บทที่ 1

บทนําเกี่ยวกับเคมีวิเคราะห

เคมีวิเคราะห เปนแขนงหนึ่งของวิชาเคมีซึ่งเกี่ยวของกับการแยกสาร การศึกษาลักษณะเฉพาะ พิสูจนเอกลักษณของสารที่ตองการวิเคราะห(analyte)ที่มีอยูในตัวอยาง (sample)และ การหาปริมาณที่แทจริงของสารนั้น ๆ ด้ังน้ันเคมีวิเคราะหจึงเปนศาสตรที่ศึกษาเกี่ยวกับองคประกอบของสารเคมี และมีบทบาทที่สําคัญตองานดานวิทยาศาสตรในหลายสาขา เชน สาขาการเกษตร สิ่งแวดลอม นิติวิทยาศาสตร กระบวนการผลิต และ เภสัชกรรม เปนตน ผูที่ทํางานดานเคมีวิเคราะหมีหนาที่ปรับปรุง และ พัฒนาเทคนิคการวิเคราะหใหมีความนาเชื่อถือมาก

1.1 บทบาทของเคมีวิเคราะหในงานดานวิทยาศาสตร

เคมีวิเคราะหมีบทบาทที่สําคัญตอการพัฒนางานดานวิทยาศาสตรแขนงตาง ๆ มากมาย ตัวอยางเชน

1)ดานการเกษตร ไดแก การวิเคราะหหาปริมาณไนโตรเจนในปุยซึ่งเปนตัวบงชี้คุณภาพของปุยนั้น ๆ 2)ดานวิทยาศาสตรการอาหาร โดยวิเคราะหหาสิ่งปนเปอน เชน สารฆาแมลงตกคาง วิเคราะหหาสารอาหารจําเปนเชน วิตามิน วิเคราะหหาปริมาณไนโตรเจนซึ่งเปนสวนประกอบหลักของโปรตีนในอาหาร 3)ดานสิ่งแวดลอม เชน วิเคราะหหาปริมาณคารบอนมอนอกไซดเพื่อตรวจสอบคุณภาพอากาศ หรือ เพ่ือตรวจสอบประสิทธิภาพการทํางานของอุปกรณตรวจวัดควันพิษจากทอไอเสีย 4)ดานการแพทย ไดแก การตรวจวัดน้ําตาลในเลือดของผูปวยเปนโรคเบาหวาน 5)ดานนิติวิทยาศาสตร เชน ตรวจหาโลหะตกคางจากเขมา ดินปนจากมือผูตองหา 6)ดานกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม ไดแก การตรวจวิเคราะหสัดสวนของสารเคมีในระบบการผลิตซ่ึงเปนสวนสําคัญของระบบการควบคุมคุณภาพ(quality control) 7)ดานเภสัชกรรม ไดแก การตรวจสอบความบริสุทธิ์ของยาเพื่อศึกษาการออกฤทธิ์และตรวจสอบประสิทธิภาพของยา

4

นอกจากนี้เคมีวิเคราะหยังมีบทบาทและมีสวนสําคัญในงานวิจัยหลายสาขา เชน สาขาเคมี ชีวเคมี ชีววิทยา ธรณีวิทยา และ สาขาอื่น ๆ ที่เกี่ยวของกับวิทยาศาสตร

1.2 คุณภาพวิเคราะห และ ปริมาณวิเคราะห

เคมีวิเคราะหแยกออกเปน 2 แขนง ไดแก คุณภาพวิเคราะห และ ปริมาณวิเคราะห

1)คุณภาพวิเคราะห(qualitative analysis)คือ การระบุชนิดของธาตุ ไอออน หรือ สารประกอบที่มีในตัวอยาง โดยสนใจวามีสารที่ตองการวิเคราะหอยูหรือไมเทานั้น คุณภาพวิเคราะหอาจกระทําโดยใชปฏิกิริยาที่มีความจําเพาะกับสารที่ตองการศึกษา เชน เม่ือเติมสารละลายของ ซิลเวอรไนเทรต (AgNO3)ลงในสารตัวอยาง แลวเกิดตะกอนขาว แสดงวาตัวอยางนั้นมีคลอไรด (Cl-)เปนองคประกอบ

2)ปริมาณวิเคราะห(quantitative analysis)คือ การหาปริมาณของสารที่สนใจศึกษา ซึ่งอาจมีมากกวาหนึ่งชนิด กอนทําการวิเคราะห ควรทราบขอมูลเกี่ยวกับสวนประกอบของตัวอยางที่จะทําการวิเคราะหกอน เชน ในเลือดจะมีกลูโคสเปนสวนประกอบ หรือ อาจทําการวิเคราะหเชิงคุณภาพเพื่อใหไดขอมูลเบื้องตนมากอน

สารตัวอยางที่นํามาวิเคราะหทั้งเชิงคุณภาพ และ ปริมาณ อาจเปนของแข็ง ของเหลว แกส หรือสารผสม ตัวอยางการวิเคราะห เชน การตรวจสอบเขมาดินปนบนมือผูตองหา ใชการวิเคราะหเชิงคุณภาพเทานั้น แตการวิเคราะหซัลเฟอรที่ปนเปอนในถานหินตองใชการวิเคราะหเชิงปริมาณ เน่ืองจากปริมาณของซัลเฟอรมีผลตอราคาของถานหิน ระบบการวิเคราะหทางเคมีในปจจุบันสามารถวิเคราะหไดทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

1.3 กระบวนการทางเคมีวิเคราะห

ในการวิเคราะหสารตัวอยาง จะไดผลออกมามีความนาเชื่อถือหรือไม ผูวิเคราะหจะตองตระหนักถึงความสําคัญของกระบวนการตาง ๆ ทางเคมีวิเคราะห ซึ่งอาจแบงออกเปนขั้นตอน ตาง ๆ ไดดังนี้

1.3.1 การกําหนดปญหา

กอนที่ผูวิเคราะหจะทําการออกแบบขั้นตอนการวิเคราะหได ตองทําการกําหนดปญหา เชน ปญหาคืออะไร ตองการวิเคราะหอะไร ใชการวิเคราะหเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณ หรือ ทั้งสองแบบ ขอมูลที่ไดนําไปใชประโยชนอะไร เพ่ือใคร ตองการขอมูลเม่ือใด ตองการความแมน

5

(accuracy)และความเที่ยง(precision)เพียงใด ใชงบประมาณจากแหลงใด และสิ่งสําคัญอีกประการหนึ่งคือ ผูวิเคราะหควรปรึกษาแผนการวิเคราะหกับผูที่นําตัวอยางมาใหวิเคราะหเพ่ือใหการวิเคราะหเกิดประโยชนและมีประสิทธิภาพรวมถึงขั้นตอนและเทคนิคการเกบ็ตัวอยางเพ่ือสงวิเคราะหดวย

1.3.2 การเลือกวิธีวิเคราะห

การเลือกวิธีวิเคราะหที่เหมาะสมขึ้นอยูกับประสบการณของผูวิเคราะห และปจจัยที่สํ าคัญ อ่ืน ๆ เชน ชนิดและปริมาณของตัวอย าง วิธีการเตรียมตัวอย าง สภาพไว (sensitivity)ของเทคนิคหรือวิธีที่เลือก สารรบกวน ความแมนและความเที่ยงที่ตองการ อุปกรณและเครื่องมือที่ใชได ความชํานาญของผูวิเคราะห คาใชจาย ระยะเวลาที่ใชในการวิเคราะห และสามารถหาวิธีวิเคราะหรวมถึงสารมาตรฐานไดหรือไม เปนตน

