โซลูชันมาตรฐานคืออะไร?

สารละลายมาตรฐานคือสารละลายใดๆ ที่ทราบความเข้มข้นในระดับความแม่นยำและความแม่นยำที่ยอมรับได้ โซลูชันเหล่านี้เป็นโซลูชันที่ใช้ในชีวิตประจำวันในด้านเคมีวิเคราะห์ และใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีหลายประเภท ตั้งแต่การไทเทรตหรือการไทเทรตไปจนถึงการเตรียมเส้นโค้งการสอบเทียบสำหรับการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ

โดยหลักการแล้ว สารละลายใดๆ สามารถถือเป็นสารละลายมาตรฐานได้ ตราบเท่าที่ทราบความเข้มข้นของสารละลายนั้น และมีความแน่นอนพอสมควรว่าสารละลายนั้นจะคงที่โดยประมาณในช่วงเวลาที่ใช้ นี่หมายความว่าตัวถูกละลายในสารละลายมาตรฐานต้องมีระดับความเสถียรขั้นต่ำที่ป้องกันไม่ให้สลายตัวหรือเปลี่ยนเป็นสารประกอบอื่นก่อนที่จะใช้สารละลาย

คุณสมบัติของสารละลายมาตรฐาน

นอกเหนือจากการมีความเข้มข้นที่ทราบแล้ว สารละลายมาตรฐานต้องมีคุณสมบัติเฉพาะบางอย่างที่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประเภทของการวิเคราะห์ทางเคมีที่จะใช้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของสารละลายมาตรฐานที่ใช้ในเทคนิคการไทเทรต (การไทเทรตกรด/เบส รีดอกซ์ ฯลฯ) สารละลายมาตรฐานจะต้อง:

• คงตัวเป็นระยะเวลานานพอสมควร จึงมั่นใจได้ว่าความเข้มข้นจะคงที่ในระหว่างการวิเคราะห์
• ความเข้มข้นควรเทียบได้กับความเข้มข้นที่สงสัยของสารที่วิเคราะห์ (สารที่กำลังทดสอบ) มิฉะนั้น การไตเตรทจะมีข้อผิดพลาดที่มากขึ้น
• พวกเขาต้องทำปฏิกิริยาเชิงปริมาณกับสารที่วิเคราะห์หรือสารที่กำลังหาความเข้มข้น นี่หมายความว่าปฏิกิริยาจะต้องสมบูรณ์
• ควรเกิดปฏิกิริยาเคมีเพียงหนึ่งปฏิกิริยาที่แสดงโดยสมการเคมีที่ดุลแล้วเท่านั้น นั่นคือ จะต้องไม่เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์กับตัววิเคราะห์หรือกับส่วนประกอบอื่นๆ ของเมทริกซ์ตัวอย่าง
• ปฏิกิริยากับสารที่วิเคราะห์ต้องเป็นไปอย่างรวดเร็ว

สำหรับการใช้งานอื่นๆ ของสารละลายมาตรฐาน เช่น เส้นโค้งการสอบเทียบสำหรับการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ (ในเทคนิคต่างๆ เช่น การแผ่รังสีของอะตอมหรือสเปกโทรสโกปีแบบดูดกลืน การดูดกลืนรังสียูวีที่มองเห็นได้ เป็นต้น) สารละลายเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติเหมือนกัน

ตัวอย่างเช่น ในกรณีของเส้นโค้งการสอบเทียบ สารละลายมาตรฐานจะไม่ทำปฏิกิริยากับสารวิเคราะห์ แต่มีสารวิเคราะห์ในความเข้มข้นที่ทราบเพื่อสร้างการตอบสนองของอุปกรณ์สำหรับความเข้มข้นดังกล่าว (เรียกว่าเส้นโค้งการสอบเทียบ) และทำให้สามารถกำหนดได้ในภายหลัง ความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์ในตัวอย่างโดยการคาดคะเน ในกรณีเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้ชุดของสารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นทั้งสูงและต่ำกว่าความเข้มข้นที่คาดไว้ของสารที่วิเคราะห์

