เป็นเรื่องปรกติที่การทำงานในห้องปฏิบัติเคมี เราจำเป็นต้องมีการตวงของเหลวในปริมาณต่าง ๆ กันเพื่อนำมาใช้โดยมีวัตถุประสงค์ต่าง ๆ กัน ทีนี้เนื่องจากในห้องปฏิบัติการจะมีเครื่องแก้วชนิดต่าง ๆ ที่ต่างก็มีขีดบอกปริมาตรของเหลว ปัญหาก็คือเครื่องแก้วแต่ละชนิดเหมาะกับการใช้งานในรูปแบบใด
1. Volumetric flask
ขวดวัดปริมาตร (Volumetirc flask) เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้ในการเตรียมสารละลายเพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่แน่นอน ขวดวัดปริมาตรแต่ละใบนั้นจะถูกสอบเทียบความถูกต้องสำหรับปริมาตรใดปริมาตรหนึ่งโดยเฉพาะ สังเกตได้จากระดับขีดบอกปริมาตรที่แต่ละขวดจะอยู่สูงไม่เท่ากัน แม้ว่าดูเผิน ๆ แล้วขวดแต่ละใบจะเหมือนกันก็ตาม แต่ในความเป็นจริงแล้วตัวขวดแต่ละใบจะมีรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกันอยู่ ทำให้เมื่อบรรจุของเหลวปริมาตรเท่ากัน จะทำให้ระดับของเหลวในขวดสูงไม่เท่ากัน
รูปที่ 1 Volumetric flask ขนาด 100 ml พึงสังเกตว่าขีดบอกระดับปริมาตรของเหลวในขวดแต่ละใบจะอยู่สูงไม่เท่ากัน
การใช้ขวดวัดปริมาตรให้ถูกต้องนั้น เวลาเติมของเหลวไม่ควรที่จะให้ของเหลวเปียกพื้นผิวปากขวดในบริเวณที่อยู่สูงเหนือขีดบอกระดับ เพราะถ้ามีของเหลวเปียกพื้นผิวปากขวดบริเวณที่อยู่สูงเหนือขีดบอกระดับและเราทำการเติมของเหลวเข้าไปจนสูงถึงขีดบอกระดับ ปริมาตรที่แท้จริงของของเหลวในขวดวัดปริมาตรจะ "มากกว่า" ปริมาตรที่เราต้องการ ในทางกลับกันถ้าเราเติมของเหลวลงไปจนพอดีกับขีดบอกระดับ (โดยที่ไม่มีของเหลวเปียกผิวแก้วในบริเวณที่อยู่สูงเหนือขีดบอกระดับ) แล้วทำการเขย่าหรือพลิกขวดวัดปริมาตรเพื่อให้ของสารละลายในขวดเป็นเนื้อเดียวกัน พอเราจับขวดวางตั้งเหมือนเดิมจะพบว่าระดับของเหลวในขวดจะอยู่ต่ำกว่าขีดบอกระดับ ทั้งนี้เป็นเพราะของเหลวในขวดบางส่วนไปเปียกเกาะติดผิวแก้วบริเวณที่อยู่สูงกว่าขีดบอกระดับ ในกรณีหลังนี้อย่าเติมของเหลวลงไปชดเชยเพราะจะทำให้ปริมาตรของเหลวในขวดมากเกินจริง