1.3.3 การชักตัวอยาง

การชักตัวอยาง(sampling) คือ การเก็บตัวอยางใหมีปริมาณพอเหมาะกับวิธีการวิเคราะหโดยองคประกอบของตัวอยางที่เก็บมานั้นตองเปนตัวแทนของตัวอยางทั้งหมด วิธีการเก็บตัวอยางมีหลายวิธีซึ่งตองพิจารณาจาก ชนิดและปริมาณของตัวอยาง ความเปนเนื้อเดียวกันของสารที่จะวิเคราะหในตัวอยาง เชน ถาสารที่จะวิเคราะหอยูแบบไมเปนเนื้อเดียวกัน (heterogeneous)ในตัวอยาง ตองทําการเก็บตัวอยางหลาย ๆ จุดแบบสุม แตถาสารที่จะวิเคราะหอยูแบบเปนเน้ือเดียวกัน(homogeneous)จะเก็บตัวอยางสวนไหนมาวิเคราะหก็ได ตัวอยางที่มีลักษณะตาง ๆ กัน จะมีวิธีการเก็บตัวอยางแตกตางกัน ดังนี ้

แกส อาจเก็บตัวอยางโดยใชลูกโปงหรือเข็มฉีดยา หรือ ผานแกสเขาไปแทนที่น้ําที่บรรจุอยูในภาชนะที่ทราบปริมาตรที่แนนอน โดยบันทึกอุณหภูมิ และ ความดันบรรยากาศขณะชักตัวอยางดวย

อากาศ ซึ่งประกอบดวยแกสหลายชนิดรวมทั้งอนุภาคตาง ๆ ดวย (เชน ฝุนละออง) องคประกอบของอากาศตามจุดตาง ๆ จะแตกตางกันไปดวย การเก็บตัวอยางอากาศเพื่อการวิเคราะหฝุนละออง อาจใชเครื่องมือไดหลายแบบ โดยอาศัยการกรอง การตกตะกอนดวยไฟฟาสถิต การตกตะกอนโดยใชความรอน หรือ เทคนิคการแยกโดยใชแรงเหวี่ยงในไซโคลน เปนตน

ของเหลว ตัวอยางของเหลวที่เปนเนื้อเดียวกัน ใหเก็บสวนไหนมาวิเคราะหก็ได แตหากของเหลวตัวอยางไมเปนเนื้อเดียวกัน เชน น้ําคลอง หรือ น้ําผสมน้ํามัน ใหกวนใหเขากันกอน แตถาตัวอยางมีปริมาณมากไมสามารถกวนผสมไดใหเก็บตัวอยางหลาย ๆ จุด

6

ของแข็ง ตัวอยางที่เปนเน้ือเดียวกัน เก็บตัวอยางสวนไหนมาวิเคราะหก็ได สวนกรณีที่ตัวอยางไมเปนเนื้อเดียวกันใหเก็บตัวอยางหลาย ๆ สวน แลวนํามารวมกัน นําไปบด แลวรอนผานตะแกรง เพ่ือทําใหตัวอยางมีขนาดเดียวกัน จากนั้นแบงตัวอยางที่รอนไดออกมาสวนหนึ่ง แผใหเปนรูปสี่เหลี่ยม แลวแบงตัวอยางออกเปนสี่สวน นําสองสวนที่อยูมุมตรงขามมารวมกัน แลวแผเปนสี่เหลี่ยม เก็บสองสวนที่อยูมุมตรงขาม ทําอยางนี้เรื่อย ๆ ไปจนตัวอยางมีปริมาณพอเหมาะที่จะนําไปวิเคราะห

1.3.4 การเตรียมตัวอยาง

เตรียมตัวอยางที่สุมมาใหอยูในรูปที่จะนําไปวิเคราะหได โดยเริ่มจากทําสารตัวอยางใหแหง นําไปชั่ง บดใหละเอียด แลวทําใหละลายดวยตัวทําละลายที่เหมาะสม แยกสิ่งปนเปอนและสารรบกวนออก การเตรียมตัวอยางเพื่อนําไปวัดคาในขั้นตอไปน้ันควรมีการเตรียมซํ้าในเวลาเดียวกัน และใชสภาวะเหมือนกัน เพ่ือใหผลการวิเคราะหมีความนาเชื่อถือ รายละเอียดของการเตรียมตัวอยางแตละขั้นตอนแสดงในหัวขอ 1.4

1.3.5 การวัดคา

วิธีการวัดปริมาณของสารอาจแบงเปนสองแบบคือใชวิธีปริมาณสัมพันธ โดยสารที่ตองการวิเคราะหอาจถูกทําใหแยกสลาย หรือ ทําปฏิกิริยากับสารอื่น แลวทําใหเกิดผลิตภัณฑ จากการวัดหาปริมาณของสารผลิตภัณฑหรือรีเอเจนตที่เกี่ยวของในปฏิกิริยา สามารถคํานวณหาสารที่ตองการทราบไดจากสมการเคมี การวิ เคราะหแบบนี้จะเกี่ ยวของ กับการวิเคราะหโดยนํ้าหนัก(gravimetric analysis)และ ปริมาตรวิเคราะห(volumetric analysis)

สําหรับการวัดปริมาณของสารอีกแบบหนึ่ง เปนการวิเคราะหโดยใชเครื่องมือ วัดสมบัติทางกายภาพ โดยตองมีสารมาตรฐานในการเปรียบเทียบ สมบัติทางกายภาพที่นํามาใชในการหาปริมาณของสาร ไดแก ความหนาแนน คาดัชนีหักเห คาการนําไฟฟา และคาการดูดกลืนคลื่นแสงของสาร เปนตน การวิเคราะหวิธีนี้จะใชเวลานอย ไมยุงยากและไดผลดี การแบงวิธีการวิเคราะหดูรายละเอียดเพ่ิมเติมในหัวขอ 1.6

1.3.6 การคํานวณและรายงานผล

เม่ือไดผลการทดลองแลว ใหนําผลที่ไดมาคํานวณ โดยเทียบกับน้ําหนักของสารที่ใชเริ่มตน หรือเทียบกับสารละลายมาตรฐาน เพ่ือหาปริมาณของสารที่สนใจในตัวอยางแลวรายงานผลโดยประเมินความนาเชื่อถือของขอมูลดวย

7

ขั้นตอนตาง ๆ ในกระบวนการวิเคราะหทางเคมี สรุปเปนแผนผัง ดังรูปที่ 1.1

การกําหนดปญหา

รูป 1.1 ขั้นตอนการวิเคราะหตัวอยาง

1.4 การเตรียมตัวอยางเพื่อใชวิเคราะหทางเคมี

โดยทั่วไปการวิเคราะหหาองคประกอบทางเคมีไดแก การตกตะกอน การไทเทรต และวิธีการใชเครื่องมือพิเศษ จําเปนตองมีการเตรียมตัวอยางใหเปนสารละลายกอน แลวจึงนําไปวิเคราะหตามวิธีขางตน ตัวทําละลายอาจเปนนํ้ากลั่น สารละลายกรด หรือ เบส บางครั้งอาจเปน รีเอเจนตที่ทําปฏิกิริยาในสภาวะที่รุนแรง ดังน้ันการเตรียมตัวอยางจึงเปนขั้นตอนที่สําคัญมากขั้นตอนหนึ่ง ผูทําการทดลองดานเคมีวิเคราะหควรใหความสําคัญและทําความเขาใจกับทุกขั้นตอนของการเตรียมตัวอยางดังน้ี

