สารมาตรฐาน (Standard Substances)
ปัจจัยสำคัญในการเพิ่มความแม่นยำและความถูกต้องในการวิเคราะห์ทางเคมี

สารมาตรฐาน (Standard substances) มีบทบาทสำคัญในกระบวนการวิเคราะห์ทางเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสอบเทียบเครื่องมือ (Instrument calibration) การสร้างกราฟมาตรฐาน (Calibration curve) และการควบคุมคุณภาพผลการทดสอบ (Quality control, QC) โดยทั่วไป สารมาตรฐานหมายถึง สารเคมีบริสุทธิ์ที่ได้รับการรับรองค่าความเข้มข้นหรือคุณสมบัติทางฟิสิกส์ / เคมีอย่างแน่ชัด และสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิง (Reference) ในการทดสอบหรือวิเคราะห์สารอื่น ๆ ได้ บทความนี้จะทำให้รู้จักพื้นฐานเกี่ยวกับสารมาตรฐาน ประเภทของสารมาตรฐาน วิธีการใช้งาน รวมถึงข้อควรระวังที่มีผลต่อความแม่นยำ (Accuracy) และความถูกต้อง (Precision) ของผลการวิเคราะห์ทางเคมี เพื่อให้ผู้อ่านเข้าใจถึงความสำคัญของการเลือกและใช้สารมาตรฐานอย่างถูกต้องในกระบวนการวิเคราะห์

  ตัวอย่างคุณสมบัติที่สำคัญของสารมาตรฐาน

• ความบริสุทธิ์ (purity) สูง > 99%
• มีข้อมูลรับรอง (Certificate of Analysis: COA)
• สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ (Traceability) สู่หน่วยมาตรฐานสากล เช่น NIST (National Institute of Standards and Technology)

ประเภทของสารมาตรฐาน

สารมาตรฐานสามารถแบ่งตามวัตถุประสงค์การใช้งานได้หลายประเภท

Primary Standard (สารมาตรฐานปฐมภูมิ)

Primary Standard (สารมาตรฐานปฐมภูมิ) คือ "ที่สุดของห่วงโซ่อาหาร" ในโลกของการวิเคราะห์ มันคือสารที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก เสถียรสุดๆ และเรายอมรับค่าของมันได้โดยตรงโดยไม่ต้องไปเทียบกับใครอีก เพื่อใช้เป็นตัวอ้างอิงในการหาความเข้มข้นของสารอื่น หรือใช้ปรับจูน (Calibrate) เครื่องมือนั่นเอง

คุณสมบัติที่ทำให้สารตัวหนึ่งเป็น "Primary" ได้

สารที่จะเป็น Primary Standard ได้ ต้องมีคุณสมบัติ ดังนี้

• ความบริสุทธิ์สูงมาก (Extremely High Purity): โดยปกติมักจะมากกว่า 99.9% ขึ้นไป
• ความเสถียร (Stability): ต้องไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ ไม่ดูดความชื้น (Non-hygroscopic) และไม่สลายตัวง่ายเมื่อโดนแสงหรือความร้อน
• มวลโมเลกุลสูง (High Molar Mass): ยิ่งโมเลกุลใหญ่ เวลาเราชั่งผิดไปนิดเดียว ค่าความคลาดเคลื่อนทางเปอร์เซ็นต์จะน้อยลง
• ละลายน้ำได้ดี: เพื่อนำไปเตรียมเป็นสารละลายได้ง่ายและแม่นยำ
• ราคา (มักจะ) แพง: เพราะกระบวนการผลิตและตรวจสอบให้ได้ความบริสุทธิ์ขนาดนั้นทำได้ยาก

ตัวอย่าง Primary Standard ที่เจอบ่อยในแล็บ

ทำไมเราต้องรู้จักมัน?

