การแยกสาร สารประกอบ

การกรอง,การเลือกตัวกรอง,,การกรองด้วยสูญญากาศ,การตกผลึก,,การกลั่น (distillation),การสกัดสารโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ,การสกัดด้วยตัวทำละลาย,การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี, การแยกสารโดยวิธีอย่างง่าย

วันพฤหัสบดีที่ 13 ธันวาคม พ.ศ. 2555

แบบทดสอบหลังเรียน เรื่อง การแยกสาร

1. สารที่จะแยกออกจากกันโดยวิธีโครมาโทกราฟีต้องมีสมบัติดังนี้ ยกเว้น ข้อใด

2. สารในข้อใดที่สามารถแยกสารได้ด้วยกระดาษกรอง

3. ผลึกเกิดจากสารที่มีลักษณะอย่างไร

4. ตัวทำละลายที่นิยมใช้สกัดน้ำมันพืช คือข้อใด

5. ในเครื่องกรองน้ำอย่างง่าย ทรายละเอียดจะอยู่ในชั้นใด

6. ข้อใดไม่ใช่วิธีการทำการตกผลึกโดยสารละลาย

7. หลักสำคัญในการสกัดสารให้บริสุทธิ์โดยวิธีโครมาโทกราฟี คือข้อใด

8. ข้อใดคือสูตรทางเคมีของเฮกเชน

₆

₁₄

₆

₁₂

₆

₁₀

₆

₈

9. สถานะของสารสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ทั้ง 3 สถานะ ขึ้นอยู่กับปัจจัยใด

10. กรรมวิธีใดสามารถนำมาตรวจสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวได้

การแยกสารโดยวิธีอย่างง่าย

วิธีการแยกสารออกจากสารผสมเพื่อให้ได้สารบริสุทธิ์ นอกเหนือจากที่ได้กล่าวมา
แล้วนั้น ยังมีอีกหลายวิธีได้แก่

การระเหย

สารละลายที่ประกอบด้วยของแข็งที่ระเหยยาก และตัวทำละลายที่ระเหยง่าย สามารถแยกของผสมนี้ออกจากกัน ได้ด้วยความร้อน เมื่อสารละลายได้รับความร้อน ตัวทำละลายจะระเหยออกไปเหลือของแข็งที่ไม่ระเหยอยู่ที่ก้นภาชนะ

ภาพที่ 21 การระเหย
ที่มา : http://www.promma.ac.th/main/chemistry/solid_liquid_gas/images/evaporation-process.jpg

การใช้กรวยแยก

วิธีนี้ใช้แยกของเหลวที่ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน ของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะอยู่ชั้นบน ส่วนของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะอยู่ชั้นล่าง เมื่อต้องการแยกของเหลวก็เปิดก๊อกให้ของเหลวชั้นล่างไหลมาในภาชนะที่รองรับ

ภาพที่ 22 การใช้กรวยแยก
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/images/chapter/ch9_1.jpg

การระเหิด

วิธีนี้เหมาะสำหรับใช้แยกของแข็ง ซึ่งเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สได้ด้วยความร้อน โดยไม่ผ่านขั้นตอนการเป็นของเหลว จึงใช้แยกของผสมซึ่งสารหนึ่งเป็นสารที่ระเหิดได้ออกจากสารที่ไม่ระเหิด

วิธีหยิบออก

ถ้าของแข็งที่ผสมกันอยู่มีลักษณะเป็นก้อนโตก็ใช้วิธีเลือกหยิบออกที่ละชิ้นก็ได้

ใช้แม่เหล็กดูด

การใช้อำนาจแม่เหล็ก เป็นวิธีที่ใช้แยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมซึ่งองค์ประกอบ
หนึ่งมีสมบัติในการถูกแม่เหล็กดูดได้ เช่น ของผสมระหว่างผงเหล็กกับผงกำมะถัน โดยใช้แม่เหล็กถูไปมาบนแผ่นกระดาษที่วางทับของผสมทั้งสอง แม่เหล็กจะดูดผงเหล็กแยกออกมา วิธีนี้ใช้แยกสารแม่เหล็กออกจากสารที่ไม่ใช่สารแม่เหล็ก
ในปัจจุบันนี้การแยกสารเป็นเรื่องที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากประเทศไทยยังมีทรัพยากรธรรมชาติอีกเป็นจำนวนมาก เช่น สมุนไพร หิน แร่ธาตุต่าง ๆ ถ้าเราสามารถแยกเอกสารที่เป็นประโยชน์ชนิดต่าง ๆ ออกมาได้ ก็จะสามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์มากยิ่งขึ้นในกิจการต่าง ๆ ทั้งอุตสาหกรรม เกษตรกรรม การแพทย์ และการพาณิชย์ ซึ่งจะเป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยในการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศได้เป็นอย่างดี

ผลของการทำโครมาโทกราฟี

1. สารที่เคลื่อนที่ออกมาก่อน แสดงว่า ละลายในตัวทำละลายได้ดี และถูก กระดาษกรองดูดซับได้น้อย จึงเคลื่อนที่ได้เร็ว
2. สารที่เคลื่อนที่ออกทีหลัง แสดงว่า ละลายในตัวทำละลายได้ไม่ดี และถูก กระดาษกรองดูดซับได้ดี จึงเคลื่อนที่ช้า

การวิเคราะห์สารว่าเป็นชนิดเดียวกันหรือไม่ มีหลักการดังนี้

            1. มีสีเดียวกัน
            2. มีค่า Rf เดียวกัน
            3. มีระบบการทดลองเดียวกัน

ข้อจำกัดหรือข้อเสียของวิธีโครมาโทกราฟี

ถ้าสารที่ต้องการจะแยกออกจากกันมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายได้เท่ากัน และถูกดูดซับเท่ากัน ไม่สามารถแยกออกจากกันได้ เพราะจะเคลื่อนที่ ไปพร้อมกันด้วยระยะเท่ากัน

วิธีแก้ไข

1. เปลี่ยนชนิดของสารละลาย
2. เพิ่มระยะทางของตัวดูดซับให้ยาวขึ้น แบบคอลัมน์โครมาโทกราฟี หรือแบบลำกระบอก ใช้แยกสารที่มีปริมาณมาก ๆ ได้

อัตราการเคลื่อนที่ของสาร (Rf = Rate of flow)

คือ อัตราส่วนเปรียบเทียบระหว่างระยะทางที่สารเคลื่อนที่ได้กับระยะทาง ที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่

Rf = ระยะทางที่สารเคลื่อนที่
ระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่

สารที่มีค่า Rf มาก แสดงว่ามีสมบัติ	สารที่มีค่า Rf น้อย แสดงว่ามีสมบัติ
1. เคลื่อนที่ได้เร็วหรือมาก 2. ถูกดูดซับได้น้อย 3. ละลายได้ดี	1. เคลื่อนที่ได้ช้าหรือน้อย 2. ถูกดูดซับได้มาก 3. ละลายได้น้อย

สมบัติของ Rf

1. ค่า Rf ไม่มีหน่วย
2. ค่า Rf หาได้จากการทดลองเท่านั้น
3. ค่า Rf มีค่าไม่เกิน 1
4. ค่า Rf ขึ้นอยู่กับชนิดของสารและชนิดตัวทำละลาย
5. ค่า Rf เป็นค่าเฉพาะค่าคงที่ของแต่ละสาร

การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี

ความหมายของโครมาโทกราฟี แปลว่า การแยกออกมา ให้เป็นสี ๆ ทั้งนี้เนื่องจาก Tswetf ชาวรัสเซีย เป็นผู้ริเริ่มใช้เทคนิคนี้เป็นคนแรกในปี ค.ศ. 1906 โดยการแยกสารที่สกัดออกจากใบไม้ออกได้เป็นสีต่าง ๆ โครมาโทกราฟีนอกจากใช้แยกสารที่มีสีได้แล้ว โครมาโทกราฟียังสามารถใช้แยกสารที่ไม่มีสีได้อีกด้วย
โครมาโทกราฟีมีหลายประเภท เช่น
1. โครมาโทกราฟีแบบกระดาษ
2. โครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์ (แบบลำกระบอก)
3. ทินเลเยอร์โครมาโทกราฟี (แบบผิวบาง)
แต่ที่สามารถทำได้ในระดับโรงเรียนโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือที่มีราคาแพง คือ โครมาโทกราฟีกระดาษ

1. การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี (chromatography) นิยมใช้แยกสารเนื้อเดียว
ที่ผสมกันอยู่ในปริมาณน้อยออกจากกัน โดยอาศัยสมบัติในการละลายของสาร ในตัวทำละลาย และสมบัติ ของตัวดูดซับ โดยที่สารแต่ละชนิดมีความสามารถ ในการละลายต่างกัน และถูกดูดซับด้วย ตัวดูดซับได้ต่างกัน สารที่แยกโดยวิธีนี้ มักเป็นสารมีสี เช่น สีย้อม สีผสมอาหาร สีจากส่วนต่าง ๆ ของพืช น้ำหมึก อีกทั้งยังใช้แยกสารที่ไม่มีสีได้อีกด้วย เช่น สารละลายกรดอะมิโน สารละลายน้ำตาลหลายชนิดผสมกัน

หลักการแยกสารโดยใช้วิธีโครมาโทกราฟี มีดังนี้

1. ใช้แยกสารผสมที่มีสีปนอยู่ด้วยกันออกจากกัน และถ้าเป็นสารที่ไม่มีสีสามารถแยกได้เช่นกัน แต่ต้องอาศัยเทคนิคเพิ่มเติม
2. สารที่ผสมกันจะต้องมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายชนิดเดียวกันได้ต่างกัน และความสามารถในการถูกดูดซับโดยตัวดูดซับชนิดเดียวกันได้ต่างกัน ถ้าสมบัติต่างกันมากจะแยกได้ชัดเจนมากขึ้น
3. สารที่ละลายได้ดีส่วนใหญ่จะถูกดูดซึมได้น้อยจึงเคลื่อนที่ไปได้ไกล สารที่ละลาย
ได้น้อยส่วนใหญ่จะถูกดูดซับได้ดี จึงเคลื่อนที่ไปได้ระยะทางน้อยกว่า

การทำโครมาโทกราฟี ประกอบด้วยองค์ประกอบหรือตัวกลาง 2 ชนิด ดังนี้

1. ตัวกลางที่ไม่เคลื่อนที่ หรือตัวดูดซับ เป็นตัวดูดซับสารที่ต้องการแยก ซึ่งสารต่างชนิดกัน จะถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับชนิดเดียวกันได้ต่างกัน ตัวอย่างตัวดูดซับ ได้แก่ กระดาษกรอง กระดาษโครมาโทกราฟี แท่งชอล์ก เป็นต้น
2. ตัวกลางที่เคลื่อนที่ หรือตัวทำละลาย อาจเป็นของเหลวบริสุทธิ์หรือเป็นสารละลายก็ได้ ทำหน้าที่ละลายสารต่าง ๆ (ตัวละลาย) แล้วพาเคลื่อนที่ไปบนตัวดูดซับ สารที่ละลายได้ดีจะแยกตัวออกมาก่อน ตัวอย่างตัวกลาง หรือตัวทำละลาย เช่น น้ำ เอทานอล น้ำเกลือ เฮกเซน อีเทอร์

ภาพที่ 19 อีเทอร์
ที่มา : http://www.oknation.net/blog/home/blog_data/58/21058/images/111.jpg

ภาพที่ 20 เฮกเซน
ที่มา : http://www.ibge.chula.ac.th/english/article/fd052009oil.files/image007.jpg

สารแต่ละชนิดแยกจากกันเนื่องจากเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วต่างกันบนตัวดูดซับและในตัวทำละลายเดียวกัน เพราะมีสมบัติในการถูกดูดซับและการละลายต่างกัน คือ

สารใดที่ถูกดูดซับน้อยกว่า ละลายในตัวทำละลายได้ดีกว่า จะเคลื่อนไปบน ตัวดูดซับได้เร็วกว่า จึงไปได้ไกลจากจุดเริ่มต้นมากกว่า
สารที่ถูกดูดซับได้ดีกว่า ละลายได้น้อยกว่า จะเคลื่อนไปบนตัวดูดซับได้ช้ากว่าจึงไปได้ไกลจากจุดเริ่มต้นน้อยกว่า

การทดสอบการเคลื่อนที่ของของเหลวผ่านตัวกลางสามารถทดลองทำได้ ดังนี้

ตัวอย่างวัสดุที่เป็นตัวดูดซับ	ผลการจุดหมึกสีลงบนวัสดุดูดซับ
กระดาษกรอง กระดาษซับ กระดาษสา ผ้าฝ้าย แท่งชอล์ก	สีจะซึม และแผ่ออกเป็นวงกว้าง
กระดาษพิมพ์	หยดสี จะซึมและแผ่ออกได้น้อย
ใบไม้	หยดสี จะไม่ซึมแผ่ออกเลย

วิธีการของโครมาโทกราฟี

หยดสารละลาย (ซึ่งมักจะมีสี) ลงบนวัสดุบนตัวดูดซับเพื่อสังเกตง่าย แล้วนำ ตัวดูดซับแช่ในตัวทำละลาย โดยให้จุดสีของสารอยู่สูงกว่าระดับของตัวทำละลายเล็กน้อย หลังจากนั้นตัวทำละลายจะซึมขึ้นมาถึงจุดสีของสารแล้วละลายสาร พาสารเคลื่อนที่ไป บนตัวดูดซับ ปรากฏเป็นแถบสีบนตัวดูดซับ ซึ่งแต่ละสีเคลื่อนที่ได้ระยะทางต่างกัน
ผลการแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟีนี้ สามารถบอกได้ว่าสารเนื้อเดียวที่เป็นสารผสมนั้นมีสารอยู่กี่ชนิด โดยนับดูจากจุดสีต่าง ๆ ในตัวทำละลายหลาย ๆ ชนิด

ประโยชน์ของโครมาโทกราฟี

1. ใช้แยกสารที่มีปริมาณน้อย ๆ ได้ ซึ่งวิธีอื่นแยกไม่ได้
2. ใช้แยกได้ทั้งสารที่มีสี และไม่มีสี สารไม่มีสีทำให้ภายหลังเห็นด้วยการแยกโดย
- อบด้วยไอของไอโอดีน
- ฉายด้วยรังสี UV
- ใช้ทดลองความบริสุทธิ์ของสาร

โครมาโทกราฟีกระดาษ (Paper chromatography)

อุปกรณ์ที่สำคัญ คือ
- กระดาษโครมาโทกราฟีหรือกระดาษกรอง เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับ
- ตัวทำละลาย ซึ่งเป็นสารละลายชนิดต่าง ๆ และอุปกรณ์เสริมต่าง ๆ

เมื่อต้องการตรวจสอบสีที่นำมาจากพืช
1. ใช้ปลายเข็มหรือปลายหลอดแคปิลารี จุ่มสีที่สกัดจากพืช เช่น สีขมิ้น สีสกัดจากใบเตย สีสกัดจากตะไคร้หอม มาแตะที่เส้นดินสอที่ขีดไว้ ทิ้งไว้ให้แห้งแล้วหยดซ้ำ ที่เดิม เพื่อให้เข้มขึ้น
2. นำแผ่นกระดาษกรองหรือกระดาษโครมาโทกราฟี ที่เตรียมไว้มาแขวน ให้ปลายกระดาษกรองอยู่ในของเหลวในบีกเกอร์ แต่ไม่แตะกันกับบีกเกอร์

