การเตรียมสารละลาย

พิมพ์
ให้เรตสมาชิก
ไม่ดีดี 

คำจำกัดความ

สารละลาย (solution) หมายถึงของเหลวที่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน อาจจะเป็นของผสมระหว่างของเหลวกับของเหลว ของเหลวกับของแข็ง ตั้งแต่ ๒ ชนิดขึ้นไป สารละลายประกอบด้วยตัวทำละลาย (solute) กับตัวถูกละลาย (solvent) ตัวทำละลายเป็นของเหลว เช่น น้ำกลั่น เฮกเซน เมทานอล เป็นต้น ส่วนตัวถูกละลายอาจเป็นของเหลวหรือของแข็งก็ได้

ตัวถูกละลาย หมายถึง ของแข็งหรือของเหลวที่ละลายเข้ากับตัวทำละลายได้ เป็นสารที่มีปริมาณน้อยกว่าตัวทำละลาย

ตัวทำละลาย หมายถึง สารที่ใช้เป็นตัวละลายหรือเป็นสารที่มีปริมาณมากกว่าตัวถูกละลาย น้ำบริสุทธิ์เป็นตัวทำละลายที่ใช้และรู้จักกันมากที่สุด

สารละลายอิ่มตัว (saturated solution) หมายถึง สารละลายที่โมเลกุลของตัวถูกละลายในสารละลายอยู่ในสภาวะสมดุลย์ระหว่างของเหลวกับของแข็งโดยมีโมเลกุลที่ยังไม่ละลายเหลืออยู่อีกมาก เนื่องจากอุณหภูมิมีผลต่อการละลาย ดังนั้นปริมาณตัวถูกละลายในสารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิต่างกันจึงไม่เท่ากัน

สารละลายอิ่มตัวยวดยิ่ง (supersaturated solution) หมายถึง สารละลายที่ยังมีโมเลกุลของตัวถูกละลายอยู่มากกว่าสารละลายอิ่มตัว ณ ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันโมเลกุลของตัวถูกละลายไม่อยู่ในสภาวะสมดุลย์กับส่วนที่ยังไม่ละลาย

เกรดของสารเคมี

สารเคมีถือเป็นหัวใจสำคัญในการวิเคราะห์น้ำที่ผู้ใช้จำเป็นต้องเลือกใช้ให้ตรงกับงานที่ต้องการจะวิเคราะห์เพื่อให้ผลการวิเคราะห์ที่ได้มีความถูกต้องมากที่สุด อีกทั้งยังเป็นการประหยัดงบประมาณอีกด้วย ปัจจุบันสารเคมีที่ใช้ในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์น้ำมีอยู่หลายเกรดด้วยกัน แต่ที่รู้จักกันทั่วไปมีดังนี้ (Shugar and Dean, 1989)

๑. Technical grade สารเคมีเกรดนี้จะไม่ใช้สำหรับห้องปฏิบัติการ เนื่องจากมีสารเจือปนอยู่เป็นจำนวนมาก แต่จะใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต

๒. Practical grade สารเคมีเกรดนี้จะมีสารเจือปนอยู่น้อยกว่า Technical grade

๓. Reagent grade สารเคมีเกรดนี้ถูกกำหนดโดย American Chemical Society (ACS)(Harvey, 2000) เป็นสารเคมีที่ได้ในงานทั่วไปสารเคมีเกรดรีเอเจนต์เป็นสารเคมีที่ห้องปฏิบัติการต่างๆ ใช้กันมากที่สุด

๔. Special purpose reagent chemical grade เป็นสารเคมีที่ผลิตขึ้นมาเพื่อใช้งานพิเศษ เช่น HPLC grade, Pesticide grade ซึ่งสารเคมีจะระบุความบริสุทธิ์อย่างต่ำไว้ 

นอกจากนี้ยังมีเกรดมาตรฐานปฐมภูมิ (primary standard grade) ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูง สารเคมีเกรดนี้นิยมใช้เป็นสารมาตรฐาน เกรดของสารเคมีชนิดนี้ถูกกำหนดโดย National Institute of Standard and Technology (NIST) 


หน่วย

ในที่นี้แบ่งหน่วยเป็น ๒ ประเภท คือ (๑) หน่วยแสดงความเข้มข้นของสารละลาย (๒) หน่วยของการวิเคราะห์

๑. หน่วยความเข้มข้นของสารละลาย หน่วยความเข้มข้นของสารละลายที่นิยมใช้กันทั่วไปมีดังนี้

๑) ความเข้มข้นในหน่วย mg/L หน่วย mg/L มีความหมายว่า มีตัวถูกละลายกี่มิลลิกรัม ในสารละลาย ๑ ลิตร หน่วยนี้ใช้เมื่อเตรียมสารละลายมาตรฐานตามคู่มือวิเคราะห์น้ำและน้ำเสียของ APHA, AWWA and WEF (1995) โดยเฉพาะเมื่อต้องการวิเคราะห์ธาตุอาหารมาเช่น การเตรียมสารละลายหน่วย mg/L มีลำดับขั้นตอนในการเตรียมดังนี้

๑. หาสารเคมีที่ใช้เป็นตัวถูกละลาย (ขั้นตอนนี้หาได้จากหนังสือแนะนำวิธีวิเคราะห์น้ำทั่วๆ ไป)

