Уже на протяжении нескольких столетий было известно, что при сгорании органических веществ, например, рудничного газа (метана) или спирта, образуется вода. Этот процесс изучали еще И. Ван Гельмонт и Р. Бойль. Позднее Дж. Пристли и К. Шееле установили, что при горении парафина, кроме того, образуется «углекислота» (углекислый газ). Установив, что «углекислота» состоит из углерода и кислорода, а вода — из водорода и кислорода, Лавуазье стимулировал систематические исследования состава органических веществ. При качественном анализе органических веществ он находил в них углерод и водород, а иногда кислород и азот. В конце XVIII в. Бертолле более наглядно показал, что органические вещества, особенно животного происхождения, действительно содержат азот. Для определения элементного состава органических веществ А.Л. Лавуазье подвергал эти вещества превращению таким образом, чтобы элемент или группы элементов, входящие в состав этих веществ, образовывали при этом известные химикам соединения. Так, наличие азота французский химик доказывал образованием аммиака, наличие фосфора и серы — превращением их соответственно в фосфорную и серную кислоты.

Тот факт, что из немногих элементов (углерода, водорода, кислорода, азота и др.) образуется бесконечное количество органических веществ, вызывал у ученых большое удивление. Они зачастую были не в состоянии понять, как из одних и тех же элементов могли состоять листья, цветы, мясо, кровь, кости и т. д. Видимо, элементы должны были присутствовать в веществах в различных количествах. Эта идея привела к созданию количественного элементного анализа органических соединений. Его первоначальная методика тоже была разработана Лавуазье. Французский ученый сжигал вещество и изучал образовавшиеся продукты. Легко сгорающие вещества он сжигал под заполненным определенным объемом кислорода колпаком с ртутным затвором. Таким способом А.Л. Лавуазье смог определить объем образующегося CO₂ и установить оставшееся количество кислорода, а по этим данным рассчитать количества углерода, водорода и кислорода в исследуемом соединении.

Плохо горящие вещества Лавуазье смешивал с соединениями, которые при нагревании легко выделяют кислород, например, с оксидом ртути. Это способствовало полному сгоранию исследуемого образца. Тем самым французский химик разработал принципиальные основы органического анализа. Правда, он не успел опубликовать многие из этих результатов; они были обнаружены в лабораторном журнале Лавуазье только через четыре года после его смерти.

Другие химики, в частности, Дж. Дальтон и T Соссюр, не были знакомы в деталях с методом Лавуазье. Поэтому, когда они сжигали смесь паров исследуемого вещества с кислородом, их опыты были менее удачными. В начале XIX в. Ж.Л. Гей-Люссак и Л. Тенар предложили более удобный метод анализа: они сжигали органическое вещество в присутствии хлората калия. В 1815 г. Гей-Люссак усовершенствовал этот метод, применив в качестве окислителя оксид меди. Исходя из количества полученного углекислого газа и объема кислорода, Гей-Люссак рассчитывал содержание углерода, водорода и кислорода в исследуемом соединении. Берцелиус усовершенствовал элементный анализ, предложив смешивать органическое вещество с хлоратом калия (бертолетовой солью) и хлоридом натрия, а затем постепенно разлагать их. Таким образом, он предложил определять не только углекислоту, но и воду, используя для этого хлорид кальция в качестве поглотителя. Важной составной частью аналитического прибора Берцелиуса была трубка для сжигания, которую Берцелиус, в отличие от Гей-Люссака и Тенара, располагал не вертикально, а горизонтально. Поэтому ее можно было нагревать непрерывно по отдельным участкам. Лучших результатов Берцелиус добился еще и потому, что содержание водорода в веществе он рассчитывал не косвенным путем (по количеству израсходованного кислорода), а взвешивая водород в виде соединения его с кислородом, т. е. в виде образовавшейся при этом воды. Метод Берцелиуса был сложным, а анализ длился долго. Только признанные мастера анализа добивались при этом довольно приемлемых результатов. Поэтому количество анализов органических веществ в то время было невелико. Эта ситуация изменилась лишь после того, как Ю. Либих (см. т. 1, глава 9, п. 9.3) изобрел кали-аппарат.

^{Кали-аппарат с газовым нагревом (1900 г.)}

Это устройство стало основным прибором для элементного анализа органических веществ в течение 100 лет, претерпев за это время лишь небольшие усовершенствования. Например, во второй половине XIX в. нагревание стали осуществлять не раскаленным углем, а газом. Позднее был изменен сам способ сжигания вещества: его стали проводить в токе кислорода. В основном же принцип элементного анализа оставался неизменным. Кали-аппарат обладал многими преимуществами. Одно из них — простота проведения анализа (с аппаратом мог работать даже лаборант). Второе преимущество — быстрота и точность проведения анализа. Таким образом, кали-аппарат, впервые описанный Либихом в 1831 г., стал волшебным ключом к разгадке тайн состава органических веществ. В своем приборе Либих широко использовал аналитический метод Берцелиуса, однако прибор, впервые предложенный шведским ученым, был в значительной степени усовершенствован. Во-первых, печь была разделена на участки, во-вторых, стали использовать трубку с оттянутым концом и, наконец, главным достижением явилось применение кали-аппарата. В шарообразной части аппарата был налит раствор едкого кали, который мог поглощать большие количества углекислого газа. Перед ним располагалась наполненная хлоридом кальция трубка, поглощавшая водяные пары. Для точного анализа органических соединений, содержащих только углерод, водород и кислород, кали-аппарат был идеальным прибором. Многочисленные данные, полученные на этих установках, привели ученых к выводу, что состав органических соединений тоже можно выразить совершенно определенными целочисленными массовыми соотношениями.

^{Схема количественного элементного анализа органических веществ (Брокгауз, 1919 г.) сыграла решающую роль при исследовании состава и строения белков} 

В том же 1831 г., когда Либих продемонстрировал свой прибор, Ж.Б. Дюма (см. т. 1, глава 9, пп. 9.3–9.4) предложил очень эффективный способ определения азота в органических соединениях. Эвдиометр содержал раствор для поглощения углекислого газа. Конец трубки был наполнен карбонатом свинца. Ток CO₂, выделяющегося при его нагревании, захватывал и другие газы, которые получались при сгорании органических соединений. Метод Дюма также подвергался различным усовершенствованиям. Исследуемое органическое вещество стали нагревать вместе с гидроксидом бария. Образующийся при этом аммиак пропускали через раствор соляной кислоты и осаждали из этого раствора хлоридом платины в виде малорастворимой соли (NH₄)₂[PtCl₆]. На рисунке представлена полная схема проведения количественного анализа органических веществ, которую использовали вплоть до 30-х гг. XX столетия.