การใช้สารเคมีในห้องปฏิบัติการอย่างปลอดภัย
สารเคมีทุกชนิดมีอันตรายมากน้อยแตกต่างกัน ผู้ปฏิบัติการทดลองทางเคมีควรที่จะต้องรู้ถึงอันตรายจากสารเคมีเหล่านี้ วิธีที่จะช่วยลดอันตรายจากสารเคมีได้คือ ถ้าเป็นไปได้พยายามหลีกเลี่ยงสารที่เป็นพิษ ถ้าจำเป็นต้องใช้ควรใช้อย่างระมัดระวัง เช่น การใช้กรดเข้มข้นในการทดลองจะต้องเทในตู้ควัน
อันตรายจากสารเคมีต่อสุขภาพของคนเกิดจากสารเคมีเข้าไปในร่างกาย ซึ่งเข้าได้ 3 ทาง คือ ทางปาก ทางจมูก และทางผิวหนัง สารเคมีบางชนิดเมื่อเข้าไปในร่างกายอาจทำลายได้บางชนิด อาจถูกขับออกทางปัสสาวะ บางชนิดอาจทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ ได้สารใหม่เกิดขึ้นและและออกฤทธิ์เมื่อมีความเข้มข้นมากพอ ด้วยเหตุนี้การใช้สารเคมีจึงจำเป็นต้องศึกษาให้เข้าใจถึงอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้น เพื่อหาทางป้องกันไว้ก่อน
ทักษะการเทสารเคมี
เทคนิคการเทของเหลวหรือสารละลายออกจากบีกเกอร์หรือภาชนะอื่น ๆ
การเทของเหลวหรือสารละลายที่อยู่ในบีกเกอร์หรือภาชนะอื่น ๆ ลงในภาชนะอีกชนิดหนึ่ง มีวิธีทำดังนี้
- ถือแท่งแก้วคนให้สัมผัสปากของบีกเกอร์บริเวณที่จะให้สารละลายไหลออก
- เอียงบีกเกอร์เพื่อให้สารละลายไหลลงมาตามแท่งแก้วคนลงสู่ภาชนะรองรับ (ดังรูปที่1)
ทักษะการใช้เครื่องแก้ววัดปริมาตร
อุปกรณ์วัดปริมาตรของเหลวได้แก่ ขวดปริมาตร บิวเรตต์ ปิเปต และกระบอกตวง การอ่านปริมาตรของเหลวที่ถูกต้องในอุปกรณ์เหล่านี้ ต้องอ่านในระดับเดียวกับจุดต่ำสุดของส่วนโค้งเว้า
ตำแหน่งของระดับสายตาในการอ่านปริมาตร มีความสำคัญต่อค่าที่ได้จากการอ่านปริมาตรมากกล่าวคือ
- ถ้าระดับสายตาอยู่เหนือส่วนโค้งเว้าต่ำสุดของของเหลว ปริมาตรที่อ่านจะมากกว่าปริมาตรจริง
- ถ้าระดับสายตาอยู่ระดับเดียวกับส่วนโค้งเว้าต่ำสุดของของเหลว ปริมาตรที่อ่านจะมีค่าถูกต้อง
ก. ปริมาตรที่อ่านได้จะมากกว่าปริมาตรจริง เนื่องจากระดับสายตาอยู่สูงกว่าส่วนโค้งเว้าต่ำสุด
ข. ปริมาตรที่อ่านได้จะเท่ากับปริมาตรจริง เนื่องจากระดับสายตาอยู่ในระดับเดียวกับส่วนโค้งเว้าต่ำสุดค. ปริมาตรที่อ่านได้จะน้อยกว่าปริมาตรจริง เนื่องจากระดับสายตาอยู่ต่ำกว่าส่วนโค้งเว้าต่ำสุด
ทักษะการใช้ขวดปริมาตร
ขวดปริมาตรเป็นเครื่องมือที่ใช้เตรียมสารละลายมาตรฐานหรือสารละลายที่เข้มข้นน้อยกว่าสารละลายเดิมได้ ขวดปริมาตรมีหลายขนาด เช่น ขนาด 50 มล. 100 มล. 250 มล. 500 มล. 1000 มล. 2000 มล. เป็นต้น
ภาพที่ 4 ลักษณะของขวดปริมาตร
โดยทั่วไปจะนำสารละลายนั้นละลายในบีกเกอร์ก่อนแล้วเทลงในขวดปริมาตรโดยใช้กรวยกรอง จากนั้นเติมตัวทำละลายไปให้ปริมาตรถึงขีดบอกปริมาตร การเตรียมสารละลายโดยใช้ขวดปรับปริมาตรมีเทคนิคดังนี้
- ละลายสารในขวดปริมาตรมีประมาณ ? ของขวด ปิดจุกแล้วหมุนขวดปริมาตรด้วยข้อมือ
- เติมตัวทำละลายลงในขวดปริมาตรให้ส่วนโค้งเว้าต่ำสุดอยู่ตรงขีดบอกปริมาตร การต้องอ่านระดับสายตาในระดับเดียวกัน เพื่อป้องกันการอ่านปริมาตรผิด
- ปิดจุกขวดปริมาตรคว่ำขวดจากด้านบนลงล่าง ทำแบบนี้ 2 – 3 ครั้ง เพื่อให้สารละลายเป็นเนื้อเดียวกัน
- จากข้อ 3 กลับขวดปริมาตรอยู่ลักษณะเดิม จับคอขวดหมุนไปมา ? รอบ เพื่อให้สารละลายเป็นเนื้อเดียวกัน
ทักษะการปิเปต
- ก่อนใช้ปิเปตต้องมีการทำความสะอาดโดยดูดน้ำกลั่นเข้าไปจนเกือบเต็ม แล้วปล่อยให้ไหลออกมาจนหมด สังเกตดูว่าถ้าไม่มีหยดน้ำเกาะติดอยู่ภายในแสดงว่าปิเปตสะอาดดีแล้ว
- เมื่อจะนำปิเปตที่เปียกไปใช้วัดปริมาตร ต้องล้างปิเปตด้วยสารละลายที่จะวัด 2-3 ครั้ง โดยใช้สารละลายครั้งละเล็กน้อยและให้สารละลายถูกผิวแก้วโดยทั่วถึง แล้วเช็ดปลายปิเปตด้วยกระดาษ tissue ที่สะอาด
