เทคโนโลยี

การกลั่นด้วยไอน้ำ

ขั้นตอนการกลั่นไอน้ำ

การกลั่นไอน้ำคือกระบวนการแยกที่ใช้แยกองค์ประกอบสำหรับการหาปริมาณ เช่น แอมโมเนียที่มีแต่เดิมจากโปรตีนต่างๆ ข้อดีหลักของการกลั่นไอน้ำเมื่อเทียบกับการกลั่นแบบดั้งเดิมคือขั้นตอนการกลั่นไอน้ำจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า และสามารถแยกองค์ประกอบออกจากสารผสมได้ต่ำกว่าจุดสลายตัว

  • :11 นาที เวลาอ่าน

การกลั่นไอน้ำ เทียบกับการกลั่นทั่วไป 

การกลั่นทั่วไปจะใช้ในกระบวนการเคมีเพื่อแยกของเหลวสองชนิดด้วยจุดเดือดที่แตกต่างกันอย่างน้อย 25°C หรือแยกของเหลวออกจากองค์ประกอบที่ระเหยเป็นไอได้ยากซึ่งมีความหนืดสูงกว่า ในกรณีหลัง จะมีการเพิ่มความร้อนให้กับสารผสมเพื่อให้ถึงจุดเดือดขององค์ประกอบที่ระเหยเป็นไอได้ง่ายกว่า แล้วจึงเก็บไอระเหยที่ได้ไปควบแน่นกลับสู่รูปของเหลว อย่างไรก็ตาม การกลั่นนั้นอาจมีความบริสุทธิ์ได้ไม่เต็มที่

เทคนิคการกลั่นไอน้ำคือหนึ่งในกระบวนการกลั่นที่เหมาะสำหรับการกลั่นองค์ประกอบที่ไวต่อความร้อน กระบวนการกลั่นไอน้ำจะใช้ไอน้ำร้อนที่เดือดเป็นฟองผ่านสารผสมที่ต้องการกลั่น เพื่อลดจุดเดือดของสารประกอบต่างๆ แล้วจึงเก็บสารที่ได้จากการกลั่น และนำสารละลายที่กลั่นได้ไปไตเตรทเพื่อหาจำนวนสารที่ต้องการวิเคราะห์ได้ การกลั่นไอน้ำใช้กันอย่างมากในการแยกสารองค์ประกอบให้กลิ่น แยกน้ำมันจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เช่นเดียวกันกับการผลิตน้ำหอมและการวิเคราะห์ไนโตรเจนของคเจลดาห์ล (Kjeldahl)

สามารถแยกสารที่ต้องการวิเคราะห์ต่อไปนี้ได้ด้วยเทคนิคการกลั่นไอน้ำและการหาจำนวนได้อย่างแม่นยำ

ตารางที่ 1: ตารางสารวิเคราะห์ที่เหมาะสำหรับการแยกสกัดด้วยการกลั่นไอน้ำ 
สารวิเคราะห์แมทริกซ์

วิธีการหาจำนวน

ข้อบังคับที่เกี่ยวข้อง

Protein (nitrogen), TKN, TVBN

อาหาร เครื่องดื่ม เภสัชกรรม อาหารสัตว์ น้ำเสีย

การไตเตรทแบบ Potentiometric / Colorimetric

AOAC 2001.11
AOAC 920.87
ISO 937
ISO 3188

แอมโมเนียม, ไนไตรท์, ไนเตรด (Devarda), ยูเรีย

ปุ๋ย ดิน เครื่องสำอาง สีย้อมผม

Potentiometric / Colorimetric Titration

AOAC 892.01
AOAC 955.04
83/514/EEC
แอลกอฮอล์

ไวน์ เบียร์ สุรา

เครื่องวัดความเข้มแสง Densitymeter

EC 2870/2000

กรดระเหยง่าย

ไวน์ น้ำผลไม้

การไตเตรทแบบ Potentiometric

OIV-MA-AS313-02

ซัลไฟต์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์

ไวน์ เบียร์ ผลไม้อบแห้ง อาหารทะเล

การไตเตรทแบบ Potentiometric

AOAC 962.16

ไซยาไนด์ อะมิกดาลิน

อาหาร อาหารสัตว์ น้ำเสีย

การไตเตรทแบบ Complexometric

ISO 2164-1975,
AOAC 915.03

VDKs

เบียร์

UV-Vis Spectrometry 

 
ฟีนอล

ดิน น้ำเสีย

UV-Vis Spectrometry

ISO 6439:1990
DIN 38409-H16-3

ฟอร์มัลดีไฮด์

สิ่งทอ เมเปิลไซรัป 

UV-Vis Spectrometry

ISO 14184-1
AOAC 964.21

ลิโมนีน (น้ำมันสารสกัด)

น้ำผลไม้ น้ำหอม ฮอปส์

รีดอกซ์ไตเตรชัน

 

 

