หลักการวัดคลอรีนในน้ำวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลัง

รูปแบบของคลอรีนในน้ำ

ก่อนที่จะเข้าใจหลักการวัด สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างรูปแบบต่างๆ ของคลอรีนที่มีอยู่ในน้ำ โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:

คลอรีนอิสระคงเหลือ (Free Residual Chlorine หรือ Free Chlorine):

หมายถึงคลอรีนรูปแบบที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อ แสดงถึงปริมาณคลอรีนที่พร้อมจะฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ยังคงหลงเหลืออยู่ในน้ำ เป็นคลอรีนที่ใช้ฆ่าเชื้อโรคได้ โดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของกรดไฮโปคลอรัส (HOCl) และไอออนไฮโปคลอไรต์ (OCl⁻)

• HOCl เป็นสารฆ่าเชื้อโรคที่มีประสิทธิภาพมากกว่า พบมากในน้ำที่มีค่า pH ต่ำ (สภาวะที่เป็นกรด)
• OCl⁻ พบมากในน้ำที่มีค่า pH สูง (สภาวะที่เป็นด่าง)

การวัดค่าคลอรีนอิสระจะช่วยกำหนดปริมาณสารฆ่าเชื้อโรคที่มีฤทธิ์ในน้ำ

คลอรีนรวม (Combined Chlorine)

เมื่อคลอรีนอิสระทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียและสารประกอบไนโตรเจนอื่นๆ จะเกิดเป็นคลอรามีน (โมโนคลอรามีน ไดคลอรามีน และไตรคลอรามีน)

การพบปริมาณคลอรีนรวมในสระว่ายน้ำ นั่นหมายความว่า คลอรีนอิสระกำลังกำจัดสารปนเปื้อนในน้ำนั้น สระว่ายน้ำที่สะอาดและผ่านกระบวนการฆ่าเชื้ออย่างสมบูรณ์จะพบปริมาณคลอรีนรวมเป็นศูนย์

คลอรีนรวมมีพลังในการฆ่าเชื้อโรคต่ำกว่าคลอรีนอิสระ แต่ให้ผลตกค้างที่ยาวนานกว่า

คลอรีนทั้งหมด (Total Chlorine)

นี่คือผลรวมของคลอรีนอิสระและคลอรีนรวม การวัดคลอรีนรวมจะให้ภาพรวมของความเข้มข้นของสารฆ่าเชื้อทั้งหมดในน้ำ

สามารถสรุปความสัมพันธ์ได้ดังนี้:

คลอรีนทั้งหมด = คลอรีนอิสระ + คลอรีนรวม

1. แถบทดสอบคลอรีน

แถบทดสอบคลอรีนสามารถบอกคุณได้อย่างรวดเร็วว่ามีคลอรีนอยู่ในตัวอย่างน้ำเท่าใด แต่บางครั้ง การทำความเข้าใจผลลัพธ์ที่ดูเหมือนง่ายๆ เหล่านี้ก็อาจเป็นเรื่องยุ่งยากได้

แถบทดสอบคลอรีนเหมาะสำหรับการวัดความเข้มข้นของสารฆ่าเชื้อคลอรีนที่มีความเข้มข้นสูงอย่างรวดเร็ว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร บนแถบทดสอบความเข้มข้นของคลอรีนจะถูกวัดแบบกึ่งปริมาณโดยการเปรียบเทียบพื้นที่ปฏิกิริยาของแถบทดสอบกับขอบเขตของสเกลสี

วิธีการที่รวดเร็วและราคาไม่แพง

• แถบทดสอบสามารถจุ่มลงในน้ำและเปลี่ยนสีตามความเข้มข้นของคลอรีน
• เหมาะสำหรับการตรวจสอบอย่างรวดเร็วในสระว่ายน้ำ สปา หรืองานภาคสนาม
• อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์มีความแม่นยำน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการทดสอบแบบดิจิทัลหรือในห้องปฏิบัติการ

2. วิธีการวัดสี DPD (วิธี N,N-diethyl-p-phenylenediamine)

วิธี DPD เป็นหนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นที่ยอมรับมากที่สุดในการวัดคลอรีน โดยใช้หลักการวัดสี ซึ่งสารเคมีจะทำปฏิกิริยากับคลอรีนจนเกิดสารประกอบที่มีสี ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยสายตาหรือด้วยเครื่องวัดแสง

หลักการ:

เมื่อเติมสารเคมี DPD ลงในตัวอย่างน้ำที่มีคลอรีน สารเคมีจะทำปฏิกิริยากับคลอรีนอิสระจนเกิดสารประกอบสีชมพู ความเข้มของสีชมพูจะแปรผันตามปริมาณคลอรีนที่มีอยู่ จากนั้นจึงวัดสีโดยใช้เครื่องเปรียบเทียบสีหรือเครื่องวัดแสงที่ความยาวคลื่นประมาณ 515–530 นาโนเมตร

ข้อดี:

• ง่ายและรวดเร็ว
• เชื่อถือได้สำหรับการตรวจสอบเป็นประจำ
• ใช้งานได้ทั้งในภาคสนามและห้องปฏิบัติการ

ข้อจำกัด:

• การรบกวนจากสารออกซิไดซ์อื่นๆ
• ต้องใช้รีเอเจนต์อย่างเหมาะสม

3. การไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริก

วิธีการไทเทรตแบบแอมเพอโรเมตริกใช้วัดคลอรีนตามหลักการไฟฟ้าเคมี ซึ่งประกอบด้วยการไทเทรตตัวอย่างที่มีคลอรีนด้วยสารรีดิวซ์ (เช่น ฟีนิลลาร์ซีนออกไซด์) พร้อมกับตรวจสอบกระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้ว

หลักการ:

• เมื่อการไทเทรตดำเนินไป คลอรีนจะทำปฏิกิริยากับสารไทเทรตและถูกรีดิวซ์
• กระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดจะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนความเข้มข้นของคลอรีน
• จุดสิ้นสุดจะถูกตรวจจับเมื่อคลอรีนทั้งหมดทำปฏิกิริยากัน ซึ่งบ่งชี้ด้วยการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า

ข้อดี:

• มีความแม่นยำและเที่ยงตรงสูง
• เหมาะสำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการและการควบคุมกระบวนการ
• สามารถวัดความเข้มข้นของคลอรีนต่ำได้

ข้อจำกัด:

• ต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะ
• ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานภาคสนามเป็นประจำเนื่องจากอุปกรณ์มีความซับซ้อน

4. วิธีสเปกโตรโฟโตเมตริก (Spectrophotometry)

ในการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ มักใช้สเปกโตรโฟโตมิเตอร์สำหรับการวัดคลอรีนอย่างแม่นยำ วิธีนี้ยังอาศัยปฏิกิริยาทางสี (เช่น DPD) แต่ใช้เครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงในการวัดค่าการดูดกลืนแสง

หลักการ:

• เครื่องมือจะส่องแสงผ่านตัวอย่างที่มีสี
• ตัวตรวจจับจะวัดปริมาณแสงที่ถูกดูดกลืน
• จากนั้นค่าการดูดกลืนแสงจะถูกแปลงเป็นความเข้มข้นของคลอรีนโดยใช้กราฟปรับเทียบ

ข้อดี:

• มีความแม่นยำสูงและสามารถทำซ้ำได้
• เหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการประกันคุณภาพและห้องปฏิบัติการวิจัย

ข้อจำกัด:

• ต้องมีการสอบเทียบและการใช้งานที่เชี่ยวชาญ
• ราคาอุปกรณ์สูงกว่าชุดทดสอบทั่วไป