อีกสิ่งหนึ่งที่พบประจำคือเวลาที่ทำการการละลายของแข็งให้เป็นสารละลาย หลายรายทำโดยการเติมของแข็งเข้าไปในขวดแล้วเติมน้ำ (หรือตัวทำละลายใด ๆ) เข้าไปจนถึงขีดบอกปริมาตร จากนั้นจึงทำการเขย่าขวดเพื่อให้ของแข็งละลาย แล้วมักพบว่าจะละลายได้ยาก เพราะพอมีน้ำอยู่เต็มขวดแล้วการเขย่าขวดไม่ได้ทำให้น้ำเกิดการกวนที่รุนแรงเท่าใดนัก วิธีที่ดีกว่าคือเติมน้ำเข้าไปบางส่วนก่อน จากนั้นจึงเขย่าขวดให้ของแข็งในขวดละลายให้หมด (ระวังอย่าให้เปียกขึ้นมาจนสูงกว่าขีดบอกระดับ) จากนั้นจึงค่อย ๆ เติมน้ำลงไปเพิ่มเติม ถ้าเป็นขวดวัดปริมาตรขนาดใหญ่อาจต้องมีการเติมน้ำและเขย่าผสมหลายครั้งเพื่อให้มั่นใจว่าสารละลายในขวดเป็นเนื้อเดียวกัน เพราะถ้าเติมลงไปทีเดียวอาจพบว่าความเข้มข้นของสารละลายที่อยู่ก้นขวดจะมากกว่าความเข้มข้นของสารละลายที่อยู่ด้านบนของขวด (กรณีนี้จะเห็นได้ชัดถ้าสารละลายเดิมในขวดมีสี จะเห็นว่าสีสารละลายที่ก้นขวดจะเข้มกว่าส่วนที่อยู่ด้านบน และการเขย่าให้เป็นเนื้อเดียวกันจะยุ่งยากมากกว่า)
บางรายเห็นแก้ปัญหาด้วยการใช้แท่งแม่เหล็กกวน ซึ่งทำการกวนผสมได้ดี "แต่" เฉพาะของเหลวส่วนที่อยู่บริเวณลำตัวขวดเท่านั้น (ที่มีรูปร่างป้อม ๆ กลม ๆ) ของเหลวที่อยู่บริเวณคอขวด (ที่มีรูปร่างเรียวยาว) ไม่ได้ถูกกวนผสมไปด้วย ทำให้ต้องมีการพลิกขวดคว่ำเป็นระยะเพื่อให้สารละลายเป็นเนื้อเดียวกันทั้งขวด
2. Pipette
ปิเปต (Pipette) เป็นอุปกรณ์สำหรับใช้ถ่ายของเหลวจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่ง โดยทั่วไปจะใช้ถ่ายของเหลวในปริมาตรที่ไม่มาก (ที่เห็นใช้กันอยู่ทั่วไปก็เป็นปิเปตที่มีขนาดไม่เกิน 50 ml ส่วนขนาดที่ใหญ่กว่านี้จะมีหรือไม่นั้นไม่ทราบ เพราะไม่เคยเห็น) ปิเปตที่ใช้อยู่ในห้องปฏิบัติการเคมีมีอยู่ 2 ชนิดคือ Transfer pipette และ Graduate pipette
2.1 Transfer pipette
Transfer pipette เป็นปิเปตที่ตวงปริมาตรได้เพียงค่าใดค่าหนึ่งค่าเดียวเท่านั้น ปิเปตชนิดนี้แต่ละอันจะถูกสอบเทียบมาเฉพาะตัว สังเกตได้จากการที่ขีดบอกปริมาตรของปิเปตแต่ละอันจะอยู่ที่ระดับความสูงไม่เท่ากัน ทั้งนี้เป็นเพราะขนาดของกระเปาะแต่ตำแหน่งของกระเปาะเก็บของเหลวของปิเปตแต่ละอันต่างมีความแตกต่างกันอยู่
ปิเปตชนิดนี้ให้ความถูกต้องสูงในการตวงปริมาตรของเหลว การที่ขีดบอกปริมาตรอยู่ในบริเวณหลอดแก้วที่เล็กทำให้ถ้าปริมาตรของเหลวที่ตวงมาผิดไปเพียงเล็กน้อย จะมองเห็นการเปลี่ยนระดับความสูงของของเหลวได้ง่าย ข้อเสียของปิเปตชนิดนี้คือสามารถตวงปริมาตรของเหลวได้เฉพาะตามขนาดปิเปตที่ผลิตขายเท่านั้น ซึ่งมีอยู่ไม่กี่ขนาด