ในวิธีการวิเคราะห์อื่นๆ ที่เรียกรวมๆ ว่าเทคนิคสำรอง สารละลายมาตรฐานจะถูกเติมในปริมาณที่ทราบไปยังสารที่วิเคราะห์เพื่อให้สารทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน และจากนั้นมาตรฐานที่เกินมาจะถูกไทเทรตหรือกำหนดเป็นอย่างอื่น ในกรณีเหล่านี้ ปฏิกิริยากับสารที่วิเคราะห์ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากจะต้องเกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวก่อนการวิเคราะห์ส่วนเกิน และไม่ใช่หลังจากการเติมไทแทรนต์แต่ละครั้งระหว่างการไทเทรตเอง

ประเภทของโซลูชันมาตรฐาน

ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวถูกละลายและความเสถียรทางเคมีเมื่อเวลาผ่านไป เราสามารถแยกแยะความแตกต่างของสารละลายมาตรฐานได้สองประเภท คือ สารละลายมาตรฐานหลักและรอง

โซลูชันมาตรฐานหลัก

โซลูชันมาตรฐานหลักคือโซลูชันที่เตรียมจากมาตรฐานหลัก ประกอบด้วยสารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งคงตัวเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นความเข้มข้นของสารละลายจึงคงที่ มาตรฐานปฐมภูมิมีลักษณะทั่วไปดังนี้

• เป็นรีเอเจนต์ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งไม่ปนเปื้อนกับสารที่มีอยู่ในบรรยากาศ
• พวกมันมีองค์ประกอบที่ทราบแน่ชัด กล่าวคือ เรารู้สูตรทางเคมี ความบริสุทธิ์ ตลอดจนเอกลักษณ์และความเข้มข้นของสารปนเปื้อนหลัก
• สารเหล่านี้เป็นสารที่เสถียรทางเคมีทั้งในสถานะบริสุทธิ์และในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์จากมวลหรือปริมาตรของรีเอเจนต์บริสุทธิ์จะแม่นยำ และความเข้มข้นที่คำนวณได้จากสารละลายที่เราเตรียม (สารละลายมาตรฐานหลัก) จะคงที่
• จะต้องไม่ดูดซับไอน้ำหรือก๊าซอื่น ๆ จากบรรยากาศ และต้องสามารถอบแห้งในเตาอบให้มีน้ำหนักคงที่โดยไม่สลายตัวเพื่อขจัดความชื้นใด ๆ
• ตามหลักการแล้ว พวกมันมีน้ำหนักเทียบเท่ากันสูง สิ่งนี้ช่วยลดข้อผิดพลาดในการชั่งน้ำหนักเนื่องจากต้องชั่งน้ำหนักรีเอเจนต์จำนวนมากขึ้นเพื่อให้ได้ความเข้มข้นปกติสุดท้ายที่เท่ากัน
• พวกเขาต้องทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วและสัมพันธ์กันกับสารวิเคราะห์

สารละลายมาตรฐานปฐมภูมิเป็นสารละลายในอุดมคติสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีเนื่องจากสามารถเตรียมได้โดยตรงโดยการชั่งน้ำหนักและการละลาย (และหากจำเป็น ให้เจือจาง) และสามารถกำหนดความเข้มข้นได้โดยตรงจากมวลของรีเอเจนต์บริสุทธิ์และปริมาตรสุดท้ายของการละลาย ซึ่งช่วยให้สามารถใช้สารละลายเหล่านี้สำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องเตรียมสารละลายเพิ่มเติมหรือดำเนินการตามขั้นตอนมาตรฐานอื่นๆ อย่างไรก็ตาม มาตรฐานขั้นต้นจำนวนมากมีราคาแพงเนื่องจากต้องใช้ความบริสุทธิ์สูง

โซลูชันมาตรฐานรอง

มาตรฐานปฐมภูมิเป็นรีเอเจนต์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมี แต่ไม่สามารถหามาตรฐานปฐมภูมิที่เหมาะสมสำหรับวิธีการวิเคราะห์บางวิธีได้เสมอไป นอกจากนี้ ในหลายกรณี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์ตัวอย่างตามปกติ ค่าใช้จ่ายของมาตรฐานปฐมภูมินั้นสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่ามีสารอื่นๆ ที่แม้ว่าจะไม่เป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับมาตรฐานปฐมภูมิ แต่ก็มีสารเคมีที่เหมาะสม ลักษณะเฉพาะ แต่ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก สิ่งเหล่านี้คือมาตรฐานรอง และสารละลายที่เตรียมจากสิ่งเหล่านี้เรียกว่า สารละลายมาตรฐานรอง