ในระบบคุณภาพห้องปฏิบัติการ (เช่น ISO/IEC 17025) เราต้องพิสูจน์ได้ว่าผลการวัดของเรา "เชื่อถือได้" โดยการอ้างอิงกลับไปหา Primary Standard ซึ่งส่วนใหญ่จะมาในรูปแบบของ CRM (Certified Reference Material) ที่มีใบเซอร์รับรองจากสถาบันระดับโลกอย่าง NIST หรือสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ

   Note: ถ้าคุณเผลอทำ Primary Standard ปนเปื้อน หรือปิดฝาไม่สนิทจนมันดูดความชื้น มันจะเสียสถานะ "Primary" ทันที และกลายเป็นแค่สารเคมีธรรมดาที่เชื่อถือไม่ได้ในทางวิเคราะห์

Secondary Standard (สารมาตรฐานทุติยภูมิ)

Secondary Standard (สารมาตรฐานทุติยภูมิ) คือ สารมาตรฐานที่ถูกหาความเข้มข้นที่แน่นอนโดยการเปรียบเทียบหรือ "สอบเทียบ (Standardization)" กับ Primary Standard อีกทีหนึ่ง

ถ้า Primary Standard คือ "ไม้บรรทัดเหล็กต้นแบบ" Secondary Standard ก็คือ "ไม้บรรทัดพลาสติก" ที่เราเอาไปทาบกับอันต้นแบบมาแล้ว เพื่อเอามาใช้งานจริง

ทำไมเราต้องมี Secondary Standard?

ในโลกความเป็นจริง เราไม่สามารถใช้ Primary Standard กับทุกงานได้เพราะ:

1. ราคาแพง: Primary Standard มักมีราคาสูงมากและมีปริมาณน้อย
2. สารบางตัวเป็น Primary ไม่ได้: สารเคมีที่เราจำเป็นต้องใช้บ่อยๆ (เช่น NaOH หรือ HCl) มักจะดูดความชื้นหรือระเหยง่าย ทำให้เราไม่สามารถชั่งน้ำหนักแล้วเชื่อค่าความบริสุทธิ์ของมันได้ 100%

เราจึงต้องเอาสารเหล่านี้มาทำปฏิกิริยากับ Primary Standard เพื่อหาค่าที่แท้จริง แล้วจึงประกาศว่ามันคือ Secondary Standard ที่พร้อมใช้งาน

คุณสมบัติสำคัญของ Secondary Standard

• ความบริสุทธิ์: น้อยกว่า Primary Standard เล็กน้อย
• การได้มา: ต้องผ่านการวิเคราะห์เปรียบเทียบกับสารมาตรฐานที่สูงกว่าเสมอ
• การใช้งาน: ใช้เป็นสารอ้างอิงในการวิเคราะห์เชิงปริมาณทั่วไปในแล็บ เพื่อถนอมสาร Primary ไว้ใช้เท่าที่จำเป็น

ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุด: การหาความเข้มข้นของ NaOH

1. ชั่ง KHP (Potassium Hydrogen Phthalate) ซึ่งเป็น Primary Standard (ชั่งมา 1.0000 กรัม คือ 1.0000 กรัมจริงๆ)
2. เตรียมสารละลาย Sodium Hydroxide (NaOH) ขึ้นมา ซึ่ง "กะ" ว่าน่าจะประมาณ 0.1 M (แต่ค่าไม่นิ่งเพราะ NaOH ดูดความชื้นตั้งแต่ตอนชั่ง)
3. เลยเอา NaOH ไปไทเทรตกับ KHP จนรู้ค่าที่แน่นอน (สมมติได้ 0.1005 M)
4. ตอนนี้ NaOH ขวดนี้จะกลายเป็น Secondary Standard ที่เราสามารถเอาไปใช้ไทเทรตหาค่าสารตัวอย่างอื่นๆ ในแล็บต่อไปได้

ความสัมพันธ์และการสอบกลับได้ (Traceability)

• Primary Standard: แม่นยำที่สุด (เทียบกับหน่วย SI โดยตรง)
• Secondary Standard: แม่นยำรองลงมา (เทียบมาจาก Primary)
• Working Standard: นำ Secondary มาเตรียมเจือจางเพื่อใช้หน้างานประจำวัน

Reference Material (RM) และ Certified Reference Material (CRM)

RM คือ สารหรือวัสดุที่มีสมบัติบางอย่างสม่ำเสมอและเสถียรพอที่จะใช้เป็นตัวเปรียบเทียบ (Reference) เพื่อปรับจูน (Calibrate) เครื่องมือ หรือประเมินวิธีการวัด

