Продолжая исследования в области газов, выделяющихся из печей, Бунзен значительно усовершенствовал существовавшие в то время методики анализа газов, что и сделало его идеальным кандидатом в участники направленной в 1846 году к Гекле экспедиции. В письмах матери из Исландии он ярко описывает свои приключения:
«Хотя здесь на крайнем севере пейзажи пустынны, но они изумительно прекрасны, и я никогда не пожалею о том, что я увидел их, хотя это и стоило невероятных лишений и усилий и мне, и всем, кто находится здесь со мной».
Пробив себе дорогу через клубы дыма и пепла в кратер Геклы, вулкана, который ещё за три месяца до прибытия экспедиции активно извергался, Бунзен собрал сотни образцов для анализа. Погружение термометров вглубь гейзера позволило Бунзену прийти к выводу, что при высоком давлении вода остаётся в жидком агрегатном состоянии при температуре более высокой, чем её температура кипения при нормальном атмосферном давлении.
Ещё одна область, в которой Бунзену удалось внести существенные усовершенствования — создание источников электрического тока. В 1841 году он заменил платиновый катод в электрохимической ячейке Грова более дешёвым угольным электродом, а затем продемонстрировал, что батарея из 44 таких ячеек может использоваться для получения дугового разряда. Для измерения интенсивности свечения дугового разряда Бунзен изобрел простой, но при этом эффективный прибор — фотометр с масляным пятном (фотометр Бунзена), который применялся ещё долгое время. Начиная с 1852 года, Бунзен с помощью этой батареи проводил электролиз расплавов солей реакционноспособных металлов и получал чистые образцы стронция, бария, алюминия и некоторых редкоземельных металлов. Выделив эти металлы в чистом виде, он измерил их удельную теплоёмкость с помощью самостоятельно разработанного калориметра, который фиксировал изменение объёмов смеси льда и воды, выдерживаемой при постоянной температуре в 0 °C.
Получив воспроизводимые значения теплоёмкости, которые Бунзен посчитал надёжными, он решил определить атомные массы полученных металлов, используя закон, разработанный в 1816 году французскими химиками Пьером Дюлонгом и Алексисом Пти (молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре одинакова и близка к 3R, где R — универсальная газовая постоянная 8.314 Дж). Уточнённые значения атомных масс впоследствии позволили ученикам Бунзена Лотару Мейеру и в первую очередь Дмитрию Ивановичу Менделееву начать классификацию химических элементов: и Лотар, и Менделеев в отличие от Дёберейнера первоначально группировали элементы не триадами с близкими химическими свойствами, а в порядке увеличения атомных масс.
Бунзен был первым учёным, разработавшим технологию получения металлического магния в мультиграммовых и килограммовых количествах, и в 1859 году рекомендовал использовать горящий магниевый порошок в качестве источника света при фотографии. Фотографы, делавшие индивидуальные и групповые фотопортреты в собственных студиях, быстро воспользовались советом Бунзена, и магний с лёгкой руки Бунзена стал применяться в фотоискусстве. Заметим, что интересы Бунзена в области фотохимических процессов не ограничивались исключительно фотосъёмкой. Совместно с одним из своих учеников, британским химиком Генри Энфилдом Роско, Бунзен изучал фотоактивируемую реакцию водорода с хлором. Бунзен и Роско установили, что скорость образования хлороводорода пропорциональна интенсивности излучения, но только после небольшого начального периода реакции (индукционный период). Исследователям не удалось объяснить феномен существования индукционного периода, более поздние работы показали, что его появление связано с реакцией хлора с примесями, находящимися в следовых количествах в водороде или хлоре.
То самое устройство, благодаря которому мы регулярно вспоминаем Бунзена (справедливости ради, лавры за изобретение этого устройства принадлежат не только Бунзену), появилось в 1855 году, когда в его новую лабораторию для освещения и обогрева стали подавать светильный газ (смесь 50 % водорода, 34 % метана, 8 % угарного газа и других горючих газов, получаемая при пиролизе каменного угля по технологии, разработанной немецким инженером Германном Блау). Желая разработать источник тепла, более мощный по сравнению со спиртовкой и более управляемый по сравнению с угольной жаровней, Бунзен совместно с техником-лаборантом своей кафедры Петером Десага разработал новый тип газовой горелки. В разные времена газовые горелки пытались конструировать и другие исследователи, например, Франсуа Пьер Ами Аргант (1750–1803) и Майкл Фарадей (1791–1867), однако горелка Бунзена-Десага быстро показала свое преимущество и стала использоваться в качестве стандартной модели газовой горелки в химической лаборатории. Применяется эта модель горелки в лабораторной практике и сейчас, в наше время мы называем её просто «горелкой Бунзена», подчас вспоминая Бунзена только в связи с горелкой. Хотя сам он и не считал её изобретение наиболее выдающимся из своих трудов, но, вероятно, миллионы химиков, применяющих горелку Бунзена по всему земному шару, ошибаться не могут.
Новая газовая горелка, которую, регулируя расход горючего газа и воздуха, можно было заставить гореть практически бесцветным пламенем, оказалась полезной для идентификации неорганических веществ по окраске пламени горелки их солями (карминово-красные, малиново-красные и кирпично-красные оттенки, которые должны знать и участники школьных химических олимпиад, и те, кто их к этим олимпиадам готовит). В 1859 году друг Бунзена, физик Густав Кирхгофф посоветовал ему модифицировать новый аналитический подход, применяя призму для разложения излучения горелки в спектр. Опять же, как это было и с горелкой, попытки создать спектроскоп делались и до судьбоносного разговора Бунзена с Кирхгофом. Попытки использовать спектральный анализ в химии предпринимали Уильям Волластон (1766–1828), Йозеф Фраунгофер (1787–1826) и сын открывшего планету Уран астронома Уильяма Гершеля — химик и физик Джон Гершель (1792–1871). Однако первыми, кто стал использовать спектральный анализ и спектрометры систематически, стали именно Бунзен и Кирхгофф, попутно разрекламировав потенциал спектрального анализа, открыв с помощью спектроскопа два новых элемента — рубидий и цезий, оба из которых были названы в честь преобладающих в их спектре линий. С рубидием моим современникам, надеюсь, понятно, его основная спектральная линия — рубиново-красная. Цезий же получил своё название за наличие в спектре двух ярких синих линий (от лат. caesius — небесно-голубой).
Во времена, когда Кирхгоф и Бунзен работали над конструкцией своего спектрометра, многие учёные (например, «ставшие единицами измерения» Георг Стокс и Андерс Ангстрем) теоретически рассуждали о том, что спектр элемента может содержать информацию о строении атома этого элемента. Другие учёные умы им возражали, в том числе утверждая, что атомы и элемента являются хорошей абстракцией для представлений о веществе, но вряд ли существуют в реальном мире. Надежды тех, кто полагал существование связи между спектром элемента и строением его атома, были верными, но преждевременными: лишь спустя полвека теория Нильса Бора позволила объяснить причины появления спектральных линий. Любопытно, что ни Бунзен, ни Кирхгофф в этих теоретических дискуссиях не участвовали, но при этом сделали для становления спектроскопии гораздо больше других. Как так получилось? Если говорить о Бунзене, то он считал теоретизирование чем-то отвлекающим его от приключений в лаборатории или за её стенами, каковыми он точно считал эксперименты. По отзывам современников, Бунзен радовался как дитя хорошим экспериментальным результатам, оставляя разработки гипотез и теорий мыслителям-теоретикам и сторонникам «чистого разума в науке».