- จุ่มปลายปิเปตลงในสารละลายที่จะวัดปริมาตร โดยที่ปลายปิเปตอยู่ต่ำกว่าระดับสารละลายตลอดเวลาที่ทำการดูด เพราะเมื่อใดที่ระดับของสารละลายในภาชนะลดลงต่ำกว่าปลายปิเปตในระหว่างที่ทำการดูด สารละลายในปิเปตจะพุ่งเข้าสู่ปากทันที
- ภาพที่ 5 ลักษณะการใช้ปิเปต
- ใช้ปากดูดหรือเครื่องดูดหรือกระเปาะยางดูดสารละลายเข้าไปในปิเปตอย่างช้าๆ จนกระทั่งสารละลายขึ้นมาอยู่เหนือขีดบอกปริมาตร และใช้นิ้วชี้ปิดปลายปิเปตให้แน่นโดยทันที จับก้านปิเปตด้วยนิ้วหัวแม่มือและนิ้วกลาง (ไม่ควรใช้ปากดูด ถ้าสารละลายนั้นเป็นสารที่มีพิษ หรือเป็นกรดแก่ ด่างแก่ ต้องใช้เครื่องดูดหรือกระเปาะยางต่อตอนบนของปิเปต)
- จับปิเปตให้ตั้งตรงแล้วค่อยๆผ่อนนิ้วชี้เพื่อให้สารละลายที่เกินขีดบอกปริมาตรไหลออกไปจนกระทั่งส่วนเว้าต่ำสุดของสารละลายแตะกับขีดบอกปริมาตรพอดี ปิดแน่นด้วยนิ้วชี้และ แตะปลายปิเปตกับข้างภาชนะที่ใส่สารละลาย เพื่อให้หยดน้ำซึ่งอาจจะติดอยู่ที่ปลายปิเปตหมดไป จับปิเปตให้ตรงประมาณ 30 วินาที่เพื่อให้สารละลายที่ติดอยู่ข้างๆ ปิเปตไหลออกหมด
- ปล่อยสารละลายที่อยู่ในปิเปตลงในภาชนะที่เตรียมไว้โดยยกนิ้วชี้ขึ้น ให้สารละลายไหลลงตามปกติตามแรงโน้มถ่วงของโลกจนหมด แล้วแตะปลายปิเปตกับข้างภาชนะเพื่อให้สารละลายหยดสุดท้ายไหลลงสู่ภาชนะ อย่าเป่าหรือทำอื่นใดที่จะทำให้สารละลายที่เหลืออยู่ที่ปลายปิเปตไหลออกมา เพราะปริมาตรของสารละลายที่เหลือนี้ไม่ใช้ปริมาตรของสารละลายที่จะวัด
ปิเปตที่ทำเป็นพิเศษเพื่องานที่ต้องการความแน่นอนมากๆ ที่กระเปาะของปิเปตจะบอกเวลาที่สารละลายไหลออกหมด ซึ่งเรียกว่า Time of outflow และเมื่อสารละลายไหลออกหมดแล้ว ต้องทิ้งไว้ระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งเรียกระยะเวลานี้ว่า Time of drainage
ทักษะการไทเทรท
1 น้ำตัวอย่างที่เป็นน้ำธรรมชาติซึ่งจะใช้ตัวอย่าง 100 มิลิลิตร2ตวงน้ำตัวอย่างใส่ขวดรูปชมพู่
3 เติมฟีนอล์ฟธาลีนเป็นอินดิเคเตอร์ 2-3 หยด(สมมติการทดลอง)
4 นำสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH ใส่ในปิเปต
5ไทเทรทน้ำตัวอย่างด้วยสารละลาตมาตรฐานโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH
6 ไทเทรทจนสีของน้ำตัวอย่างเปลี่ยนเป็นสีชมพู (จุดยุติ)
ทักษะการกรอง
เทคนิคเกี่ยวกับการกรอง
การกรองเป็นวิธีแยกของแข็งที่ไม่บริสุทธิ์ออกจากของเหลวหรือสารละลาย หรือเป็นการแยกสารที่เป็นของแข็งที่อยู่ในรูปของผลึกหรือตะกอนออกจากของเหลวหรือสารละลายโดยใช้ตัวกรอง เช่น กระดาษกรอง, Membrane filter ฯลฯ การกรองที่มีประสิทธิภาพดีนั้นขึ้นอยู่กับการเลือกอุปกรณ์ การกรองที่เหมาะสมกับลักษณะของตะกอนและใช้เทคนิคการทำที่ถูกต้อง ต่อไปนี้จะขอกล่าวถึงเทคนิคเกี่ยวกับการกรองที่สำคัญฯ
- การเลือกตัวกรอง
- ตัวกรองมีหลายประเภท ผู้ทดลองจะใช้ตัวกรองประเภทใดนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของตะกอนหรือสารที่ต้องการจะแยก รวมทั้งความต้องการที่จะแยกตะกอนทั้งหมดออกจากสารละลายให้มากน้อยเพียงใด ตัวกรองที่นิยมใช้กันทั่ว ๆ ไปมีดังนี้
- กระดาษกรอง
- กระดาษกรองมีหลายชนิดแต่ละชนิดใช้ได้เหมาะสมกับลักษณะและขนาดของตะกอน ตลอดจนจุดประสงค์ของการแยกตะกอนด้วย เช่น กระดาษกรองที่ใช้ในคุณภาพวิเคราะห์ เป็นกระดาษกรองที่เมื่อเผาแล้วมีปริมาณของขี้เถามากพอสมควรคือประมาณ 0.7-1.0 มก. สำหรับกระดาษที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 9 ซม. กระดาษกรองชนิดนี้ จึงไม่เหมาะในปริมาณวิเคราะห์แต่นำไปใช้อย่างกว้างขวางในการทำสารละลายใสหรือแยกของแข็งออกจากสารละลายทั่ว ๆ ไป สำหรับกระดาษกรองที่จะใช้ในปริมาณวิเคราะห์นั้นเป็นกระดาษกรองที่เมื่อนำไปเผาแล้วจะมีปริมาณของขี้เถ้าน้อย หรือไม่มีขี้เถ้าเลย เมื่อเผากระดาษกรองชนิดที่มีขี้เถ้าน้อยขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 11 ซม. จะมีขี้เถ้าอย่างต่ำประมาณ 0.06 มก. ส่วนชนิดไม่มีขี้เถ้าเมื่อเผาแล้วจะมีขี้เถ้าประมาณ 0.0 มก. หรือน้อยกว่า ซึ่งน้ำหนักของขี้เถ้าดังกล่าวนี้นับว่าเป็นส่วนน้อยมาก ในปริมาณวิเคราะห์จึงตัดทิ้งได้ กระดาษกรองชนิดนี้จึงนิยมใช้ในปริมาณวิเคราะห์ทั่ว ๆ ไป กระดาษกรองอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า Hardened grade papers เป็นกระดาษกรองที่ใช้กับการกรองด้วยระบบสุญญากาศ เพราะมีพื้นผิวค่อนข้างแข็งเหนียวเมื่อเปียกมีทั้งชนิดธรรมดาและชนิดมีขี้เถ้าน้อยหรือไม่มีขี้เถ้าเลย