สรุปผลที่ได้

สารที่สกัดจากพืชที่เห็นเป็นสารเนื้อเดียว อาจมีองค์ประกอบชนิดเดียว หรือมากกว่า 1 ชนิดก็ได้ ซึ่งแยกโดยวิธีโครมาโทกราฟี
ถ้าแยกได้หลายสี แสดงว่า มีองค์ประกอบมากกว่า 1 ชนิด
ถ้าแยกได้สีเดียว อาจมีองค์ประกอบเดียว หรือมีหลายองค์ประกอบที่เคลื่อนที่ ได้เร็ว ใกล้เคียงกันมากจะต้องตรวจสอบซ้ำ โดยใช้ตัวทำละลายชนิดอื่น

- สีสกัดจากพืชที่นำมาทดสอบอาจประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว เช่น สีแดงจากดอกกระเจี๊ยบ สีจากขมิ้น หรือสีสกัดจากพืชบางชนิดอาจประกอบด้วยสารมากกว่า 1 ชนิด เช่น สีจากใบเตย จากกลีบดอกอัญชัน เป็นต้น
- สีที่แยกได้บนกระดาษกรองหรือกระดาษโครมาโทกราฟี สามารถแยกได้
โดยตัดกระดาษกรองที่มีสารสีติดอยู่ นำไปแช่น้ำหรือตัวทำละลาย เพื่อให้สารสีละลายออกมา แล้วจึงทำให้ตัวทำละลายระเหยออกไป จะได้สารที่เป็นของแข็งเหลืออยู่

การสกัดด้วยตัวทำละลาย

การสกัดด้วยตัวทำละลาย (sovent extraction) เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง ในอุตสาหกรรม เช่น การสกัดน้ำมันพืชเพื่อใช้ประกอบอาหาร โดยนำวัตถุดิบมาจากเมล็ดของพืชชนิดต่าง ๆ ได้แก่ เมล็ดทานตะวัน ถั่วเหลือง ปาล์ม ถั่วลิสง ข้าวโพด เมล็ดบัว งา และรำข้าว ในการสกัดน้ำมันพืชนิยมใช้เฮกเชนเป็นตัวทำละลาย หลังการสกัดจะได้สารละลายที่มีน้ำมันพืชละลายอยู่ในเฮกเซน จากนั้นนำไปกรองเอากากเมล็ดพืชออก แล้วนำสารละลายไปกลั่นแยกลำดับส่วนเพื่อแยกเฮกเซนจะได้น้ำมันพืช ซึ่งต้องนำไป ฟอกสี ดูดกลิ่น และกำจัดสารอื่น ๆ ออกก่อน จึงจะได้น้ำมันพืชสำหรับใช้ปรุงอาหาร ทั้งนี้ การสกัดด้วยตัวทำละลาย เป็นวิธีการแยกสารที่ใช้มากในชีวิตประจำวัน เป็นการแยกสาร ที่ต้องการออกจากส่วนต่าง ๆ ของพืชหรือจากของผสมต้องเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมในการสกัดสารที่ต้องการ

การเลือกตัวทำละลายที่นำมาใช้ในการสกัดมีหลักทั่วไป ดังนี้

1. ต้องละลายสารที่ต้องการสกัดได้ดี
2. ไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการสกัด
3. ถ้าต้องการแยกสี ตัวทำละลายจะต้องไม่มีสี ถ้าต้องการแยกกลิ่น ตัวทำละลายต้องไม่มีกลิ่น
4. ไม่มีพิษ มีจุดเดือดต่ำ และแยกตัวออกจากสารที่ต้องการสกัดได้ง่าย
5. ไม่ละลายปนเป็นเนื้อเดียวกับสารที่นำมาสกัด
6. มีราคาถูก

ตัวทำละลายที่นิยมใช้ในการสกัด ได้แก่ น้ำ เบนซิน อีเทอร์ โทลูอีน และเฮกเซน สำหรับการสกัดน้ำมันพืชนิยมใช้เฮกเซน ในการสกัดน้ำมันพืชนั้น เมื่อใช้เฮกเซนสกัดน้ำมันออกจากพืชแล้วต้องนำสารละลายที่ได้ไปกลั่นเพื่อแยก เฮกเซนออกไปจากสารที่สกัดได้ ต่อจากนั้นจึงกำจัดสีและกลิ่นจนได้น้ำมันพืชบริสุทธิ์

การสกัดด้วยตัวทำละลาย อาจสกัดด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า ซอกซ์เลต เครื่องมือดังกล่าวนี้ใช้ตัวทำละลายปริมาณน้อย เพราะใช้วิธีการให้ตัวทำละลาย หมุนเวียนผ่านสารที่ต้องการสกัดหลาย ๆ ครั้งต่อเนื่องกันไปจนกระทั่งสกัดสารออกมาได้เพียงพอ

ประโยชน์ของการสกัดด้วยด้วยตัวทำละลาย

1. ใช้สกัดน้ำมันพืชจากเมล็ดพืช เช่น น้ำมันงา ถั่ว ปาล์ม นุ่น บัว เป็นต้น นิยมใช้
เฮกเซนเป็นตัวทำละลาย
2. สกัดสารมีสีออกจากพืช
3. ใช้สกัดน้ำมันหอมระเหยออกจากพืช
4. ใช้สกัดยาออกจากสมุนไพร

สารที่นิยมสกัดด้วยตัวทำละลาย

การสกัดสารออกจากพืชต่าง ๆ เช่น ใบเตย มะลิ ตะไคร้หอม เป็นต้น โดยปริมาณ ที่สกัดได้ขึ้นอยู่กับประมาณพืชที่ใช้ ชนิดตัวทำละลายและปริมาณตัวทำละลาย ได้แก่ น้ำสกัดสีจากขมิ้นได้ดีกว่าเอทานอล ถ้าใช้ตัวทำละลายที่ผสมน้ำและเอทานอลเข้าด้วยกัน สารที่สกัดจะมีทั้งสีและกลิ่นรวมอยู่ด้วยกัน สารที่สกัดได้จากขมิ้นนำไปใช้ประโยชน์ ในการผสมเครื่องสำอางและอาหาร สารจากพืชส่วนใหญ่ใช้น้ำเป็นตัวสกัด แต่บางชนิด ใช้น้ำเย็น บางชนิดใช้น้ำร้อน สารที่ใช้น้ำเย็นสกัด เช่น สกัดสีจากใบเตย กลิ่นหอม จากดอกมะลิ สีจากดอกอัญชัน สารที่ใช้น้ำร้อนสกัด เช่น สีจากดอกกระเจี๊ยบ กลิ่นหอมจากตะไคร้หอม สีจากแก่นขนุน ใบหูกวาง สารบางชนิดสกัดโดยใช้เอทานอล เช่น ยาดองสมุนไพร ไวน์กระชายดำ

เฮกเซน มีสูตรทางเคมีคือ C₂H₁₄ เป็นของเหลวใส ไม่มีสี มีจุดเดือด 69 องศาเซลเซียส ไอของเฮกเซนเป็นอันตรายต่อระบบหายใจ

จากตัวอย่างข้างต้น สรุปได้ดังนี้
1. ตัวทำละลายขมิ้น 2 ชนิด คือ น้ำ และเอทานอลให้ผลการสกัดสารต่างกันคือ ทั้งน้ำและเอทานอลสามารถสกัดสีขมิ้นได้ แต่น้ำสามารถสกัดกลิ่นขมิ้นได้ดีกว่าเอทานอล เนื่องจากเอทานอลมีกลิ่นแต่น้ำไม่มีกลิ่น
2. การหั่นขมิ้นเป็นชิ้นเล็ก ๆ มีผลต่อการสกัด เพราะยิ่งขมิ้นชิ้นเล็ก การสกัดสารยิ่งดี เนื่องจากผิวหน้าสารที่ถูกสกัดเพิ่มมากขึ้นเมื่อสารนั้นชิ้นเล็กลง
สารที่สกัดจากพืชหลายชนิดเป็นโอสถสารหรือตัวยาอยู่ในพืช เมื่อสกัดสารออกมาได้สามารถนำตัวยาที่สกัดได้ไปใช้ประโยชน์ต่อไป เช่น ทำเครื่องสำอาง ผสมสารอาหาร ผสมในน้ำมันหม่องใช้สูดดม

