เครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการ : มาตรฐานและคุณลักษณะ

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วรวิทย์ จันทร์สุวรรณ
ปรับปรุงล่าสุด : 15 พฤษภาคม 2563
woravith.c@rmutp.ac.th

เครื่องแก้ววัดปริมาตร (Volumetric glassware) ในห้องปฏิบัติการ อาจแตกต่างจากเครื่องแก้วทั่วไปที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ ในด้านคุณลักษณะและมาตรฐาน เครื่องแก้ววัดปริมาตรจำเป็นจะต้องมีการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ให้มีคุณลักษณะเป็นตามหลักมาตรฐานสากล ซึ่งมาตรฐานสากลและวิธีการสอบเทียบที่กำหนดโดยองค์กร ที่มีความน่าเชื่อถือและได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ มีดังนี้

■  American Society for Testing and Materials (ASTM) ของประเทศสหรัฐอเมริกา
■  National Institute of Standards and Technology (NIST) ของประเทศสหรัฐอเมริกา
■  International Organization for Standardization (ISO) ของประเทศอังกฤษ
■  Deutsches Institut for Normung (DIN) ของประเทศเยอรมัน

องค์กรที่สำคัญในเรื่องของการควบคุมคุณภาพเครื่องแก้ววัดปริมาตร (volumetric glassware) คือ ASTM และ DIN ซึ่งทั้ง 2 เป็นองค์กรในด้านของการพัฒนามาตรฐานที่ได้รับการยอมรับทั่วโลก แต่ส่วนใหญ่แล้วคนจะเลือกใช้เครื่องแก้วที่ได้รับมาตรฐานจาก ASTM มากกว่ามาตรฐานจาก DIN เพราะเครื่องแก้วที่ได้รับมาตรฐานคุณภาพจาก ASTM จะมีความแม่นมากกว่า เนื่องจากมีค่าความคลาดเคลื่อนของปริมาตร (tolerance) มีค่าต่ำกว่า

โดยมาตรฐาน ASTM ได้กำหนดมาตรฐานเกี่ยวกับข้อกำหนดคุณลักษณะ (specification) ของเครื่องแก้ววัดปริมาตรแต่ละชนิด ไว้ดังต่อไปนี้

• หน่วยวัดใช้เป็นลูกบาศก์เซนติเมตร (cm³) หรือมิลลิตร (mL)
• อุณหภูมิอ้างอิง (reference temperature) ซึ่งกำหนดไว้ที่ 20°C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เครื่องแก้ววัดปริมาตรจะให้ปริมาตรตามกำหนด
• คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทำเครื่องแก้ว ต้องมีความคงทน ทนทานต่อทั้งสารเคมีและความร้อน
• ขีดจำกัดของค่าความเคลื่อนของปริมาตร
• ความเสถียรและรูปทรงที่สมบูรณ์ของเครื่องแก้ว
• คุณลักษณะของจุกฝาปิด (stopper) และจุกก๊อกหยุด (stopcock)
• ลักษณะของขีดกำหนดปริมาตร (graduated line) และตัวเลขแสดงปริมาตร (capacity volume)
• รายละเอียดที่เขียนบนเครื่องแก้ว (inscriptions)
• รหัสสี (color-coding band) หรือแถบฝ้า (frosting band)

เครื่องแก้ววัดปริมาตรเป็นอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญสำหรับห้องปฏิบัติการวิจัยเป็นอย่างมาก เพราะมักใช้ทั้งในการทดสอบทางเคมีและชีวภาพ รวมถึงในอุตสาหกรรมต่างๆ ชนิดของเครื่องแก้ววัดปริมาตรที่มักมีใช้ทั่วไปในห้องปฏิบัติการ ได้แก่ กระบอกตวง (cylinder) ขวดกำหนดปริมาตร (volumetric flask) ขวดวัดความถ่วงจำเพาะ (pycnometer bottle) บิวเรต (burette) และปิเปต (pipette) ซึ่งหลักการใช้งานของเครื่องแก้วแต่ละประเภทก็จะแตกต่างกันออกไป

เครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการ มีการกำหนดคุณลักษณะของเครื่องแก้วตามชั้นคุณภาพ (Class) 2 ชั้น คือ Class A และ Class B

ชั้นคุณภาพ

เครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการ ชั้นคุณภาพกำหนดจากความแม่น (accuracy) ซึ่งกำหนดด้วยค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ (tolerance) เป็นออกเป็น 2 ชั้นคุณภาพ คือ