เนื่องจากกระดาษกรองมีขนาดแตกต่างกัน ผู้ทดลองต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับปริมาณของตะกอนตามปกติกระดาษกรองที่ใช้กันมากมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 9 ซม. และ 11 ซม. เมื่อกรองแล้วควรให้มีตะกอนบนกระดาษกรองประมาณ 3/4 ของกระดาษกรอง ดังนั้นจึงต้องพิจารณาก่อนว่าควรใช้กระดาษกรองชนิดใดจึงจะเหมาะสม
ได้กล่าวแล้วว่ากระดาษกรองมีหลายชนิด บางชนิดเนื้อหยาบบางชนิดเนื้อละเอียดและมีขนาดของรูพรุนแตกต่างกัน จึงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับขนาดของตะกอนด้วย เช่น ถ้าใช้กระดาษกรองที่มีเนื้อหยาบ ผลึกหรือตะกอนที่มีขนาดเล็กจะผ่านไปได้ และการกรองจะเป็นไปอย่างรวดเร็วแต่ถ้าใช้กระดาษกรองที่มีเนื้อละเอียดการกรองจะดำเนินไปอย่างช้า ๆ ได้ตะกอนมากเนื่องจากจะมีตะกอนผ่านไปได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ด้วยเหตุนี้การเลือกใช้กระดาษกรองจึงควรคำนึงถึงชนิดของกระดาษกรองและอัตราเร็วในการกรองเป็นสิ่งสำคัญ
สำหรับกระดาษกรองที่มีผิวด้านหนึ่งเป็นผิวหยาบอีกด้านหนึ่งเป็นผิวละเอียดนั้น เมื่อเวลากรองจะต้องเอาด้านผิวหยาบขึ้นข้างขน ทั้งนี้เพื่อช่วยกระจายตะกอนไม่ให้ไปรวมกันตรงกันกรวย อันจะทำให้อัตราการกรองช้างลงได้
ต่อไปนี้จะขอยกตัวอย่างการเลือกใช้กระดาษกรองให้เหมาะสมกับลักษณะของตะกอนจากกระดาษกรองที่มีผู้ผลิต 3 แห่ง คือ W = กระดาษกรอง (Whatman, S&S = กระดาษ Schleicher and Schull และ RA = กระดาษ Reeve-Angle
ตาราง 1 การเลือกใช้กระดาษกรองให้เหมาะสมกับลักษณะของตะกอน (กระดาษกรองที่ใช้ในคุณภาพวิเคราะห์หรือที่ใช้ทั่ว ๆ ไป)
W S&S RA เนื้อ ความเร็ว ใช้สำหรับ 4 604 202 หยาบ เร็วมาก ตะกอนคล้ายวุ้น 1 595 271 ปานกลาง ปานกลาง ตะกอนเป็นผลึก 3 602 201 ปานกลาง ช้า ตะกอนเป็นผลึกละเอียด(นิยมใช้กับกรวยบุชเนอร์)
W S&S RA เนื้อ ความเร็ว ใช้สำหรับ 41 589 บลูรินบอน - หยาบ เร็วมาก ตะกอนคล้ายวุ้น 40 589ไวรท์ริบบอน - ปานกลาง เร็ว ตะกอนเป็นผลึก 42 589 แบล็กกริบบอน - ปานกลาง ช้า ตะกอนเป็นผลึกละเอียด - Fritted glassware
- Fritted glassware หรือที่เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Sintered glass เป็นตัวกรองที่ทำจากผลแก้วโดยให้ความร้อนจนผงแก้วเริ่มหลอมติดกัน Fritted glassware มีรูพรุนหลายขนาด แต่ละขนาดใช้เหมาะกับสารที่จะนำมาแยกไม่เหมือนกัน เช่น รูพรุนขนาดใหญ่ (40-60 ไมครอน) ใช้กรองตะกอนขนาดปานกลางหรือผลึกที่มีปริมาณมาก ๆ รูพรุนขนาดปานกลาง (10-15 ไมครอน) ใช้กรองตะกอนที่ละเอียดมาก เช่น ตะกอนแบเรียมซัลเฟต (BaSO4) คิวปรัสออกไซด์ (Cu2O) และถ้าเป็นรูพรุนขนาดเล็ก (4-5.5 ไมครอน) ก็จะใช้กรองตะกอนชนิดที่ละเอียดที่สุด เป็นต้น
การใช้ Fritted glassware จะต้องใช้ด้วยความระมัดระวังเพราะอาจแตกได้ ก่อนนำไปใช้ควรล้างโดยการกรองด้วยแรงสุญญากาศ ด้วยกรดเกลือที่ร้อนแล้วล้างด้วยน้ำกลั่นอีกครั้งหนึ่ง เพื่อกำจัดฝุ่นผงที่เกาะติดอยู่และหลังจากใช้ Fritted glassware แล้วต้องนำมาทำความสะอาดทันที โดยใช้น้ำผ่านในทิศทางที่ตรงข้ามกับการกรอง ภายใต้ความดันไม่เกิน 15 ปอนด์/ตารางนิ้ว หากยังมีสิ่งสกปรกบางชนิดติดอยู่จะต้องกำจัดออกโดยใช้สารเคมีในตารางข้างล่างนี้
