เยี่ยมห้องวิเคราะห์น้ำ ศูนย์วิจัยและพัฒนาประมงชายฝั่งจันทบุรี
ตอน การวิเคราะห์ความเป็นด่าง หรือ อัลคาลินิตี้(Alkalinity)
 

     เว็บเพจเยี่ยมห้องวิเคราะห์น้ำ ผมจะแบ่งการนำเสนอออกเป็นหลายตอน สำหรับหน้านี้ขอนำเสนอตอน  การวิเคราะห์ความเป็นด่าง หรือ อัลคาลินิตี้ (Alkalinity) ประกอบด้วย 6 หัวข้อย่อย หากต้องการชมตอนอื่น คลิ๊กที่ห้องวิเคราะห์น้ำ

  1. ความหมายของอัลคาลินิตี้   4. ภาพขั้นตอนการเตรียมน้ำยาเคมี
  2. หลักการวิเคราะห์อัลคาลินิตี้   5. ภาพขั้นตอนการทำชุดเทสคิตท์อัลคาลินิตี้
  3. ภาพขั้นตอนการวิเคราะห์อัลคาลินิตี้   6. อัลคาลินิตี้กับผู้เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
       

   ผมพยายามนำเสนอแบบอ่านแล้วเข้าใจง่ายๆ แต่สาระก็ยังเข้มข้นครับ

   
 
1. ความหมายของความเป็นด่างหรืออัลคาลินิตี้ (Alkalinity)
 
อัลคาลินิตี้ หมายถึง ความจุของน้ำนั้นที่จะสะเทินกรด (กรรณิการ์ 2544)
อัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถของน้ำที่ทำให้กรดเป็นกลาง (นิคมและยงยุทธ 2546)
อัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถของน้ำที่จะรับ ไฮโดรเจนอิออน เพื่อทำให้กรดเป็นกลาง (มั่นสินและไพพรรณ 2544)
อัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถหรือคุณสมบัติของน้ำที่ทำให้กรดเป็นกลาง (ไมตรีและจารุวรรณ 2528)
Alkalinity of a water is its quantitative capacity of react with a strong acid to a designated pH (APHA 1980)
อัลคาลินิตี้ของน้ำเกิดจาก ไฮดร๊อกไซด์ คาร์บอเนต และไบคาร์บอเนต เป็นหลัก ตามลำดับพีเอชจากสูงมาต่ำ แต่อาจมี บอเรต ซิลิเกต ฟอสเฟต และสารอินทรีย์ต่างๆ ปนอยู่บ้าง
ที่พีเอช 4.5 ถือว่าไม่มีค่าอัลคาลินิตี้ เนื่องจากจะไม่ปรากฏอิออนหลักที่ทำให้เกิดอัลคาลินิตี้
   