ภาพที่ 18 น้ำมันหอมระเหยที่ได้จากการสกัดด้วยตัวทำละลาย
ที่มา : http://www.maceducation.com/e-knowledge/2412212100/16.htm

การสกัดสารโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ

การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ (steam distillation) นิยมใช้สกัดน้ำมันหอมระเหย
ออกจากส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น จากกาบใบตะไคร้หอม ดอกกุหลาบ ผิวมะกรูด ใบยูคาลิปตัส สารที่ต้องการแยกต้อง ไม่ละลายน้ำระเหยได้ง่าย ถ้ามีจุดเดือดต่ำจะแยก ได้ดีกว่าสารที่มีจุดเดือดสูง หลักการในการสกัดคือไอน้ำช่วยทำให้น้ำมันหอมระเหย กลายเป็นไอปนออกมากับไอน้ำ และควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของน้ำมัน หอมระเหย ของเหลวที่กลั่นได้เป็นของเหลวที่แยกเป็น 2 ชั้น โดยมีน้ำอยู่ชั้นล่าง และน้ำมันหอมระเหยอยู่ชั้นบน

ภาพที่ 17 การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ
ที่มา : https://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1654572

จากภาพ สกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ เป็นการสกัดสารโดยอาศัยไอน้ำ ให้ทำหน้าที่เป็นตัวละลายสารที่เราต้องการจะแยกออกมา ใช้แยกสารที่ระเหยง่าย ไม่ละลายน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ เช่น การแยกสารหอมระเหยออกจากผิวมะกรูด

ตัวอย่างพืช

ส่วนที่มีน้ำมันหอมระเหย

ตะไคร้ ตะไคร้หอม
ยูคาลิปตัส กระเพรา โหระพา
กุหลาบ มะลิ การะเวก จำปา
จันทร์เทศ
มะกรูด มะนาว ส้ม
กระวาน กานพลู
จันทร์ สน กฤษณา
อบเชย
แฝกหอม
ขิง ข่า ไพร

กาบใบ
ใบ
ดอก
ผล
เปลือกของผล
เมล็ด
เนื้อไม้
เปลือกไม้
ราก
เหง้า

หลักการสกัดสาร

1. ใช้สกัดสารที่มีจุดเดือดต่ำ ระเหยง่าย และไม่ละลายน้ำ ออกจากสารที่ระเหยยาก
2. นิยมใช้สกัดน้ำมันหอมระเหย เช่น น้ำมันมะกรูด น้ำมันตะไคร้ น้ำมันยูคาลิปตัส
3. ใช้ไอน้ำเดือดเป็นตัวพาสารที่ต้องการ ออกมาในรูปของไอพร้อมกับไอน้ำ แล้วผ่านเข้าเครื่องควบแน่น เป็นของเหลว โดยน้ำมันหอมระเหยจะแยกชั้นกับน้ำ
4. แยกน้ำมันหอมระเหยออกจากน้ำโดยใช้กรวยแยก

- การสกัดด้วยไอน้ำ เป็นวิธีทำสารให้บริสุทธิ์ และเป็นวิธีการแยกสาร ออกจากกันวิธีหนึ่ง
- การสกัดด้วยไอน้ำ คือสารที่ต้องการต้องระเหยได้ง่าย จึงใช้ไอน้ำพาออกมาจากสารอื่นได้ การสกัดด้วยวิธีนี้ทำให้สารอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูง กลายเป็นไอออกมา ที่อุณหภูมิต่ำกว่า จุดเยือกแข็งของมันเอง

การกลั่น (distillation)

การกลั่นเป็นการแยกสารละสายที่เป็นของเหลวออกจากของผสม โดยอาศัยหลักการระเหยกลายเป็นไปและควบแน่น โดนที่สารบริสุทธิ์แต่ละชนิดเปลี่ยนสถานะได้ที่อุณหภูมิจำเพาะ สารที่มีจุดเดือดต่ำจะเดือดเป็นไอออกมาก่อน เมื่อทำให้ไอของสารมีอุณหภูมิต่ำลงจะควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวอีกครั้ง
1. การกลั่นแบบธรรมดาหรือการกลั่นอย่างง่าย (simple distillation)
2. การกลั่นลำดับส่วน (fractional distillation)
3. การกลั่นน้ำมันดิบ (refining)
4. การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ

1. การกลั่นแบบธรรมดาหรือการกลั่นอย่างง่าย (simple distillation)
เป็นวิธีการ ที่ใช้กลั่นแยกสารที่ระเหยง่ายซึ่งปนอยู่กับสารที่ระเหยยาก การกลั่นธรรมดานี้ จะใช้แยกสารออกเป็นสารบริสุทธิ์เพียงครั้งเดียวได้สารที่มีจุดเดือดต่างกัน ตั้งแต่ 80 องศาเซลเซียส ขึ้นไป

ภาพที่ 13 การกลั่นแบบธรรมชาติหรือการกลั่นแบบง่าย
ที่มา : http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem11/sub07.html

เครื่องมือที่ใช้สำหรับการกลั่นอย่างง่าย ประกอบด้วย ฟลาสกลั่น เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องควบแน่น และภาชนะรองรับสารที่กลั่นได้ การกลั่นอย่างง่ายมีเทคนิคการทำเป็นขั้น ๆ ดังนี้
1. เทของเหลวที่จะกลั่นลงในฟลาสกลั่น โดยใช้กรวยกรอง
2. เติมชิ้นกันเดือดพลุ่ง เพื่อให้การเดือดเป็นไปอย่างสม่ำเสมอและไม่รุนแรง
3. เสียบเทอร์โมมิเตอร์
4. เปิดน้ำให้ผ่านเข้าไปในคอนเดนเซอร์เพื่อให้คอนเดนเซอร์เย็น โดยให้น้ำเข้าทางที่ต่ำแล้วไหลออกทางที่สูง
5. ให้ความร้อนแก่พลาสกลั่นจนกระทั่งของเหลวเริ่มเดือด ให้ความร้อนไปเรื่อย ๆ จน กระทั่งอัตราการกลั่นคงที่ คือได้สารที่กลั่นประมาณ 2 - 3 หยด ต่อวินาที ให้สารที่กลั่นได้นี้ไหลลงในภาชนะรองรับ
6. การกลั่นต้องดำเนินต่อไปจนกระทั่งเหลือสารอยู่ในฟลาสกลั่นเพียงเล็กน้อยอย่ากลั่นให้แห้ง

การกลั่นสามารถนำมาใช้ทดสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวได้ซึ่งของเหลว ที่บริสุทธิ์ จะมีลักษณะดังนี้
1. ส่วนประกอบของสารที่กลั่นได้ จะมีลักษณะเหมือนกับส่วนประกอบ       ของของเหลว
2. ส่วนประกอบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง
3. อุณหภูมิของจุดเดือดในขณะกลั่นจะคงที่ตลอดเวลา
4. การกลั่นจะทำให้เราทราบจุดเดือดของของเหลวบริสุทธิ์ได้
การกลั่นนอกจากจะนำมาใช้ตรวจสอบ ความบริสุทธิ์ของของเหลวแล้วยังสามารถใช้กลั่นสารละลายได้อีกด้วย การกลั่นสารละลายเป็นกระบวนการแยกของแข็งที่ไม่ระเหยออกจากตัวทำละลายหรือ ของเหลวที่ระเหยง่าย โดยของแข็ง            ที่ไม่ระเหยหรือตัวละลาย จะอยู่ในฟลาสกลั่น ส่วนของเหลวที่ระเหยง่ายจะถูกกลั่นออกมา เมื่อการกลั่นดำเนินไปจนกระทั่งอุณหภูมิของการกลั่นคงที่แสดงว่าสารที่เหลือนั้นเป็นสารบริสุทธิ์
อนึ่งในขณะกลั่นจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของสารละลายจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพราะสารละลายเข้มข้นขึ้น เนื่องจากตัวทำละลายระเหยออกไปและได้ของแข็งที่บริสุทธิ์     ในที่สุด