๒. คำนวณหาน้ำหนักโมเลกุลในหน่วยเป็นกรัมของสารที่จะเตรียมเป็นสารละลาย

๓. คำนวณหาน้ำหนักจำนวนกรัมของสารในการเตรียมสารละลาย ๑ ลิตร

๔. กรณีสารละลายที่ต้องการเตรียมมีปริมาตรไม่เท่ากับ ๑ ลิตร นำน้ำหนักในข้อ ๓ คูณกับปริมาตรที่ต้องการในหน่วยลิตร จะเป็นน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย

๕. ชั่งน้ำหนักของสารที่คำนวณได้ในข้อ ๔ แล้วละลายน้ำ และทำให้มีปริมาตรตามต้องการ

ตัวอย่าง ต้องการเตรียมสารละลายมาตรฐานของไนไตรท์-ไนโตรเจน ๗๐ mg-N/L จำนวน ๐.๕ ลิตร

วิธีคิด สารละลายมาตรฐานของไนไตรท์-ไนโตรเจน เตรียมจากโซเดียมไนไตรท์ (NaNO

๒. คำนวณหาน้ำหนักโมเลกุลของสารเคมีที่ใช้ 

NaNO ๑ โมเลกุล ประกอบด้วย Na ๑ อะตอม = ๑ x ๒๓ = ๒๓
N ๑ อะตอม = ๑ x ๑๔ = ๑๔
O ๒ อะตอม = ๒ x ๑๖ = ๓๒
น้ำหนักโมเลกุลของ NaNO = ๖๙ กรัม

๓. คำนวณหาน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย ๑ ลิตร ได้ดังนี้ 

ไนโตรเจน ๑๔ กรัม มาจากสารประกอบ NaNO ๖๙ กรัม
" ๗๐ x ๑๐-๓ กรัม (prefix m = ๑๐-๓)" ๗๐ x ๑๐-๓ x ๖๙ กรัม
๑๔
= ๐.๓๔๕ กรัม

 

๔. หาน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย ๐.๕ ลิตร = ๐.๕ x ๐.๓๔๕ กรัม
= ๐.๑๗๒๕ กรัม

๕. ชั่งโซเดียมไนไตรท์ที่อบแห้งแล้วตามที่คำนวณได้ในข้อ ๔ ละลายน้ำแล้วทำให้มีปริมาตรเป็น ๐.๕ ลิตร สารละลายที่ได้นี้มีความเข้มข้น ๗๐ mg-N/L 

๒) ความเข้มข้นในหน่วยโมลาร์ (Molarity, M) โมลาริตี้หรือโมลาร์ หมายถึงน้ำหนักโมเลกุลหรืออะตอมในหน่วยเป็นกรัมของตัวถูกละลายในสารละลาย ๑ ลิตร (Black, 1977) เช่น โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) มีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากับ ๕๘.๔๔๓ กรัม ดังนั้นถ้าละลายโซเดียมคลอไรด์ ๕๘.๔๔๓ กรัม ในน้ำกลั่น แล้วทำให้มีปริมาตรเป็น ๑ ลิตรในขวดวัดปริมาตร สารละลายนี้จะมีความเข้มข้น ๑ โมลาร์ (๑ M)

ลำดับขั้นตอนของการเตรียมสารละลายในหน่วยโมลาร์มีดังนี้

๑. คำนวณหาน้ำหนักโมเลกุลในหน่วยเป็นกรัมของสารที่จะเตรียมเป็นสารละลาย

๒. นำจำนวนโมลาร์ของสารละลายที่ต้องการเตรียม คูณกับน้ำหนักโมเลกุลเป็นกรัมของสารนั้น เพื่อหาจำนวนกรัมของสารในการเตรียมสารละลาย ๑ ลิตร 

๓. กรณีสารละลายที่ต้องการเตรียมมีปริมาตรไม่เท่ากับ ๑ ลิตร นำน้ำหนักในข้อ ๒ คูณกับปริมาตรที่ต้องการในหน่วยลิตร จะเป็นน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย

๔. ชั่งน้ำหนักของสารที่คำนวณได้ในข้อ ๓ ละลายน้ำแล้วทำให้มีปริมาตรตามต้องการ

ตัวอย่าง

ต้องการเตรียมสารละลายโซเดียมคลอไรด์ ๐.๕ M จำนวน ๐.๕ ลิตร

วิธีคิด

๑. คำนวณหาน้ำหนักโมเลกุลของโซเดียมคลอไรด์

NaCl ๑ โมเลกุล ประกอบด้วย Na ๑ อะตอม = ๑ x ๒๓ = ๒๓
Cl ๑ อะตอม = ๑ x ๓๕.๕ ๓๕.๕
น้ำหนักโมเลกุลของ NaCl = ๕๘.๕ กรัม
๒. หาน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย ๑ ลิตร = ๐.๕ x ๕๘.๕
= ๒๙.๒๕ กรัม

๓. หาน้ำหนักของสารที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย ๐.๕ ลิตร

= ๐.๕ x ๒๙.๒๕ กรัม

= ๑๔.๖๒๕ กรัม

๔. ชั่งโซเดียมคลอไรด์ตามที่คำนวณได้ในข้อ ๓ ละลายน้ำแล้วทำให้มีปริมาตร เป็น ๐.๕ ลิตร สารละลายที่ได้นี้มีความเข้มข้น ๐.๕ M

