enaquestes condicions el flux de fase mòbil noméspodrà arribar a valors útils si s’hi aplica unapressió suficientment elevada. Aquestamodalitat, denominada cromatografia delíquids d’alta resolució (HPLC) va començar ausar-se de forma generalitzada en la dècada dels70 en diverses àrees de la bioquímica i labiotecnologia, en què s’usaven principalmentdetectors fotomètrics i electroquímics,expressament dissenyats i construïts per aaquesta finalitat.

Una de les tècniques cromatogràfiquesque van aparèixer després de la cromatografiagas-líquid és la cromatografia de capa fina, unamodalitat de cromatografia plana introduïdael 1956 per Ergon Stahl a la Universitat deMainz (Alemanya) [53]. Stahl va comprovarque les dimensions dels porus del paper de fil-tre emprat en cromatografia sobre paper eraexcessivament grans per a certes separacionsque havia de portar a terme i va preparar unesplaques de vidre sobre les quals va polvoritzarfines suspensions d’alúmina o sílice. Desprésd’homogeneïtzar i assecar curosament la capaque s’hi havia format, el suport quedavadisposat per a operar de forma semblant a comes feia en cromatografia sobre paper. Elmecanisme de retenció dels soluts consistiaessencialment en un procés d’adsorció sobreuna fase estacionària sòlida, Per això, com elmateix Stahl reconeixeria, el seu dispositiu

21


equivalia essencialment a la vella columnacromatogràfica de Tsvet, però en forma oberta.

A la fi dels anys 50 i principi dels 60 esproposa una nova modalitat de separaciócromatogràfica basada en l’ús de gels porososcom a rebliment de la columna, que permetseparacions en funció de la grandària dels soluts:la cromatografia d’exclusió molecular,desenvolupada per Jerker Olof Porath a laUniversitat de Upsala i per Flodin en elslaboratoris de l’empresa farmacèuticaPharmacia de la mateixa ciutat sueca. Aquestatècnica és d’una especial eficàcia en la separacióde macromolècules i per això s’aplica enbiotecnologia i química dels polímers. Laseparació de moltes macromolècules d’origenbiològic com proteïnes, polisacàrids o àcidsnucleics, difícil d’aconseguir amb sistemesconvencionals, pot fer-se mitjançantcromatografia per afinitat, basada eninteraccions solut-fase estacionària altamentselectives (com ara enzim-substrat, enzim-inhibidor, antigen-anticòs, etc.). A partir delsanys 80 van començar a emprar-se els fluidssupercrítics (fluids sotmesos a condicions depressió i temperatura per damunt del puntcrític, amb la qual cosa adquireixen un estatdiferent del líquid i del gasós) amb finalitatsanalítiques. La cromatografia de fluidssupercrítics presenta alguns avantatges definitssobre la cromatografia de gasos i lacromatografia de líquids d’alta resolució, peròl’ús no ha arribat a generalitzar-se.

Han transcorregut cent anys des queMikhail Tsvet va portar a terme els experimentsque van donar lloc a la cromatografia. Durantaquest temps les tècniques cromatogràfiqueshan sigut sotmeses a processosd’instrumentació, automatització,miniaturització i computerització, i elconeixement i control dels processosfisicoquímics que regeixen les interaccions en-tre solut, fase estacionària i fase mòbil hanarribat a nivells en molts casos difícilmentsuperables. No obstant això, les bases de laseparació cromatogràfica han canviatessencialment molt poc respecte a les primeresdescripcions que en va fer Tsvet. Encircumstàncies menys desfavorables que les quevan concórrer en la vida de Tsvet, aquest hauria

sigut, sens dubte, un digne candidat al premiNobel de química. No va ser així, però lavintena de científics que van aconseguir aquestguardó valent-se de la cromatografia per a por-tar a terme les seues investigacionsconstitueixen una prova fefaent de latranscendència del seu invent.

3. Anàlisi polarogràficaLa polarografia és una tècnica

electroquímica d’anàlisi basada en la mesurade la intensitat del corrent que flueix per uncircuit com a conseqüència de la reaccióelectroquímica que es produeix en un elèctrodede gotes de mercuri quan s’hi aplica un poten-cial determinat. La importància de lapolarografia com a mètode d’anàlisiquantitativa rau en el fet que la intensitat delcorrent (intensitat límit de difusió) és propor-cional a la concentració de l’espècie químicaque reacciona en la superfície de l’elèctrode.El 1959 la Reial Acadèmia Sueca de les Ciènciesva concedir el premi Nobel de química “peldescobriment i desenvolupament dels mètodesd’anàlisi polarogràfica” al químic txec JaroslavHeyrovsky quasi quaranta anys després queaquest donara a conèixer els seus primersresultats el 1922 [54]. La contribució que ambla polarografia feia Heyrovsky a l’electroquímicava suposar la introducció d’una tècnica instru-mental que impulsaria de forma espectacularla química analítica. Així es va iniciar l’era de lamoderna electroquímica analítica oelectroanàlisi.