1.4.1 การทําใหแหง

การทําใหแหง (drying) เปนการทําใหตัวอยางมีนํ้าหนักคงที่ โดยนําตัวอยางที่เปนของแข็งไปอบใหแหงที่อุณหภูมิประมาณ 105 – 110°C ดวยเตาอบ จนของแข็งมีนํ้าหนักคงที่ ในกรณีที่สารที่จะวิเคราะหสลายตัวไดงายดวยความรอน ใหนําตัวอยางไปทําใหแหงโดย ทิ้งไวที่อุณหภูมิหอง หรือ ตั้งทิ้งไวในขวดโหลที่บรรจุสารดูดความชื้น

การเลือกวิธีวิเคราะห

การชักตัวอยาง

การเตรียมตัวอยาง

การวัดคา

การคํานวณและรายงานผล

8

1.4.2 การชั่ง

ตองใชเครื่องชั่งแบบละเอียดทศนิยมสี่ตําแหนง ควรชั่งตัวอยางชนิดเดียวกันสามครั้งโดยไมจําเปนตองใหมีน้ําหนักที่เทากัน เม่ือนําตัวอยางที่ชั่งไดทั้งสามครั้งแยกไปวิเคราะห แลวคํานวณผลในหนวยเดียวกัน เชน ปริมาณสารที่สนใจตอ 100 กรัมตัวอยาง ถาผลการทดลองในแตละครั้งเทากันหมดก็แสดงวาน้ําหนักของตัวอยางที่ชั่งมาจากเครื่องชั่งเปนคาที่ถูกตอง

1.4.3 การละลายตัวอยาง

การละลายตัวอยางเปนการทําใหตัวอยางอยูในรูปของสารละลายโดยใชรีเอเจนตที่เหมาะสม หรือ อาจใชความรอนชวย เทคนิคการละลายตัวอยางที่นิยมใชแบงเปน 4 วิธี ไดแก

1) การใชกรดอนินทรียในภาชนะเปด

สําหรับสารอนินทรีย มักใชกรดอนินทรียหรือกรดแรเปนรีเอเจนตในการยอยสลายหลังจากการใหความรอนจนถึงจุดเดือดของรีเอเจนตนั้น ๆ ซึ่งวิธีนี้เรียกวาการยอยแบบเปยก (wet digestion)รีเอเจนตที่ใชจะเปลี่ยนตัวอยางอินทรียใหเปนคารบอนไดออกไซด และ น้ํา ตัวอยางกรดที่ใชไดแก

1.1)กรดไฮโดรคลอริก(HCl)

กรดไฮโดรคลอริกเขมขน เปนกรดที่ใชยอยสลายตัวอยางอนินทรียที่ดีมาก แตมีขอจํากัดสําหรับสารประกอบอินทรียคือการละลายไมดี และเม่ือตมกรดไฮโดรคลอริกเขมขน 12 โมลาร จนถึงอุณหภูมิ 110oC กรดจะระเหยไปจนความเขมขนลดลงเหลือเพียง 6 โมลาร

1.2)กรดไนทริก(HNO3)

กรดไนทริกเขมขน เปนตัวออกซิไดสที่แรง ซึ่งใชละลายโลหะไดเกือบทุกชนิดยกเวน อะลูมิเนียมและโครเมียม เนื่องจากพื้นผิวมักเปลี่ยนเปนออกไซด ถาโลหะผสมมี ดีบุก ทังสเตน หรือ พลวง ถูกนํามาละลายในกรดไนทริกที่รอน มันจะเปลี่ยนเปนไฮเดรตออกไซด (hydrated oxide)ที่ละลายไดนอย เชน SnO4.4H2O เม่ือตกตะกอนจะสามารถแยกธาตุพวกนี้ไดโดยการกรอง การวิเคราะหโลหะปริมาณนอยในตัวอยางที่เปนสารประกอบอินทรีย สามารถใชกรดไนทริกที่รอนเพียงอยางเดียวหรือผสมกับกรดชนิดอ่ืน หรือ ตัวออกซิไดสเชน ไฮโดรเจนเพอรออกไซด หรือ โบรมีน

9

1.3)กรดซัลฟวริก(H2SO4)

สารหรือวัตถุหลายชนิดจะถูกยอยสลายในกรดซัลฟวริกที่รอน เน่ืองจากเปนก รดที่ มี จุ ด เ ดื อดสู ง (340oC) สา รปร ะกอบอิ นทรี ย ส ว น ใหญ จ ะ เ กิ ดก า ร เ สี ยน้ํ า (dehydrated)และ ถูกออกซิไดส กลายเปน คารบอนไดออกไซดและน้ําที่อุณหภูมินี ้

1.4)กรดเพอรคลอริก(HClO4)

กรดเพอรคลอริกเขมขนที่รอนเปนตัวออกซิไดสที่มีศักยภาพสูง สามารถยอยสลายโลหะผสมของเหล็กและเหล็กกลาไรสนิมได ซึ่งกรดชนิดอ่ืนไมสามารถยอยสลายได

กรดเพอรคลอริกเมื่อสัมผัสกับสารอินทรีย หรือสารอินทรียที่ถูกออกซิไดสไดงาย อาจเกิดการระเบิดอยางรุนแรง ดังนั้นจึงควรใชกรดชนิดนี้ชนิดเจือจาง หรือใชกรดที่เย็นและเขมขนใสลงในตัวอยางกอนแลวจึงนําไปตมโดยเพิ่มความรอนทีละนอยและใหตมภายในตูดูดควันปราศจากฝุนละอองและสารอินทรีย และตองระวังอยาใหสารละลายแหงหรือเหลือนอยเพราะอาจเกิดการระเบิดไดเน่ืองจากในขณะที่สารละลายเหลือนอยจะมีความเขมขนของกรดเพอรคลอริกอยูสูงมาก การลดการระเบิดอาจทําไดอีกวิธีหน่ึงคือใชกรดเพอรคลอริกผสมกับกรดไนทริก โดย ใสกรดไนทริกลงในตัวอยางกอนแลวนําไปใหความรอน เม่ือรอนแลวใหตั้งทิ้งไวใหเย็น แลวจึงเติมกรดผสมระหวางกรดเพอรคลอริกกับกรดไนทริกลงไปในตัวอยางอีกครั้งหน่ึง กรดไนทริกที่ใสลงไปตอนแรกนั้นจะไปชวยออกซิไดสสารบางชนิดที่ถูกออกซิไดสไดงาย

1.5)ตัวออกซิไดสผสม

การใชกรดผสมเชนกรดกัดทอง (HCl:HNO3 อัตราสวน 3:1 โดยปริมาตร) หรือการเติมตัวออกซิไดส เชน ไฮโดรเจนเพอรออกไซด หรือ โบรมีน ลงในกรดอนินทรียหรือกรดแรจะชวยใหการยอยทําไดเร็วขึ้น กรดผสมระหวางไนทริก และ เพอรคลอริก ชวยใหการยอยสลายทําไดเร็วขึ้นเชนกัน แตตองระวังมิใหกรดไนทริกระเหยไปหมดกอนการออกซิไดสตัวอยางจะสมบูรณ เน่ืองจากถาเหลือเฉพาะกรดเพอรคลอริกอยางเดียวอาจทําใหเกิดการระเบิดได

1.6)กรดไฮโดรฟลูออริกหรือกรดกัดแกว (HF)

โดยทั่วไปมักใช กรดไฮโดรฟลูออริกในการยอยสลายหินซิลิเกตและแร เพ่ือวิเคราะหธาตุอ่ืนนอกจากซิลิคอน ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเปนซิลิคอนเททระฟลูออไรดและบางครั้งอาจใชกรดไฮโดรฟลูออริกรวมกับกรดชนิดอ่ืน เพ่ือยอยสลายเหล็กที่ละลายไดยาก

