ปริมาณสารแห้ง (ปริมาณ DS)

ปริมาณสารแห้งคืออะไร

ปริมาณสารแห้ง (DS) หรือที่เรียกว่าปริมาณสารแห้ง เป็นแนวคิดพื้นฐานในสาขาวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมต่างๆ  ซึ่งแสดงถึงสัดส่วนของวัสดุแข็งที่เหลืออยู่ในตัวอย่างหลังจากเอาของเหลวทั้งหมด ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำออกไปแล้ว  DSC แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักตัวอย่างเดิม โดยให้การวัดองค์ประกอบของวัสดุที่แม่นยำ ไม่รวมส่วนประกอบที่ระเหยได้ การระบุปริมาณที่แม่นยำนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมคุณภาพ การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ และการระบุลักษณะเฉพาะของวัสดุในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

ในอดีต การทำความเข้าใจและการควบคุมปริมาณความชื้นถือเป็นสิ่งสำคัญ แม้ว่าจะใช้เทคนิคพื้นฐานก็ตาม  อารยธรรมโบราณใช้วิธีการต่างๆ เช่น การตากแดดและการตากในอากาศเพื่อถนอมอาหาร แนวทางปฏิบัติเหล่านี้แม้ว่าจะเรียบง่าย แต่ก็แสดงถึงความพยายามในช่วงแรกๆ ที่จะปรับเปลี่ยนและทำความเข้าใจ DSC โดยเน้นย้ำถึงความเชื่อมโยงโดยธรรมชาติกับความเสถียรของผลิตภัณฑ์และอายุการใช้งานที่ยืนยาว  ความสามารถในการวัดความแห้ง แม้ในเชิงประจักษ์ ก็ได้ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญในการจัดเก็บและการใช้ทรัพยากร

การปฏิวัติอุตสาหกรรมถือเป็นจุดเปลี่ยนในความมุ่งมั่นของ DSC  กระบวนการทำแห้งโดยใช้เครื่องจักรและขับเคลื่อนด้วยความร้อนเกิดขึ้น ช่วยให้สามารถกำจัดความชื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมได้มากขึ้น  ความก้าวหน้าเหล่านี้วางรากฐานสำหรับวิธีการวิเคราะห์สมัยใหม่  ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของกระบวนการทางอุตสาหกรรมทำให้ต้องมีความแม่นยำมากขึ้นในการตรวจวัด DSC  ความต้องการนี้ผลักดันให้เกิดนวัตกรรมเพิ่มเติมในด้านเทคโนโลยีการอบแห้งและเทคนิคการวิเคราะห์

วิธีการกำหนด DSC

ความจำเป็นในการกำหนด DSC ที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพได้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาวิธีการที่หลากหลาย การเลือกวิธีการขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความแม่นยำที่ต้องการ คุณสมบัติตัวอย่าง และทรัพยากรที่มีอยู่ จากวิธีการพื้นฐานที่มีรากฐานมาจากการกำหนดน้ำหนักไปจนถึงเทคนิคสเปกโทรสโกปีขั้นสูงในปัจจุบัน การติดตามปริมาณสารแห้งที่แม่นยำได้ขับเคลื่อนนวัตกรรมในสาขาวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมต่างๆ

การวิเคราะห์แบบกราวิเมตริก

การวิเคราะห์แบบกราวิเมตริกซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของการกำหนดปริมาณความชื้น ต้องอาศัยการวัดมวลของตัวอย่างอย่างแม่นยำก่อนและหลังการอบแห้ง โดยทั่วไป กระบวนการนี้จะเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนตัวอย่างในเตาอบเพื่อการทำให้แห้งที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C เพื่อระเหยส่วนประกอบที่ระเหยได้ทั้งหมด รวมถึงน้ำด้วย น้ำหนักที่แตกต่างกันแสดงถึงปริมาณความชื้น ทำให้สามารถคำนวณปริมาณสารแห้งได้ วิธีการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อความเรียบง่ายและแม่นยำ โดยเฉพาะในการวิเคราะห์อาหารและสิ่งแวดล้อม ซึ่งปริมาณความชื้นที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมคุณภาพ การติดฉลากโภชนาการ (เช่น ธัญพืช) และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ ขั้นตอนโดยละเอียดประกอบด้วยการเตรียมตัวอย่างอย่างระมัดระวัง การชั่งน้ำหนักที่แม่นยำ และสภาวะการอบแห้งที่มีการควบคุมเพื่อลดข้อผิดพลาด วิธีการนี้มีหลายรูปแบบ เช่น การอบแห้งด้วยเตาอบสุญญากาศ ซึ่งช่วยลดอุณหภูมิในการทำให้แห้งและลดความเสี่ยงของการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนสำหรับตัวอย่างที่ละเอียดอ่อน