Els fenòmens electroquímics associats ala interacció entre l’electricitat i la matèria vancomençar a ser estudiats a la fi del segle XVIII.El famós experiment del metge italià Galvaniamb les anques d’una granota, el 1791, ésprobablement el primer del qual es té notícia,i el que serviria de germen per al posteriordesenvolupament de l’electroquímica. LuigiGalvani (1737-1798) va ser professord’anatomia i obstetrícia en la Universitat deBolonya fins que va ser destituït de la seuacàtedra el 1797 per oposar-se a la creació de laRepública Cisalpina, després de l’ocupaciód’Itàlia per les tropes de Napoleó. En el seulaboratori d’anatomia, Galvani va observar el

22


1791 que les anques d’una granota quemantenia suspeses d’un ganxo de coure, queal seu torn penjava d’una barra de ferro,experimentaven sacsejades brusques quan lestocava amb els dos metalls. Galvani, mésinteressat per l’anatomia que per l’electricitat,va interpretar aquest fenomen suposant que elsteixits animals contenien una espècie de forçavital a la qual va denominar electricitat ani-mal, i que era la que provocava els movimentsdels músculs quan aquests contactaven amb unmetall. Sembla que l’experiment de Galvani esva fer tremendament popular a Europa i erenpocs els xiquets que no tractaven de caçar algund’aquests animalets per reproduir un miracletan espectacular. Tres anys després, el físic,també italià, Alejandro Volta (1745-1827) vademostrar que l’únic element prescindible del’experiment de Galvani era, precisament, lagranota i, amb això, la inexistència del’electricitat animal: l’electricitat es generavacom a conseqüència del contacte entre el courei el ferro, i el paper de les anques de la granotaera merament el de sensor de l’electricitatproduïda. Volta va aconseguir generarelectricitat entre dos discos de metalls distints(plata i zinc) separats per un tros de telaimpregnat en dissolució de sal. Va comprovar,a més, que el fenomen era més sensible commés elements hi metall-dissolució-metall hihavia. Per fer-ho va construir un dispositiu ge-nerador de corrent constituït per diversesdesenes d’aquests elements apilats, que va de-nominar per això pila, terme que es continuaemprant en l’actualitat, associat indistintamentals noms dels dos científics esmentats (pilagalvànica o pila voltaica). Volta va arribar aconstruir una pila de grans dimensions, amb elsuport de Napoleó, que, fascinat per l’invent,va instaurar el premi Volta per a científics quees distingiren en els seus treballs sobreelectricitat, premi que va aconseguir granprestigi a l’Europa de principis del segle XIX.

El primer premi Volta va ser concedit alquímic britànic Sir Humphrey Davy (1778-1829), que el 1807 havia aconseguit aïllar di-versos metalls (sodi, potassi, calci, estronci ibari) mitjançant l’ocupació del corrent elèctric,i va publicar a més una teoria de l’electròlisi[55]. Pocs anys abans els també britànicsAnthony Carlisle (1768-1840) i William

Nicholson (1753-1815) havien demostrat quel’aigua pot descompondre’s per mitjà delcorrent elèctric, i un altre britànic, WilliamCruickhanks (1745-1800) que durantl’electròlisi els metalls reaccionen en el polnegatiu i els elements no metàl·lics ho fan enel positiu. Cruickhanks va ser també el primera emprar l’electròlisi amb fins analíticsqualitatius: la formació d’un dipòsit de coureservia per a identificar la presència d’aquestelement en la dissolució electrolitzada. Mésavant, el mètode electrolític s’aplicaria a laidentificació d’altres metalls, com ara arsènic,plom i manganès.

La relació quantitativa entre la quantitatd’electricitat invertida en l’electròlisi i el pesde substància reaccionada va ser establida pelbritànic Faraday entre 1832 i 1834, quan vaenunciar les lleis de l’electròlisi. Michel Faraday(1791-1867) va nàixer a Newington, Surrey,al sud d’Anglaterra, i va començar a treballarmolt jove com a ajudant de Davy, en ellaboratori del qual a Londres va poder experi-mentar amb l’electrodeposició dels metallsalcalins i alcalinoterris en forma d’amalgames.Va construir un culombímetre de gasos amb elqual podia mesurar la quantitat d’electricitat através del volum d’hidrogen i d’oxigenobtingut en l’electròlisi de l’aigua. Lesobservacions que va fer li van permetre enun-ciar les seues famoses lleis, segons les quals elpes de substància que reacciona durant unexperiment d’electròlisi és proporcional a laquantitat de corrent i a l’equivalent químic dela substància. Es deu també a Faraday laintroducció dels termes electròlisi, elèctrode,ànode, càtode, anió i-catió.

La primera aplicació de l’electròlisi ambfins analítics quantitatius es deu al nord-americàWolcott Gibbs (1822-1908),* graduat en Me-dicina a Nova York, encara que, al seu retornals Estats Units després d’una estada a Europadurant la qual va treballar amb Liebig i ambDumas, començara a ensenyar física i química

* No s’ha de confondre amb el científic coetani i tambénord-americà Josiah William Gibbs (1839-1903),químic teòric, professor de la Universitat de Yale, i aqui es deu l’enunciat de la regla de les fases.

23


i arribara després a ser professor de ciènciesnaturals a la Universitat de Harvard. Gibbs vadeterminar quantitativament coure mitjançantelectròlisi pesant el dipòsit que es formava enun gresol de platí que utilitzava com a càtode,va determinar també níquel de forma similar iva denominar electrogravimetria aquestmètode d’anàlisi quantitativa [56]. El mètoderesultava ser molt exacte, i en els anys següentses van proposar mètodes electrogravimètricsper a la determinació d’altres metalls, com pla-ta, zinc, plom, mercuri, cadmi i manganès, i esva publicar la primera monografia sobre aquestatècnica: Quantitative analyse auf electrolytischenWege (Anàlisi quantitativa per mitjanselectrolítics), amb el qual el seu autor, l’alemanyAlexander Classen (1843-1934), professor dequímica analítica en la Universitat d’Aachen,feia importants aportacions a la teoria i lapràctica de l’electrogravimetria.