10

กรดไฮโดรฟลูออริกเปนกรดที่มีความเปนพิษสูง การใชกรดชนิดนี้ตองทําในตูดูดควันที่ประสิทธิภาพดีเปนพิเศษ ถากรดชนิดนี้สัมผัสผิวหนังจะกัดผิวและทําใหมีอาการปวดมาก โดยคนที่สัมผัสกรดไฮโดรฟลูออริกนี้มักแสดงอาการหลังจาก 1 ชั่วโมงผานไป ถาถูกกรดไฮโดรฟลูออริกควรลางดวยน้ํานาน ๆ หรืออาจใชสารละลายแคลเซียมไอออนเจือจาง ซึ่งจะตกตะกอนกับฟลูออไรดไอออนได

2) การใชคลื่นไมโครเวฟ

การใชเตาไมโครเวฟในการยอยสลายตัวอยางทั้งที่เปนสารอินทรียและอนินทรีย เร่ิมใชตั้งแตป ค.ศ. 1970 เปนตนมา มีทั้งทําในภาชนะเปดและปด แตปจจุบันนิยมใชภาชนะปดมากกวาเพราะจะไดความดันสูง ซึ่งมีผลใหอุณหภูมิสูงไปดวย นอกจากนั้นยังใชรีเอเจนตปริมาณนอยกวาเนื่องจากไมมีการระเหยของรีเอเจนต ทําใหลดการปนเปอนของสารที่ติดมากับรีเอเจนต และยังชวยลดการระเหยของสิ่งที่ตองการวิเคราะหอีกดวย การยอยดวยวิธีนี้ยังสามารถทําเปนแบบอัตโนมัติได ซึ่งเปนการลดขั้นตอนและเวลาในการเตรียมตัวอยาง นอกจากนี้ยังสามารถยอยในเวลาเดียวกันทีละหลาย ๆ ตัวอยางไดอีกดวย

(ก) (ข)

รูป 1.2 เตาไมโครเวฟ (ก), หลอดบรรจุสาร (ข) บริษัท Anton Parr

ขอดีของการยอยโดยใชคลื่นไมโครเวฟเมื่อเทียบกับเปลวไฟหรือแทนใหความรอนคือใชเวลานอยกวาและสามารถยอยสลายไดเกือบทุกตัวอยาง แมแตตัวอยางที่ยอยสลายไดยาก โดยใชเวลา 5-10 นาที เน่ืองจากการถายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลของสารละลายไดโดยตรง แตการยอยโดยวิธีใชเปลวไฟหรือแทนใหความรอน ความรอนจะถูกถายโอนใหกับภาชนะกอนแลว

11

จึงไปถึงสารละลายตัวอยางซึ่งใชเวลานานหลายชั่วโมง และปกติวิธีนี้จะมีการคนตัวอยาง ทําใหมีสารละลายสวนนอยเทานั้นที่ยังคงมีอุณหภูมิเทากับอุณหภูมิของภาชนะ แตพลังงานไมโครเวฟจะถูกถายโอนใหโมเลกุลของสารละลายทั้งหมดเกือบพรอมกัน ดังน้ันสารละลายจึงเดือดไดเร็วมาก

3) การเผาใหเปนเถา

การเผาใหเปนเถา(dry ashing)เปนการยอยแบบแหงเหมาะสําหรับตัวอยางอินทรีย ทําไดโดยเผาสารอินทรียดวยความรอนที่สูงมาก ๆ สารประกอบอินทรียจะถูกออกซิไดสดวยแกสออกซิเจน และแปรสภาพเปนออกไซดของธาตุตาง ๆ เชน คารบอน(C)จะเปลี่ยนเปน คารบอนไดออกไซด(CO2)สวนไฮโดรเจน(H)จะเปลี่ยนเปนนํ้า แบงเปน

3.1) การเผาดวยเปลวไฟหรือเตาเผาที่อุณหภูมิ 500oC หรืออาจจะสูงกวาโดยใช ครูซิเบิลหรือชามระเหยบรรจุตัวอยาง และควรทําตัวอยางใหแหงเสียกอนแลวจึงคอยนําไปเผาตอ คารบอนจะถูกออกซิไดซเปนคารบอนไดออกไซด เปนวิธีที่งายที่สุดในการยอยสลายตัวอยางอินทรีย ในกรณีเผาดวยเปลวไฟ เพ่ือใหเกิดการออกซิไดซที่สมบูรณมักใชเปลวไฟสีแดง นําสวนที่เหลือจากการเผาไปละลาย เหมาะสําหรับการวิเคราะหหาปริมาณสารที่ไมระเหย

3.2) การเผาโดยใชหลอดเผา (combustion tube)ซึ่งวิธีนี้มีความคลาดเคลื่อนมาก เหมาะสําหรับยอยสลายสารประกอบอินทรียเพ่ือหาธาตุที่เปนองคประกอบหลัก สารตัวอยางจะถูกเปลี่ยนเปนแกสเม่ือถูกเผาในบรรยากาศของออกซิเจน ถามีเครื่องมือที่เหมาะสมเราสามารถจับแกสเหลานี้และนํามาวิเคราะหหาปริมาณได วิธีนี้สามารถวิเคราะหคารบอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร ออกซิเจน และ แฮโลเจนไดภายในเวลา 15 นาที โดยตัวอยางจะถูกเผาในบรรยากาศของฮีเลียมและออกซิเจน หลังจากแกสผสมผานเขาไปเหนือตัวเรงปฏิกิริยาซึ่งประกอบดวยของผสมของเงินวานาเดตและเงินทังสเตน สารแฮโลเจนและซัลเฟอรจะถูกแยกออกโดยเกลือของเงินเหลานี้ และที่ปลายหลอดจะมีทองแดงที่รอนเพ่ือแยกออกซิเจนและเปลี่ยนไนโตรเจนออกไซดใหเปนไนโตรเจน

4) การใชฟลักซ

ตัวอยางจําพวก ซิลิเกต และออกไซดของธาตุบางชนิด หรือโลหะผสมของเหล็ก ซึ่งละลายไดนอยในกรด จําเปนตองใชเกลือเปนตัวชวยในการหลอมละลาย โดยใหนําฟลักซ 10 สวน ผสมกับตัวอยาง 1 สวน ใหเขากันในถวยที่ทนความรอนแลวนําไปหลอมที่อุณหภูมิสูงประมาณ 300 – 1000°C โดยคอย ๆ เพ่ิมความรอนอยางชา ๆ เพ่ือไมใหเกิดการกระเด็นของสารออกจากถวย ระยะเวลาในการหลอม 2-3 นาที ถึง 1 ชั่วโมง ทั้งน้ีขึ้นอยูกับชนิดของตัวอยาง ถาผลิตผลท่ีไดมีลักษณะเปนของเหลวใส แสดงวาเกิดการหลอมอยางสมบูรณ

12

ผลิตภัณฑดังกลาวจะหลอมและละลายน้ําได(melt)กอนที่จะเย็นจนกลายเปนของแข็งควรจะหมุนครูซิเบิลเพ่ือใหของเหลวกระจายตัว ซึ่งทําใหละลายออกไดงาย

การใชฟลักซควรเลือกใหเหมาะสมกับตัวอยาง เชน โซเดียมคารบอเนต ใชกับตัวอยางประเภทซิลิเกตและอะลูมินา สวนลิเทียมเมตาบอเรตเหมาะสําหรับตัวอยางประเภทแรและ เซรามิก เปนตน