การอบแห้งด้วยเตาอบ

การอบแห้งด้วยเตาอบซึ่งเป็นวิธีการดั้งเดิมอีกวิธีหนึ่ง ดำเนินการบนหลักการที่คล้ายกัน ตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิคงที่จนกระทั่งได้น้ำหนักคงที่ ซึ่งบ่งชี้ถึงการกำจัดความชื้นโดยสมบูรณ์ วิธีนี้แม้ว่าจะตรงไปตรงมา แต่ก็อาจใช้เวลานาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่มีความชื้นสูงหรือมีเมทริกซ์ที่ซับซ้อน พบการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการแปรรูปอาหาร โดยใช้ในการกำหนดปริมาณความชื้นของธัญพืช เมล็ดพืช และผลผลิตทางการเกษตรอื่นๆ ความแม่นยำของการอบแห้งในเตาอบขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิของเตาอบ เวลาในการทำให้แห้ง และการเตรียมตัวอย่าง

ความก้าวหน้าในเทคนิคการวัดความชื้น

ความต้องการวิธีการที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาเทคนิคขั้นสูง Near-infrared spectroscopy (NIRS) ใช้อันตรกิริยาของแสงอินฟราเรดใกล้กับตัวอย่างเพื่อระบุปริมาณความชื้น วิธีการแบบไม่ทำลายนี้ช่วยให้วิเคราะห์ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่เปลี่ยนแปลงความสมบูรณ์ของตัวอย่าง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการเกษตร (การวิเคราะห์ดินและอาหารสัตว์) และเภสัชภัณฑ์ เครื่องวิเคราะห์ NIRS วัดการดูดกลืนแสงหรือการสะท้อนของแสง NIR ที่ความยาวคลื่นเฉพาะ ซึ่งมีความสัมพันธ์กับปริมาณความชื้นผ่านแบบจำลองการสอบเทียบ

จะคำนวณปริมาณของแข็งแห้ง (DS) ได้อย่างไร

1. สูตรการคำนวณ

สูตรคำนวณปริมาณของแข็งแห้ง (DS) คือ:

ที่ไหน:
น้ำหนักเปียก: น้ำหนักรวมของตัวอย่างเริ่มต้น (รวมความชื้น)
น้ำหนักแห้ง: น้ำหนักของตัวอย่างหลังจากกำจัดความชื้นทั้งหมดแล้ว

ขั้นตอนการคำนวณ
Measure Wet Weight: Weigh the initial weight of the sample, including moisture, denoted as WwetW_{\text{wet}}Wwet​.
ทำให้ตัวอย่างแห้ง: วางตัวอย่างไว้ในเตาอบหรืออุปกรณ์อบแห้งอื่นๆ เพื่อขจัดความชื้นจนกว่าจะแห้งสนิท
Measure Dry Weight: Weigh the dried sample, denoted as WdryW_{\text{dry}}Wdry​.
คำนวณปริมาณของแข็งแห้ง: ใช้สูตรด้านบนเพื่อคำนวณปริมาณของแข็งแห้ง:

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการวัดปริมาณของแข็งแห้ง (DS)

ผลกระทบของการปรับสภาพตัวอย่าง

การปรับสภาพตัวอย่างอย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดปริมาณ DS ได้อย่างแม่นยำ กระบวนการปรับสภาพล่วงหน้าอาจรวมถึงการบด การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน หรือการกรองเพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างเป็นตัวแทน หากตัวอย่างมีความหลากหลายหรือผ่านการบำบัดไม่เพียงพอ อาจขึ้นชื่อว่าการวัดปริมาณ DS ที่ไม่ถูกต้อง

ตัวอย่างเช่น ในสารแขวนลอยที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันไม่เพียงพออาจส่งผลให้บางส่วนของตัวอย่างมีความเข้มข้นของของแข็งสูงขึ้น ดังนั้นจึงน่าพอใจกับการประมาณค่าผลการวัดที่สูงเกินไป

การเลือกเวลาและอุณหภูมิในการอบแห้ง

เวลาและอุณหภูมิในการทำให้แห้งส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดปริมาณ DS อย่างมาก
อุณหภูมิ: อุณหภูมิการอบแห้งที่สูงขึ้นสามารถเร่งการขจัดความชื้นได้ แต่ก็อาจทำให้สูญเสียส่วนประกอบที่ระเหยได้ ซึ่งน่าพอใจที่จะประเมินปริมาณ DS ต่ำไป ในทางกลับกัน อุณหภูมิที่ต่ำกว่าอาจไม่สามารถขจัดความชื้นได้ทั้งหมด ส่งผลให้มีการประเมินปริมาณ DS สูงเกินไป
เวลา: ระยะเวลาในการทำให้แห้งที่ไม่เพียงพออาจทำให้มีความชื้นตกค้างอยู่ในตัวอย่าง ในขณะที่เวลาในการทำให้แห้งมากเกินไปอาจทำให้สารบางชนิดสลายตัวได้