2. การกลั่นลำดับส่วน (fractional distillation)
การกลั่นลำดับส่วนเป็นวิธีการแยกของเหลวที่สามารถระเหยได้ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มีหลักการเช่นเดียวกันกับการกลั่นแบบธรรมดา คือเพื่อต้องการแยกองค์ประกอบในสารละลายให้ออกจากกัน แต่ก็จะมีส่วนที่แตกต่างจากการกลั่นแบบธรรมดา คือ การกลั่นแบบกลั่นลำดับส่วน เหมาะสำหรับใช้กลั่นของเหลวที่เป็นองค์ประกอบของ สารละลายที่จุดเดือดต่างกันน้อย ๆ ในขั้นตอนของกระบวนการกลั่นลำดับส่วน จะเป็นการนำไอของแต่ละส่วนไปควบแน่น แล้วนำไปกลั่นซ้ำและควบแน่นไอเรื่อย ๆ ซึ่งเทียบได้กับเป็นการกลั่นแบบธรรมดาหลาย ๆ ครั้งนั่นเอง ความแตกต่างของการกลั่นลำดับส่วนกับการกลั่นแบบธรรมดาจะอยู่ที่คอลัมน์ โดยคอลัมน์ของการกลั่นลำดับส่วนจะมีลักษณะเป็นชั้นซับซ้อน เป็นชั้น ๆ ในขณะที่คอลัมน์แบบธรรมดาจะเป็นคอลัมน์ธรรมดา ไม่มีความซับซ้อนของคอลัมน์

ภาพที่ 14 การกลั่นลำดับส่วน
ที่มา : http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem11/sub07.html

ในการกลั่นแบบลำดับส่วน จะต้องมีการเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้า ๆ ดังนั้น จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ที่ให้ความร้อน (heater) และสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ เพราะของผสมที่กลั่นแบบลำดับส่วนมักจะมีจุดเดือดที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งตรงกันข้ามกับการกลั่นแบบธรรมดา ความร้อนที่ให้ไม่จำเป็นต้องควบคุมเหมือนการกลั่นลำดับส่วน แต่ก็ไม่ควรให้ ความร้อนที่สูงเกินไป เพราะความร้อนที่สูงเกินไป อาจจะไปทำลายสารที่เราต้องการกลั่นเพราะฉะนั้นประสิทธิภาพในการกลั่นลำดับส่วนจึงดีกว่าการกลั่นแบบธรรมดา

3. การกลั่นน้ำมันดิบ (refining)
          เนื่องจากน้ำมันดิบ ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายพันชนิด ดังนั้นจึงไม่สามารถแยกสารที่มีอยู่ออกเป็น สารเดี่ยว ๆ ได้ อีกทั้งสารเหลวนี้มีจุดเดือดใกล้ เคียงกันมากวิธีการแยกองค์ประกอบน้ำมันดิบจะทำได้โดยการกลั่นลำดับส่วนและเก็บสาร ตามช่วงอุณหภูมิ ซึ่งก่อนที่จะกลั่นจะต้องนำน้ำมันดิบมาแยกเอาน้ำ และสารประกอบกํามะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจนและโลหะหนักอื่น ๆ ออกไปก่อนที่จะนำไปเผาที่อุณหภูมิ 320 - 385 C0 ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่น ได้แก่
          - ก๊าซ (C1 - C4) ซึ่งเป็นของผสมระหว่างก๊าซมีเทน อีเทน โพรเพนและบิวเทน เป็นต้น ประโยชน์ : มีเทนใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้า อีเทน โพรเพนและบิวเทน ใช้ในอุตสาหกรรม
          - ปิโตรเคมี และโพรเพน และบิวเทนใช้ทําก๊าซหุงต้ม (LPG)
          - แนฟทาเบา (C5 - C7) ประโยชน์ : ใช้ทําตัวทําละลาย - แนฟทาหนัก (C6 - C12) หรือ เรียกว่าน้ำ
          - มันเบนซินประโยชน์ : ใช้ทําเชื้อเพลิงรถยนต์
          - น้ำมันก๊าด (C10 - C14) ประโยชน ์ : ใช้ทําเชื้อเพลิงสําหรับตะเกียง                และเครื่องยนต์
          - น้ำมันดีเซล (C14 - C19) ประโยชน์ : ใช้ทําเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล ได้แก่ รถบรรทุก , เรือ
          - น้ำมันหล่อลื่น (C19 - C35) ประโยชน์: ใช้ทําน้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์เครื่องจักรกล - ไขน้ำมันเตาและยางมะตอย (C > C35)

ภาพที่ 15 การกลั่นน้ำมันดิบ
ที่มา : http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem11/sub07.html

4. การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ
          เป็นวิธีการสกัดสารออก จากของผสมโดยใช้ไอน้ำเป็นตัวทำละลาย วิธีนี้ใช้สำหรับแยกสารที่ระเหยง่าย ไม่ละลายน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำออกจากสาร             ที่ระเหยยาก การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ นอกจากใช้สกัดสารระเหยง่าย ออกจาก   สารระเหยยากแล้วยังสามารถใช้แยกสารที่มีจุดเดือดสูง และสลายตัวที่จุดเดือด          ของมันได้อีก เพราะการกลั่นโดยวิธีนี้ความดันจะเป็นความดันไอน้ำบวกความดันไอน้ำของของเหลวที่ต้องการแยก จึงทำให้ความดันไอน้ำเท่ากับความดันของบรรยากาศก่อนที่อุณหภูมิจะถึงจุดเดือดของ ของเหลวที่ต้องการแยกของผสมจึงกลั่นออกมา          ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของของเหลวที่ต้องการแยก เช่น สาร A มีจุดเดือด 150 C0         เมื่อสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำจะได้สาร A กลายเป็นไอออกมา
ณ อุณหภูมิ 95 C0 ที่ความดัน 760 มิลลิเมตร ของปรอท อธิบายได้ว่า ที่ 95 C0     ถ้าความดันไอน้ำของสาร A เท่ากับ 120 มิลลิเมตร ของปรอท และไอน้ำเท่ากับ 640 มิลลิเมตรของปรอท เมื่อความดันไอน้ำของสาร A รวมกับไอน้ำจะเท่ากับ 760 มิลลิเมตรของปรอท หรือเท่ากับความดันบรรยากาศ จึงทำให้สาร A และน้ำกลายเป็นไอออกมาได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด ของสาร A ตัวอย่างการแยกสารโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ
การแยกน้ำมันหอมระเหยออกจาก ส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น การแยกน้ำมัน            ยูคาลิปตัสออกจากใบยูคาลิปตัสการแยกน้ำมันมะกรูด ออกจากผิวมะกรูดการแยกน้ำมันอบเชยจากเปลือกต้นอบเชย เป็นต้น ในการกลั่นไอน้ำจะไปทำให้น้ำมันหอมระเหยกลายเป็นไอแยกออกมาพร้อมกับไอน้ำ เมื่อทำให้ไอของของผสมควบแน่น                    โดยผ่านเครื่องควบแน่นก็จะได้น้ำและน้ำมันหอมระเหยปนกัน แต่แยกชั้นกันอยู่           ทำให้สามารถแยกเอาน้ำมันหอมระเหยออกจากน้ำได้ง่าย