ตัวอยางของฟลักซที่ใชในหองปฏิบัติการ อาจแบงตามสมบัติไดดังนี้

ฟลักซที่เปนดาง(alkaline flux)ที่ใชกันมากไดแกฟลักซคารบอเนต (Na2CO3 หรือ K2CO3 หรือทั้งสองสารผสมกัน) ใชยอยแรซิลิเกตไดโดยงาย นิยมทําในถวยแพลตินัม

ฟลักซที่เปนกรด(acidic flux)โดยมากนิยมใชโพแทสเซียมไพโรซัลเฟตซึ่งสลายตัวให SO3 และ K2SO4 ทั้งน้ี SO3 จะทําปฏิกิริยากับโลหะออกไซดไดเกลือซัลเฟตที่ ละลายน้ําไดดี การหลอมดวยไพโรซัลเฟตควรทําในถวยซิลิกา หรือ อาจใชถวยกระเบื้อง ถวยทอง แพลตินัม และ โครันดัม แตอาจสึกกรอนไดเล็กนอย

ฟลักซที่เปนสารรีดิวซ เชน Na2CO3 และ KCN หรือ KOH และ Al ใชรีดิวซคารบอนหรือไอออนบวกตาง ๆ วิธีนี้มักใชกับโลหะที่มีความหนาแนนสูง ใชแยกและหาปริมาณโลหะมีตระกูล เชน ทอง เงิน แพลตินัม การหลอมทําในถวยกระเบื้อง หรือ ควอตซ

การใชฟลักซมีขอเสียหลายประการ ไดแก เปลืองคาใชจายเนื่องจากตองใชสารปริมาณมาก การหลอมตองทําที่อุณหภูมิสูงอาจเกิดการสูญเสียสารตัวอยางที่ระเหยไดงาย และอาจเกิดอันตรายกับผูทดลองที่ขาดความระมัดระวัง สารละลายที่ไดมีปริมาณเกลือคอนขางสูงอาจมีผลตอการวิเคราะหในขั้นตอไป และฟลักซบางชนิดอาจทําใหสารจากถวยหลุดออกมาปะปนกับตัวอยางได

1.4.4 การแยกสารรบกวน

สารรบกวนที่ มีอยูในตัวอยาง จะมีผลทําใหผลการวิเคราะหมีความผิดพลาดจึงจําเปนตองกําจัดออก ซึ่งสามารถทําไดหลายวิธีเชน โดยวิธีการแยก การตกตะกอน สกัดออกดวยตัวทําละลาย นอกจากนี้อาจทําไดโดยวิธีอ่ืนเชน ใชเทคนิคมาสคิง(masking)คือการปองกันไมใหสารรบกวนเขาไปยุงเกี่ยวกับปฏิกิริยาใด ๆ

13

1.5 ตัวอยางการใชกระบวนการวิเคราะหทางเคมี

ในปจจุบันเคมีวิเคราะหไดเขาไปมีบทบาทในการศึกษาดานสิ่งแวดลอมอยางแพรหลาย ในตัวอยางนี้ เปนกรณีศึกษาการหาปริมาณสารที่เปนสาเหตุของการตายของกวางจํานวนมากในวนอุทยานแหงหนึ่ง โดยเริ่มจากการกําหนดปญหา และตามดวยขั้นตอนตาง ๆ ตามรูป 1.1

1) การกําหนดปญหา

เม่ือมีการพบศพกวางจํานวนมากตายใกล ๆ สระน้ํา ในวนอุทยานแหงหน่ึง เจาหนาที่จึงมีการหาสาเหตุการตายของกวางดังกลาว เจาหนาที่และนักเคมีไดตรวจสอบบริเวณที่พบศพ และไดสังเกตวาหญารอบ ๆ เสาไฟฟาแหงเห่ียว จึงคาดวานาจะมีการใชสารกําจัดวัชพืชกับหญา โดยสวนประกอบทั่วไปที่มักพบในสารกําจัดวัชพืช ไดแก สารหนู(arsenic)ซึ่งมีหลายรูป เชน อารเซนิกไตรออกไซด(arsenic trioxide),โซเดียมอารเซไนต (sodium arsenite),โมโนโซเดียมมีเทนอารเซเนต(monosodium methanearsenate) หรือ ไดโซเดียมมีเทนอารเซเนต(disodium methanearsenate)สารกําจัดวัชพืชน้ีจะทําปฏิกิริยากับหมูซัลฟดริล(sulfydryl,S–H)ในกรดอะมิโน มีผลทําใหเกิดการยับยั้งการทํางานของเอนไซมในพืชและทําใหพืชตายในที่สุด ซึ่งผลของปฏิกิริยาเคมีดังกลาวนอกจากจะเกิดกับพืชแลวยังเกิดขึ้นกับสัตวไดดวย จึงไดมีการเก็บตัวอยางหญาแหงน้ีไปวิเคราะหควบคูกับตัวอยางเนื้อเยื่อของกวาง เพ่ือยืนยันวามีสารหนูอยูจริงหรือไมและถามี จะมีในปริมาณเทาไร

2) การเลือกวิธีวิเคราะห

วิธีทั่วไปสําหรับการหาปริมาณสารหนูในตัวอยางชีวภาพ สามารถหาไดจากวารสาร Association of Official Analytical Chemists(AOAC)ซึ่งใชวิธีการกลั่ น เปลี่ ยนสารหนู ใหอยู ในรูป อาร ไซน(arsine)และใช เทคนิคคัล เลอริ เมต รี (colourimetry)ในการหาความเขมขนของสารหนู

3) การชักตัวอยาง

ทําการชําแหละกวาง แลวนําตัวอยางไตไปวิเคราะห เนื่องจากสารหนูจะถูกกําจัดออกจากตัวสัตวอยางรวดเร็วทางทอปสสาวะ ดังนั้นไตจึงเปนจุดที่นาจะมีสารหนูเขมขนที่สุด

4) การเตรียมตัวอยาง

ห่ันไตเปนชิ้นเล็ก ๆ ปนโดยใชเครื่องปน เพ่ือใหชิ้นตัวอยางมีขนาดเล็กลง เปนการเพิ่มพ้ืนที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยา และ เพ่ือใหตัวอยางเปนเนื้อเดียวกัน จากนั้นชั่งตัวอยางไตที่ปนเปนเน้ือเดียวกันของกวางแตละตัว อยางละ 10 กรัม ลงในครูซิเบิล ทําซ้ําสามครั้ง ยอย

14

ตัวอยางแบบแหง โดยเผาตัวอยางในครูซิเบิลดวยเปลวไฟกอน จนไมเกิดควัน แลวเผาตัวอยางตอในเตาเผาที่อุณหภูมิ 555°C เปนเวลา 2 ชั่วโมง การยอยตัวอยางแบบแหงจะเปลี่ยนสารอินทรียใหเปนคารบอนไดออกไซด กับนํ้า ละลายของแข็งในครูซิเบิลดวยกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง ทําให As2O5 ละลายเปน H3AsO4 จากนั้นนําไปวัดหาปริมาณดวยเทคนิค คัลเลอริเมตรีตอไป