รูปที่ 2 Transfer pipette ขนาด 5 ml พึงสังเกตว่าขีดบอกระดับปริมาตรของเหลวของปิเปตแต่ละอันจะอยู่ที่ระดับความสูงไม่เท่ากัน
ปิเปตแบบนี้เมื่อปล่อยให้ของน้ำไหลออกจากปิเปตจะมีน้ำค้างอยู่ที่ปลายปิเปตเล็กน้อย แต่เดิมนั้นไม่ต้องทำการเป่าไล่น้ำที่ค้างอยู่นี้ออกจากปิเปต เพราะในการสอบเทียบนั้นได้คำนึงถึงปริมาตรน้ำที่ค้างอยู่นี้เอาไว้แล้ว แต่ปัจจุบันได้ยินว่ามีปิเปตรุ่นใหม่บางชนิดที่ออกแบบมาให้เป่าไล่น้ำที่ค้างอยู่ออกมาจนหมด (เขาบอกว่าปิเปตชนิดนี้จะมีลูกศรพิมพ์ติดไว้ทางด้านลูกยาง แต่ยังไม่เคยเห็นตัวจริงซักที เพราะสั่งซื้อปิเปตใหม่ทีไรก็ได้แต่ปิเปตแบบเดิมที่ไม่ต้องเป่าไล่) ที่เห็นเป็นปัญหาคือมีนิสิตที่ไปเรียนหนังสือกับอาจารย์ที่เพิ่งจบมาใหม่จากต่างประเทศ ทีนี้แกคงจะเคยใช้แต่ปิเปตที่ต้องเป่าไล่ พอมาสอนนิสิตเมืองไทยก็เลยคิดว่าเป็นเรื่องปรกติที่ต้องเป่าไล่น้ำที่ติดอยู่ที่ปลายปิเปตเสมอ ก็เลยสอนให้นิสิตเป่าไล่น้ำที่ติดค้างอยู่ออกมาด้วย แต่ปิเปตที่ใช้ในบ้านเราเป็นชนิดที่ไม่ต้องเป่าไล่ ก็เลยทำให้เกิดความสับสนในระหว่างหมู่ผู้เรียน (จริง ๆ แล้วนิสิตก็ไม่ได้สับสนหรอก เพราะคิดว่าเพื่อน ๆ ที่เรียนอีกตอนเรียนหนึ่งก็เรียนมาเหมือน ๆ กันและไม่คิดจะถามกันด้วย แต่พอเอาผู้ที่เรียนทั้งสองตอนเรียนมานั่งเรียนรวมกันแล้วถามคำถามนี้ ปรากฏว่ามี 2 คำตอบคือต้องเป่าไล่และไม่ต้องเป่าไล่ โดยทั้งสองฝั่งก็อ้างว่าอาจารย์สอนมาแบบนี้) คือเรียนวิชาเดียวกันแต่อาจารย์ผู้สอนคนละคนกัน ต่างบอกให้ทำในสิ่งที่ตรงข้ามกัน
2.2 Graduate pipette
Graduate pipette เป็นปิเปตที่วัดปริมาตรได้ต่อเนื่องกว่า transfer pipette แต่การวัดปริมาตรของ Graduate pipette จะอาศัยความเที่ยงตรงของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดแก้วที่นำมาทำปิเปต ซึ่งทั่วไปมักจะสมมุติว่ามีความสม่ำเสมอตลอดทั้งความยาวปิเปต (แต่ต่างปิเปตอาจแตกต่างกันได้ ดังแสดงในรูปที่ 3)
รูปที่ 3 Graduate pipette ที่มาจากผู้ผลิตสองราย รูปแถวบนจะเห็นว่าระยะห่างระหว่างขีดบอกปริมาตรของปิเปตแต่ละอันจะแตกต่างกัน แสดงว่าหลอดแล้วที่นำมาใช้ทำปิเปตมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่แตกต่างกัน ส่วนปิเปตแถวล่างจะเห็นว่าระยะห่างระหว่างขีดบอกปริมาตรของปิเปตแต่ละอันจะเท่ากัน แสดงว่าผู้ผลิตเชื่อมั่นว่าหลอดแล้วที่นำมาใช้ทำปิเปตแต่ละอันมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เท่ากัน
สิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงคือเวลาที่ทำการสอบเทียบความถูกต้องในการวัดปริมาตรของปิเปตจะใช้น้ำเป็นของเหลวสอบเทียบ ดังนั้นการวัดปริมาตรจะถูกต้องแน่นอนเมื่อทำการตวงน้ำ ถ้าเป็นการตวงของเหลวชนิดอื่นที่มีความหนาแน่น ความหนืด หรือแรงตึงผิว ที่แตกต่างจากน้ำไปมาก จะทำให้ปริมาตรที่ติดค้างอยู่ปลายปิเปตแตกต่างออกไป ปัญหานี้จะเกิดถ้าเราตวงสารในปริมาตรน้อย ๆ เช่นใช้ Graduate pipette ขนาด 10 ml ตวงของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่นกรดกำมะถันเข้มข้น) ปริมาตร 2 ml การปิเปตกรดเข้มข้นมาจนถึงขีด 8 ml แล้วปล่อยให้ไหลออกจนสุดจะมีความผิดพลาดมากกว่าการที่ปิเปตกรดมาเกินปริมาตรที่ต้องการแล้วปล่อยออกไป 2 ml ทั้งนี้เป็นเพราะปริมาตรกรดที่ติดค้างอยู่ที่ปลายปิเปตจะแตกต่างจากปริมาตรน้ำ (ซึ่งเป็นของเหลวที่ใช้ในการสอบเทียบความถูกต้อง) ที่ติดค้างอยู่ที่ปลาย ดังนั้นถ้าทำการปิเปตกรดมาจนถึงระดับหนึ่งเช่น 6 ml และปล่อยให้ไหลออกจนถึงขีด 8 ml จะได้กรดเข้มข้นในปริมาตร 2 ml ที่ถูกต้องมากกว่า
3. Measuring cylinder
กระบอกตวงเป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีให้เลือกหลายขนาด ในห้องปฏิบัติการเคมีก็มีใช้ตั้งแต่ขนาด 10 ml ไปจนถึง 1000 ml กระบอกตวงแต่ละอันที่ซื้อมาจะผ่านการตรวจสอบความถูกต้องจากสำนักงานกลางมาตราชั่งตวงวัด กรมการค้าภายใน กระทรวงพาณิชย์ โดยผู้ตรวจสอบจะออกหนังสือสำคัญรับรองความถูกต้องและทำเครื่องหมายเลขลำดับลงบนกระบอกตวง โดยจะเขียนไว้เป็นร่องรอยถาวรบนผิวแก้ว (จะอยู่บริเวณปากของกระบอกตวง โดยหมายเลขลำดับที่เขียนลงไปจะต้องตรงกับหมายเลขลำดับในหนังสือสำคัญที่แนบมาพร้อมกับกระบอกตวง) จะว่าไปแล้วดูเหมือนว่าจะเป็นเครื่องแก้วในห้องทดลองเพียงชนิดเดียวที่มีหนังสือสำคัญรับรองความถูกต้อง
รูปที่ 4 กระบอกตวงพร้อมหนังสือสำคัญแสดงการรับรอง