 
2. หลักการวิเคราะห์อัลคาลินิตี้
 
เมื่ออัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถทำให้กรดเป็นกลาง การวิเคราะห์จึงใช้ น้ำกรด เป็นตัวหาค่าอัลคาลินิตี้
การวิเคราะห์จะใช้ น้ำกรด ที่ทราบความเข้มข้น หยดลงในน้ำตัวอย่าง (เรียกว่าไตเตรชั่น Tritration) จนค่าพีเอชลดลงเหลือประมาณ 4.5 ก็จะหยุดการหยด น้ำกรด ตอนนี้เราก็รู้ปริมาณและความเข้มข้นของ น้ำกรด ซึ่งก็จะทำให้ทราบถึง เนื้อน้ำกรด ที่ใช้ไป
จาก เนื้อน้ำกรด ที่ใช้ ก็จะถูกนำไปเทียบกับน้ำหนักของ แคลเซียมคาร์บอเนต (เข้าใจง่ายๆก็ปูนเกษตรแบบหนึ่งครับ) ซึ่งน้ำหนักของแคลเซียมคาร์บอเนต ในหน่วยมิลลิกรัมต่อปริมาตรน้ำตัวอย่างหนึ่งลิตร ก็คือค่าอัลคาลินิตี้นั่นเอง
ดังนั้นหน่วยวัดของอัลคาลินิตี้ หากเรียกกันอย่าง เต็มยศ ก็คือ มิลลิกรัมเทียบกับแคลเซียมคาร์บอเนตต่อลิตร ภาษาอังกฤษใช้ as milligram calciumcarbornate per litre แต่ทางปฏิบัติเราก็เรียกกันสั้นๆ ว่า มิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ล. หรือ mg/L) ก็เป็นที่เข้าใจกันครับ
การวิเคราะห์โดยหยด น้ำกรด ลงในน้ำตัวอย่าง จนกระทั่งค่าพีเอชลดลงเหลือประมาณ 4.5 ค่าอัลคาลินิตี้ที่ได้คือ ค่าอัลคาลินิตี้รวม (Total Alkalinity) แต่มักเรียกสั้นๆ ว่า ค่าอัลคาลินิตี้ ซึ่งเป็นค่าที่ห้องวิเคราะห์น้ำใช้รายงานผล
แต่หากเจาะลึกว่าค่าอัลคาลินิตี้รวม (Total Alkalinity) เกิดจากอะไรระหว่าง ไฮดร๊อกไซด์ คาร์บอเนต และไบคาร์บอเนต ก็จะหยด น้ำกรด ลงในน้ำตัวอย่าง จนกระทั่งค่าพีเอชลดลงเหลือประมาณ 8.3 จดปริมาตรน้ำกรดที่ใช้ แล้วหยด น้ำกรด ต่อ จนกระทั่งค่าพีเอชลดลงเหลือประมาณ 4.5 จดปริมาตรน้ำกรดที่ใช้อีก ก็จะได้ค่าอัลคาลินิตี้แยกย่อย 2 ค่า โดยค่าแรกเรียก ฟีนอฟทาลินอัลคาลินิตี้ ค่าที่สองคือ เมททิลออเรจน์อัลคาลินิตี้ เมื่อรวมกันแล้วก็คือ ค่าอัลคาลินิตี้รวม (Total Alkalinity) นั่นเอง (รายละเอียดใน กรรณิการ์ 2544; นิคมและยงยุทธ 2546)
แล้วจะรู้ได้อย่างไรว่าหยด น้ำกรด ลงในน้ำตัวอย่างแล้ว ค่าพีเอชลดลงเหลือ 8.3 หรือ 4.5 ก็มี 2 วิธีครับ

      1. ใช้เครื่องวัดพีเอชวัดระหว่างการหยดน้ำกรด แบบนี้แม่นยำแต่ไม่สะดวกหากมีตัวอย่างเยอะ และใช้เวลามากกว่า
      2. ใช้สารเคมีที่เรียกว่า อินดิเคเตอร์ มีคุณสมบัติเปลี่ยนสีที่ช่วงพีเอชต่างกัน เช่น ฟีนอฟทาลีน ในน้ำที่พีเอชมากกว่า 8.3 จะมีสีชมพู แต่พีเอชต่ำกว่า 8.3 จะไม่มีสี แบบนี้สะดวกกว่าใช้เครื่องพีเอช แต่มีข้อเสียคือ ผู้ใช้ต้องมีประสบการณ์ และน้ำบางแบบอาจคลาดเคลื่อน เช่น น้ำขุ่นมากจนมองไม่เห็นสีที่เปลี่ยน หรือมีคลอรีนอิสระที่ทำลายสีเป็นต้น
   
 
3. ภาพขั้นตอนการวิเคราะห์อัลคาลินิตี้
 

การวัดอัลคาลินิตี้รวม ใช้น้ำยาเคมีเพียง 2 ตัวเท่านั้น คือ
น้ำกรดเข้มข้น 0.02 N

น้ำยาบีเอ็ม (ใช้เป็นอินดิเคเตอร์ ที่พีเอช 4.5)

เริ่มวัดโดย รินน้ำตัวอย่างใส่กระบอกตวงจนได้ปริมาตร 100 มิลลิลิตร หรือ 100 ซีซี พอดี

รินน้ำตัวอย่างในกระบอกตวง 100 มิลลิลิตร ใส่ขวดแก้ว

หยดน้ำยาเคมี บีเอ็ม ลงในน้ำตัวอย่าง 3 หยด น้ำจะเปลี่ยนเป็นสีฟ้า
เริ่มหยด น้ำกรด ลงในน้ำตัวอย่าง (ขวดสีชาต่อกับหลอดแก้ว หมายเลข 1 เรียกว่า ออโตบิวเร็ต ครับ สามารถปรับระดับเริ่มต้นของน้ำกรดให้อยู่ที่เลขศูนย์ได้ง่าย สะดวกใช้แต่แพง ราคาอยู่แถวๆ 5,000 ครับ ส่วนหลอดแก้วหมายเลข 2 คือ บิวเร็ตแบบธรรมดา ต้องคอยเติมน้ำกรดเอง ไม่ได้ใช้แล้ว เอามาให้ดูเฉยๆ)