ภาพที่ 16 การกลั่นด้วยไอน้ำ
ที่มา : http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem11/sub07.html

การตกผลึก

การตกผลึก

การตกผลึกเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นของไหลบริสุทธิ์ ที่มีการรวมตัวเป็นภาคของแข็งจากขนาดเล็ก ๆ แล้วมีการเพิ่มขนาดขึ้นตามลำดับ เป็นกระบวนการเก่าแก่กระบวนการหนึ่งที่อุตสาหกรรมทางเคมีนิยมใช้กัน เนื่องด้วยประสิทธิภาพของการแยกสารที่ดีโดยเฉพาะประสิทธิภาพทางด้านพลังงาน จะประหยัดกว่าทางด้านการกลั่น หรือการแยกสกัดระหว่างของเหลวกับของเหลว และได้มีการศึกษาวิจัยอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะทางด้านการปรับปรุงเครื่องตกผลึก ตลอดจน การหาวิธีการคำนวณหรือวัดหาขนาดของผลึกในเครื่องตกผลึกการตกผลึกขึ้นกับสมบัติอันหนึ่งของสารคือการละลาย การตกผลึกจะออกมาในลักษณะใด ขั้นตอนแรกจำเป็นต้องทราบคุณสมบัติข้อนี้ก่อน


ภาพที่ 8 การตกผลึกของน้ำตาล ที่มา : http://www.thaifoodscience.com	ภาพที่ 9 การตกผลึก ที่มา : http://www.eqplusmag.com/bbs/ viewthread.php?tid=10743

การละลาย และสภาพอิ่มตัว

สารละลาย หมายถึง ของผสมตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ผสมเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน ในสารละลายจึงแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วนใหญ่ ๆ คือ
1. ตัวทำละลาย (Solvent)
2. ตัวถูกละลาย (Solute)

โดยตัวทำละลาย ซึ่งเป็นสารส่วนใหญ่ในระบบมีความสามารถในการละลายอีกสารหนึ่งให้อยู่ในสถานะเดียวกันได้ ในสารละลายใด ๆ ตัวทำละลายมักมีปริมาณมากกว่าตัวถูกละลาย แต่ก็ไม่จำเป็นเสมอไปในบางระบบถูกละลายอาจมีปริมาณมากกว่าตัวทำละลายได้ เช่น ระบบแยมที่มีน้ำตาล 70 % ซึ่งมีมากกว่าน้ำ แต่อย่างไรก็ตาม น้ำยังคงเป็นตัวทำละลาย ส่วนในระบบที่ตัวถูกละลายไม่ใช่ของเหลว เช่น ในน้ำโซดา ตัวถูกละลายคือ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

สภาพละลายได้เราจะวัดความสามารถในการละลายในตัวถูกละลาย ถ้าตัว ถูกละลายละลายได้ดีในตัวทำละลาย เรียกว่ามี Solution pressure สูง หรือมีสภาพละลาย ได้สูง การละลายจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย โดยการละลายจะดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ณ อุณหภูมิหนึ่ง เมื่อเราเพิ่มปริมาณตัวถูกละลายลงไปในตัวทำละลาย จนถึงค่าหนึ่ง ที่ตัวถูกละลายไม่สามารถละลายได้ เราจะเรียกสารละลายนั้นว่า สารละลายอิ่มตัว (Saturated solution) ตัวอย่างเช่น น้ำเกลือแกงมีค่าอิ่มตัวที่ 26.5% โดยมวล และน้ำเชื่อมจากน้ำตาลทราย 35% โดยมวล ที่ระดับความดันบรรยากาศ อย่างไรก็ตามเราสามารถ ทำให้การละลายเพิ่มขึ้นได้โดยการให้ความร้อนแก่ระบบ ซึ่งถ้าหากเราปล่อยให้เกิด การเย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ก็จะได้สารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด (Supersaturated solution) แต่ถ้าทำการลดอุณหภูมิอย่างเร็ว ก็จะเกิดผลึกในสารละลายดังกล่าวทันที

รูปแบบการตกผลึก

รูปแบบของการตกผลึกสามารถทำได้ 3 วิธี คือ
            1. ลดปริมาณของตัวทำละลายลง เช่น วิธีการระเหยน้ำในกระบวนการผลิตแยมใน Vacuum Evaporator โดยระเหยตัวทำละลายไปเรื่อย ๆ จนสารละลายเกิดการอิ่มตัวยิ่งยวด และในที่สุดก็จะเกิดการตกผลึกลงมา
            2. ลด หรือ เพิ่มอุณหภูมิ เป็นวิธีที่ทำให้ตัวถูกละลายละลายได้น้อยลง              แล้วในที่สุดทำให้ตัวถูกละลายที่อยู่ในสภาพอิ่มตัวยิ่งยวด ส่วนตัวทำละลายก็จะตกผลึก
            3. เปลี่ยนธรรมชาติของระบบ โดยการเติมสารใด ๆ ที่ไปทำให้สมบัติของ        ตัวทำละลาย หรือดึงตัวทำละลายไปทำการละลายในสารอื่น ซึ่งมีสภาพการละลาย           ที่ดีกว่า หรือเติมตัวถูกละลายที่มีสภาพละลายได้สูงกว่าตัวถูกละลายเดิม ไปดึงเอา         ตัวทำละลายมาจับ
            การตกผลึกสารละลาย ทำได้ 3 วิธี คือ
            1. ลดปริมาณของตัวทำละลายลง
            2. ลด หรือ เพิ่มอุณหภูมิ
            3. เปลี่ยนธรรมชาติของระบบ

ภาพที่ 10 การตกผลึกตามธรรมชาติ
ที่มา : http://www.dmr.go.th/main.php?filename=sylvite

อัตราการเจริญของผลึก

การฟอร์มตัวของผลึกที่เกิดขึ้นจากการเย็นตัวอย่างช้า จะมีความแตกต่างกับผลึกที่เกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว ดังภาพประกอบ

ลักษณะผลึกที่ฟอร์มตัวจากการเย็นตัวอย่างช้า

สภาวะเริ่มต้นของการตกผลึก	เมื่อทำการลดอุณหภูมิอย่างช้า ๆ ตัวถูกละลาย ก็จะปรับเข้าสู่สภาพสมดุลทีละน้อย ๆ

ยิ่งเวลาในการตกผลึกนานก็ทำให้สิ่งเจือปน ในระบบ มีโอกาสที่จะเหวี่ยงหลบอนุภาค ที่จับกันโครงร่างผลึกได้	ในที่สุดจะได้โครงร่างผลึกที่ค่อนข้างแน่น ซึ่งถ้าหากปล่อยให้เย็นต่อไป ผลึกก็จะกอดกันแน่นกว่านี้

สภาวะเริ่มต้นของการตกผลึก	อนุภาคตัวถูกละลายจะเข้าสู่สภาพสมดุลอย่างเร็ว และเมื่อถึงจุดอิ่มตัวก็จะเริ่มตกผลึก

สิ่งเจือปนไม่ทันที่จะออกอนุภาคตัวถูกละลาย ซึ่งเริ่มเกิดโครงร่าง ก็เข้าไปห้อมล้อม	ในที่สุดจะพบว่ามีสิ่งเจือปนอยู่ภายใน โครงร่างผลึก ซึ่งแตกต่างกับผลึกแบบแรก

ปรากฏการณ์ตกผลึก (Crystallization)