Durant uns trenta anys lesdeterminacions electrogravimètriques es vanportar a terme mantenint el correntaproximadament constant. Aquesta formad’operar no permet controlar el potencial del’elèctrode. Per això, en cas de la presència dediversos ions metàl·lics en la dissolució, eldipòsit format durant l’electròlisi estaràconstituït no per un metall pur, sinó per unabarreja de metalls, fet que impedeix ladeterminació individual de cadascun d’aquests.Aquest problema va poder solucionar-se gràciesals avanços que es van produir enl’electroquímica teòrica en les dues últimesdècades del segle XIX, i que van permetreconèixer la importància del control del poten-cial de l’elèctrode durant els processosd’electròlisi. Un dels avanços més significatiuses deu a Nernst, que el 1889 va publicar laseua famosa equació [57], amb la qual s’establiala dependència entre el potencial d’equilibri iles activitats de les espècies químiques en ladissolució. Walther Hermann Nernst (1864-1941) va ser primer ajudant d’Ostwald, desprésprofessor de la Universitat de Göttingen ifinalment director de l’Institut de Física Expe-rimental de la Universitat de Berlín entre 1924i 1933, any que va ser destituït a causa de laseua manifesta oposició al nazisme. Nernsthavia sigut distingit amb el premi Nobel deQuímica el 1920, i se’l considera, juntament

amb Arrhenius i Ostwald, fundador de la quí-mica física. Després que Li Blanc mesuraraexperimentalment el potencial de descomposicióde nombrosos compostos metàl·lics endissolució [58], les determinacionselectrogravimètriques van començar a efectuar-se a potencial constant. D’aquesta manera espermetia determinar selectivament uns metallsen presència d’altres (electroseparació) [59]. Laintroducció de l’elèctrode auxiliar el 1908 perl’alemany Henry Julius Salomon Sand (1873-1944) va permetre controlar amb gran precisióel potencial de l’elèctrode durant lesdeterminacions electrogravimètriques [60].

A principis del segle XX l’ús de lesreaccions electroquímiques en anàlisis estavalimitat a les determinacions electrogravi-mètriques i a les electroseparacions. En elsprimers anys vint, Jaroslav Heyrovsky (figura9) introduiria una nova i decisiva línia en elsmètodes d’electroanàlisi amb la mesura de laintensitat del corrent produït en l’electròlisiquan s’usa un elèctrode de gotes de mercuri,fenomen que constituiria el principi de l’anàlisipolarogràfica.

Figura 9. Jaroslav Heyrovsky (1890-1967)

24


Jaroslav Heyrovsky va nàixer a Praga el1890. El seu pare, Leopold Heyrovsky, eraprofessor de dret romà a la Universitat Karlova(Carolina) de Praga*, de la qual arribaria a serrector. L’ambient d’estudi que es vivia en lafamília va propiciar les inquietuds del joveJaroslav, que es va interessar durantl’adolescència per la botànica, la zoologia, lamineralogia, l’astronomia, la música i l’esport.En l’Akademické Gymnasium (escolasecundària) de Praga va estudiar matemàtiques,física, química, llatí i grec i, després de supera-da la prova de maduresa, el 1910 va ingressaren la Facultat de Filosofia de Praga, on va es-tudiar física, química i matemàtiques. Interessatpels estudis de química-física, que en aquellsdies no podia cursar a Praga, va aconseguiringressar el 1910 en el University College deLondres, on va estudiar amb Sir WilliamRamsay, professor de química general i premiNobel de química el 1904 pel descobrimentdels gasos nobles. El 1913 Heyrovsky obté elgrau de bachelor (llicenciat) en Ciències. Aquestmateix any es retira el professor Ramsay, queés substituït per Frederick George Donnan.Aquest reorienta les línies d’investigació cap alcamp de l’electroquímica i assigna a Heyrovskyun projecte de tesi sobre la mesura del poten-cial d’elèctrode de l’alumini. Heyrovskyadverteix prompte les dificultats, tantexperimentals com d’interpretació, quesorgeixen com a conseqüència dels fenòmenssuperficials de passivació i de despreniment degas hidrogen. A instàncies de Donnan,comença a utilitzar una amalgama líquidad’alumini amb l’ajuda d’un capil·lar de vidreper a poder renovar convenientment lasuperfície del metall. Però els seus treballs sónbruscament interromputs: el 1914, durant unavisita a la seua família a Praga, esclata la prime-

ra Guerra Mundial. L’exèrcit austrohongarèsel recluta i no pot tornar a Londres. Heyrovskyno és destinat al front, sinó a un hospital aÀustria, prop d’Innsbruck, com a ajudant deradiologia, on disposa de temps per a ultimarel treball experimental i redactar la memòriade la seua tesi Electroafinitat de l’alumini que,una vegada finalitzada, remet a la Facultat deFilosofia de la Universitat Txeca de Praga, enla qual, després d’acabada la guerra, obté eltítol de doctor el 1918.