เมื่อน้ำตัวอย่างเปลี่ยนจากสีฟ้าเป็นชมพู ก็หยุดการหยด น้ำกรด ทันที จาก น้ำกรด ที่ใช้มีความเข้มข้น 0.02 N และน้ำตัวอย่างที่ตวงมา 100 มิลลิลิตร ปริมาตรน้ำกรดที่ใช้ 1 มิลลิลิตร จะเท่ากับ ค่าอัลคาลินิตี้ 10 มก./ล. ครับ เช่น ใช้น้ำกรด 12.5 มิลลิลิตร ค่าอัลคาลินิตี้เท่ากับ 125 มก./ล.(ที่มา : เทียบกับน้ำหนักโมเลกุลของแคลเซียมคาร์บอเนต ซึ่งเท่ากับ 50) สามารถอ่านจากหนังสืออ้างอิงข้างล่างครับ

ข้อสังเกตุครับ การเปลี่ยนสีของน้ำยาบีเอ็มจะเร็วมาก ก่อนถึงจุดเปลี่ยนสี เพียงหยดน้ำกรดเพิ่ม 3-4 หยด น้ำจะเปลี่ยนจากสีฟ้าเป็นชมพูอย่างชัดเจน เพราะเป็นจุด End Point (ก่อนเปลี่ยนสี พีเอชวัดได้ 4.8 แต่พอเปลี่ยนสีเป็นชมพูโดยหยดกรดเพิ่ม 3-4 หยด เท่านั้น พีเอชตกเหลือ 4.4 ทันที)

   
 
4. ภาพขั้นตอนการเตรียมน้ำยาเคมี
 

น้ำกรดที่ใช้เป็นกรดแก่ คือ กรดซัลฟูริก หรือ กรดไฮโดรคลอริก ก็ได้ ของเราใช้กรดซัลฟูริกครับ มีขายหลายยี่ห้อ ความเข้มข้นอยู่ที่ประมาณ 36 N แต่เราต้องการใช้ น้ำกรด ที่ความเข้มข้นต่ำเพียง 0.02 N เท่านั้น จึงต้องเจือจางกรดที่ซื้อมาด้วยน้ำกลั่นก่อน (กรด 36 N นี่อันตรายมากครับ ถูกผิวหนังไม่ได้เด็ดขาด ส่วนที่เจือจางเหลือ 0.02 N ไม่อันตรายแล้ว ถูกผิวหนังพอได้ แต่ห้ามเข้าตาครับ)

เราต้องเจือจางน้ำกรด 2 ครั้ง คือ ครั้งแรกจากเข้มข้น 36 N เจือจางให้เหลือ 0.1 N ก่อน โดยดูดน้ำกรด 36 N มา 2.8 มิลลิลิตร

แล้วปล่อยน้ำกรดเข้มข้น 36 N ลงในขวดตวงทรงกลม (Volumetric Flask) ขนาด 1 ลิตร ที่มีน้ำกลั่นใส่ไว้แล้วเกือบเต็ม เสร็จแล้วจึงเติมน้ำกลั่นให้ครบ 1 ลิตร และเขย่าให้เข้ากัน (ต้องใส่น้ำกลั่นไว้ก่อนบางส่วนเนื่องจากเราต้อง เทกรดลงน้ำ ห้ามเทน้ำลงในกรด) ตอนนี้เราได้น้ำกรดเข้มข้น 0.1 N อยู่ในขวดตวงทรงกลม (Volumetric Flask) จำนวน 1 ลิตร

หมายเหตุ ท่านต้องแน่ใจนะครับว่า กรดที่ซัลฟูริกที่ซื้อมาเข้มข้น 36 N จริง หากไม่ใช่ การเจือจางกรดก็จะไม่ได้ความเข้มข้น 0.1 N ตามที่เราต้องการ สามารถตรวจสอบความเข้มข้นได้โดย ไตรเตรชั่นกับ โซเดียมคาร์บอเนต (รายละเอียดใน กรรณิการ์ 2544; นิคมและยงยุทธ 2546) ส่วนท่านที่เลือกใช้กรด ไฮโดรคลอริก ซึ่งขายกันในความเข้มข้น 11-12 N ซึ่งจางกว่ากรดซัลฟูริก เวลาเตรียมก็ต้องใช้น้ำกรดมากกว่าตามสัดส่วนความเข้มข้นครับ