1. ชั้นคุณภาพ A (class A) เป็นเครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นสูง และค่า tolerance ต่ำ กำหนดค่า tolerance เพียงค่าเดียว ครอบคลุมช่วงปริมาตรที่กำหนด เครื่องแก้วชนิดนี้จะใช้สำหรับการเตรียมสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ (Primary Standard) หรือสารละลายมาตรฐานที่ใช้ในการปรับตั้งเครื่องมือ และจะต้องผ่านการสอบเทียบ โดยผลการสอบเทียบอยู่ในเกณฑ์ยอมรับ
2. ชั้นคุณภาพ B (class B) เป็นเครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นต่ำกว่า class A และมีค่า Tolerance ไม่เกิน 2 เท่าของ class A เครื่องแก้วชนิดนี้จะใช้สำหรับการเตรียมสารมาตรฐานทุติยภูมิ ซึ่งไม่จำเป็นต้องสอบเทียบ แต่ก่อนใช้งานต้องเทียบมาตรฐาน (Standardization) เพื่อหาความเข้มข้นที่ถูกต้อง โดยการไตเตรทกับสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ

วิธีการสอบเทียบ

เครื่องแก้ววัดปริมาตรในห้องปฏิบัติการ จะแบ่งตามวิธีการสอบเทียบ ได้แก่ เครื่องแก้ววัดปริมาตรชนิดสอบเทียบสำหรับบรรจุของเหลว (To Contain) และเครื่องแก้ววัดปริมาตรชนิดสอบเทียบสำหรับถ่ายของเหลว (To Deliver)

1. เครื่องแก้ววัดปริมาตรชนิดสอบเทียบสำหรับบรรจุของเหลว(To Contain) จะมีอักษรย่อ TC หรือ In หรือ C ปริมาตรที่ระบุบนเครื่องแก้วจะเป็นปริมาตรของน้ำกลั่นที่บรรจุอยู่ภายในเครื่องแก้วนั้นที่อุณหภูมิอ้างอิง โดยทั่วไปเป็นอุณหภูมิ 20 ºC เครื่องแก้วชนิดนี้ใช้ในการบรรจุของเหลวที่ต้องการปริมาตรที่ถูกต้อง เช่น การเตรียมสารละลาย การเจือจางสารละลาย และการวัดปริมาตรของเหลวที่บรรจุในเครื่องแก้ว ห้ามนำมาใช้ในการตวงหรือการถ่ายของเหลว เพราะจะทำให้ปริมาตรที่ถ่ายออกมาไม่ครบตามที่ระบุ เนื่องจากยังมีสารบางส่วนติดอยู่ภายในภาชนะไม่ว่าจะถ่ายออกโดยวิธีใด
2. เครื่องแก้ววัดปริมาตรชนิดสอบเทียบสำหรับถ่ายของเหลว (To Deliver) จะมีอักษรย่อ TD หรือ Ex หรือ D ปริมาตรที่ระบุบนเครื่องแก้วจะเป็นปริมาตรของน้ำกลั่นที่ถ่ายออกจากเครื่องแก้วนั้นที่อุณหภูมิอ้างอิง เครื่องแก้วชนิดนี้สำหรับการตวงหรือการถ่ายของเหลว โดยการถ่ายของเหลวจะต้องปฏิบัติตามวิธีที่กำหนดในวิธีมาตรฐาน ซึ่งจะได้ปริมาตรของเหลวตามที่ระบุ

กระบอกตวงเป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่เป็นได้ทั้งแบบบรรจุ (to contain) และแบบส่งผ่าน (to deliver) เป็นอุปกรณ์รูปทรงกระบอก มีฐานเป็นหกเหลี่ยมหรือวงกลม ปากกระบอกมีจงอยเพื่อใช้สำหรับการถ่ายเทของเหลว  กระบอกตวงมักถูกใช้ในกรณีที่การทดสอบนั้นๆ ไม่ได้ต้องการความแม่นยำสูง โดยอักษรบนกระบอกตวง (inscriptions on cylinder) มีรายละเอียดดังนี้

การอ่านปริมาตรของเหลวใสเครื่องแก้วให้อ่านที่ส่วนโค้งล่างของผิวของเหลว (meniscus) สัมผัสกับขอบบนของขีดกำหนดปริมาตร โดยสายตาของผู้อ่านต้องอยู่ระดับเดียวกับส่วนโค้งล่างของผิวของเหลว

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการไทเทรต (Titration) เป็นหลอดแก้วใส ยาว ปลายเปิด เนื้อแก้วมีทั้งแบบสีใสและแบบสีชา ขีดบอกปริมาตร และมีก๊อกสำหรับเปิด-ปิด เรียกว่า ก๊อกหยุด (Stopcock) ซึ่งทำจากแก้วหรือพลาสติกเนื้อ PTFE อยู่ทางปลายด้านล่าง เพื่อช่วยควบคุมอัตราการไหลของสารละลาย