Un dels membres del tribunal dedoctorat que va jutjar els mèrits de Heyrovsky,el professor Bohumil Kucera, va proposar alnou doctor treballar en un projecte ja iniciat al’entorn de l’efecte del potencial elèctric sobrela tensió superficial del mercuri. Kucera haviatractat de substituir l’ús de l’electròmetrecapil·lar estàtic —en el qual no hi havia flux demercuri— construït a aquest efecte pel físicfrancès Gabriel Lippmann el 1887, pel d’uncapil·lar dinàmic en el qual la variable mesuradaseria el pes de les gotes de mercuri despreses.Els resultats obtinguts per Kucera mostravencertes anomalies en algunes de les corbeselectrocapil·lars, l’estudi de les quals vaencomanar a Heyrovsky. El treball experimen-tal d’aquest consistia a arreplegar porcionssuccessives de 50 gotes de mercuri cadascunaper a, després d’eixugar-les convenientment,pesar-les i representar aquest pes enfront delvoltatge aplicat. Aquesta tasca era molt tedio-sa, i Heyrovsky va introduir-hi una modificacióque conduïa a resultats molt més ràpids,consistent a mesurar el temps de degoteig,igualment influït pel potencial. Aquest mètodeconstituïa una alternativa avantatjosa per aobtenir les corbes electrocapil·lars. D’aquestamanera va reproduir les anomalies que haviaobservat Kucera, consistents en l’aparició depetits becs en les corbes obtingudes enpresència d’ions metàl·lics com cinc, cadmi,manganès o bari. Heyrovsky pensava al principique aquest efecte podria ser utilitzat per a me-surar els potencials d’electrodeposició delsdiferents metalls, però la convicció que elsfenòmens més interessants eren els associats ales reaccions d’electròlisi en la superfície delmercuri el va fer canviar d’estratègia.

* La Universitat Karlova de Praga, la més antiga del’Europa central, va ser fundada pel rei Carles IV el1348. A la fi del segle XVIII s’havia imposat l’alemanycom a llengua oficial de la universitat, però elsmoviments nacionalistes durant el segle XIX van obligarel govern de Viena el 1882 a dividir la UniversitatKarlova en altres dues, una d’alemanya i una altra detxeca, la Universitat Txeca de Praga. Després de lafundació de l’estat texcoslovac el 1918, la UniversitatTxeca va recuperar l’antic nom d’Universitat Karlovade Praga.

25


El 1919 Heyrovsky s’havia incorporatcom a professor ajudant al Departament deQuímica Inorgànica i Analítica on, un anydesprés, va ser habilitat com a professor associatde química física. Heyrovsky no havia oblidatels anys passats a Anglaterra*, i va decidir en-viar un resum dels seus treballs sobre lespropietats de l’alumini i els aluminats a laUniversitat de Londres, on els havia iniciat sotala direcció del professor Donnan, per a optaral grau de doctor per aquesta universitat. El vaobtenir el 1921. Aquest mateix any moria elprofessor Kucera i Heyrovsky va prosseguir eltreball en electroquímica segons la seua pròpiainiciativa. Va mesurar el corrent elèctric que esproduïa a diferents voltatges aplicats al’elèctrode. Per a portar a terme aquestsexperiments va haver de demanar prestats ungalvanòmetre suficientment sensible i unpotenciòmetre. Heyrovsky va obtenir els seusprimers resultats el 10 de febrer de1922, segonsconsta en el seu quadern de laboratori. Enl’experiment va usar una dissolució d’hidròxidde sodi, un elèctrode de gotes de mercuri coma càtode i una certa quantitat de mercuriintroduïda en el fons del recipient com acontraelèctrode (ànode) i llegia en elgalvanòmetre la intensitat de corrent produïta diferents valors del voltatge aplicat. En elquadern de laboratori apareixen totes aquestesanotacions, incloent-hi les oscil·lacionsrítmiques produïdes per la caiguda de les gotesde mercuri (figura 10). La representació de laintensitat del corrent enfront del potencial vadonar lloc a la primera corba intensitat-poten-cial, en la qual s’aprecien dos augmentsconsecutius del corrent corresponents a lareducció de l’oxigen dissolt —més avantHeyrovsky comprendria la conveniènciad’eliminar-lo— i un tercer a causa de la reduccióde l’ió sodi per a formar amalgama (figura 11).Aquests resultats van ser publicats aquestmateix any en la revista txeca Chemické listy[61], i constitueixen el naixement de lapolarografia. En experiments posteriors

Heyrovsky va eliminar prèviament l’oxigendissolt mitjançant un corrent d’hidrogen quegenerava en un aparell de Kipp, fet que li vapermetre, durant els dos anys següents, obtenirles corbes intensitat-potencial produïdes en lareducció d’altres ions metàl·lics, així comd’algunes substàncies orgàniques.

Figura 10. Pàgina del quadern de laboratori de Heyrovskyamb anotacions de potencials i intensitats.

Figura 11. Primera corba intensitat-potencial, obtingudapunt a punt per Heyrovsky el 10 de febrer de 1922.

* Els quatre anys que Heyrovsky va estar a Londres vanimprimir certs trets en el seu comportament: fins elfinal de la seua vida va escriure en anglès les anotacionsen el seu llibre de laboratori, va mantenir sempre untracte extremament cortès amb els seus subordinats...i va conservar el costum de prendre el te diàriament.

26


El treball manual d’obtenció de lescorbes intensitat-potencial punt a puntresultava extremament lent i tediós. El 1923Heyrovsky coneix el químic-físic japonèsMasuzo Shikata (1895-1964), que haviatreballat dos anys a Berlín sobre química desuperfícies. La col·laboració entre Heyrovsky iShikata va consistir en el disseny i construcciód’un aparell que permetia variar el potencialautomàticament i registrar la intensitat delcorrent. El primer aparell d’aquestescaracterístiques, construït el 1925 [62], usavaun dispositiu fotogràfic enginyós encara quelaboriós per a registrar la intensitat del corrent(Figura 12). L’aparell va ser denominatpolarògraf, i la tècnica que estudiava elsprocessos d’electròlisi en l’elèctrode de gotesde mercuri polarografia. El 1933 Heyrovskyhavia viatjat a Londres per participar en la Ge-neral Discussion of the Faraday Society sobre lesreaccions i equilibris en els elèctrodes, en la qualva informar detalladament sobre els seus resultatsen polarografia i va introduir el terme wave (onao onada)* per referir-se a la morfologia típica deles corbes intensitat-potencial.