การเตรียมสารละลายในหน่วยโมลาร์ที่ความเข้มข้นต่างๆ กัน และปริมาตรไม่เท่ากับ ๑ ลิตร อาจใช้สูตรข้างล่างนี้คำนวณหาน้ำหนักของสารที่ใช้เตรียมสารละลายที่ต้องการ

น้ำหนักของสารที่ใช้เตรียมสารละลายที่ต้องการ  = น้ำหนักโมเลกุลของสาร x โมลาร์ที่ต้องการ x จำนวนลิตร

๓) ความเข้มข้นในหน่วยนอร์มัลลิตี้ (Normality, N) นอร์มัลลิตี้ หมายถึงจำนวนกรัมสมมูลย์ของตัวถูกละลายในสารละลาย ๑ ลิตร นอร์มัลลิตี้ใช้แสดงความเข้มข้นของกรดและ/หรือด่าง(Black, 1977) เนื่องจากความแรงของกรดหรือด่างขึ้นอยู่กับการแตกตัวของไฮโดรเจนอิออน (H+) หรือไฮดรอกไซด์อิออน (OH-- มากกว่าจำนวนของกรดหรือด่างที่ใช้จริง สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ๔ นอร์มอล หมายถึง สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ๑ ลิตร มีกรดไฮโดรคลอริกอยู่ ๔ กรัมสมมูลย์ หรือ ๔ x ๓๖.๕ = ๑๔๖.๐ กรัม น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของกรด ด่าง และเกลือ พอสรุปได้ดังนี้ (สิริ, ๒๕๒๘)

(๑) น้ำหนักสมมูลย์ของกรด  = น้ำหนักโมเลกุล
Basicity
Basicity = จำนวนไฮโดรเจนอะตอมที่ถูกแทนที่ได้ด้วยโลหะ

เช่น

น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ HSO = (๒x๑)+(๑x๓๒)+(๔x๑๖)
= ๔๙ กรัม
น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ HCl = (๑x๑)+(๓๕.๕x๑)
= ๓๖.๕ กรัม

 

 

 

(๒) น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของด่าง  = น้ำหนักโมเลกุล
Acidity
Acidity = จำนวน OH- ในด่างหรือ H+ ที่ด่างนั้นทำปฏิกิริยาด้วย

 
เช่น

น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ NaOH

= (๒๓x๑)+(๑๖x๑)+(๑x๑)

= ๔๐.๐ กรัม
น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ Ca(OH) = ๔๐+๒ (๑๖+๑)
= ๓๗.๐ กรัม
น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ NHOH = (๑๔x๑)+(๑x๕)+(๑๖x๑)
= ๓๕.๐ กรัม
(๓) น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของเกลือ =                              น้ำหนักโมเลกุล                 
จำนวนวาเลนซีทั้งหมดของโลหะที่มีอยู่ใน ๑ โมเลกุลของเกลือ

เช่น 

น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ NaCl = ( ๒๓x๑)+(๓๕.๕x๑)
= ๕๘.๕ กรัม
(๔) น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ oxidising และ reducing agent =                  น้ำหนักโมเลกุล                      
จำนวน oxidation number ที่เปลี่ยนไปต่อ ๑ โมเลกุล

การหาน้ำหนักกรัมสมมูลย์ของ oxidizing และ reducing agent ต้องหาจำนวนoxidation number ที่เปลี่ยนไปจากปฏิกิริยา oxidation-Reduction ซึ่งจำนวน oxidation number ที่เปลี่ยนไปจากปฏิกิริยา oxidation-Reduction สำหรับตัวเติม และลดออกซิเจนที่พบบ่อยๆ แสดงใน ตาราง

ตาราง  น้ำหนักกรัมสมมูลย์ของตัวเติมออกซิเจนและตัวลดออกซิเจนที่พบบ่อย  

สาร

ชนิด

สภาวะ

ออกซิเดชั่น

นัมเบอร์เปลี่ยน

น้ำหนักสมมูลย์

KMnO ตัวเติมออกซิเจน กรด MW/๕
KMnO " ด่าง MW/๓
KCrO " กรด ๒x๓ MW/๖
I " กรด MW/๑
KH(IO) " กรด ๒x๕ ?*/๑
NaCO ตัวลดออกซิเจน กรด ๒x๑ MW/๒
KI " กรด MW/๑
AsO " กรด ๒x๒ MW/๔
NaSO " กรด ? MW/๑/๒
NaSO " กรด MW/๑

/๑ ในกรณีของ KH(IO)จะต้องทราบปฏิกิริยา เพื่อที่จะได้คำนวณน้ำหนักสมมูลย์ได้โดยทั่วๆ ไป จะเท่ากับ MW/๑๐ แต่สำหรับปฏิกิริยากับ KI จะเท่ากับ MW/๑๒

/๒ น้ำหนักสมมูลย์ของ NaSO ต้องคำนวณโดยทางอ้อมเพราะไม่ทราบ oxidation number ที่เปลี่ยนไปของ S ในปฏิกิริยากับไอโอดีนดังนี้ ๑ โมเลกุลของ NaSO จะสมมูลย์กับ ๑ อะตอมของไอโอดีน ดังนั้นน้ำหนักสมมูลย์ของ NaSO เท่ากับ MW/๑