ก๊อกเปิด-ปิด ใช้หมุนเพื่อควบคุมให้ของของเหลวไหลออกทางปลายท่อ ที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน มี 2 แบบ คือ แบบที่ทำด้วยแก้ว (glass ) และที่ทำด้วยเทฟลอน (PTFE) ก๊อกเปิด-ปิด ที่ทำด้วยแก้ว ก่อนใช้ต้องทาวาสลีนหรือจาระบี (grease) บาง ๆ ก่อน บริเวณหัว-ท้าย เพื่อให้หมุนได้คล่องและไม่รั่ว แต่ไม่ควรทามากจนเกินไป เพราะจะทำให้เกิดการอุดตันได้

ข้อควรระวัง  คือ อย่าปล่อยสารละลายหรือของเหลวจนเลยขีดบอกปริมาตรที่ต่ำสุดของบิวเรตลงมา เพราะจะทำให้ไม่สามารถบอกได้ว่าปริมาตรทั้งหมดที่ปล่อยลงมามีค่าเท่าใด

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับตวงหรือวัดปริมาตรของเหลวหรือสารละลายให้ได้ปริมาตรที่แน่นอน มีความแม่นสูง ปิเปตแบ่งออกเป็น 2 แบบหลักๆ คือ

1) ปิเปตวัดปริมาตร (volumetric pipette หรือ transfer pipette)  มีลักษณะเป็นกระเปาะแก้วป่องบริเวณตรงกลางปิเปต มีขีดบอกปริมาตรเพียงขีดเดียว ดังนั้นจึงวัดปริมาตรได้เพียงค่าเดียว ใช้ในกรณีที่ต้องการความแม่นยำสูง

2) ปิเปตมีขีดแบ่งปริมาตร (measuring pipettes หรือ graduated pipette) มีขีดบอกปริมาตรหลายขีดที่ระดับปริมาตรต่าง ๆ ทำให้สามารถใช้ได้อย่างหลากหลาย แต่มีความแม่นน้อยกว่าปิเปตวัดปริมาตร เมื่อเทียบที่ขนาดความจุเท่ากัน และแบ่งออกเป็น 2 ชนิดย่อย

• Mohr pipette: ออกแบบมาเพื่อใช้ในการถ่ายของเหลวในปริมาตรที่ต้องการ มีขีดบอกปริมาตรสุดท้ายไม่ถึงปลายปิเปต  ดังนั้น ปริมาตรของของเหลวที่ตวงจึงไม่รวมปริมาตรของของเหลวที่อยู่ตรงปลายปิเปต เช่น การตวงของเหลวปริมาตร 5 mL ดัวย Mohr pipette  จะถ่ายของเหลวนับลงมาจากสเกลบนสุด คือ 0 - 5 mL หรือ นับจากสเกลล่างสุดขึ้นไป 5 mL ก็ได้ แต่ไม่รวมปริมาตรที่อยู่ใต้ขีดสุดท้าย
• Serological pipette: ปิเปตที่ออกแบบมาเพื่อให้สามารถเป่าของเหลวที่ติดอยู่ที่ปลายปิเปตได้ เนื่องจากสเกลหรือขีดบอกปริมาตรที่ใกล้เคียงกับปริมาตรจริงใกล้ปลายปิเปตมากที่สุด

Blow-out / Two Rings : เป็นสัญลักษณ์ที่ปรากฎบนปิเปต ซึ่งอาจเป็นวงสีขาวหรือวงแถบสีต่าง ๆ ซึ่งเกิดจากการใช้กรดกัดแก้ว อยู่บริเวณใกล้ปลายก้านด้านบนที่เอาไว้เสียบกับอุปกรณ์ช่วยดูด (pipette aid) เพื่อแสดงว่าการถ่ายของเหลวจากปิเปตชนิดนี้ ต้องเป่าสารละลายหรือของเหลวออกจนหมด ซึ่งผู้ผลิตได้ทำการสอบเทียบปริมาตรที่ถูกต้องไว้แล้วว่าต้องเป่าของเหลวที่ติดอยู่ที่ปลายปิเปตออกด้วย  มิฉะนั้น ปริมาตรของของเหลวที่ถ่ายออกไปโดยไม่ได้เป่าจะคลาดเคลื่อนไป

การใช้ Mohr pipette แบบนี้ มีโอกาสผิดพลาดได้มากกว่าการใช้ Serological pipettes เนื่องจากความคลาดเคลื่อนในการอ่านปริมาตรของผู้ใช้

แถบวงสีที่ปรากฎอยู่บริเวณด้านบนของปิเปต ใกล้กับด้านที่เสียบกับอุปกรณ์ช่วยดูด แถบวงสีแต่ละสีใช้จำแนกขนาดบรรจุปริมาตร (capacity) เพื่อให้ง่าย และสะดวกในการใช้งาน