El 1926 Heyrovsky és nomenat professorordinarius (catedràtic) de química física a laUniversitat Karlova de Praga, i en els anyssegüents col·laboren en el departamentcientífics que assolirien renom en el camp dela polarografia, tant a Txecoslovàquia com enaltres països europeus. Així va succeir, entred’altres, amb Wiktor Kemula (1902-1985),que dissenyaria el primer elèctrode de gota demercuri suspesa (HMDE) a la Universitat deVarsòvia, o amb Rudolf Brdicka (1906-1970),que va estudiar, en l’Institut de Polarografiade Praga, les denominades ones polarogràfiquescinètiques i catalítiques, o amb Dionyz Ilkovic(1907-1980), primer ajudant d’investigació deHeyrovsky a Praga i finalment professor a laUniversitat de Bratislava, a qui es deu ladeducció, el 1934, de l’equació fonamental dela intensitat de difusió polarogràfica, conegudaper equació d’Ilkovic.

Heyrovsky va mantenir sempre laconvicció que els resultats de la investigacióhan de ser objecte d’una difusió ràpida entre lacomunitat científica. El 1929 va fundar,juntament amb el professor Emil Votocek, dela Universitat Tècnica de Praga, la revistaCollection of Czechoslovak ChemicalCommunications, la política de la qual era fo-mentar la publicació dels treballs de científicstxecs en altres idiomes europeus, principalmenten anglès. El primer llibre sobre polarografiaes va publicar el 1932, però curiosament no vaser escrit per Heyrovsky, sinó per un dels seusprimers col·laboradors, G. Semerano [63], quefundaria un institut de polarografia a Pàdua.El 1933 apareix el primer llibre de Heyrovsky,en txec [64], del qual quatre anys més tards’editaria una traducció russa. Heyrovsky vaviatjar per primera vegada als Estats Units el1933, impartint cursos i seminaris en lesuniversitats de Berkeley i Stanford a Califòrnia,en l’Institut de Tecnologia de Califòrnia, enles universitats de Minnesota i Wisconsin, enla Universitat Estatal d’Ohio i en les universitatsde Princeton i Cornell, fet que contribuiriasubstancialment a la difusió de les tècniquespolarogràfiques en aquell país.

Amb l’ocupació de Txecoslovàquia perl’exèrcit alemany el 1939, la Universitat Karlovade Praga va ser clausurada, encara que el

Figura 12. Esquema del primer polarògraf, amb registrefotogràfic, construït per Heyrovsky i Shikata el 1925.

* Encara que en les publicacions en català se sol utilitzarel terme ona, sembla que la paraula onada representariamillor la morfologia sigmoide de les corbes intensitat-potencial.

27


laboratori de Heyrovsky va ser respectat a cau-sa de la influència d’un col·lega alemany.Durant la segona Guerra Mundial, Heyrovskyes va dedicar a preparar el seu nou llibre, quees publicaria a Viena el 1941 [65] i la versióanglesa del qual es publicaria als Estats Unitsel 1944 [66].

Finalitzada la guerra, la UniversitatKarlova de Praga reprèn les seues activitatsacadèmiques. El Departament de Química Fí-sica torna a ser el principal nucli de lainvestigació en polarografia. El 1950 es fundaa Praga l’Institut Polarogràfic Central, que técom a primer director Heyrovsky. Per motiusde salut, aquest havia limitat les seues activitatsacadèmiques a la universitat, a la qual romaniavinculat, no obstant això, com a professorhonorari. Durant els dos anys següents a la seuacreació, l’Institut Polarogràfic Central experi-menta una forta expansió i el 1952 esconverteix en l’Institut Polarogràfic del’Acadèmia Txecoslovaca de les Ciències. Elprogrés de la polarografia en tot el món era jauna realitat durant els anys 50, i la seuaocupació com a mètode d’anàlisi quantitativa,principalment d’ions metàl·lics, s’haviageneralitzat en les indústries metal·lúrgica,química, farmacèutica i alimentària. El 1951se celebrava a Praga el primer Congrés Inter-nacional de Polarografia.

L’impacte causat per la polarografia enla comunitat científica havia arribat també laReial Acadèmia Sueca de les Ciències: els anys1938, 1939 i 1948 Heyrovsky figurava entreels científics proposats per a la concessió delpremi Nobel de química, però al final el premiva ser per a altres científics (R. Kuhn, A. F. J.Butenandt i L. Ruzicka, i A. Tiselius,respectivament)*. Heyrovsky hauria d’esperarfins a onze anys: al setembre de 1959 es vadonar a conèixer oficialment la concessió delpremi Nobel de Química a Jaroslav Heyrovsky,que el va rebre l’11 de desembre d’aquestmateix any. En el seu discurs davant l’Acadèmia

Sueca, Heyrovsky va presentar de formasistemàtica els treballs que havia desenvolupatdurant els últims trenta-vuit anys, des de lescaracterístiques dels capil·lars usats, el conceptei importància de la intensitat límit de difusió il’equació d’Ilkovic, fins a les aplicacions mésrecents de les tècniques polarogràfiques.