การวิเคราะห์ไนโตรเจน / โปรตีน

โปรตีนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดทางโภชนาการและมีในอาหารและผลิตภัณฑ์อาหารสัตว์เกือบทุกชนิด ซึ่งใช้เป็นเกณฑ์ชี้วัดคุณภาพที่เชื่อถือได้ สำหรับผลิตภัณฑ์อาหารจึงจำเป็นต้องมีการแสดงปริมาณโปรตีนบนฉลากข้อมูลทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์ให้ผู้บริโภครับทราบ การแสดงข้อมูลนี้เป็นข้อบังคับที่จำเป็นตามกกฎหมายสำหรับผู้ผลิตอาหารระดับในประเทศและนานาชาติ เราสามารถคำนวณหาปริมาณโปรตีนได้โดยตรงจากปริมาณไนโตรเจนที่ปรากฏในตัวอย่างตามการวิเคราะห์หาปริมาณไนโตรเจนของวิธีคเจลดาห์ล (Total Kjeldahl Nitrogen - TKN) การวิเคราะห์ TKN ยังสามารถวิเคราะห์ปริมาณของไนโตรเจนทั้งรูปแบบอินทรีย์และอนินทรีย์ตามตัวอย่างแต่ละประเภทได้ ในการวิเคราะห์อาหาร เราจะใช้ปริมาณไนโตรเจนพื้นฐานที่ระเหยได้ง่ายโดยรวม (Total Volatile Basic Nitrogen - TVBN) เพื่อกำหนดความสดของปลาและผลิตภัณฑ์อาหารทะเล

Steam_Distillation_01_Figure_TH.tiff
ภาพที่1 ขั้นตอนหลักในการหาไนโตรเจนของคเจลดาห์ล (Kjeldahl) ประกอบด้วย การย่อย การกลั่นไอน้ำ และการไตเตรท
ขั้นตอนที่ 1: การย่อย

การวิเคราะห์เริ่มต้นเมื่อมีการย่อยตัวอย่างด้วยกรดโดยใช้ ตัวย่อย (Digester) เพื่อแปลงไนโตรเจนอินทรีย์เป็นแอมโมเนีย จากนั้นจำเป็นต้องต้มตัวอย่างให้เดือดในกรดซัลฟูริกเข้มข้นและ เม็ดคเจลดาห์ล (Kjeldahl Tablets) ที่ประกอบด้วยโพแทสเซียมซัลเฟตและทองแดงเร่งปฏิกิริยา เพื่อแปลงไนโตรเจนอินทรีย์เป็นแอมโมเนีย (ภาพที่ 2) ตัวย่อย (Digester) จะทำงานร่วมกันกับ ตัวสครับ (Scrubber) เพื่อนำไอกรดกัดกร่อนออกไปให้ได้ความปลอดภัยสูงสุดสำหรับใช้งานในห้องปฏิบัติการ

 

Steam_Distillation_02_Figure.jpg
ภาพที่ 2: ขั้นตอนการย่อยผ่านการทำความร้อนชนิดบล็อค
ขั้นตอนที่ 2: กระบวนการกลั่นไอน้ำและการไตเตรท

ส่วนที่สองของวิธีการดังกล่าวจะเกี่ยวข้องกับการกลั่นแยกสารด้วยไอน้ำ โดยในขั้นตอนนี้ค่า pH ของตะกอนที่ย่อยแล้วจะต้องเพิ่มให้ถึง 9.5 โดยการเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น ในขั้นตอนการเติมด่างน ณ ค่า pH จุดนี้จะเกิดก๊าซแอมโมเนียขึ้น ก๊าซแอมโมเนียจถูกการกลั่นด้วยไอน้ำพาไปยังสู่สารละลายกรด ที่ชื่อว่า กรดบอริกแบบเจือจาง แล้วจึงแปลงสภาพเป็นแอมโมเนียม (ภาพที่ 3) และเราสามารถหาความเข้มข้นของไนโตรเจนที่แปลงสภาพเป็นแอมโมเนียมในสารละลายกรด โดยวิธี Potentiometric หรือ Colorimetric Electrode ก็ได้

Steam_Distillation_03_Figure.jpg
ภาพที่ 3: ขั้นตอนการกลั่นไอน้ำ: ① จะมีการนำพาไอน้ำมายังหลอดตัวอย่าง ② ไอน้ำไหลผ่านตัวอย่าง ③ สารวิเคราะห์ไหลผ่านตัวป้องกันการกระจายสำหรับการกลั่นไอน้ำ ④ องค์ประกอบระเหยง่ายจะควบแน่นแล้วเก็บเข้าสู่ตัวรับ

สารวิเคราะห์ระเหยไอน้ำง่าย

 

แอลกอฮอล์

สามารถระบุปริมาณแอลกอฮอล์ในอาหารและเครื่องดื่มได้เพื่อวัตถุประสงค์ทางด้านกฎหมายและจัดเก็บภาษี หลังจากใช้เทคนิคการกลั่นไอน้ำใน ชุดการกลั่นที่เหมาะสม จะสามารถกำหนดวิเคราะห์ปริมาณแอลกอฮอล์ได้ผ่านตัว Densitymeter ซึ่งมักจะใช้เป็น Pycnometer หรือ Oscillating U-tube