ตาราง 3 สารเคมีที่ใช้ทำความสะอาด Fritted glassware
สาร สารละลายทำความสะอาดที่ใช้ ไขมัน เททระคลอโรมีเทน สารอินทรีย์ ใช้สารละลายทำความสะอาดที่เข้มขนและร้อน สารพวกปรอท กรดไนทริกที่ร้อน เงินคลอไรด์ แอมโมเนียหรือโซเดียมไฮโปซัลไฟต์ - Membrane fillers
- Membrane fillers มีโครงสร้างเป็นพอลิเมทริกหรือพลาสติกมีลักษณะเป็นแผ่นบางๆและมีความพรุนสูง รูพรุนมีขนาดสม่ำเสมอและมีหลายขนาดซึ่งผู้ทดลองจะต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับสารที่ต้องการจะแยก เช่น ถ้าแยกโปรตีน ไอโซไซม์ เฮโมโกลบินหรือิมมูโนโกลบูลิน ออกจากสารละลาย ก็ต้องใช้ชนิดที่มีรูขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 ไมครอน แต่ถ้าจะใช้แยกจุลชีพก็ต้องใช้ชนิดที่มีรูขนาด 0.01-2.0 ไมครอน เป็นต้น
- การรินสารละลายในการกรอง
- ก่อนจะกรองตะกอนอย่าให้ตะกอนในบีกเกอร์หรือในภาชนะไหลลงบนกระดาษกรอง เพราะตะกอนจะไปอุดรูพรุนของกระดาษกรอง ทำให้การกรองช้าลงได้ ดังนั้นก่อนกรองจึงควรตั้งสารละลายทิ้งไว้ให้ตะกอนนอนก้นก่อน แล้วค่อย ๆ เทลงไป พยายามให้ตะกอนทั้งหมดอยู่ในบีกเกอร์ วิธีการเช่นนี้เรียกว่า การริน มีวิธีทำเป็นขั้น ๆ ดังนี้
- ถือภาชนะบรรจุสารที่จะกรอง (อาจเป็นบีกเกอร์หรือหลอดทดลอง) ไว้มือหนึ่งและอีกมือหนึ่งถือแท่งแก้วคน
- เอียงบีกเกอร์จนกระทั่งของเหลวเกือบจะถึงปากบีกเกอร์
- ใช้แท่งแก้วสัมผัสกับปากบีกเกอร์ตรงบริเวณที่จะให้สารไหลลงมา และให้ปลายข้างหนึ่งของแท่งแก้วอยู่ในกรวยกรอง
- ภาพลักษณะการรินสารละลายลงในกระดาษกรองเอียงบีกเกอร์ต่อไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งของเหลวสัมผัสกับแท่งแก้วและไหลลงสู่กรวยกรองอย่างช้า ๆ ถ้าจะหยุดเทจะต้องลากปากบีกเกอร์ถูกขึ้นไปตามแท่งแก้ว เพื่อป้องกันมิให้ของเหลวไหลออกมาทางด้านข้างของบีกเกอร์
- การล้างตะกอน
- เมื่อรินสารละลายใส ๆ ลงในกระดาษกรองจนหมดแล้วควรล้างตะกอนที่อยู่ในบีกเกอร์ที่จะเทตะกอนลงไป วัตถุประสงค์ของการล้างตะกอนก็เพื่อกำจัดสารละลายที่ตะกอนอมไว้และสารไม่บริสุทธิ์อื่น ๆ ที่อยู่ติดกับตะกอนไปหมดไปก่อน ดังนั้นของเหลวที่จะใช้ในการล้างตะกอน จะต้องสามารถรวมเป็นเนื้อเดียวกันกับสารละลายที่ตะกอนอุ้มไว้ แต่ต้องไม่ละลายตะกอนเลย
การล้างตะกอนอาจล้างในบิกเกอร์ก็ได้ หลังจากรินสารละลายออกไปหมดแล้ว โดยการเติมของเหลวที่จะใช้ล้างตะกอนลงไปเล็กน้อย คนผสมเข้าด้วยกัน แล้วตัดทิ้งไว้ให้ตกตะกอน แล้วรินน้ำใส ๆ ลงในกระดาษกรองเพื่อความสะดวกในการริน จึงนิยมให้ตะกอนตกที่ก้นบีกเกอร์ด้านใดด้านหนึ่งก่อน โดยตั้งบีกเกอร์ให้เอียงเล็กน้อยตะกอนจะได้มารวมทางด้านเดียวกัน
ภาพลักษณะการวางบีกเกอร์เพื่อให้ตะกอนตกมารวมทางด้านเดียวกัน
การล้างตะกอนควรทำหลาย ๆ ครั้ง โดยใช้ของเหลวที่ใช้ล้างตะกอนครั้งละเพียงเล็กน้อยจะมีประสิทธิภาพในการกำจัดสารต่าง ๆ ที่ปนกับตะกอนได้ดีกว่าการล้างครั้งเดียวที่ใช้ของเหลวในปริมาเท่ากันกับการล้างตะกอนหลาย ๆ ครั้ง อนึ่งการล้างตะกอนนี้ควรทำในขณะที่ตะกอนยังเปียกหากทิ้งไว้จนตะกอนแห้งแล้วจะล้างตะกอนให้บริสุทธิ์ได้ยาก
การถ่ายเทตะกอนจากบีกเกอร์ลงในกระดาษกรองทำให้ได้โดยการฉีดน้ำจากขวดน้ำล้างลงไป การฉีดน้ำนี้เป็นการชะไล่ตะกอนลงมาในตัวกรอง ให้ทั้งน้ำและตะกอนไหลตามกันลงมาตามแท่งแก้ว สู่ตัวกรอง ในตอนสุดท้ายอาจมีตะกอนเพียงเล็กน้อยติดอยู่ข้าง ๆ บีกเกอร์จึงต้องถูออกด้วยรับเบอร์โพลิชแมนจนสะอาด
โดยทั่วไปแล้วการกรองอาจทำได้ 2 วิธีคือ การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลกและการกรองด้วยแรงสุญญากาศจะขอกล่าวถึงเทคนิคการกรองทั้ง 2 วิธีนี้ในหัวข้อต่อไป
ทักษะการกรอง
การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก
การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก เป็นการกรองอย่างธรรมดาที่ใช้กันในห้องทดลองทั่วไป เพราะการกรองโดยวิธีนี้โอกาสที่จะทำให้กระดาษกรองฉีกขาดนั้นมีน้อยกว่าการกรองด้วยแรงสุญญากาศและยังเหมาะสำหรับการกรองตะกอนที่มีลักษณะคล้ายวุ้นมากเพราะตะกอนที่มีลักษณะคล้ายวุ้นและตะกอนที่ละเอียดมาก จะอุดรูและเกาะกันแน่นเมื่อกรองด้วยแรงสุญญากาศ สำหรับอุปกรณ์การกรองด้วย
ทักษะการกรอง
การกรองด้วยสุญญากาศ
การกรองด้วยสุญญากาศ เป็นวิธีการกรองที่สะดวกและรวดเร็วแต่ตัวกรองจะต้องมีความคงทนแข็งแรงมิฉะนั้นจะทะลุได้ การกรองโดยวิธีนี้นิยมใช้กรวยกรองที่เรียกว่ากรวยบุชเนอร์ ซึ่งทำด้วยกระเบื้องเคลือบมีก้นแบนและมีรูพรุน วางกระดาษกรองให้ปิดรูพรุนทั้งหมดแล้วทำให้กระดาษกรองเปียกเพื่อให้กระดาษกรองแนบสนิทกับก้นของกรวยบุชเนอร์ สวมกรวยให้แน่นจับจุกที่อุดขวดรูปชมพู่ กรอง (ซักชันฟลาสหรือฟลาสดูด) แขนของขวดรูปชมพู่ กรองต่อกับอุปกรณ์ที่เกิดสุญญากาศ เช่น เครื่องดูด แต่ต้องมีขวดเชื่อมระหว่างขวดรูปชมพู่ กรองกับอุปกรณ์ที่เกิดสุญญากาศเมื่อเปิดอุปกรณ์ที่เกิดสุญญากาศความดันระหว่างบนและด้านล่างตัวกรองจะแตกต่างกัน ทำให้การกรองเกิดได้เร็วขึ้นการกรองด้วยแรงสุญญากาศจัดอุปกรณ์ให้มีลักษณะดังภาพแรงดึงดูดของโลกประกอบด้วย กรวยกรองกระดาษกรอง และที่ยึดกรวยกรอง
การกรองด้วยแรงสุญญากาศ
การกรองแบบนี้ใช้ได้ดีกับตะกอนที่มีลักษณะเป็นผลึก แต่ไม่เหมาะกับตะกอนที่มีลักษณะเป็นวุ้นหรือตะกอนเนื้อละเอียด เพราะแรงดูดจะไปทำให้ตะกอนเล็ก ๆ อุดรูตัวกรองและอัดแน่นจนของเหลวไม่สามารถผ่านได้
เทคนิคการกลั่นอย่างง่าย
การกลั่นเป็นกระบวนการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอโดยใช้ความร้อนแล้วทำให้ไอควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีก การกลั่นใช้ในการทำให้ของเหลวบริสุทธิ์ หรือใช้แยกของเหลวชนิดหนึ่งออกจากของเหลวอื่น ๆ ได้ ซึ่งของเหลวเหล่านั้นจะต้องมีคุณสมบัติทางกายภาพที่เรียกว่า การระเหย แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วสารที่ระเหยง่ายจะมีความดันไอสูงที่อุณหภูมิห้อง ส่วนสารที่ไม่ระเหยจะมีความดันไอต่ำ นั่นคือสารที่ระเหยได้ง่ายจะมีความดันไอสูงกว่าแต่จุดเดือดต่ำกว่าสารที่ไม่ระเหย เราทราบแล้วว่าของแข็งและของเหลวทั้งหลายมีแนวโน้มที่จะระเหยกลายเป็นไอได้ทุก ๆ อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งการระเหยกลายเป็นไอจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันภายนอก เช่นเมื่อบรรจุของเหลวชนิดหนึ่งในภาชนะปิด ของเหลวนั้นจะกลายเป็นไอจนกระทั่งมีความดันไอคงที่ซึ่งเป็นความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมินั้น ถ้าต้องการให้ของเหลวระเหยได้ตลอดเวลาหรือเกิดดีขึ้น จำเป็นจะต้องให้ไอเหนือของเหลวนั้นออกไป ซึ่งเป็นการลดความดันไอเหนือของเหลวนั้นนั่นเอง การกลั่นก็ใช้หลักการนี้ คือปล่อยให้ไอของสารที่ระเหยออกมา ออกไปแล้วควบแน่นเป็นของเหลว ทำให้การกลั่นดำเนินต่อไปได้ตลอดเวลา
เครื่องมือที่ใช้สำหรับการกลั่นอย่างง่าย ประกอบด้วย ฟลาสกลั่น (ควรมีปริมาตรเป็น 2 เท่าของของเหลวที่จะกลั่น) เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องควบแน่น และภาชนะรองรับสารที่กลั่นได้ การกลั่นอย่างง่ายมีเทคนิคการทำเป็นขั้น ๆ ดังนี้
- เทของเหลวที่จะกลั่นลงในฟลาสกลั่น โดยใช้กรวยกรอง
- เติมชิ้นกันเดือดพลุ่ง (ใช้ boiling stone หรือ boiling chips ก็ได้) เพื่อให้การเดือดเป็นไปอย่างสม่ำเสมอและไม่รุนแรง
- เสียบเทอร์โมมิเตอร์
- เปิดน้ำให้ผ่านเข้าไปในคอนเดนเซอร์เพื่อให้คอนเดนเซอร์เย็นโดยให้น้ำเข้าทางที่ต่ำแล้วไหลออกทางที่สูง