El reconeixement oficial de lesaportacions de Heyrovsky a l’electroquímica il’electroanàlisi durant quasi quaranta anys detreball havia arribat finalment, però les facultatsfísiques del científic estaven ja molt minvades ila seua creativitat molt limitada. JaroslavHeyrovsky va morir a Praga set anys més tard,el 27 de març de 1967, i va ser enterrat en elcementeri Vysehrad de Praga, on abans haviensigut enterrats els músics Biedrich Smetana iAntonin Dvorak, entre altres artistes iescriptors.

Com anteriorment s’ha assenyalat, la vi-sita de Heyrovsky als Estats Units el 1933 vadespertar l’interès per la polarografia en moltsinvestigadors d’aquell país, on un dels qui vacontribuir de forma més activa aldesenvolupament de les tècniquespolarogràfiques va ser Kolthoff a la universitatde Minnesota. Izaac Maurits Kolthoff (1894-1993) havia nascut a Almelo (Holanda), i jaen els seus estudis elementals va començar amostrar interès per la química. El 1911 es vamatricular en l’Escola de Farmàcia de laUniversitat d’Utrecht, on va adquirir elsprimers coneixements de química analítica, unamatèria en aquells dies quasi totalment empí-rica. Després d’obtenir el diploma defarmacèutic el 1915, va cursar assignatures dequímica física i química col·loïdal a laUniversitat d’Utrecht, i va preparar una tesique, amb el títol Fonaments de iodimetria, vapresentar el 1918 per a obtenir el títol de doc-tor en Química. A la Universitat d’Utrecht, onhavia aconseguit un nomenament de‘privaatdocent (ajudant) en electroquímica, va publi-car nombrosos articles sobre temes diversos dequímica, com química dels col·loides o elconcepte de pH (que havia sigut definit el 1909pel danès Sorensen), molts d’ells en anglès.Això va fer que els seus treballs foren conegutsràpidament a Europa i als Estats Units.

* Sembla que el fet que durant la guerra Heyrovskyhaguera pogut continuar el seu treball a la universitatKarlova de Praga, clausurada pels nazis, va serinterpretat en alguns cercles com un signe decol·laboracionisme.

28


Després d’una breu estada a Amèrica delNord (Canadà i EUA) el 1924, Kolthoff hi vatornar de forma definitiva el 1927, contractatcom a professor de la Divisió Analítica del’Escola de Química de la Universitat deMinnesota, on va romandre fins al 1962, anyen què es va retirar oficialment, ja que, de fet,mai va abandonar el món acadèmic fins que vamorir, als 99 anys, el 1993. Kolthoff va ser uninvestigador que es va interessar per matèriesmolt diverses en química analítica, tant clàssicacom instrumental. Una d’aquestes va serl’electroanàlisi. Immediatament després de lavisita de Heyrovsky a la Universitat deMinnesota el 1933, Kolthoff va encomanarprojectes d’investigació en electroanálisis alsseus deixebles J. J. Lingane (amb l’elèctrodede gotes de mercuri) i H. Laitinen (ambelèctrode sòlid de platí). El 1941 Kolthoff iLingane publiquen el seu llibre Polarography,que tindria el 1952 una segona edició amplia-da, en dos volums [67]. El 1940 Kolthoff vaintroduir el terme voltammetry (voltam-perometria) per referir-se a la tècnicad’obtenció de corbes intensitat-potencial usantelèctrodes sòlids en substitució de l’elèctrodede gotes de mercuri.

Estant en desacord amb la situació de laquímica analítica quan va començar a investi-gar (a principis del segle XX era considerada mésun art que una ciència), Kolthoff ha sigut elquímic que més ha contribuït a transformar-la. Per això va prendre com a base els fonamentsque havien incorporat a la teoria de la químicacientífics com J. W. Gibbs, J. H. Vant’Hoff, S.Arrhenius, W. Nernst i N. J. Bjerrum, i va edi-ficar sobre aquells les bases teòriques delsmètodes analítics. La investigació de Kolthoffva abastar pràcticament la totalitat dels campsde la química analítica, en cadascun dels qualssolia publicar, a més dels articles originals, unamonografia en la qual es presentaven les basesteòriques i les principals aplicacions que tenien.Kolthoff sempre tractava de mantenir unequilibri entre la teoria i la pràctica en el treballcientífic. Entenia que la investigació en quími-ca analítica havia de buscar objectius d’utilitatperò que, al mateix temps, era necessari que lametodologia tinguera una base teòrica fermaen la qual poguera fonamentar-se. Una fraseseua que va arribar a fer-se famosa resumeix

aquesta filosofia: Theory guides, experiment de-cides. (La teoria guia, l’experiment decideix).

El desenvolupament de la polarografiaa partir dels anys 50 va estar marcat per la cer-ca de límits de detecció més baixos (enpolarografia clàssica el límit de detecció,imposat pel corrent capacitatiu, es troba entre10-4 i 10-5 M). Per aconseguir aquest objectiues van desenvolupar, entre d’altres, les tècniquesde polarografia d’impulsos normal (NPP) i di-ferencial (DPP), mitjançant les qualss’aconsegueix incrementar el corrent faradaic idisminuir el corrent capacitatiu [68].

La voltamperometria amb elèctrodessòlids en condicions de difusió convectiva ovoltamperometria hidrodinàmica va arribar aadquirir un ús generalitzat a partir de lacomercialització dels elèctrodes rotatoris perals quals el rus Veniamin Levich haviadesenvolupat entre 1942 i 1944 un rigoróstractament matemàtic que condueix a l’equacióde la intensitat límit en condicionshidrodinàmiques coneguda com a equació deLevich [69]. La voltamperometria ambelèctrodes sòlids va adquirir una nova perspec-tiva quan van començar a dissenyar-se detectorsamperomètrics per a cromatografia de líquidsd’alta resolució [70].