SO2

ซัลไฟต์มักจะนำมาใช้เป็นสารถนอมอายุที่ใช้ในอาหาร เช่น ผลไม้แห้งและอาหารทะเล เช่นเดียวกับในเครื่องดื่มเช่นไวน์และเบียร์ เนื่องจากมีกลุ่มคนบางส่วนที่มีปฏิกิริยาแพ้ต่อสารประกอบนี้ จึงต้องมีการติดตามตรวจสอบปริมาณ SO2 เพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัดสูงสุดตามระเบียบข้อบังคับ รวมถึงต้องมีการชี้แจงปริมาณ SO2 ไว้ตามข้อกำหนดในการติดฉลากผลิตภัณฑ์ด้วยเช่นกันสำหรับการกำหนดวิเคราะห์ SO2 เราขอแนะนำให้ใช้วิธี Monier-Williams ที่ปรับแต่งแล้วร่วมกับการไตเตรทแบบ Potentiometric Titration ในสารละลาย H2O2 เจือจาง

กรดระเหยง่าย

กรดระเหยง่ายบางส่วนนั้นเป็นพารามิเตอร์ชี้วัดสำคัญในการกำหนดรสชาติของไวน์ หากไวน์สัมผัสกับอากาศนานเกินไป แอลกอฮอล์จะแปลงสภาพเป็นกรดอซิติกและให้รสเปรี้ยวที่ไม่น่าอภิรมย์กับไวน์ดังกล่าวได้ ซึ่งสามารถกำหนดวิเคราะห์หากรดระเหยง่ายได้โดยการดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกแล้วใช้กรดทาร์ทาริกก่อน การกลั่นไอน้ำ

วิซินอล ไดคีโตน

วิซินอล ไดคีโตน (Vicinal diketones - VDKs) คือกลุ่มขององค์ประกอบรสชาติในเบียร์ ซึ่งมักก่อตัวขึ้นในระหว่างการหมักเบียร์และสามารถใช้กำหนดรสชาติของเบียร์ได้ ระดับ VDK ที่สูงเกินไปหรือไม่เป็นไปตามที่คาดไว้อาจเป็นสัญญาณว่าเกิดการติดเชื้อแบคทีเรียหรือขั้นตอนการหมักไม่ถูกต้อง การติดตามตรวจสอบและควบคุมระดับของ VDK จึงเป็นบทบาทสำคัญในการทำสูตรรสชาติของขั้นตอนในการผลิตเบียร์

แอมโมเนียม, ฟีนอล, ไซยาไนด์

ในการวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม สามารถระบุพารามิเตอร์ได้หลายชนิดในตัวอย่างดินและน้ำ เช่น ปริมาณแอมโมเนียม ดัชนีฟีนอล และปริมาณไซยาไนด์ อีกทั้งปริมาณไซยาไนด์ที่เป็นพิษยังมีบทบาทสำคัญในตัวอย่างอาหารที่ทำจากอัลมอนด์เป็นหลักอีกด้วย

ฟอร์มัลดีไฮด์

จะมีการติดตามตรวจสอบสิ่งทอต่างๆ เพื่อดูระดับของฟอร์มัลดีไฮด์ซึ่งเป็นสารปนเปื้อนอย่างต่อเนื่องว่าอยู่ในระดับต่ำพอที่จะเข้าเกณฑ์เพื่อขอใบรับรองบางอย่าง ในอุตสาหกรรมผลิตกาว ปริมาณฟอร์มัลดีไฮด์จะใช้กำหนดประสิทธิภาพของสารยึดเกาะอมิโนพลาสติกและสามารถระบุได้ผ่านขั้นตอนการกลั่นไอน้ำ นอกจากนี้ ปริมาณฟอร์มัลดีไฮด์ในวัสดุไม้ยังใช้เพื่อจำแนกประเภทตามขีดจำกัดในการปล่อยมลพิษที่จำเป็นอีกด้วย

การกลั่นไอน้ำและน้ำมันสารสกัดต่างๆ

การสกัดแยกน้ำมันสกัดด้วยการกลั่นไอน้ำเป็นหนึ่งในวิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุดเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีระดับความบริสุทธิ์สูง น้ำมันสกัดจะใช้ในการทำน้ำมันหอมระเหยกลิ่นบำบัด กลิ่นแต่งอาหาร เครื่องสำอาง น้ำหอม และอื่นๆ อีกมากมาย กฎหมายสำหรับการใช้ผลิตภัณฑ์จำเพาะบางชนิด เช่นวัตถุแต่งรสอาหาร เครื่องสำอาง และสารเติมแต่งในอาหารสัตว์ ยังเกี่ยวข้องกับน้ำมันสกัดอีกด้วย โดยส่วนประกอบเหล่านี้ต้องได้รับการประเมินและระบุติดฉลากอย่างระมัดระวังเพื่อรับประกันในความปลอดภัยของผู้บริโภค