- ให้ความร้อนแก่ฟลาสกลั่นจนกระทั่งของเหลวเริ่มเดือด ให้ความร้อนไปเรื่อย ๆ จน กระทั่งอัตราการกลั่นคงที่ คือได้สารที่กลั่นประมาณ 2-3 หยด ต่อวินาที ให้สารที่กลั่นได้นี้ไหลลงในภาชนะรองรับ
- การกลั่นต้องดำเนินต่อไปจนกระทั่งเหลือสารอยู่ในฟลาสกลั่นเพียงเล็กน้อยอย่ากลั่นให้แห้ง
ลักษณะการจัดอุปกรณ์ในการกลั่นอย่างง่าย
การกลั่นสามารถนำมาใช้ทดสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวได้ ซึ่งของเหลวที่บริสุทธิ์จะมีลักษณะดังนี้
- ส่วนประกอบของสารที่กลั่นได้ จะมีลักษณะเหมือนกับส่วนประกอบของของเหลว
- ส่วนประกอบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง
- อุณหภูมิของจุดเดือดในขณะกลั่นจะคงที่ตลอดเวลา
- การกลั่นจะทำให้เราทราบจุดเดือดของของเหลวบริสุทธิ์ได้
การกลั่นนอกจากจะนำมาใช้ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวแล้ว ยังสามารถใช้กลั่น สารละลายได้อีกด้วย การกลั่นสารละลายเป็นกระบวนการแยกของแข็งที่ไม่ระเหยออกจากตัวทำละลายหรือของเหลวที่ระเหยง่าย โดยของแข็งที่ไม่ระเหยหรือตัวละลายจะอยู่ในฟลาสกลั่น ส่วนของเหลวที่ระเหยง่ายจะถูกกลั่นออกมา เมื่อการกลั่นดำเนินไปจนกระทั่งอุณหภูมิของการกลั่นคงที่แสดงว่าสารที่เหลือนั้นเป็นสารบริสุทธิ์
อนึ่งในขณะกลั่นจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของสารละลายจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพราะสารละลายเข้มข้นขึ้น เนื่องจากตัวทำละลายระเหยออกไปและได้ของแข็งที่บริสุทธิ์ในที่สุด
ข้อควรระวัง
เมื่อต้องการระเหยสารละลายเพื่อแยกตัวทำละลายและตัวละลายออกจากกันโดยใช้ความร้อนจากไฟฟ้าหรือตะเกียง ไม่ควรระเหยสารละลายให้แห้งสนิท เพราะของแข็งที่ได้นั้นอาจจะสลายตัวได้
เทคนิคการสกัด
จากความรู้ที่ว่าตัวละลายต่าง ๆ สามารถละลายได้ในตัวทำละลายแตกต่างกัน คุณสมบัติอันนี้จะนำมาใช้เป็นหลักในการแยกตัวละลายออกจากสารละลายได้เรียกวิธีการเช่นนี้ว่า การสกัด ต่อไปนี้จะขอกล่าวถึงการสกัดตัวละลายโดยใช้ตัวทำละลายที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน
เนื่องจากตัวละลายอาจจะละลายในตัวทำละลายต่าง ๆ ที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกันได้ เมื่อให้สารละลายนั้นมีตัวทำละลายที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกันอยู่ 2 ชนิด หลังจากเขย่าแล้วตัวละลายจะมีอยู่ในตัวทำละลายทั้ง 2 ชนิดนั้นในปริมาณมากน้อยแตกต่างกัน อัตราส่วนของความเข้มข้นของตัวละลายที่ละลายในตัวทำละลายในหน่วยโมลต่อลิตรนี้เรียกว่า Distribution coefficient ซึ่งอัตราส่วนนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของตัวทำละลายทั้ง 2 ชนิด และความเข้มข้นทั้งหมดของตัวละลาย
ดังนั้นการสกัดจึงเป็นการเคลื่อนย้ายตัวละลายจากตัวทำละลายชนิดหนึ่งไปยังตัวทำละลายอีกชนิดหนึ่งโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า กรวยแยก มีวิธีการทำดังนี้
- ทำความสะอาดกรวยแยกที่ใช้ให้สะอาด สำหรับที่ก๊อกปิดเปิดให้ทำเช่นเดียวกับบิวเรตต์
- เทสารละลายที่จะสกัดลงในกรวยแยก ไม่ควรใส่สารละลายมากเกินไปเพราะจะต้องเติมตัวทำละลายเพื่อสกัดตัวละลายในสารละลายนั้นอีก หากมีมากควรแบ่งทำเป็น 2 หรือ 3 ครั้งก็ได้
- เติมตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัด แล้วปิดจุกให้แน่น
- เขย่ากรวยแยกเบา ๆ ในแนวนอน แล้วเปิดก๊อกเป็นครั้งคราวหลังจากหยุดเขย่าเพื่อลดแรงดันภายในกรวยแยก
- นำกรวยแยกไปตั้งในแนวดิ่งบนที่ยึดวงแหวน เพื่อให้สารละลายแยกเป็น 2 ชั้น (ดูภาพที่ 20) เอาจุดที่ปิดออก
- เปิดก๊อกให้สารละลายที่อยู่ชั้นล่างไหลลงในภาชนะรองรับอย่างช้า ๆ
- ทำซ้ำ โดยเริ่มตั้งแต่ขั้นที่ 3 และใช้ตัวทำละลายในการสกัดใหม่
- นำสารละลายที่สกัดออกมารวมกันจะเป็นสารที่สกัดได้ทั้งหมด
ข้อควรระวัง