La tendència de la instrumentació ana-lítica a la miniaturització es manifesta en elcamp dels sensors. El biòleg nord-americàLeland C. Clark, va dissenyar un sensor per ala determinació d’oxigen dissolt basat en lamesura de la intensitat del corrent produït enla reducció de l’oxigen en un elèctrode de platí.Aquest sensor es va popularitzar amb el nomd’elèctrode de Clark, i constitueix la base delsmoderns biosensors amperomètrics, basats enla immobilització d’enzims que catalitzen unareacció bioquímica i l’ocupació de mediadorsredox que catalitzen la transferènciad’electrons.

Des que, fa més de vuitanta anys,Heyrovsky va fer els primers experiments quedonarien lloc al desenvolupament de lapolarografia, la forma de portar a terme lesdeterminacions ha experimentat canvissubstancials: l’elèctrode de gotes de mercuri

29


ha sigut dràsticament modificat o,alternativament, substituït per elèctrodes sòlidsde platí o carboni, la instrumentació ha sigutobjecte de millores tendents a arribar a unamajor sensibilitat, precisió, rapidesa iautomatisme, i la terminologia ha hagutd’incorporar elements inexistents (iinnecessaris) en la polarografia clàssica:voltamperometria, impulsos, mostreig,detectors, sensors... Però l’eficàcia actual de lametodologia electroanalítica no hauria sigutpossible sense l’invent o descobriment deHeyrovsky? Petr Zuman, un dels més destacatsdeixebles de Heyrovsky, eludeix respondre al’anterior disjuntiva aplicant aquesta reflexió:

“Com amb altres descobriments, el de lapolarografia es va produir perquè la per-sona adequada es trobava en el llocadequat en el moment adequat” [71].

12. Carius, G.J., Lieb. Ann., 116, 128 (1860).

13. Carius, G.J., Lieb. Ann., 136, 129 (1865).

14. Carius, G.J., Ber., 3, 697 (1870).

15. Nernst, W., Z. f. Elektrochem., 9, 622 (1903).

16. Emich, F.; Donau, J., Monatshefte, 30, 745(1909).

17. Pregl, F., Quantitative Micro-Analysis ofOrganic Substances, Nobel Lecture, http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1923/pregl-lecture.html

18. Emich, F., Lehrbuch der Mikrochemie, München,73 (1926).

19. Pregl, F., Abderhaldens Handbuch biochemischerArbeitsmethoden, Vol. V, Urban &Schwarzenberg, Berlin, 1912.

20. Pregl, F., Die quantitative mikroanalyse,J.Springer, Berlin, 1917.

21. Feigl, F.; Anger, V., Spot Tests in InorganicAnalysis, 6th Ed., Elsevier, 1972.

22. Feigl, F., Spot Tests in Organic Analysis, 7th Ed.,Elsevier, 1983.

23. Belcher, R.; Spooner, C.E., Ind. Chemist, 19,653 (1943).

24. Belcher, R.; Ingram, G., Anal. Chim. Acta, 7,319 (1952).

25. Schöniger, W., Mikrochim. Acta, 1955, 123.

26. Zimmermann, W., Z. Anal. Chem., 118, 258(1939).

27. Runge, F.F., Farbenchemie, I-II (1834, 1843).

28. Runge, F.F., Ann. Phys. Chem., XVII, 31, 65(1834).

29. Runge, F.F., Ann. Phys. Chem., XVIII, 31, 78(1834).

30. Runge, F.F., Farbenchemie, III (1850).

31. Schönbein, C.F., Pogg. An., 114, 275 (1861).

32. Goppelsröder, F., Z. Anal. Chem., 7, 195(1868).

Referències1. Echeverría, L., De oratoria Universitaria Sal-

mantina, lliçó inaugural del curs 1977-78.Universidad de Salamanca.

2. Lavoisier, A.L., Traité élementale de chimie,París, 1789.

3. Berthollet, C.L., Mem. soc. Arcueli., 3, 64.

4. Gay-Lussac, J.L.; Thénard, L.J., Reserchesphysico-chimiques, París, 2, 265 (1810).

5. Berzelius, J.J., Neues Journal der Pharmazie,1, 130 (1815).

6. Liebig, J., Anleitung zur Analyse organischerKörper, Braunschweig, 1837.

7. Dumas, J.B., Compt. rend., 11, 287 (1840).

8. Kjeldahl, J.G., Z. Anal. Chem., 22, 366 (1883).

9. Henry, E.O.; Plisson, A., Journal de Pharmacie,249 (1830).

10. Henry, E.O., Journal de Pharmacie, 29 (1834).

11. Zeise, W., J. prakt. Chem., 1, 458 (1834).

30


33. Day, D.T., First International PetroleumCongress, Paris, 1900.

34. Day, D.T., Science, 17, 1007 (1903).

35. Tswett, M.S., Bull. Lab. Bot. Gen., Universitéde Genève, 1, 125-206 (1896).

36. Tswett, M.S., Ber. Deutsch. Bot. Ges., 24, 316(1906).

37. Tswett, M.S., Ber. Deutsch. Bot. Ges., 24, 384(1906).

38. Tswett, M.S., Khromofilly v Rastitel’nom iZhivotnom Mire, Izd. Karbasnikov, Warsaw,1910.

39. Palmer, L.S.; Eckles, C., J. Biol. Chem., 17,191 (1914).

40. Palmer, L.S., Carotenoids and related pigments:The Chromolipids, Am. Chem. Soc. MonographSeries, Chemical Catalog Co. New York, 1922.