มาตรฐานทุติยภูมิคือสารที่ทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วและในเชิงปริมาณกับสารที่วิเคราะห์ แต่ไม่เป็นไปตามเงื่อนไขอื่นเพื่อเป็นมาตรฐานปฐมภูมิ ในบางกรณี ไม่สามารถหามาตรฐานทุติยภูมิที่มีระดับความบริสุทธิ์เพียงพอหรือทราบได้ เนื่องจากไม่เสถียรทางเคมีอย่างสมบูรณ์ในบรรยากาศ

ตัวอย่างทั่วไปคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสารรีเอเจนต์ต้นทุนต่ำที่ดูดซับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศ ทำปฏิกิริยากับทั้งสองอย่างให้กลายเป็นโซเดียมคาร์บอเนต ซึ่งหมายความว่าโซเดียมไฮดรอกไซด์มักปนเปื้อนด้วยโซเดียมคาร์บอเนต และเช่นเดียวกันกับสารละลายที่เป็นน้ำ

ในกรณีของกรดไฮโดรคลอริก นี่ไม่ใช่รูปแบบหลักเช่นกัน เนื่องจากทั้งสารละลายเชิงพาณิชย์และสารละลายมาตรฐานที่ใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีจะค่อยๆ สูญเสียตัวละลายในรูปของก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์

การเตรียมโซลูชันมาตรฐาน

โดยการละลายของน้ำยาบริสุทธิ์

วิธีที่ง่ายและตรงที่สุดในการเตรียมสารละลายมาตรฐานคือการชั่งน้ำหนักรีเอเจนต์บริสุทธิ์บนเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่ได้รับการสอบเทียบอย่างดี (เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำดี) และมีค่าลำดับที่ 0.1 มก. (10 -4 ก.) เป็นอย่างดี^จากนั้น ละลายในสารละลายสุดท้ายที่ทราบ (โดยใช้บอลลูนหรือขวดวัดปริมาตร) ในกรณีของรีเอเจนต์ที่เป็นของเหลว สิ่งเหล่านี้มักจะวัดโดยใช้ปิเปตวัดปริมาตร แม้ว่าจะสามารถชั่งน้ำหนักได้เช่นกัน ตราบใดที่ไม่ผันผวนเกินไป

จากนั้นจึงทำการคำนวณที่เกี่ยวข้องเพื่อหาความเข้มข้นที่แท้จริงของสารละลายจากมวลที่ชั่งน้ำหนักจริงของรีเอเจนต์ ไม่ใช่จากมวลที่คำนวณไว้ก่อนหน้านี้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากเราคำนวณว่าเราต้องชั่งน้ำหนักโซเดียมคาร์บอเนต 0.1382 กรัมเพื่อเตรียมสารละลายมาตรฐาน 10 ^-3โมลาร์ 1 ลิตร แต่เราชั่งได้ 0.1389 กรัม เราควรใช้มวลสุดท้าย (มวลจริงที่เราชั่ง) ไม่ใช่ อันดับแรก ในการคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐาน

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เฉพาะสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิเท่านั้นที่สามารถเตรียมได้โดยตรงโดยการชั่งน้ำหนักและการละลาย เนื่องจากมีเพียงมาตรฐานหลักเท่านั้นที่ทำให้เรามั่นใจได้ว่ามวลที่เราชั่งน้ำหนักนั้นสอดคล้องกับรีเอเจนต์จริงๆ

โดยการเจือจางสารละลายเข้มข้น

วิธีที่สองในการเตรียมสารละลายมาตรฐานคือการใช้ขั้นตอนการเจือจาง ในกรณีนี้ ปริมาตรที่วัดได้จะถูกนำมาใช้กับปิเปตวัดปริมาตรและถ่ายโอนไปยังบอลลูนหรือขวดวัดปริมาตรที่มีความจุที่เหมาะสม และเจือจางด้วยเครื่องหมายการสำเร็จการศึกษาด้วยน้ำหรือตัวทำละลายที่กำลังทำงาน

สารละลายเข้มข้นในบางกรณีมีจำหน่ายทั่วไปหรือสามารถเตรียมได้โดยการชั่งน้ำหนักและการละลายโดยตรงตามที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้า