• ประเด็นสำคัญ: RM อาจจะมีแค่ค่าที่ผู้ผลิตบอกมา แต่ "ไม่มี" ใบรับรองที่ยืนยันความไม่แน่นอน (Uncertainty) หรือการสอบกลับได้ (Traceability) อย่างเป็นทางการในระดับสากล
• เปรียบเทียบ: เหมือนเราซื้อนาฬิกามาเรือนหนึ่ง แล้วเพื่อนบอกว่า "เนี่ย ตั้งเวลาให้ตรงกับนาฬิกาที่บ้านฉันแล้วนะ" (เชื่อได้ในระดับหนึ่ง แต่ไม่มีการรับรองจากกรมอุทกศาสตร์)

CRM คือ สารมาตรฐานที่ "ยกระดับ" ขึ้นมาจาก RM มันคือสารที่ผ่านกระบวนการตรวจวัดที่เข้มงวดมากตามมาตรฐาน ISO 17034

คุณสมบัติเด่นของ CRM ที่ต้องมี:

• ใบรับรอง (Certificate): มีเอกสาร CoA (Certificate of Analysis) แนบมาให้
• ค่าความไม่แน่นอน (Uncertainty): ระบุชัดเจนว่าค่าที่บอก (เช่น 100 ppm) มีโอกาสคลาดเคลื่อนบวก/ลบเท่าไหร่ (เช่น +- 0.5 ppm)
• การสอบกลับได้ (Traceability): สามารถไล่ประวัติย้อนกลับไปจนถึงหน่วยวัดสากล (SI Unit) หรือสถาบันมาตรวิทยาอย่าง NIST ได้

⚠️ ข้อควรระวังในการใช้สารมาตรฐาน

• เก็บรักษาตามคำแนะนำ เช่น เก็บในตู้เย็น / แสงไม่เข้า / อุณหภูมิคงที่
• ตรวจสอบวันหมดอายุ และ Certificate of Analysis (COA) ทุกครั้งก่อนใช้งาน
• ใช้เครื่องแก้วสะอาดปราศจากการปนเปื้อน
• หมั่นสอบเทียบเครื่องมือ เพื่อให้การใช้งานสารมาตรฐานได้ผลเต็มประสิทธิภาพ

 ข้อแนะนำเพิ่มเติมสำหรับการใช้งาน

• เลือกสาร CRM จากผู้ผลิตที่ได้รับการรับรอง ISO/IEC 17034 เพื่อให้ผลลัพธ์สามารถนำไปใช้ในงานทดสอบที่ต้องการคุณภาพสูง
• ตรวจสอบ COA และ Traceability ของแต่ละ LOT เพื่อให้ได้ข้อมูลความไม่แน่นอน (Uncertainty) ที่เหมาะสม
• ใช้ Primary และ Secondary standards ในการสอบเทียบเครื่องมืออย่างสม่ำเสมอ และจดบันทึกกระบวนการ Standardization เพื่อความโปร่งใส
• ดำเนินตามแนวทาง ISO/IEC 17025 เมื่อยื่นขอการรับรองห้องปฏิบัติการ เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของผลวิเคราะห์

สารมาตรฐานเป็นหัวใจสำคัญของการวิเคราะห์ในห้องแล็บ เพราะช่วยให้ผลวิเคราะห์ “แม่นยำ”, “น่าเชื่อถือ” และสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ หากคุณเป็นเจ้าหน้าที่ในห้องแล็บ นักวิทยาศาสตร์ หรือผู้ประกอบการในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ การเลือกใช้สารมาตรฐานที่เหมาะสมและมีคุณภาพจะช่วยให้ผลการวิเคราะห์ของคุณก้าวข้ามความคลาดเคลื่อน และสร้างความเชื่อมั่นให้กับลูกค้าหรือผู้ใช้งานได้ในระยะยาว

ขอบคุณแหล่งที่มา:
- สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ (Thailand Institute of Scientific and Technological Research – NIMT). “Thailand Reference Materials (TRM)”.
https://www.nimt.or.th
- ศูนย์ความเป็นเลิศด้านมาตรวิทยา. “มาตรฐานสารอ้างอิงคืออะไร”. เอกสารวิชาการออนไลน์
- มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ์. “การเตรียมสารละลาย NaOH โดยใช้ KHP เป็น Primary Standard”, งานวิจัยนักศึกษk
- ISO/IEC 17025:2017 – General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
- ISO 17034:2016 – General requirements for the competence of reference material producers