การตกผลึกประกอบด้วย 2 ขั้นตอนหลักที่สำคัญ คือ
1. การเกิดเกล็ดผลึก (Nucleation)
2. การโตของผลึก (Crystal Growth)
ทั้งสองขั้นตอนเกิดเฉพาะในสารละลายที่อิ่มตัวยิ่งยวดเท่านั้น แต่สภาพอิ่มตัวยิ่งยวดไม่ใช่เป็นเหตุเพียงอย่างเดียวที่ทำให้เกิดการตกผลึก ยังขึ้นกับค่าที่แน่นอนของดีกรี ของสภาพอิ่มตัวยิ่งยวดสำหรับขั้นตอนการเกิดเกล็ดผลึก สามารถเกิดขึ้นได้ ในสารละลายที่ไม่มีผลึกอยู่ในรูปของสารแขวนลอย ซึ่งเรียกการเกิดเกล็ดผลึกชนิดนี้ ว่าการเกิดเกล็ดผลึกปฐมภูมิ (primary nucleation) ส่วนการเกิดเกล็ดผลึกที่เกิดในสารละลายที่มีเกล็ดของผลึกอยู่ในสารละลายแล้ว เรียกว่า การเกิดเกล็ดผลึกทุติยภูมิ (secondary nucleation)
การเกิดเกล็ดผลึกปฐมภูมิ เป็นการเกิดผลึกขึ้นเองในสารละลาย ซึ่งอาจแบ่งเป็น
Homogeneous คือ เกิดขึ้นเองจริง ๆ ในสารละลาย
Heterogeneous คือ เกิดผลึกได้โดยอาศัยสิ่งเทียมหรือผงต่าง ๆ เป็นตัวเหนี่ยวนำกลไก การเกิดเกล็ดผลึกของทั้งสองแบบจะแตกต่างกันมาก

ภาพที่ 12 ปรากฏการณ์การตกผลึกในรูปแบบของหินอัคนี
ที่มา : http://elearning.stkc.go.th/lms/html/earth_science/LOcanada2/205/3_th.htm

การกรองด้วยสูญญากาศ

การกรองด้วยสูญญากาศ เป็นวิธีการกรองที่สะดวกและรวดเร็วแต่ตัวกรองจะต้องมีความคงทนแข็งแรง มิฉะนั้นจะทะลุได้ วางกระดาษกรองให้ปิดรูพรุนทั้งหมดแล้วทำให้กระดาษกรองเปียก เพื่อให้กระดาษกรองแนบสนิทกับก้นของกรวย บุชเนอร์ สวมกรวยให้แน่น จับจุกที่อุดขวดรูปชมพู่ ต่อกับอุปกรณ์ที่เกิดสูญญากาศ เช่น เครื่องดูด แต่ต้องมีขวดเชื่อมระหว่างขวดรูปชมพู่ กรองกับอุปกรณ์ที่เกิดสูญญากาศ เมื่อเปิดอุปกรณ์ที่เกิดสูญญากาศความดันระหว่างด้านบนและด้านล่างตัวกรองจะแตกต่างกัน ทำให้การกรองเกิดได้เร็วขึ้น

http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/images/chapter/ch72_1.jpg

การกรองโดยวิธีนี้ นิยมใช้กรวยกรอง ที่เรียกว่า กรวยบุชเนอร์ ซึ่งทำด้วยกระเบื้องเคลือบ
มีก้นแบนและมีรูพรุน

ภาพที่ 6 แสดง การกรองด้วยแรงสูญญากาศ
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/chapter1_t7.html

การกรองแบบนี้ใช้ได้ดีกับตะกอนที่มีลักษณะเป็นผลึก แต่ไม่เหมาะกับตะกอน ที่มีลักษณะเป็นวุ้นหรือตะกอนเนื้อละเอียด เพราะแรงดูดจะไปทำให้ตะกอนเล็ก ๆ อุดรูตัวกรองและอัดแน่นจนของเหลวไม่สามารถผ่านได้

ข้อแนะนำ
การกรองด้วยแรงสูญญากาศนี้ เมื่อเริ่มกรองจะต้องใช้แรงดูดน้อย ๆ ก่อน หากปล่อยแรงเกินไปจะทำให้กระดาษกรองทะลุได้

การเลือกตัวกรอง

ตัวกรองมีหลายประเภท ผู้ทดลองจะใช้ตัวกรองประเภทใดนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของตะกอนหรือสารที่ต้องการจะแยก รวมทั้งความต้องการที่จะแยกตะกอนทั้งหมด ออกจากสารละลายให้มากน้อยเพียงใด ตัวกรองที่นิยมใช้กันทั่ว ๆ ไปมีดังนี้

กระดาษกรอง

กระดาษกรองมีหลายชนิด แต่ละชนิดใช้ได้เหมาะสมกับลักษณะและขนาดของตะกอน ตลอดจนจุดประสงค์ของการแยกตะกอนด้วย เช่น กระดาษกรองที่ใช้ในคุณภาพวิเคราะห์ เป็นกระดาษกรองที่เมื่อเผาแล้วมีปริมาณของขี้เถามากพอสมควร คือประมาณ 0.7 - 1.0 มิลลิกรัม สำหรับกระดาษที่มี เส้นผ่าศูนย์กลาง 9 เซนติเมตร กระดาษกรองชนิดนี้ จึงไม่เหมาะในปริมาณวิเคราะห์ แต่นำไปใช้อย่างกว้างขวางในการทำสารละลายใส หรือแยกของแข็งออกจากสารละลายทั่ว ๆ ไป

กระดาษกรองอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า Hardened grade papers เป็นกระดาษกรองที่ใช้กับการกรองด้วยระบบ สูญญากาศ เพราะมีพื้นผิวค่อนข้างแข็ง เหนียว เมื่อเปียกมีทั้งชนิดธรรมดาและชนิดมีขี้เถ้าน้อยหรือไม่มีขี้เถ้าเลย
เนื่องจากกระดาษกรองมีขนาดแตกต่างกัน ผู้ทดลองต้องเลือกใช้ให้เหมาะสม กับปริมาณของตะกอน

กระดาษกรองมีหลายชนิด บางชนิดเนื้อหยาบ บางชนิดเนื้อละเอียด และมีขนาดของรูพรุนแตกต่างกัน จึงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสม กับขนาดของตะกอนด้วย เช่น ถ้าใช้กระดาษกรองที่มีเนื้อหยาบ ผลึกหรือตะกอนที่มีขนาดเล็ก จะผ่านไปได้ และการกรอง จะเป็นไปอย่างรวดเร็ว แต่ถ้าใช้กระดาษกรองที่มีเนื้อละเอียดการกรองจะดำเนินไป อย่างช้า ๆ ได้ตะกอนมาก เนื่องจากจะมีตะกอนผ่านไปได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ด้วยเหตุนี้การเลือกใช้กระดาษกรอง จึงควรคำนึงถึงชนิดของกระดาษกรอง และอัตราเร็วในการกรองเป็นสิ่งสำคัญ
สำหรับกระดาษกรองที่มีผิวด้านหนึ่งเป็นผิวหยาบอีกด้านหนึ่งเป็นผิวละเอียดนั้น เมื่อเวลากรองจะต้องเอาด้านผิวหยาบ ขึ้นข้างบน ทั้งนี้เพื่อช่วยกระจายตะกอนไม่ให้ไปรวมกันตรงก้นกรวย อันจะทำให้อัตราการกรองช้าลงได้

การรินสารละลายในการกรอง

ก่อนจะกรองตะกอนอย่าให้ตะกอนในบีกเกอร์หรือในภาชนะไหลลงบนกระดาษกรอง เพราะตะกอนจะไปอุดรูพรุน ของกระดาษกรอง ทำให้การกรองช้าลงได้ ดังนั้นก่อนกรองจึงควรตั้งสารละลายทิ้งไว้ให้ตะกอนนอนก้นก่อน แล้วค่อย ๆ เทลงไป พยายามให้ตะกอนทั้งหมดอยู่ในบีกเกอร์ วิธีการเช่นนี้เรียกว่า การริน มีวิธีทำเป็นขั้น ๆ ดังนี้
1. ถือภาชนะบรรจุสารที่จะกรอง (อาจเป็นบีกเกอร์หรือหลอดทดลอง) ไว้มือหนึ่งและอีกมือหนึ่งถือแท่งแก้วคน
2. เอียงบีกเกอร์จนกระทั่งของเหลวเกือบจะถึงปากบีกเกอร์
3. ใช้แท่งแก้วสัมผัสกับปากบีกเกอร์ตรงบริเวณที่จะให้สารไหลลงมา และให้ปลายข้างหนึ่งของแท่งแก้วอยู่ในกรวยกรอง

http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/images/chapter/ch7_1.jpg