เจือจางน้ำกรดครั้งที่ 2 คือ จากเข้มข้น 0.1 N เจือจางให้เหลือ 0.02 N โดยรินน้ำกรด เข้มข้น 0.1 N ลงในกระบอกตวงให้ได้ 200 มิลลิลิตร
จากนั้นรินน้ำกรด 0.1 N จากกระบอกตวง ลงในขวดตวงทรงกลม (Volumetric Flask) ขนาด 1 ลิตร ที่มีน้ำกลั่นใส่ไว้แล้วประมาณครึ่งขวดเสร็จแล้วจึงเติมน้ำกลั่นให้ครบ 1 ลิตร และเขย่าให้เข้ากัน ตอนนี้เราก็ได้ น้ำกรดเข้มข้น 0.02 N ไว้ใช้วัดอัลคาลินิตี้แล้วครับ
ขั้นตอนต่อไปก็เตรียมน้ำยา บีเอ็ม ครับ ใช้สารเคมี 3 ตัว คือ
แอลกอฮอล์ 95 เปอร์เซนต์
เมททิลเรด (ขวดกลาง)
บรอมครีซอลกรีน (ขวดขวามือสุด) สารเคมีที่ใช้วัดอัลคาลินิตี้ตัวนี้แพงสุดครับ ขวดเล็กสุดที่บรรจุ 5 กรัม ขายกันที่ 2,000 บาทครับ แพงพอๆ กับทองเลย แต่ขวดนึงก็ใช้กันนานเลยครับ วิเคราะห์ได้ประมาณ 3-4 หมื่น ตัวอย่าง
เริ่มผสมน้ำยา บีเอ็ม กันเลยครับ ขั้นแรกชั่ง เมททิลเรด 20 มิลลิกรัม เทลงใน แอลกอฮอล์ 100 มิลลิลิตร แล้วกวนให้เข้ากัน

จากนั้นชั่ง บรอมครีซอลกรีน 100 มิลลิกรัม เทตามลงไปในแอลกอฮอล์ที่มีเมททิลเรดละลายอยู่แล้ว และกวนให้เข้ากัน เท่านี้ก็ได้น้ำยา บีเอ็ม แล้วครับ

หมายเหตปกติห้องวิเคราะห์น้ำของศูนย์ฯ จะใช้อินดิเคเตอร์ พีนอฟทาลีน สำหรับพีเอช 8.3 และ เมททิลออเรนจ์ สำหรับพีเอช 4.5 เพราะเจ้าหน้าที่เคยชินครับ แต่สีของเมททิลออเรนจ์จะดูยากเพราะสีจะเปลี่ยนจากเหลืองเป็นส้มเหลือง ในขณะที่ น้ำยาบีเอ็ม สีจะเปลี่ยนแบบตัดกัน แต่ผลวิเคราะห์ก็ออกมาเหมือนกัน

   
 
5. ภาพขั้นตอนการทำชุดเทสคิตท์อัลคาลินิตี้
 
อุปกรณ์ที่ซื้อมา
ช่วยกันติดสติ๊กเกอร์ครับ มี 5 ชิ้น
สำหรับสำหรับติดที่ถุง บอกชื่อ 1 ชิ้น
สำหรับติดขวดบรรจุน้ำยาเคมี 2 ชิ้น
สติ๊กเกอร์ใส ขนาด 2 x 6.5 ซม. สำหรับติดรอบๆ หลอดฉีดยาเล็ก
สติ๊กเกอร์ใส ขนาด 5x 8 ซม.     สำหรับติดรอบๆหลอดฉีดยาอันใหญ่เพื่อไม่ให้ขีดบอกปริมาตรหายเวลาโดนน้ำหรือน้ำกรด
เติมน้ำยาเคมีครับ ในภาพกำลังรินน้ำกรดบรรจุลงขวด 120 ซีซี ส่วนน้ำสีแดงก็ น้ำยาบีเอ็ม ดูดลงขวดยาหยอดตา ขวดละ 5 ซีซี
อุปกรณ์ทั้งหมดของชุดเทสคิทต์ มีดังนี้ครับ
ขวดยา 140 ซีซี สำหรับใส่น้ำกรด
ขวดยาหยอดตาแบบหยด 5 ซีซี สำหรับใส่น้ำยาบีเอ็ม
ขวดพลาสติกฝาเหลืองสำหรับใส่น้ำตัวอย่าง
หลอดฉีดยาใหญ่ 10 ซีซี สำหรับตวงน้ำตัวอย่าง
หลอดฉีดยาเล็ก 1 ซีซี สำหรับหยดน้ำกรด
และคู่มือการวิเคราะห์
บรรจุถุงเตรียมแจกครับ อุปกรณ์ทั้งหมดขายกันชิ้นละไม่เกิน 2 บาท (ยกเว้นเข็มฉีดยา) แต่ต้องซื้อทีละร้อยชิ้นนะครับ ดูราคาที่ คู่มือการวิเคราะห์
กำลังทดสอบชุดเทสคิทต์ครับ
   