1.6 การแบงวิธีวิเคราะห

การแบงวิธีการวิเคราะหอาจแบงตามปริมาณของสารตัวอยาง ดังตาราง 1.1 ซึ่งปริมาณของสารตัวอยางนี้มีผลตอการเลือกวิธีวิเคราะห เชน สารตัวอยางมีปริมาณมาก สามารถใชวิธีวิเคราะหที่ไมตองใชเครื่องมือยุงยากมาก เชน การไทเทรต และ การตกตะกอน เปนตน สวนการวิเคราะหแบบ จุลภาควิเคราะห และอติจุลภาควิเคราะห จัดเปนการวิเคราะหสารปริมาณนอยมาก(trace analysis)ซึ่งตองใชเครื่องมือวิเคราะหขั้นสูง

ตาราง 1.1 การแบงวิธีการวิเคราะหตามปริมาณของสารตัวอยาง

วิธีวิเคราะห น้ําหนักของตัวอยาง (mg)

ปริมาตรของตัวอยาง (μL)

มหัพภาควิเคราะห(Macro Analysis) > 100 > 100

กึ่งจุลภาควิเคราะห(Semimicro Analysis) 10 – 100 50 – 100

จุลภาควิเคราะห(Micro Analysis) 1 – 10 < 50

อติจุลภาควิเคราะห(Ultramicro Analysis) < 1 -

ที่มา (Christian,2004,p.15)

นอกจากนี้ยังอาจแบงเปนวิธีคลาสสิคอล (classical method)และ การวิเคราะหโดยเครื่องมือ (instrumental method)

1.7 การวิเคราะหโดยวิธีคลาสสิคอล

เปนการวิเคราะหโดยอาศัยสมบัติทางเคมีของสารสองชนิดที่สามารถทําปฏิกิริยากัน แลววัดมวลของผลิตภัณฑที่ไดหรือวัดปริมาณของสารที่ทําปฏิกิริยาพอดีกัน การวิเคราะหที่จัดเปนวีธีคลาสสิคอล ไดแก การวิเคราะหโดยน้ําหนัก และ ปริมาตรวิเคราะห

15

1.7.1 ปริมาตรวิเคราะห

ปริมาตรวิเคราะห(volumetric analysis)เปนวิธีการที่ทําไดรวดเร็วและไดผลถูกตอง ทําได 2 วิธีคือ

1) การไทเทรต เปนการนําสารละลายตัวอยางมาทําปฏิกิริยากับสารละลายที่ทราบความเขมขนแนนอน ผลที่ไดจากการไทเทรตนํามาคํานวณหาปริมาณของสารที่มีอยูในตัวอยาง

2) การวิเคราะหแกส วิธีนี้ทําใหสารเกิดการสลายเปนแกส วัดปริมาตรของแกสที่เกิดขึ้น จากปริมาตรของแกสนําไปคํานวณหาปริมาณของสารที่ตองการทราบได

1.7.2 การวิเคราะหโดยน้ําหนัก

การวิเคราะหโดยน้ําหนัก(gravimetric method)ใชไดดีกับสารตัวอยางที่มีขนาด 100 มิลลิกรัมขึ้นไป ทําไดโดยการแยกธาตุหรือสารประกอบตัวที่สนใจออกมาใหหมด ทําใหบริสุทธิ์แลวนําไปชั่งน้ําหนัก ซึ่งวิธีการแยกสารเพื่อทําการวิเคราะหโดยวิธีนี้ทําได 2 วิธีคือ

1) วิธีการตกตะกอน วิธีนี้ใชสารอีกตัวหน่ึงซ่ึงเปนสารที่ทําใหตกตะกอน ตกตะกอนธาตุที่ตองการวิเคราะหแลวหาน้ําหนักของตะกอนที่ได ซึ่งตองทําใหบริสุทธิ์กอนชั่ง

2) วิธีการทําใหระเหย เปนการหาน้ําหนักที่สูญเสียไปในการทําใหแหง หรือหาปริมาณแกสที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เชน หาปริมาณแกสคารบอนไดออกไซดจากปฏิกิริยาระหวางเกลือคารบอเนตกับกรด วิธีนี้เปนวิธีการที่ใชสําหรับสารที่ระเหยกลายเปนไอได

1.8 การวิเคราะหโดยเครื่องมือ

เปนการวิเคราะหโดยวัดสมบัติทางกายภาพขั้นสุดทายของสารที่วิเคราะห ไดแก วิธีการวัดเชิงไฟฟา(electrical method)วิธีการวัดคาทางแสง(optical method)

และ การวัดพลังงานความรอน เปนตน

1.8.1 การวิเคราะหเชิงไฟฟา

เปนการวิเคราะหโดยใชเซลลเคมีไฟฟา ศึกษาสมบัติทางไฟฟาของสารละลายที่ตองการวิเคราะหหาปริมาณ การเปลี่ยนแปลงสมบัติทางฟาของสารละลายจะแปรผันตรงกับความเขมขนของสารละลาย การวิเคราะหเชิงไฟฟามีหลายวิธีดังตอไปน้ี

16

1) โพเทนชิออเมตรี (potentiometry)เปนการวัดศักยของเซลลซึ่งสัมพันธกับความเขมขนของไอออนในสารละลายตามสมการเนินสต

2) คอนดักโทเมตรี(conductometry)เปนวิธีการวัดคาการนําไฟฟาของสารละลาย ซึ่งขึ้นอยูกับสมบัติของสารละลายและความเขมขนของสารละลาย

3) อิเล็กโทรเเกรวิเมตรี(electrogravimetry)ทําไดโดยใหศักยไฟฟาจากภายนอกเขาไปทําใหไอออนของโลหะเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ไดโลหะหรือโลหะออกไซดเกาะที่แคโทด สามารถทราบปริมาณสารไดโดยนําแคโทดไปชั่งพรอมกับโลหะที่ไปเกาะ แลวหักน้ําหนักของแคโทดออก จะทําใหทราบปริมาณสารได

4) คูลอมเมตรี(coulometry)เปนการนํากฎการแยกสลายดวยไฟฟาของฟาราเดยมาใช ตามกฎนี้ปริมาณของกระแสไฟฟาที่ใชในการแยกสลายดวยไฟฟา จะสัมพันธกับปริมาณของสารที่ถูกทําใหเกิดการแยกสลาย ซึ่งปริมาณไฟฟา 1 ฟาราเดย หรือประมาณ 96500 คูลอมบ จะทําใหไดสาร 1 กรัมสมมูล เม่ือสามารถวัดปริมาณไฟฟาที่ผานลงไปในเซลลและทําใหเกิดการแยกสลายดวยไฟฟาอยางสมบูรณ ก็จะคํานวณหาปริมาณของสารที่ มีอยูในสารละลายได

5) โวลแทมเมตรี(voltammetry)ใชหลักการวัดกระแสไฟฟาขณะที่เปลี่ยนความตางศักยระหวางขั้วทั้งสองของเซลลที่จุมอยูในสารละลายที่นํามาวิเคราะห

1.8.2 การวัดคาทางแสง

การวิเคราะหโดยการวัดคาทางแสงเปนการวัดสมบัติทางแสงหรือรังสีแมเหล็กไฟฟา ซึ่งปรากฏการณที่วัดหรือสังเกตเห็นไดแบงออกเปน

1) การดูดกลืนรังสี(absorption of radiation)อันเปนลักษณะเฉพาะของสาร นํามาใชกับวิธีวิเคราะหสารดวยเทคนิคทาง ยูวี-วิซิเบิลแอบซอรบชันสเปกโทรสโกป (UV-VIS absorption spectroscopy)อิ น ฟ ร า เ ร ด ส เ ป ก โ ท ร ส โ ก ป (IR absorption spectroscopy) อะตอมมิกแอบซอรบชันสเปกโทรสโกป (Atomic absorption spectroscopy)เปนตน