ตามมาตรฐานเทียบกับรูปแบบหลัก

ในกรณีของสารละลายมาตรฐานทุติยภูมิ สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถเตรียมได้โดยตรงโดยการชั่งน้ำหนักและละลายรีเอเจนต์บริสุทธิ์ด้วยเหตุผลที่อธิบายไว้ข้างต้น เนื่องจากมีสิ่งเจือปนที่แตกต่างกันและเนื่องจากความไม่เสถียรของรีเอเจนต์หรือสารละลาย ความเข้มข้นที่คำนวณจากปริมาณรีเอเจนต์ที่วัดได้อาจเบี่ยงเบนอย่างมากจากความเข้มข้นที่แท้จริงของสารละลาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม้ว่าเราจะชั่งน้ำหนักรีเอเจนต์เพื่อเตรียมสารละลายอย่างแม่นยำและแม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่เราไม่ทราบความเข้มข้นที่แท้จริงของสารละลาย ซึ่งหมายความว่าสิ่งเหล่านี้ยังไม่ใช่โซลูชันมาตรฐาน

ด้วยเหตุนี้ ในกรณีเหล่านี้ หลังจากเตรียมสารละลายมาตรฐานทุติยภูมิแล้ว จะต้องดำเนินการวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อหาความเข้มข้นที่แท้จริงของสารละลายนี้โดยใช้สารละลายมาตรฐานอื่น (ของความเข้มข้นที่ทราบอยู่แล้ว) กระบวนการนี้เรียกว่าการกำหนดมาตรฐาน เนื่องจากเมื่อกำหนดความเข้มข้นที่แท้จริงของสารละลายแล้ว จะกลายเป็นสารละลายมาตรฐาน แต่เนื่องจากโซลูชันนี้เป็นมาตรฐานจากโซลูชันอื่นที่ประกอบด้วยโซลูชันมาตรฐานปฐมภูมิ โซลูชันที่เป็นมาตรฐานจึงเรียกว่าโซลูชันมาตรฐานรอง

ตัวอย่างของโซลูชันมาตรฐาน

ตัวอย่างของมาตรฐานหลักทั่วไป

มีมาตรฐานขั้นต้นจำนวนมากที่ใช้ในการเตรียมสารละลายมาตรฐานขั้นต้นสำหรับใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมีประเภทต่างๆ ตัวอย่างของรีเอเจนต์เหล่านี้แสดงไว้ด้านล่างพร้อมกับประเภทของวิธีการวิเคราะห์ที่ใช้:

• โซเดียมคาร์บอเนต (Na ₂ CO ₃ ):เป็นเกลือที่เสถียรมากซึ่งทำหน้าที่เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการไตเตรทกรดตามปริมาตร
• กรดโพแทสเซียมพทาเลต (KC ₈ H ₅ O ₄ ):สารนี้มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึง 204.22 กรัม/โมล และเป็นสารที่เสถียรและไม่อุ้มน้ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการไทเทรตเบส
• โพแทสเซียมไดโครเมต (K ₂ Cr ₂ O ₇ ):โพแทสเซียมไดโครเมตเป็นเกลือที่เสถียรมากทั้งที่อุณหภูมิห้องและที่อุณหภูมิสูง สารละลายจะคงตัวได้นานหลายปีหากใช้มาตรการป้องกันที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวทำละลายระเหย สารนี้เป็นสารออกซิแดนท์ที่แรง ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นมาตรฐานหลักในการไทเทรตรีดอกซ์ของตัวรีดิวซ์
• โซเดียมออกซาเลต (Na ₂ C ₂ O ₄ ):นี่เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการไตเตรทรีดอกซ์ ออกซาเลตเป็นสารรีดิวซ์ที่ออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเป็นคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อมีสารออกซิไดซ์ ทำให้เป็นมาตรฐานหลักที่เหมาะสมในการกำหนดความเข้มข้นของสารออกซิไดซ์
• ซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO ₃ ):ซิลเวอร์ไนเตรตเป็นตัวอย่างของมาตรฐานเบื้องต้นที่ใช้กันทั่วไปในการหาธาตุเงินโดยวิธีสเปกโทรสโกปีการปล่อยอะตอมในพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ (ICP-AES) ใช้เป็นหลักเพื่อความบริสุทธิ์ ความเสถียร และความสามารถในการละลายน้ำสูง