ที่มา : กรรณิการ์ (๒๕๒๒ 

๔) ความเข้มข้นในหน่วยเปอร์เซ็นต์

(๑) เปอร์เซ็นต์น้ำหนักต่อน้ำหนัก (% wt/wt) บางครั้งเรียกว่า เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก หมายถึง น้ำหนักของตัวถูกละลายในสารละลาย ๑๐๐ หน่วยน้ำหนัก เช่น กรดไนตริก เข้มข้น ๗๐% (wt/wt) แสดงว่ามีกรดไนตริกอยู่ ๗๐ กรัม ในสารละลาย ๑๐๐ กรัม เป็นต้น

(๒) เปอร์เซ็นต์น้ำหนักต่อปริมาตร (%wt/vol) หมายถึง น้ำหนักของตัวถูกละลายเป็นกรัมในปริมาตรของสารละลาย ๑๐๐ มิลลิลิตร เช่น สารละลาย NaOH ๓% (wt/vol) หมายความว่าในสารละลาย ๑๐๐ มิลลิลิตร มี NaOH อยู่ ๓ กรัม

(๓) เปอร์เซ็นต์ปริมาตรต่อปริมาตร (% vol/vol ) บางครั้งเรียกว่าเปอร์เซ็นต์ โดยปริมาตร หมายถึงปริมาตรตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย ๑๐๐ หน่วยปริมาตร เช่น สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ๓ เปอร์เซ็นต์ โดยปริมาตร แสดงว่า มีกรดไฮโดรคลอริก ๓ มิลลิลิตร ในสารละลาย ๑๐๐ มิลลิลิตร

ตามปกติถ้ากล่าวถึงความเข้มข้นเป็นเปอร์เซ็นต์โดยไม่ได้บอกรายละเอียดมักหมาย ถึงเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก

นอกจากนี้บางครั้งจะบอกความเข้มข้นของสารละลายเป็น additive volume (a+b) หมายถึง
a = ปริมาตรของสารละลายเข้มข้น
b = ปริมาตรของน้ำกลั่นที่ใช้เติม
เช่น (๑+๙) HSO หมายถึง กรด HSO ๑ หน่วย จะถูกทำให้เจือจางด้วยน้ำกลั่น ๙ หน่วย

 

๒. หน่วยวัดในการวิเคราะห์น้ำ

๑) หน่วยน้ำหนักต่อน้ำหนัก หมายถึง หน่วยวัดเป็นอัตราส่วนของน้ำหนักต่อน้ำหนัก เช่น มก./กก. (mg/kg) หรือหนึ่งในล้านส่วน (ppm) และ ก./กก. (gm/kg) หรือหนึ่งในพันส่วน (ppt) สำหรับหน่วยวัด gm/kg หรือ ppt ใช้เป็นหน่วยวัดค่าความเค็มของน้ำ และหน่วยวัด mg/kg หรือ ppm จะใช้เป็นหน่วยวัดคุณสมบัติของน้ำโดยทั่วไปโดยเฉพาะน้ำจืด เนื่องจากน้ำจืดมีความถ่วงจำเพาะ เท่ากับ ๑ ดังนั้นน้ำจืดปริมาตร ๑ ลิตร จึงมีน้ำหนักเท่ากับ ๑ กิโลกรัม หน่วยวัด ๑ ppm (mg/kg) จึงมีค่าเท่ากับ ๑ mg/L แต่ในการวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นน้ำทะเลหรือของเหลวอื่นๆ ไม่ควรรายงานผลการวิเคราะห์เป็น ppm เนื่องจากมีความถ่วงจำเพาะไม่เท่ากับ ๑ ของเหลวหรือน้ำทะเลจำนวนปริมาตร ๑ ลิตร จะมีน้ำหนักไม่เท่ากับ ๑ กิโลกรัม ดังนั้นหน่วยวัด ๑ mg/L จะไม่เท่ากับ ๑ ppm นอกจากนี้การใช้คำย่อ ppm รวมทั้งคำย่อ ppbและ ppt ที่มาจาก part per billion และ part per trillion ยังมีความสับสนในมาตรฐานใช้อยู่เนื่องจากอังกฤษและอเมริกันยังใช้แตกต่างกันอยู่ (สมเกียรติ และวีรวรรณ, ๒๕๔๔)

๒) หน่วยน้ำหนักต่อปริมาตร หมายถึง หน่วยวัดเป็นอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักต่อปริมาตร เช่น หน่วยวัด mg/L หน่วยวัดน้ำหนักต่อปริมาตรนี้จะแสดงค่าโดยตรงจากการวัดคุณสมบัติน้ำโดยทั่วไป เพราะเป็นการวัดปริมาณสารหน่วยน้ำหนักในน้ำ ๑ ลิตร เช่น เมื่อวัดค่าออกซิเจนละลายได้เท่ากับ ๕.๐ mg/L แสดงว่าในน้ำปริมาตร ๑ ลิตร จะมีแก๊สออกซิเจนหนัก ๕.๐ mg

๓) หน่วยปริมาตรต่อปริมาตร หมายถึง หน่วยวัดเป็นอัตราส่วนปริมาตร เช่น mL/L จะเป็นหน่วยวัดปริมาตรตะกอนในน้ำ แสดงปริมาณตะกอนเป็นปริมาตร (mL) ในน้ำตัวอย่าง ๑ ลิตร หรือใช้วัดการละลายของแก๊สออกซิเจน 