สเกลบอกปริมาตรบนกระบอกตวงจะอาศัยความเที่ยงตรงของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดแก้วที่นำมาทำ (พึงสังเกตว่าระยะห่างระหว่างขีดบอกปริมาตรแต่ละขีดจะเท่ากันเสมอ) เมื่อเปรียบเทียบกับปิเปตแล้ว ปิเปตจะให้ความถูกต้องที่ดีกว่าเพราะปิเปตมีพื้นที่หน้าตัดของบริเวณที่ทำขีดเครื่องหมายไว้เล็กกว่า การอ่านระดับความสูงบริเวณขีดเครื่องหมายผิดพลาดจึงทำให้ปริมาตรที่ผิดพลาดไปน้อยไปด้วย มีบางรายเตรียมสารละลายโดยการชั่งสารใส่ในบีกเกอร์ และใช้กระบอกตวงตวงของเหลวและเทลงไปละลายสารในบีกเกอร์ วิธีการนี้ใช้ได้ถ้าไม่ต้องการใช้สารละลายที่มีความเข้มข้นที่เที่ยงตรงในระดับที่จะนำไปใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ที่เคยใช้คือใช้เตรียมสารละลายกรดหรือเบสสำหรับใช้ในการสะเทินสารเคมีก่อนทิ้ง ในการเตรียมสารละลายเพื่อนำไปใช้ในงานวิเคราะห์เชิงปริมาณแล้วควรเตรียมโดยการใช้ขวดวัดปริมาตรจะถูกต้องมากกว่า
นิสิตหลายรายชอบเอากระบอกตวงไปเป็นที่ทับกระดาษกันกระดาษ (คู่มือการทำการทดลองหรือกระดาษจดผลการทดลอง) โดนลมพัดปลิวในระหว่างการทำการทดลอง ทีนี้กระบอกตวงเป็นเครื่องแก้วที่มีจุดศูนย์ถ่วงสูง เวลาที่ไม่มีของเหลวบรรจุอยู่ก็จะมีน้ำหนักเบา พอลมพัดกระดาษกระดาษก็ปลิวอยู่ดี ทำให้กระบอกตวงล้มจนปากแตกไปหลายอัน ต้องเอาไปให้ช่างเป่าแก้วตัดส่วนที่แตกหักออกไปเพื่อเอาส่วนล่างที่ยังใช้งานได้อยู่มาใช้งานใหม่ นอกจากนี้ยังเห็นอีกหลายรายที่ใช้กระบอกตวงในการเตรียมสารละลายที่ต้องการทราบความเข้มข้นแน่นอน คือผสมสารละลายในกระบอกตวงแล้วใช้แท่งแก้วคนให้สารละลายเข้ากัน แทนที่จะใช้ขวดวัดปริมาตรซึ่งเป็นวิธีที่ถูกต้อง
4. Erlenmeyer flask & Beaker
ขวดรูปชมพู่ (Erlenmeyer flask) และบีกเกอร์เป็นอุปกรณ์หนึ่งที่มีผู้นำมาใช้ในการตวงของเหลว แต่ขีดเครื่องหมายที่อยู่ข้างขวดรูปชมพู่หรือบีกเกอร์นั้นเป็นขีดบอกปริมาตรโดยประมาณเท่านั้น (คลาดเคลื่อนได้ถึง 5%) ถ้าหากลองทดลองตวงน้ำใส่ในบีกเกอร์ใบหนึ่ง (เช่นถึงขีด 200 ml) แล้วนำน้ำนั้นไปเทใสในบีกเกอร์อีกใบหนึ่ง จะไม่เป็นเรื่องแปลกที่จะพบว่าปริมาตรน้ำที่อ่านได้จากสเกลของบีกเกอร์ใบหลังนั้นจะไม่เท่ากับที่อ่านได้จากบีกเกอร์ใบแรก อุปกรณ์สองชิ้นนี้เหมาะสมแก่การตวงของเหลวในปริมาณคร่าว ๆ เท่านั้น ไม่สามารถนำมาใช้วัดปริมาตรที่แน่นอนได้
รูปที่ 5 (ซ้าย) Erlenmeyer flask หรือขวดรูปชมพู่ และ (ขวา) Beaker