2) การปลอยรังสี (emission of radiation) นํามาใช เปนเทคนิคการวิเคราะหทางอิมิสชันสเปกโทรสโกป (Emission spectroscopy) ไดแก เอ็กซเรยฟลูออเรสเซนตสเปกโทรสโกป (X-ray fluorescence spectroscopy) หรือ โ ม เ ล คิ ว ล า ร ลู มิ เ น ส เ ซ น ต ส เ ป ก โ ท ร ส โ ก ป (Molecular luminescence spectroscopy)เปนตน

17

3) การกระเจิงของรังสี (scattering of radiation) ใชกับเทคนิคการวิเคราะหทางเทอรบิดิเมตรี (Turbidimetry) เพ่ือศึกษาความขุนของสารพวกคอลลอยด และ ซัลเพนซอยด (suspensoid)

4) การหักเหของรังสี (refraction of radiation) รังสีเม่ือผานตัวกลางที่มีความหนาแนนตางกัน จะทําใหเกิดการหักเหได และนํามาใชเปนประโยชนในการหาคาดัชนีหักเหของสาร (refractive index) เทคนิคที่ใชในการวิเคราะหคือ รีแฟรกโตเมตรี (Refractometry)

5) การเลี้ยวเบนของรังสี (diffraction of radiation) เชนการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ หรือของอิเล็คตรอน ซึ่งนํามาใชประโยชนในการศึกษาโครงสรางของผลึกและยังใชตรวจสอบชนิดของแรไดอีกดวย

6) การหมุนของรังสี (rotation of radiation) โมเลกุลของสารบางชนิดสามารถทําใหแสงโพลาไรสเกิดการหมุนเปลี่ยนเพลนได เชน โมเลกุลของน้ําตาลเปนตน

7) การวาวแสงและการ เรื องแสง หรืออาจ เรี ยกว าการ เปล งแสงทาง เคมี (chemiluminescence)เม่ือโมเลกุลของสารบางชนิดไดรับพลังงานการแผรังสีแลว โมเลกุลของสารนั้นจะอยูในสถานะกระตุน ในการที่จะเปลี่ยนสถานะจากสถานะกระตุนมายังสถานะพ้ืนจะใหพลังงานการแผรังสีออกมาหรือใหแสงออกมาซึ่งมีความยาวคลื่นยาวกวาแสงที่ถูกดูดกลืนเขาไป มีประโยชนนํามาใชหาปริมาณของสารประกอบอินทรียและสารประกอบ อนินทรียได

1.8.3 การวัดพลังงานความรอน

เม่ือสารเกิดการเปลี่ยนแปลงจะดวยเหตุใดก็ตาม มักจะมีความรอนเขาไปเกี่ยวของดวยเสมอ เชน มีการใหความรอนออกมาหรือดูดความรอนเขาไป เม่ือนําสารไปเผาสารนั้นอาจเกิดการสลายตัวหรือเปลี่ยนแปลง ทําใหน้ําหนักหายไป เปนตน ปรากฏการณเหลานี้สามารถนําไปใชเปนประโยชนไดทั้งดานคุณภาพและปริมาณวิเคราะห ดังตัวอยางแสดงในตารางที่ 1.2

1.8.4 การวัดสมบัติทางนิวเคลียร

เปนวิธีการวิเคราะหโดยอาศัยสมบัติทางนิวเคลียร สารกัมมันตรังสีเปนพวกที่มีสมบัติพิเศษคือเม่ือทิ้งไวนิวเคลียสจะสลายตัวใหรังสีตาง ๆ เชน รังสีแกมมา แอลฟา บีตา หรือ โพซิตรอน ออกมามีพลังงานตาง ๆ กัน ตลอดจนครึ่งชีวิต ก็แตกตางกัน ทําใหสามารถที่จะวิเคราะหไดวาสารกัมมันตรังสีนั้นเปนอะไรหรือเปนธาตุอะไร ปริมาณรังสีก็มีความสัมพันธกับ

18

ปริมาณของสารกัมมันตรังสี สามารถนํามาใชหาปริมาณได เทคนิคที่นําไปใชทางเคมีวิเคราะหไดแก

1) การวิเคราะหดวยการอาบรังสีนิวตรอน(neutron activation analysis) โดยการเปลี่ยนธาตุที่เสถียรใหเปนธาตุกัมมันตรังสี ดวยการอาบนิวตรอน จากปริมาณรังสีที่วัดได เม่ือเปรียบเทียบกับสารมาตรฐานก็จะสามารถหาปริมาณได

2) การวิเคราะหดวยเทคนิคไอโซโทปไดลูชัน(isotope dilution analysis) ใชหลักการของการทําใหสารกัมมันตรังสีที่มีปริมาณแนนอนผสมลงไปกับสารตัวอยางที่เปนชนิดเดียวกันจนไดสมดุล แลวนําไปศึกษาดูวาสารกัมมันตรังสีที่เติมลงไปนั้นถูกทําใหเจือจางไปเทาใด ก็สามารถคํานวณหาปริมาณของสารในสารตัวอยางได เปนตน

เนื่องจากวิธีวิเคราะหมีใหเลือกมากมายหลายวิธีดวยกัน ดังที่กลาวมาแลว ดังนั้นการเลือกใชวิธีใดขึ้นอยูกับปจจัยตาง ๆ หลายประการดวยกัน เชน ปริมาณของตัวอยางที่มีอยู ความแมนและความเที่ยงของวิธีวิเคราะห ตารางที่ 1.3 แสดงคุณสมบัติบางประการของเทคนิคการวิเคราะหแบบตาง ๆ ซึ่งโดยทั่วไปผูวิเคราะหจะนิยมเลือกวิธีที่สะดวก รวดเร็ว และใหผลดี เชนปริมาตรวิเคราะห การวิเคราะหเชิงไฟฟา และ การวิเคราะหโดยการวัดคาทางแสง เปนตน

ตาราง 1.2 วิธีวิเคราะหที่ใชสมบัติทางความรอน

เทคนคิ สมบัติที่ใชวัด เครื่องมือที่ใช ประโยชนในการวิเคราะห การวิเคราะหทางเทอรมอแกรวเิมตริก (thermogravimetric analysis หรือ TGA, TG)

น้ําหนักที่เปล่ียนแปลงไปจากการใหความรอน

Thermobalance ใชศึกษาปฏิกิริยาการสลายตัว หรือ ศึกษาความเสถียรของสาร

การวิเคราะหทางเดอรเิวทีฟเทอรมอ แกรวิเมตริก (Derivative thermogravimetric analysis หรือ DTG)

อัตราการเปลี่ยนแปลงน้ําหนัก

Thermobalance ศึกษาอัตราการเปลี่ยนแปลงของสารที่อุณหภูมิตาง ๆ

การวิเคราะหทางดิฟเฟอเรนเชียลเทอรแมล (Differential thermal analysis หรือ DTA)

ความรอนที่เกิดข้ึนหรือความรอนที่ดูดเขาไป

DTA apparatus ศึกษาการเปลี่ยนแปลงวัฏภาค (phase) ของสารที่อุณหภูมิ ตาง ๆ

ดิฟเฟอเรนเชยีลสแกนนิงแคลอริเมตร ี(Differential Scanning calorimetry หรือ DSC)

วัดปริมาณความรอนที่เปล่ียนแปลง

DSC apparatus ใชหาปริมาณความจุความรอน และความบริสุทธิ์ของสาร

การไทเทรตแบบเทอรมอเมตริก (Thermometric titration)