ภาพที่ 1 ลักษณะการรินสารละลายลงในกระดาษกรอง
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/chapter1_t7.html

4. เอียงบีกเกอร์ต่อไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งของเหลวสัมผัสกับแท่งแก้วและไหลลง สู่กรวยกรองอย่างช้า ๆ ถ้าจะหยุดเทจะต้องลากปากบีกเกอร์ถูกขึ้นไปตามแท่งแก้ว เพื่อป้องกันมิให้ของเหลวไหลออกมาทางด้านข้างของบีกเกอร์

การล้างตะกอน

เมื่อรินสารละลายใส ๆ ลงในกระดาษกรองจนหมดแล้วควรล้างตะกอนที่อยู่ในบีกเกอร์ที่จะเทตะกอนลงไป วัตถุประสงค์ของการล้างตะกอนก็เพื่อกำจัดสารละลาย ที่ตะกอนอมไว้และสารไม่บริสุทธิ์อื่น ๆ ที่อยู่ติดกับตะกอนไปหมดไปก่อน ดังนั้นของเหลวที่จะใช้ในการล้างตะกอน จะต้องสามารถรวมเป็นเนื้อเดียวกันกับสารละลาย ที่ตะกอนอุ้มไว้ แต่ต้องไม่ละลายตะกอนเลย
การล้างตะกอนอาจล้างในบีกเกอร์ก็ได้ หลังจากรินสารละลายออกไปหมดแล้ว โดยการเติมของเหลวที่จะใช้ล้างตะกอนลงไปเล็กน้อย คนผสมเข้าด้วยกัน แล้วตัดทิ้งไว้ให้ตกตะกอน แล้วรินน้ำใส ๆ ลงในกระดาษกรองเพื่อความสะดวกในการริน จึงนิยม ให้ตะกอนตกที่ก้นบีกเกอร์ด้านใดด้านหนึ่งก่อน โดยตั้งบีกเกอร์ให้เอียงเล็กน้อยตะกอนจะได้มารวมทางด้านเดียวกัน

ภาพที่ 2 ลักษณะการวางบีกเกอร์เพื่อให้ตะกอนตกมารวมทางด้านเดียวกัน
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/chapter1_t7.html

การล้างตะกอน ควรทำหลาย ๆ ครั้ง โดยใช้ของเหลวที่ใช้ล้างตะกอนครั้งละ เพียงเล็กน้อยจะมีประสิทธิภาพ ในการกำจัดสารต่าง ๆ ที่ปนกับตะกอนได้ดีกว่าการล้างครั้งเดียว ที่ใช้ของเหลวในปริมาณเท่ากัน กับการล้างตะกอนหลาย ๆ ครั้ง อนึ่งการล้างตะกอนนี้ ควรทำในขณะที่ตะกอนยังเปียก หากทิ้งไว้จนตะกอนแห้งแล้วจะล้างตะกอนให้บริสุทธิ์ได้ยาก

การถ่ายเทตะกอน

การถ่ายเทตะกอนจากบีกเกอร์ลงในกระดาษกรองทำให้ได้โดยการฉีดน้ำ จากขวดน้ำล้างลงไป การฉีดน้ำนี้เป็นการชะไล่ตะกอนลงมาในตัวกรอง ให้ทั้งน้ำ และตะกอนไหลตามกันลงมาตามแท่งแก้วสู่ตัวกรอง ในตอนสุดท้ายอาจมีตะกอน เพียงเล็กน้อยติดอยู่ข้าง ๆ บีกเกอร์จึงต้องถูออกด้วยรับเบอร์โพลิชแมนจนสะอาด
โดยทั่วไปแล้วการกรองอาจทำได้ 2 วิธีคือ การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก และการกรองด้วยแรงสูญญากาศ

การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก

การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก เป็นการกรองอย่างธรรมดาที่ใช้กันในห้องทดลองทั่วไป เพราะการกรองโดยวิธีนี้โอกาสที่จะทำให้กระดาษกรองฉีกขาดนั้น มีน้อยกว่าการกรองด้วยแรงสูญญากาศ และยังเหมาะสำหรับการกรองตะกอน ที่มีลักษณะคล้ายวุ้นมากเพราะตะกอนที่มีลักษณะคล้ายวุ้น และตะกอนที่ละเอียดมากจะอุดรู และเกาะกันแน่น เมื่อกรองด้วยแรงสูญญากาศ

อุปกรณ์การกรองด้วยแรงดึงดูดของโลกประกอบด้วย
- กรวยกรอง กระดาษกรอง
- ที่ยึดกรวยกรอง

ภาพที่ 3 แสดงการกรองด้วยแรงดึงดูดของโลก
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/chapter1_t7.html

ความเร็วของการกรองโดยวิธีนี้ขึ้นอยู่กับการพับกระดาษกรอง และการวางตำแหน่ง ของกระดาษกรองในกรวยกรองตลอดจนชนิดของกรวยกรองที่ใช้ นอกจากนี้ ผู้ทดลองจะต้องเลือกกระดาษกรองให้เหมาะสม กับลักษณะขนาดและปริมาณของตะกอนอีกด้วย เมื่อเลือกกระดาษกรองได้แล้ว ก็นำกระดาษกรองมาพับเป็นรูปกรวย ซึ่งพับได้หลายวิธี


ภาพที่ 4 แสดงการพับกระดาษกรอง	ภาพที่ 5 แสดงการพับกระดาษกรองแบบมีร่อง
ที่มา : http://www.science.cmru.ac.th/envi/instrument/chapter1_t7.html

เมื่อพับกระดาษกรองเรียบร้อยแล้วก็นำใส่ในกรวยกรอง วางให้ขอบตอนบน ของกระดาษกรองแนบสนิทกับผิวแก้วของกรวย ซึ่งทำได้โดยทำกระดาษกรองให้เปียกด้วยน้ำก่อน แล้วใช้นิ้วมือกดขอบตอนบนกระดาษกรองให้แนบสนิทกับกรวยกรอง
สำหรับกรวยกรองนั้นถ้ามีก้านยาวและปลายตีบเล็กน้อย ก็จะทำให้เกิดแรงดึงดูดมากขึ้นและการกรองก็จะเร็วขึ้นด้วย ในบางครั้งก้านกรวยกรองอาจจะมีของเหลวอยู่เต็ม โดยเฉพาะก้านกรวยที่มีขนาดใหญ่จะทำให้การกรองเกิดช้าลง วิธีแก้ก็คือใช้นิ้วมืออุดปลายก้านกรวยไว้ก่อน รอจนกว่ากรวยจะมีของเหลวอยู่เต็มแล้วเผยอ
โดยทั่วไปแล้วการกรองในขณะที่สารละลายร้อน จะทำให้กรองได้เร็วกว่าสารละลายที่เย็นหรือการล้างสิ่งเจือปนออกจากตะกอนก็เช่นเดียวกัน ถ้าล้างด้วยของเหลวที่ร้อนสิ่งเจือปนก็จะหมดไปจากตะกอนได้เร็วกว่าใช้ของเหลวที่เย็น แต่ในกรณีที่ตะกอนนั้นละลายในของเหลวที่ร้อนก็ต้องใช้ของเหลวที่เย็นล้างแทน เพราะอาจจะทำให้ตะกอนละลายได้