1เนื่องจากกรวยแยกแตกง่ายและมีราคาแพง ในขณะแยกสารถ้าตั้งอยู่บนที่ยึคดวงแหวนซึ่งทำด้วยเหล็กโดยไม่มีสิ่งใดกั้น เมื่อปล่อยให้สารละลายชั้นล่างไหลออกมาจะเกิดฟองอากาศปุดขึ้นจากสารละลาย อาจทำให้กรวยแยกกระเทือนและกระทบกับที่ยึดวงแหวนรุนแรงจนอาจแตกได้ เพื่อป้องกันปัญหานี้ระหว่างที่ยึดวงแหวนกับกรวยแยกจึงควรกั้นด้วยยาง (ดูภาพที่ 20)2ก๊อกกรวยแยกจะต้องปิดให้อยู่ในตำแหน่งเดิม ก่อนที่จะตั้งกรวยแยกให้อยู่ในตำแหน่งปกติ และควรระมัดระวังในการวางกรวยแยกบนที่ยึดวงแหวนด้วย
การแยกของเหลวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้กรวยแยก
เมื่อเขย่ากรวยแยกเพื่อให้ตัวทำละลายทั้งสองผสมกัน ความดันภายในกรวยแยกจะเพิ่มขึ้นเนื่องมาจากความดันไอของตัวทำละลายที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันนั่นเอง เช่นถ้าใช้ NaHCO3 เติมลงไปในสารละลายที่เป็นกรด ความดันจะสูงขึ้นมากเนื่องจากเกิดก๊าซ CO2 จำเป็นจะต้องลดความดันโดยขณะเขย่ากรวยแยก มือทั้งสองจะต้องจับกรวยแยกให้มีลักษณะดังภาพที่ 21 คือมือหนึ่งจับที่ก๊อกปิดเปิด อีกมือหนึ่งจับที่จุกปิดเปิดของกรวยแยกค่อย ๆ เปิดก๊อกเพื่อให้ความดันภายในออกไป (อาจทำเช่นนี้หลาย ๆ ครั้ง จนกระทั่งไม่มีความดันภายในกรวยแยก)เมื่อแยกชั้นของของเหลวชั้นล่างในกรวยแยกออกมาแล้ว ตรงรอยต่อระหว่างชั้นทั้งสองไม่สามารถจะแยกออกจากันได้อย่างเด็ดขาด ส่วนนี้จึงมีของเหลวทั้ง 2 ชนิดปนกันอยู่ต้องนำมาแยกออกจากกันโดยการกรองเมื่อการสกัดได้สิ้นสุดลงแล้วเทคนิคการเลือกตัวทำละลายในการสกัด
การสกัดจำเป็นจะต้องเลือกตัวทำละลายให้เหมาะสมกับสารที่ต้องการจะแยก ซึ่งมีหลักที่ควรพิจารณาในการเลือกตัวทำละลายดังต่อไปนี้
- สารที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันย่อมละลายในตัวละลายที่คล้ายคลึงกัน
- ตัวทำละลายอินทรีย์จะละลายตัวละลายอินทรีย์
- น้ำใช้เป็นตัวทำละลายสารประกอบอนินทรีย์รวมทั้งเกลือของกรดและเบสอินทรีย์
- กรดอินทรีย์ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์และสามารถสกัดโดยใช้สารละลายเบส เช่น NaOH, Na2CO3 หรือ NaHCO3 ก็ได้
ตารางที่ 4 ตัวทำละลายอินทรีย์ที่นิยมใช้ในการสกัด
เบากว่าน้ำ | หนักกว่าน้ำ |
---|---|
ไดเอทิลอีเทอร์ เบนซีน ปิโตรเลียมอีเทอร์ เฮกเซน | คลอโรฟอร์ม เอทิลีนไดคลอโรด์ เมทิลีนคลอไรด์ เททระคลอโรมีเทน |
ตาราง 5 สมบัติของตัวทำละลายบางชนิดที่ใช้ในการสกัดสารละลาย
ตัวทำละลาย | สมบัติ |
---|---|
ไคเอทิลอีเทอร์ เมทิลีนคอลไรด์ ปิโตรเลียมอีเทอร์ เบนซีน เอทิลีนแอซีเตต 2-บิวทานอล เททระคลอโรมีแทน คลอโรฟอร์ม ไดไอโซโพรพิลอีเทอร์ | เป็นตัวทำละลายที่ดี ดูดน้ำได้ 1.5% สามารถเกิดเป็นเพอร์ออกไซด์ได้ง่าย เกิดเป็นอิมัลชันแต่ทำให้แห้งได้ง่าย เป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับสารโมเลกุลไม่มีขั้ว ทำให้แห้งได้ง่าย เกิดอิมัลชัน เป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับสารที่โมเลกุลมีขั้ว ดูดน้ำได้ดี เป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับสารที่โมเลกุลมีขั้วทำให้แห้งได้ง่าย เป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับสารที่โมเลกุลไม่มีขั้ว ทำให้แห้งได้ง่าย เกิดอีมัลชัน ทำให้แห้งได้ง่าย เกิดเป็นสารพวกเพอร์ออกไซด์ได้ง่าย |
ความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ
ความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการจะเกิดขึ้นได้ ต้องได้รับความร่วมมือจากผู้ทดลองช่วยกันป้องกันอันตรายที่จะเกิดขึ้น ฉะนั้นผู้ทดลองต้องมีความรู้ความเข้าใจต่อการปฏิบัติตนในห้องปฏิบัติการเป็นพื้นฐาน เช่น รู้ระเบียบข้อบังคับ รู้ถึงอันตรายที่แอบแฝงอยู่ในสารเคมี ไม่ทำงานด้วยความประมาท สิ่งต่าง ๆ เหล่านี้มีความสำคัญมากที่ต้องศึกษาให้มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งก่อนที่จะปฏิบัติการทดลอง