อุณหภูมิที่เปล่ียนแปลงขณะไทเทรต

Titration calorimeter

ใช ในการทําปริมาณวิ เคราะห ศึ ก ษ า ส ม ดุ ล เ ค มี แ ล ะจลนพลศาสตร

ที่มา (อรุณี คงศักดิ์ไพศาล, 2536, หนา 8)

19

ตาราง 1.3 เปรียบเทียบเทคนิคการวิเคราะหแบบตาง ๆ

เทคนิค ชวงที่วิเคราะหได (mol/l)

ความเที่ยง (%)

ความจําเพาะ ความรวดเร็ว ราคา

การวิเคราะหโดยนํ้าหนัก 10-1 – 10-2 0.1 ต่ํา – ปานกลาง ชา ต่ํา การไทเทรต 10-1 – 10-4 0.1 – 1 ต่ํา – ปานกลาง ปานกลาง ต่ํา

โพเทนชิออเมตรี 10-1 – 10-6 2 ดี เร็ว ต่ํา คูลอมเมตรี 10-1 – 10-4 0.01 – 2 ปานกลาง ชา - ปานกลาง ปานกลาง โวลแทมเมตรี 10-3 – 10-10 2 – 5 ดี ปานกลาง ปานกลาง

สเปกโทรโฟโตเมตรี 10-3 – 10-6 2 ดี – ปานกลาง เร็ว - ปานกลาง ต่ํา - ปานกลาง ฟลูออโรเมตรี 10-6 – 10-9 2 – 5 ปานกลาง ปานกลาง ปานกลาง

อะตอมมิก สเปกโทรสโกป 10-3 – 10-9 2 – 10 ด ี เร็ว ปานกลาง - สูง โครมาโทกราฟ 10-3 – 10-9 2 – 5 ด ี เร็ว - ปานกลาง ปานกลาง - สูง จลนพลศาสตร 10-2 – 10-10 2 - 10 ดี - ปานกลาง เร็ว - ปานกลาง ปานกลาง

ที่มา(Christian,2004,p.12)

1.9 บทสรุป

เคมีวิ เคราะหคือแขนงหน่ึงของวิชาเคมี เกี่ยวของกับการแยกสาร การศึกษาลักษณะเฉพาะ พิสูจนเอกลักษณของสารที่ตองการวิเคราะห และหาปริมาณที่แทจริงของสาร นั้น ๆ เคมีวิเคราะหแยกออกเปน 2 แขนง ไดแก คุณภาพวิเคราะห และ ปริมาณวิเคราะห กอนนําตัวอยางไปวิเคราะหทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณนั้น ผูทําการทดลองตองออกแบบขั้นตอนการวิเคราะห โดยคํานึงถึงกระบวนการที่สําคัญตาง ๆ ไดแก การกําหนดปญหา การเลือกวิธีวิเคราะห การชักตัวอยาง การเตรียมตัวอยาง การวัดคา การคํานวณและรายงานผล เปนตน เน้ือหาที่นักศึกษาไดเรียนในขณะนี้จะเปนการวิเคราะหแบบคลาสสิก ซึ่งไดแก การวิเคราะหโดยน้ําหนัก และปริมาตรวิเคราะห สวนการวิเคราะหโดยใชเครื่องมือ นักศึกษาจะไดเรียนในวิชาเคมีขั้นสูงตอไป

20

1.10 แบบฝกหัด

1. จงจับคูศัพทภาษาไทยและศัพทภาษาอังกฤษและอธิบายความหมายใหถูกตอง

1) เคมีวิเคราะห ก) sample

2) คุณภาพวิเคราะห ข) gravimetric analysis

3) ปริมาณวิเคราะห ค) analytical chemistry

4) สารตัวอยาง ง) qualitative analysis

5) สารที่สนใจจะวิเคราะห จ) volumetric analysis

6) การวิเคราะหโดยน้ําหนัก ฉ) sampling

7) ปริมาตรวิเคราะห ช) quantitative analysis

8) การชักตัวอยาง ซ) analyte

2. กระบวนการวิเคราะหทางเคมีมีขั้นตอนอะไรบาง อธิบายพอสังเขป

3. การชักตัวอยางที่เปนเนื้อเดียวกันและเปนเนื้อผสมมีหลักการตางกันอยางไร

4. เพราะเหตุใดจึงตองทําตัวอยางใหแหงกอนนําไปวิเคราะห

5. เพราะเหตุใดในการชั่งตัวอยางจึงไมจําเปนตองชั่งใหมีน้ําหนักเทากัน

6. อธิบายวิธีการยอยตัวอยางแบบเปยก(wet digestion)

7. อธิบายวิธีการเตรียมตัวอยางแบบแหง(dry ashing)

8. ขอควรระวังในการใชกรดเพอรคลอริกยอยสลายตัวอยางมีอะไรบาง

9. การเตรียมตัวอยางโดยใชพลังงานจากไมโครเวฟมีขอดีอยางไรบาง

10. อธิบายหลักการสลายตัวอยางโดยการหลอม

11. จงยกตัวอยางวิธีการวิเคราะหโดยวิธีคลาสสิคอลและการวิเคราะหโดยเครื่องมือ

12. จงเปรียบเทียบขอดีและขอเสียของเทคนิคตอไปน้ี

1) การไทเทรต

2) การวิเคราะหโดยน้ําหนัก

3) การวิเคราะหเชิงไฟฟา เชน โพเทนชิออเมตรี โวลแทมเมตรี

4) การวิเคราะหที่เกี่ยวกับการวัดคาทางแสง เชน สเปกโทรโฟโตเมตรี ฟลูออโรเมตร ี

21

เอกสารอางอิง

ชูติมา ศรวีิบลูย.(2533).เคมีวเิคราะห 1.กรุงเทพ ฯ:ภาควิชาเคมี คณะวทิยาศาสตร มหาวิทยาลยัรามคําแหง.

ประพีร ผลอนนัต.(2526).เคมีวเิคราะห.เชียงใหม:ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลยัเชียงใหม.

มุกดา จิรภูมิมินทร.เคมีวเิคราะหปริมาณ เลมที่ 1.กรุงเทพ ฯ :โรงพิมพศูนยสงเสริมและฝกอบรมการเกษตรแหงชาติ สํานักสงเสริมและฝกอบรม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน.

วนิดา ชุลิกาวทิย, นีระนารถ แจงทอง และ ดวงกมล เชาวนศรีหมุด.(2545).การเตรียมตัวอยางเพ่ือใชวิเคราะหทางเคมี.วารสารกรมวิทยาศาสตรบริการ, 159,14-16.

ราชบัณฑติยสถาน.(2546).ศัพทวทิยาศาสตร อังกฤษ-ไทย ไทย-อังกฤษ ฉบับราชบัณฑิตยสถาน.กรุงเทพ ฯ :ราชบณัฑิตยสถาน.

สุภาพ รมณียพิกุล.(2542).เคมีวเิคราะห.พิษณุโลก:โปรแกรมวิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร และเทคโนโลยี สถาบันราชภัฏพิบูลสงคราม.

อรุณี คงศักดิ์ไพศาล.(2536).เคมีวเิคราะห 1.กรุงเทพ ฯ:ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาเจาคุณทหารลาดกระบัง.

Christian,G.D.(2004).Analytical Chemistry.(6th ed.). United States of America:John Wiley & Sons,Inc.

Harris,D.C.(2001).Exploring Chemical Analysis.(2nd ed.). New York:W.H.Freeman & company.

Skoog,D.A.,West,D.M.& Holler,F.J.(1997).Fundamentals of Analytical Chemistry.(7th ed.).Fort Worth:Harcourt College Publishers.