๔) หน่วยน้ำหนักกรัมอะตอมต่อปริมาตร หมายถึง หน่วยวัดเป็นอัตราส่วนน้ำหนักกรัมอะตอมของสารต่อปริมาตรของน้ำ ตัวอย่าง เช่น mg-at/L หรือ μg-at/L หน่วย mg-at/L มีค่าเท่ากับหน่วย mM (mmol/L) และหน่วย μg-at/L มีค่าเท่ากับหน่วย μM (μmol/L) หน่วยความเข้มข้นนี้พบได้ในคู่มือวิเคราะห์น้ำทะเลของ Strickland and Parsons (1972) และคู่มือวิเคราะห์น้ำทะเลของ Parsons et al. (1984)

 

การเปลี่ยนหน่วยที่ใช้ในการวิเคราะห์

ในเอกสารวิจัยเกี่ยวกับคุณภาพน้ำบางครั้งพบว่าในพารามิเตอร์เดียวกันผู้วิจัยอาจรายงานผลการวิเคราะห์ในหน่วยวัดต่างๆ กัน โดยเฉพาะการวิเคราะห์ธาตุอาหารปริมาณน้อย (ไนไตรท์ ไนเตรท แอมโมเนีย ออร์โธฟอสเฟต และซิลิเกต)

๑. เปลี่ยนหน่วย μM ให้เป็น mg-อะตอมของธาตุนั้นๆ /L 

mg-(N or P or Si) /L = μM x น้ำหนักอะตอมของ N or P or Si
๑๐๐๐

ตัวอย่าง ออร์โธฟอสเฟต ๑ μM มีค่าเท่าไหร่ในหน่วย mg-P/L 

mg-P/L = ๑ x ๓๑
๑๐๐๐
= ๐.๐๓๑

เปลี่ยนหน่วย mg-อะตอมของธาตุ/L ให้เป็น μM 

μM = ความเข้มข้นหน่วย mg-อะตอมของธาตุ/L x ๑๐๐๐
๑๔

ตัวอย่าง ไนไตรท์ ความเข้มข้น ๐.๐๑๔ mg-N/L มีความเข้มข้นเท่าไหร่ในหน่วย μM 

μM = ๐.๐๑๔ x ๑๐๐๐
๑๔
= ๑

 การเตรียมสารละลายประเภทต่างๆ

การเตรียมสารละลายเป็นงานที่ห้องปฏิบัติการต่างๆ ปฏิบัติอยู่เป็นประจำอาจจะเกือบทุกวันก็ว่าได้ นการเตรียมสารละลายที่ต้องการรู้ความเข้มข้นที่แน่นอนจะใช้ไปเปตและขวดวัดปริมาตร ส่วนการเตรียมสารละลายที่ต้องการรู้ความเข้มข้นหยาบ ๆ จะใช้พวกกระบอกตวง บีกเกอร์และขวดใส่น้ำยาเคมีก็เพียงพอแล้ว วิธีเตรียมสารละลายมี ๒ วิธี ดังนี้ (Harvey, 2000)

๑) การเตรียมสารละลาย stock สารละลาย stock เตรียมได้โดยชั่งสารที่เป็นของแข็งบริสุทธิ์หรือตวงของเหลวบริสุทธิ์ แล้วเจือจางจนถึงปริมาตรที่ต้องการ

๒) การเตรียมสารละลายด้วยการเจือจาง สารละลายที่มีความเข้มข้นน้อย ๆ เตรียมได้ด้วยการเจือจางจากสารละลาย stock ซึ่งมีความเข้มข้นมากกว่า ทำได้โดยถ่ายสารละลาย stock ที่รู้ปริมาตรแน่นอนลงในภาชนะใหม่ แล้วเติมตัวทำละลายจนได้ปริมาตรที่ต้องการ เนื่องจากจำนวนของตัวถูกละลายก่อนและหลังการเจือจางยังคงเท่าเดิม ดังนั้นการเตรียมสารละลายด้วยการเจือจางจึงใช้สูตร

C x V = Cd x Vd

เมื่อ C = ความเข้มข้นของสารละลาย stock
     V = ปริมาตรของสารละลายที่ดูดจากสารละลาย stock
     Cd = ความเข้มข้นของสารละลายเจือจาง
     Vd = ปริมาตรของสารละลายที่เจือจาง 

๑. การเตรียมสารละลายกรดและด่าง ในการเตรียมสารละลายที่ตัวถูกละลายเป็นของเหลว ผู้เตรียมต้องรู้ความเข้มข้นตั้งต้นของ stock solution ก่อนที่จะเตรียมสารละลายแต่ละชนิด ซึ่งความเข้มข้นตั้งต้นของกรดและด่างหาได้จากสูตร 

Molarity (M) = ความถ่วงจำเพาะ x % Solute x ๑๐๐๐
๑๐๐ x M.W.
M.W. = molecular weight

ตัวอย่าง 

คำนวณความเข้มข้นของกรดไนตริก (HNO) (๖๓.๐ g/mol) เมื่อสารละลายกรดไนตริกมีความถ่วงจำเพาะ ๑.๔๒ และมีกรดไนตริกอยู่ ๗๐ % (wt/wt) 