41. Kuhn, R.; Lederer, E., Z. Physiol. Chem., 197,141 (1931).

42. Kuhn, R.; Lederer, E., Z. Physiol. Chem., 200,246 (1931).

43. Kuhn, R.; Brockmann, H., Ber, 64, 1859(1931).

44. Kuhn, R.; Lederer, E., Naturwissenschaften, 19,306 (1931).

45. Zechmeister, L.; Cholnoky, L., DieChromatographische Adsorptions-methode,Springer, Wien, 1937.

46. Zechmeister, L.; Cholnoky, L., Principles andPractice of Chromatography, 2nd Ed., Chapman& Hall, London and Wiley & Sons, New York,1941.

47. Martin, A.J.P.; Synge, R.L.M., Biochem. J., 35,1358 (1941).

48. Nature (London), 170, 826 (1952).

49. Consden, R., Gordon, A.H.; Martin, A.J.P.,Biochem. J., 38, 2244 (1941).

50. Taylor, T.I.; Urey, H.C., J. Chem. Phys., 6, 429(1938).

51. James, A.T.; Martin, A.J.P., Biochem. J., 50,679 (1952).

52. Giddins, J.C., Anal.Chem., 35, 2215 (1963).

53. Stahl, E., Pharmazie, 11, 633 (1956).

54. Heyrovsky, J., Chem. Listy, 16, 256 (1922).

55. Davy, H., Philos. Trans., 97, 1 (1807).

56. Gibbs, W., Z. Anal. Chem., 3, 327 (1864).

57. Nernst, W., Z. phys. Chem., 4, 129 (1889).

58. Le Blanc, M, Z. phys. Chem., 8, 299 (1889).

59. Freudenberg, H., Z. phys. Chem., 12, 97(1891); Chem. Ber., 25, 2492 (1892).

60. Sand, H.J.S., J. Chem. Soc., 93, 1572 (1908).

61. Heyrovsky, J.; Shikata, M., Rec. Trav. Chim.Pays-Bas, 44, 496 (1925).

62. Semerano, G., Il Polarografa, sua teoria eapplicazioni, A. Draghi, Padova, 1932.

63. Heyrovsky, J., Application of Polarography inPractical Chemistry (in Czech), Praga, 1933.

64. Heyrovsky, J., Polarographie, Springer, Vienna,1941.

65. Heyrovsk y, J., Polarography, theoreticalfundations, practical execution and applicationsof the electrolysis with the dropping mercuryelectrode, Alien Custodian Property, EdwardBrothers, Ann Arbor, Michigan, 1944.

66. Kolthoff, I.M.; Lingane, J.J., Polarography,Interscience, New York-London, 1952.

67. Parry, E.P.; Osteryoung, R.A., Anal. Chem., 36,1336 (1964).

68. Levich., V.G., Acta Physicochim. USSR, 17,257 (1942); 19, 133 (1944).

69. Weber, S.G.; Purdy, W.C., I & EC ProductResearch & Development, 20, 593 (1981).

70. Zuman, P., Analyst, 117, 1803 (1992).

31


Bibliografia consultadaBabor, J.A.; Ibarz, J, Química General Moderna,6ª Ed., Marín, Barcelona, 1963.

Bard, A,J.; Zoski, C.G., Anal. Chem., 72, 346 A(2000).

Berezkin, V.G., Chomatographic AdsorptionAnalysis. Selected Works. Mikhail Semenovich Tswett,Ellis Horwood, New York, 1990.

Bond, A.M., Broadening electrochemical horizons.Principles and Illustrations of voltammetric andrelated techniques, Oxford University Press, NewYork, 2002.

Delahay, P., New Instrumental Methods inElectrochemistry. Theory, Instrumentation andapplications in Analytical and Physical Chemistry,Interscience, New York, 1966.

Ettre, L.S., LC·GC, 19, 506 (2001).

Ettre, L.S., J. Chromatogr. Science, 41, 225 (2003).

Ettre, L.S., LC·GC Europe, 16, 632 (2003).

Ettre, L.S.; Horvath, C., Anal. Chem., 47, 422 A(1975).

Ettre, L.S.; Zlatkis, A. (Eds.), 75 Years ofChromatography. A historical Dialogue, Elsevier,Amsterdam, 1979.

Grob, R.L., Modern Practice of Chromatography,Wiley, Nueva York, 1985.

Hargittai, I., The Road to Stocholm. Nobel Prizes,Science and Scientists, Oxford University Press, NewYork, 2002.

Heyrovsky, J.; Kuta, J., Principles of Polarography,Academic Press, New York, 1966.

Irving., H.M.N.H., Analyst, 99, 787 (1974).

Kellner, R., Mermett, J.M., Otto, M.; Widmer,H.M. (Eds.), Analytical Chemistry, Wiley,Weinheim, 1998.

Leroy, F. (Ed.), A Century of Nobel Prize Recipients.Chemistry, Physics and Medicine, Marcel Dekker,New York, 2003.

Meyers, R.A. (Ed.), Encyclopedia of AnalyticalChemistry, Wiley, New York, 2000.

Sabine, D.B., Chemistry, 42, 12 (1969).

Snell, F.D.; Hilton, C.L., Encyclopedia of IndustrialAnalysis, Interscience, New York, 1974.

Szabadváry, F., History of Analytical Chemistry,Pergamon Press, Oxford, 1966.

Townshend, A. (Ed.), Encyclopedia of AnalyticalScience, Academic Press Limited, New York, 1995.

Vohra, S.K., Trends in Analytical Chemistry, 2 (3),57 (1983).

lliÇÓ inaugural curs 2004/2005

Documents