ตัวอย่างของมาตรฐานรองทั่วไป

รูปแบบหลักแต่ละรูปแบบที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถใช้เพื่อสร้างมาตรฐานให้กับหนึ่งในตัวอย่างรูปแบบรองต่อไปนี้:

• โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH):ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น โซเดียมไฮดรอกไซด์จะทำปฏิกิริยาอย่างช้าๆ กับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเพื่อสร้างโซเดียมคาร์บอเนต ดังนั้นสารละลายจึงไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ สารนี้ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานรองในการไทเทรตทั้งกรดแก่และกรดอ่อน
• กรดไฮโดรคลอริก (HCl):สารละลายกรดไฮโดรคลอริกใช้เป็นมาตรฐานในการหาเบสแก่และเบสอ่อนที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับ NaOH สารละลาย HCl จะไม่เสถียรในระยะยาว ดังนั้นจึงไม่ใช่มาตรฐานหลัก
• โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO ₄ ):เปอร์แมงกาเนตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงมากและเป็นหนึ่งในไทแทรนต์ที่พบมากที่สุดที่ใช้ในการหาชนิดรีดิวซ์ในการไทเทรตรีดอกซ์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าตัวแมงกานีสเองจะไม่เสถียรในบรรยากาศและสามารถหาได้จากความบริสุทธิ์ที่ดีแต่เป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงที่สามารถออกซิไดซ์น้ำเป็นออกซิเจนโมเลกุล ลดเปอร์แมงกาเนตเป็นแมงกานีสไดออกไซด์ ของแข็ง. ปฏิกิริยานี้ช้ามาก แต่ทำให้สารละลายเปอร์แมงกาเนตไม่เสถียรโดยสิ้นเชิง จึงไม่เหมาะที่จะใช้เป็นมาตรฐานหลัก
• โซเดียมไธโอซัลเฟต (Na ₂ S ₂ O ₃ ):โซเดียมไธโอซัลเฟตเป็นสารรีดิวซ์ที่ใช้ในการไตเตรทรีดอกซ์สำหรับการวิเคราะห์สารออกซิไดซ์ต่างๆ แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่าสารละลายในน้ำมีความเสถียรมาก แต่เกลือทางการค้าซึ่งมักจะสอดคล้องกับเกลือเพนทาไฮเดรตที่มีสูตร Na 2 _S 2 _O 3 _· 5H ₂ O มักจะสูญเสียน้ำที่มีความชุ่มชื้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม ไม่ทำหน้าที่เป็นรูปแบบหลัก สารละลายโซเดียมไธโอซัลเฟตมักถูกทำให้เป็นมาตรฐานด้วยสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต หรือหากใช้สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่ไม่ได้มาตรฐาน

อ้างอิง

Berdejo, L. (2020). การหาธาตุเงินโดย EAA ด้วยเปลวไฟในวัสดุทางชีวภาพ อิทธิพลของชนิดของตัวอย่างและการละลายต่อผลลัพธ์ที่ได้ มหาวิทยาลัยซาราโกซา https://zaguan.unizar.es/record/97956/files/TAZ-TFG-2020-3250.pdf

Bolívar, G. (2020, 12 พฤศจิกายน). รูปแบบหลัก: ลักษณะและตัวอย่าง . ชีวิต https://www.lifeder.com/patron-primario/

Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี ( ^{ครั้ง} ที่ 10 .). การศึกษาของ McGraw-Hill

ความแตกต่างระหว่างโซลูชันมาตรฐานหลักและรอง (น). ความแตกต่างระหว่าง. https://th.strephonsays.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution

Madhusha, B. (2017, 7 พฤศจิกายน). ความแตกต่างระหว่างโซลูชันมาตรฐานหลักและรอง | ความหมาย คุณสมบัติตัวอย่าง พีเดียดอทคอม https://pediaa.com/difference-between-primary-and-secondary-standard-solution/

เคมี คือ. (น). Standard_Solution _ เคมี.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Soluci%C3%B3n_Est%C3%A1ndar.html

มหาวิทยาลัยแห่งชาติลาปลาตา (น). ปริมาตรออกซิเดชัน-รีดักชัน . หลักสูตรการวิเคราะห์ทางเคมี – คณะเกษตรศาสตร์และวนศาสตร์ https://aulavartual.agro.unlp.edu.ar/pluginfile.php/35339/mod_resource/content/2/11%20Volumetr%C3%ADa%20redox.pdf