 
6. อัลคาลินิตี้กับผู้เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
 
หลังจากท่านชมวิธีการวิเคราะห์อัลคาลินิตี้แล้ว คงมองเห็นประโยชน์ของอัลคาลินิตี้อย่างเป็นรูปธรรมนะครับ จากการวัดอัลคาลินิตี้โดยใช้น้ำกรดหยดลงในน้ำ หากน้ำมีอัลคาลินิตี้ปกติ เช่น 120 มก/ล. ก็ต้องใช้น้ำกรดมากกว่าน้ำที่มีอัลคาลินิตี้ต่ำๆ เพื่อทำให้พีเอชตกเหลือ 4.5
  ดังนั้นอัลคาลินิตี้จึงเป็นตัวช่วยควบคุมพีเอชไม่ให้เปลี่ยนแปลงมาก เรียกคุณสมบัติอย่างนี้ว่า บัพเฟอร์ เช่นตอนฝนตกมากๆ ทำให้กรดจากฝนและดินไหลลงบ่อ แทนที่พีเอชในบ่อจะลดลงมากและเร็ว อัลคาลินิตี้จะช่วยให้พีเอชลดลงช้าๆและไม่มาก สัตว์น้ำก็จะอาศัยอยู่อย่างเป็นสุขครับ
  ในน้ำทะเลอัลคาลินิตี้จะอยู่ที่ประมาณ 116 มก./ล. ซึ่งสัตว์น้ำเค็มหรือน้ำกร่อยน่าจะชอบค่าประมาณนี้ ซึ่งถือว่าเป็นไปตามธรรมชาติครับ ค่าสูงหรือต่ำกว่านี้ไม่มาก เช่น 90-130 มก./ล. ก็ถือว่าใช้ได้ครับ
   
 
เอกสารอ้างอิง
 
  กรรณิการ์ สิริสิงห์. 2544. เคมีของน้ำ น้ำโสโครก และการวิเคราะห์. พิมพ์ครั้งที่ 3 370 หน้า
  นิคม ละอองศิริวงศ์ และยงยุทธ ปรีดาลัมพบุตร. 2546 วิธีวิเคราะห์น้ำเพื่อการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำชายฝั่ง กลุ่มงานวิจัยระบบและการจัดการการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำชายฝั่ง สถาบันวิจัยการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำชายฝั่ง จังหวัดสงขลา สำนักวิจัยและพัฒนาประมงชายฝั่ง กรมประมง. 211 หน้า
  มั่นสิน ตัณฆุลเวศม์ และไพพรรณ พรประภา. 2544. การจัดการคุณภาพน้ำและการบำบัดน้ำเสียในบ่อเลี้ยงปลาและสัตว์น้ำอื่นๆ เล่ม 1 การจัดการคุณภาพน้ำ. ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณืมหาวิทยาลัย. 319 หน้า.
  ไมตรี ดวงสวัสดิ์ และจารุวรรณ สมศิริ. 2528. คุณสมบัติของน้ำและวิธีวิเคราะห์. ฝ่ายวิจัยสิ่งแวดล้อมสัตว์น้ำ สถาบันประมงน้ำจืดแห่งชาติ กรมประมง. 115 หน้า.
  APHA, AWWA and WPCF. 1980. Standard Method for the Examination Water and Wastewater 15th ed. American Public Health Publisher Inc., New York. 1,134 pp.
 
ศูนย์วิจัยและและพัฒนาประมงชายฝั่งจันทบุรี
ตำบล บางกะจะ อำเภอเมือง จังหวัด จันทบุรี 22000
โทร 0-3945-7987-8 โทรสาร 0-3939-1025
email : crchantaburi@dof.thaigov.net หรือ chanfisheries@yahoo.com