ความสม่ำเสมอของตัวอย่างและผลกระทบต่อผลลัพธ์การวัด

การตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวอย่างมีความสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการได้รับผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ความแปรผันของปริมาณของแข็งภายในตัวอย่างอาจส่งผลต่อผลการตรวจวัดปริมาณ DS ที่ไม่สอดคล้องกัน

ตัวอย่างสามารถทำให้เป็นเนื้อเดียวกันได้โดยการกวนหรือการบด แต่การจัดการที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้

การสอบเทียบเครื่องมือและแหล่งที่มาของข้อผิดพลาด

การสอบเทียบ: การสอบเทียบอุปกรณ์ชั่งน้ำหนักและอบแห้งเป็นประจำถือเป็นสิ่งสำคัญในการลดข้อผิดพลาดในการวัด หากไม่ได้สอบเทียบเครื่องชั่งหรือเตาอบเพื่อการทำให้แห้ง อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลการวัดปริมาณ DS

แหล่งที่มาของข้อผิดพลาด: แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้ ได้แก่ ความไวของเครื่องชั่ง การระเหยของสารระเหย การอบแห้งที่ไม่สมบูรณ์ และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (เช่น ความชื้น)

การใช้งาน

การกำหนดปริมาณ DS ในอุตสาหกรรมอาหาร
ผลิตภัณฑ์นม: การวัดปริมาณ DS ในการผลิตนม ชีส และโยเกิร์ต ช่วยควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์และรับประกันความสม่ำเสมอของรสชาติ
น้ำผลไม้และเครื่องดื่ม: ปริมาณ DS ใช้เพื่อประเมินความเข้มข้นของน้ำผลไม้เข้มข้นและความคงตัวของรสชาติของเครื่องดื่ม

การใช้งาน in Chemical Processing
ในการผลิตสารเคมี การกำหนดปริมาณ DS ช่วยในการควบคุมความเข้มข้นของสารละลาย รับประกันความเสถียรของปฏิกิริยาเคมี และรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์
ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมยา การวัดปริมาณ DS ของสารละลายหรือสารแขวนลอยถือเป็นสิ่งสำคัญต่อความถูกต้องแม่นยำของขนาดยา

อ้างอิง

1.เบเกอร์, จี.เอ. (2016) การวัดปริมาณวัตถุแห้งในการแปรรูปอาหาร: การทบทวน วารสารวิศวกรรมอาหาร, 190, 30-36.
2.เฉิง วาย. และซู แอล. (2020). การประเมินปริมาณของแข็งแห้งในน้ำผลไม้: เทคนิคและการประยุกต์ คุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร, 4(2), 89-95.
3.Crisan, S. C., Danciu, C., & Ciorba, D. (2020) วิธีการขั้นสูงสำหรับการระบุปริมาณของแข็งแห้ง ฟอรัมวัสดุศาสตร์, 986, 57-65
4.เอห์ซานี เอ. และอาซารี เอช. (2020) ผลกระทบที่เป็นเนื้อเดียวกันต่อการวิเคราะห์ปริมาณความชื้น ข้อมูลเชิงลึกด้านเคมีวิเคราะห์, 15, 1-10
5.Ghosh, S., Chakraborty, P., & Kundu, A. (2021) เทคนิคการวิเคราะห์แบบกราวิเมตริกสำหรับการตรวจวัดปริมาณความชื้นในตัวอย่างอาหาร เคมีอาหาร, 341, 128267.
6.Johnson, M.D., & Petty, B.A. (2019) วิธีการอบแห้งด้วยเตาอบในการควบคุมคุณภาพสินค้าเกษตร วารสารเคมีเกษตรและอาหาร, 67(19), 5423-5430.
7.Karam, S., Said, A., & el Amrani, R. (2019) ความสำคัญของการวัดปริมาณวัตถุแห้งในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ความปลอดภัยของกระบวนการและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม, 129, 444-453
8.มอร์ริส เจ. และเฉิน เอช. (2018) การวัดปริมาณของแข็งแห้งเพื่อการประกันคุณภาพผลิตภัณฑ์ในการผลิตสารเคมี ธุรกรรมทางวิศวกรรมเคมี, 70, 145-150.
9.พาวลัคซิค, เจ., ปาปร็อคกี้, เค., & คาซมาเร็ก, เอช. (2020) การประยุกต์ใช้สเปกโทรสโกปีช่วงอินฟราเรดใกล้เพื่อการวิเคราะห์ปริมาณความชื้นในอุตสาหกรรมต่างๆ *วารสารของ