ข้อควรปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ
- ต้องระลึกอยู่เสมอว่า ห้องปฏิบัติการทดลองเป็นสถานที่ทำงาน ต้องทำการทดลองด้วยความตั้งใจ
- ต้องอ่านคู่มือห้องปฏิบัติการทดลองก่อนที่จะห้องปฏิบัติการทดลอง และพยายามทำความเข้าใจถึงขั้นตอนการทดลอง หากไม่เข้าใจให้ถามอาจารย์ผู้ควบคุมก่อนการทดลอง
- อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่นำมาใช้ในการทดลองต้องสะอาด ความสกปรกเป็นปัจจัยสำคัญทำให้ผลการทดลองผิดพลาด
- เมื่อต้องการใช้สารละลายที่เตรียมไว้ ต้องรินลงในบีกเกอร์ โดยรินออกมาประมาณเท่ากับจำนวนที่ต้องใช้ ถ้าสารละลายเหลือให้เทลงในอ่าง อย่าเทกลับลงในขวดเดิม
- ถ้ากรดหือสารเคมีที่เป็นอันตรายถูกผิวหนังหรือเสื้อผ้าต้องรีบล้างด้วยน้ำทันทีเพราะสารเคมีหลายชนิดซึมเข้าไปผิวหนังอย่างรวดเร็ว และเกิดเป็นพิษขึ้นมาได้
- อย่าเทน้ำลงบนกรดเข้มข้นไดๆ แต่ค่อย ๆ เทกรดเข้มข้นลงในน้ำช้า ๆ พร้อมกวนตลอดเวลา
- เมื่อต้องการดมสาเคมี อย่าดมโดยตรง ควรใช้มือพัดกลิ่นสารเคมีเข้าจมูกเพียงเล็กน้อย (อย่าสูดแรง)
- ออกไซด์ ของธาตุบางชนิดเป็นพิษหรือสารที่ไวต่อปฏิกิริยาหือสารที่มีกลิ่นเหม็น การทดลองได ๆ ที่เกี่ยวข้องกับก๊าซนี้ควรทำในตู้ควัน
- อย่ากินอาหารในห้องปฏิบัติการ เพราะอาจมีสารเคมีปะปน ซึ่งสารเคมีบางชนิดอาจมีพิษหรือเป็นอันตรายต่อสุขภาพ
- ต้องทำการทดลองด้วยความระมัดระวังที่สุด ความประมาทเลินเล่ออาจทำให้เกิดอันตรายต่อตัวเองได้
การกำจัดสารอันตรายที่หกหล่น รั่วไหล
เมื่อสารเคมีหกอาจเกิดอันตรายได้หากไม่ระมัดระวัง เพราะสารเคมีบางชนิดเป็นพิษต่อร่างกาย บางชนิดติดไฟง่าย ดังนั้นเมื่อสารเคมีหกจะต้องรีบเก็บกวาดให้เรียบร้อยทันทีดังต่อไปนี้- สารที่เป็นของแข็ง สารเคมีที่เป็นของแข็งหก ควรใช้แปลงกวาดรวมกันใส่ในช้อนตักแล้วจึงนำไปใส่ในภาชนะ
- สารละลายที่เป็นกรด เมื่อกรดหกต้องรีบทำให้เจือจางด้วยน้ำก่อนแล้วโรยโซดาแอส หรือสารละลายด่างเพื่อทำให้กรดเป็นกลางจากนั้นจึงล้างด้วยน้ำสะอาด
ข้อควรระวัง เมื่อเทน้ำลงบนกรดเข้มข้นที่หก เช่น กรดกำมะถัน จะมีความร้อนเกิดขึ้นและกรดอาจกระเด็นออกมา จึงควรเคย ๆ เทน้ำลงไปมาก ๆ เพื่อให้เกิดการเจือจางและความร้อนที่เกิดขึ้นรวมทั้งการกระเด็นจะน้อยลง
- สารละลายที่เป็นด่าง เมื่อสารเคมีที่เป็นของด่างหก ต้องเทน้ำลงไปเพื่อลงความเข้มข้นของด่างแล้วเช็ดให้แห้งพยายามอย่าให้กระเด็นขณะเช็ด เนื่องจากสารละลายด่างจะทำให้พื้นลื่น
- สารที่ระเหยง่าย เมื่อสารเคมีที่ระเหยง่ายหกจะระเหยกลายเป็นไออย่างรวดเร็วบางชนิดติดไฟได้ง่าย บางชนิดเป็นอันตรายต่อผิวหนังและปอด การทำความสะอาดสารระเหยง่ายทำได้ดังนี้
4.1 ถ้าสารที่หกมีปริมาณน้อย ใช้ผ้าขี้ริ้วเช็ดถูออก
4.2 ถ้าสารที่หกมีปริมาณมาก ทำให้แห้งโดยใช้ไม้ที่มีปุยผูกที่ปลายสำหรับเช็ดถู - สารที่น้ำมัน สารพวกนี้เช็ดออกได้โดยใช้น้ำมาก ๆ เมื่อเช็ดออกแล้วพื้นบริเวณที่สารหกจะมีกลิ่นให้ล้างด้วยผงซักฟอก เพื่อสารที่ติดอยู่ออกไปให้หมด
- สารปรอท สารปรอทไม่ว่าอยู่ในรูปไดล้วนเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งสิ้นเพราะทำอันตรายต่อระบบประสาท ดังนั้นการทดลองใดที่เกี่ยวข้องกับสารปรอทต้องใช้ความระมัดระวังให้ กรณีที่สารปรอทหกวิธีการที่ถูกต้องควรปฏิบัติดังนี้
6.1 กวาดสารปรอทมากองรวมกัน
6.2 เก็บสารปรอทโดยใช้เครื่อง ดังรูปภาพ
6.3 ถ้าพื้นที่สารปรอทหกหรือรอยร้าว ควรปิดรอยแตกด้วยขี้ผึ้งทาพื้นหนา ๆ เพื่อกันการระเหยของปรอทหรือหรือใช้ผงกำมะถันพรมลงไป ปรอทจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบซัลไฟลด์ แล้วเก็บกวาดอีกครั้งหนึ่ง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น