M = ๑.๔๒ x ๗๐ x ๑๐๐๐
๑๐๐ x ๖๓
= ๑๕.๗๘

ความเข้มข้นที่แน่นอนของสารละลายกรดและด่างเหล่านี้ไม่สามารถหาได้โดยตรง จึงเรียกว่า secondary standard ซึ่งต้องนำไปไตเตรตกับสารละลายที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอน (Primary standard) กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า standardization

Primary standard สำหรับเตรียมด่าง เช่น Potassium acid phthalate (CH (COOH)COOK) ชนิด reagent grade มีน้ำหนักโมเลกุล ๒๐๔.๒๒ มีความบริสุทธิ์ ๙๙.๗% Potassium acid phtha- late นิยมใช้หาความเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ ส่วน primary standard สำหรับกรด เช่น โซเดียมคาร์บอเนต (NaCO) มีน้ำหนักโมเลกุล ๑๐๖ เมื่อถูกกับอากาศจะดูดน้ำเป็น monohydrate เตรียมได้โดยขจัดน้ำออกโดยอบที่อุณหภูมิ ๒๗๐-๓๐๐ องศาเซลเซียส นาน ๓๐-๖๐ นาที ระวังอย่าให้อุณหภูมิสูงกว่า ๓๐๐ องศาเซลเซียส เพราะโซเดียมคาร์บอเนตจะสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ (CO) สารเคมีที่ใช้เป็น Primary standard จะต้องรู้สัดส่วนของธาตุในสารประกอบ (stoichiometry) รู้ความบริสุทธิ์ (assay) และความเข้มข้นไม่ว่าจะอยู่ในรูปของแข็งหรือสารละลายจะต้องไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเก็บไว้เป็นเวลานาน สารเคมีที่เป็น Primary standard นอกจาก Potassium acid phthalate และ โซเดียมคาร์บอเนตแล้วยังมีโปแทสเซียมไดโครเมต (KCrO) (Harvey, 2000)

๒. การเตรียมสารละลายของผลึก (Hydrates) สารเคมีที่ทำให้แห้งปราศจากน้ำเรียกว่า anhydrous ซึ่งมีรูปร่างไม่แน่นอน (Amorphous) เมื่อนำไปละลายน้ำแล้วระเหยน้ำออกจะได้ผลึกของสารเคมี (hydrates) เช่น CuSO.๕HO, NaSO.๑๐HO, MgSO.๗HO โดยทั่วไปถ้ากำหนดว่า ๕๐% ของ copper sulfate ให้หมายถึง ๕๐% (w/v) CuSO ผลึกต้องคิดน้ำหนักของน้ำด้วย ถ้าเป็น anhydrous ก่อนชั่งต้องอบที่ ๑๐๐-๑๑๐ องศาเซลเซียส ถ้าสารนั้นมีการสลายตัวให้เอามาคำนวณที่ต้องชั่งจริงด้วย สารละลายที่ประกอบไปด้วยสารเคมีหลายๆ ชนิดควรละลายแต่ละตัวก่อนแล้วจึงผสมกันทีหลัง เพื่อป้องกันการละลายยาก และการเกิดปฏิกิริยาโดยตรง

ตาราง  ความถ่วงจำเพาะและความเข้มข้นตั้งต้นของกรดบางชนิดที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ 

สารเคมี

% ความเข้มข้น

ความถ่วงจำเพาะ

ความเข้มข้นตั้งต้น

(wt/wt)
(M)
กรดไฮโดรคลอริก ๓๗.๒ ๑.๑๙ ๑๑.๖
กรดไนตริก ๗๐.๕ ๑.๔๒ ๑๕.๘
กรดซัลฟูริก ๙๖.๕ ๑.๘๔ ๑๘

 


 

ตาราง  หน่วยที่ใช้แสดงความเข้มข้นของสาร 

ชื่อ

หน่วย

สัญลักษณ์

molarity Moles solute M
liters solution
normality number Ews solute N
liters solution
weight % g solute % w/w
๑๐๐ g solution
volume % mL solute % v/v
๑๐๐ mL solution
weight-to-volume % g solute % w/v
๑๐๐ mL solution
parts per million g solute ppm
๑๐ g solution
parts per billion g solute ppb
๑๐ g solution

 


ที่มา : Harvey (2000) 

๓. การเตรียมสารละลายมาตรฐานเพื่อวิเคราะห์ธาตุอาหาร การเตรียมสารละลายมาตรฐานเพื่อวิเคราะห์ธาตุอาหารนิยมคิดเฉพาะความเข้มข้นของไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และซิลิคอนเท่านั้น โดยทั่วไปสารละลายเริ่มต้น (Stock solution) ควรมีความเข้มข้นมากกว่า ๑ mM ส่วนใหญ่นิยมเตรียมที่ ๑๐ mM โดยมีขั้นตอนดังนี้

๑. ระบุสารตั้งต้น ความเข้มข้นเริ่มต้น และปริมาตรที่ต้องการ

๒. หาน้ำหนักของสารตั้งต้นที่ต้องการใช้เตรียมสารละลายมาตรฐานเพื่อให้ได้ความเข้มข้นตามต้องการ

๓. นำไปอบใน Oven อุณหภูมิ ๑๐๕-๑๑๐ องศาเซลเซียส นาน ๑-๑ ชั่วโมงครึ่ง(เพื่อให้น้ำหนักคงที่อาจอบนาน ๒๔ ชั่วโมงก็ได้)

๔. ทิ้งไว้ให้เย็น แล้วนำเข้าโถดูดความชื้น

๕. ชั่งน้ำหนักตามที่คำนวณไว้ในข้อ ๒ ให้มีทศนิยมอย่างน้อย ๔ ตำแหน่ง

๖. นำสารที่ชั่งได้ไปละลายด้วยน้ำกลั่นในปริมาณน้อยๆ ในบีกเกอร์ แล้วเจือจางให้ได้ปริมาตรตามที่ต้องการในขวดวัดปริมาตร

๗. สารละลายมาตรฐานที่เตรียมมีอายุการใช้งานประมาณ ๖ เดือน ถึง ๑ ปี

ตัวอย่าง การเตรียมสารละลายมาตรฐานเพื่อวิเคราะห์ธาตุอาหาร

ต้องการเตรียมสารละลายมาตรฐานเพื่อเตรียมกราฟมาตรฐานของฟอสเฟต ความเข้มข้น ๓๑๐ mg-P/l จำนวน ๑ ลิตร จากโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (KHPO)

๑. หาน้ำหนักโมเลกุลของโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (KHPO) = ๑๓๖.๐๙ g/mol

๒. หาน้ำหนักกรัมอะตอมของฟอสฟอรัสในโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตได้เท่ากับ ๓๑ x ๑ g/mol (โปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต ๑ โมลนั้นมีฟอสฟอรัส ๑ โมล )

๓. หาน้ำหนักของโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตที่ต้องใช้ในการเตรียมได้สารละลายมาตรฐานของฟอสเฟต-ฟอสฟอรัสความเข้มข้น ๓๑๐ mg-P/L ได้ดังนี้ 

ฟอสฟอรัส ๓๑ กรัม มาจากโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต ๑๓๖.๐๙ กรัม
" ๓๑๐ มิลลิกรัม " ๓๑๐ X ๑๐-๓ X ๑๓๖.๐๙ กรัม
๓๑
= ๐.๑๓๖๑ กรัม

ดังนั้นชั่งโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตที่อบแห้งแล้วจำนวน ๐.๑๓๖๑ กรัม นำไปละลายด้วยน้ำกลั่นปริมาณน้อยๆ ในบีกเกอร์ แล้วเจือจางให้ได้ปริมาตร ๑ ลิตรในขวดวัดปริมาตรก็จะได้สารละลายมาตรฐานของฟอสเฟต-ฟอสฟอรัสความเข้มข้น ๓๑๐ mg-P/L (ในการชั่งโปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตต้องชั่งอย่างรวดเร็ว เพราะสารอาจดูดความชื้น น้ำหนักที่ได้ไม่จำเป็นต้องเท่ากับน้ำหนักที่คิดไว้ตั้งแต่ต้น แต่ให้ใกล้เคียงก็ใช้ได้แล้ว ชั่งได้เท่าไหร่จดน้ำหนักไว้แล้วค่อยนำมาปรับแก้ทีหลัง) 

ตาราง  การเตรียมสารละลายกรดความเข้มข้นต่างๆ 

ส่วนประกอบที่ต้องการ

กรดเกลือ

กรดซัลฟูริก

กรดดินประสิว

(HCl) (HSO) (HNO)
- ความถ่วงจำ เพาะ (๒๐ oC) ของ ACS Grade กรดเข้มข้น ๑.๑๗๔-๑.๑๘๙ ๑.๘๓๔-๑.๘๓๖ ๑.๔๐๙-๑.๔๑๘
- เปอร์เซ็นต์ในกรดเข้มข้น ๓๖-๓๗ ๙๖-๙๘ ๖๙-๗๐
- ความเข้มข้นเป็นนอร์มอล ๑๑-๑๒ ๓๖ ๑๕-๑๖
- ปริมาตร(mL)ของกรดเข้มข้น
เพื่อเตรียมสารละลาย ๑ ลิตร
- สารละลาย ๑๘ N - ๕๐๐ (๑+๑) -
- สารละลาย ๖ N ๕๐๐ (๑+๑) ๑๖๗ (๑+๕) ๓๘๐
- สารละลาย ๑ N ๘๓ (๑+๑๑) ๒๘ ๖๔
- สารละลาย ๐.๑ N ๘.๓ ๒.๘ ๖.๔
- ปริมาตร(mL)ของสารละลาย ๖ N เพื่ อ เต รียม ส ารละลาย ๐.๑ N
- จำนวน ๑ ลิตร ๑๗ ๑๗ ๑๗
- ปริมาตร(mL)ของสารละลาย ๑ N เพื่อเตรียมสารละลาย ๐.๐๒ N ๒๐ ๒๐ ๒๐

* /๒.๑ แสดงปริมาตรกรดและน้ำกลั่นที่ใช้เตรียมแบบ additive volume

ที่มา : APHA, AWWA and WEF (1995)

๔. การเตรียมสารละลายอินดิเคเตอร์ (APHA, AWWA and WEF, 1995)

๑) phenolpthalein อินดิเคเตอร์ phenolpthalein อินดิเคเตอร์สามารถเตรียมได้ ๒ วิธีด้วยกัน คือ

- ละลาย phenolpthalein disodium salt ๕ กรัม ในน้ำกลั่น แล้วเจือจางให้เป็น ๑ ลิตร

- ละลาย phenolpthalein disodium salt ๕ กรัม ในเอธิลแอลกอฮอล์ หรือ ไอโซโพรพิล (isopropyl alcohol ) ๙๕ เปอร์เซ็นต์ แล้วเติมน้ำกลั่นให้ได้ ๕๐๐ มิลลิลิตร

๒) methyl orange อินดิเคเตอร์ เตรียมได้โดยละลาย methyl orange powder ๕๐๐ มิลลิกรัม ในน้ำกลั่น แล้วค่อยๆ เติมน้ำกลั่นให้ครบ ๑ ลิตร

ตาราง  น้ำหนักอะตอมของธาตุที่สำคัญบางชนิด

ธาตุ

สัญลักษณ์

น้ำหนักอะตอม

(atomicweight)

อลูมินัม Aluminum Al ๒๖.๙๘๑๕
สารหนู Arsenic As ๗๔.๙๒๑๖
แอนติโมนี Antimony Sb ๑๒๑.๗๕
โบรมีน Bromine Br ๗๙.๙๐๙
แคดเมียม Cadmium Cd ๑๑.๔
แคลเซียม Calcium Ca ๔๐.๐๘
คาร์บอน Carbon C ๑๒.๐๑๑๑
คลอรีน Chlorine Cl ๓๕.๔๕๓
โครเมียม Chromium Cr ๕๑.๙๙๖
โคบอลท์ Cobalt Co ๕๘.๙๓๓๒
ทองแดง Copper Cu ๖๓.๕๔
ไฮโดรเจน Hydrogen H ๑.๐๐๗๙
ไอโอดีน Iodine I ๑๒๖.๙๐๔๔
เหล็ก Iron Fe ๕๕.๘๔๗
ตะกั่ว Lead Pb ๒๐๗.๑๙
แมงกานีส Manganese Mn ๕๔.๙๓๘
ปรอท Mercury Hg ๒๐๐.๕๙
โมลิปดีนัม Molybdenum Mo ๙๕.๙๔
ไนโตรเจน Nitrogen N ๑๔.๐๐๖๗
ฟอสฟอรัส Phosphorus P ๓๐.๙๗๓๘
ออกซิเจน Oxygen O ๑๕.๙๙๙๔
โปแทสเซียม Potassium K ๓๙.๑๐๒
เงิน Silver Ag ๑๐๗.๘๗
ซิลิคอน Silicon Si ๒๘.๐๘๖
โซเดียม Sodium Na ๒๒.๙๘๙๘


การเลือกขวดสำหรับใส่สารละลาย และการเขียนฉลากติดขวด (Labelling bottle)

เมื่อเตรียมสารละลายเสร็จเรียบร้อยแล้ว ไม่ควรเก็บสารละลายไว้ในขวดวัดปริมาตรควรเก็บสารละลายไว้ในขวดที่เหมาะกับสารละลายประเภทนั้นๆ ชูชาติ และเปรมใจ (๒๕๒๕) ได้แนะนำหลักเกณฑ์ในการเลือกขวดสำหรับใส่สารละลายไว้ดังนี้

๑. เลือกขวดที่มีความจุให้พอเหมาะกับสารละลายที่เตรียมขึ้น เพื่อประหยัดเนื้อที่ในการเก็บและสะดวกในการถือไปมา

๒. เลือกขวดที่ทนสารเคมีที่จะใส่ เช่น ไม่ใช้ขวดพลาสติกใส่ ether ไม่ใช้ขวดแก้วใส่ HF หรือ NaOH

๓. เลือกขวดที่ทนต่อความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี หรือขวดที่ทนความเย็นจากตู้ freeze สารละลายที่เก็บในตู้ freeze ไม่ควรใส่เต็มขวด ควรมีที่ว่างให้ของเหลวขยายตัวได้

๔. ให้คำนึงถึงความไวต่อแสงของสารด้วย ถ้าสารนั้นถูกทำลายหรือเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติได้ง่ายเมื่อถูกแสงให้เก็บในขวดสีชา

๕. เมื่อเทสารละลายใส่ขวดเรียบร้อยแล้ว สิ่งที่ควรทำต่อมาคือ เขียนฉลากติดไว้ที่ข้างขวด สิ่งที่ควรเขียนไว้บนฉลาก คือ สูตร ชื่อหรืออักษรย่อ ความเข้มข้น วันที่เตรียมและวันหมดอายุ ผู้เตรียม และข้อบ่งชี้เฉพาะอื่นๆ เช่น "เก็บที่มืด" "ติดไฟ" "ระเบิด" 

ตาราง   ค่า prefix ในระบบ SI ที่ควรรู้จัก  

จำนวนทวีคูณ

prefix

สัญลักษณ์

ส่วนย่อย

prefix

สัญลักษณ์

๑๐ giga- G ๑๐-๑ deci- d
๑๐ mega- M ๑๐-๒ centi- c
๑๐ kilo- k ๑๐-๓ milli- m
๑๐ hecto- h ๑๐-๖ micro μ
๑๐ deca- da ๑๐-๙ nano η
๑๐-๑๒ pico p

ที่มา : ดัดแปลงจากสมเกียรติ และวีรวรรณ (๒๕๔๔)





  

2010-2014 www.aquatoyou.com สงวนไว้ซึ่งสิทธิทั้งหมด Free joomla templates |