การได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้จากห้องปฏิบัติการขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของอนุภาคอย่างสม่ำเสมอในตัวอย่าง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเราผสมตัวอย่างอย่างเหมาะสม เมื่อนักวิทยาศาสตร์บดสารต่างๆ ด้วยกระเบื้องพอร์ซเลนและสากแบบดั้งเดิม พวกเขาสามารถสัมผัสได้ถึงความหยาบหรือความละเอียดของอนุภาคที่เกิดขึ้น การใช้วิธีการด้วยมือนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่อาจละลายหรือเปลี่ยนแปลงหากสัมผัสกับความร้อนมากเกินไป นี่คือเหตุผลที่นักวิจัยจำนวนมากยังคงให้ความนิยมวิธีนี้ แม้ว่าจะมีอุปกรณ์รุ่นใหม่เข้ามาแทนที่แล้วก็ตาม คณะทำงานจาก ACS Sustainable Chemistry เขียนไว้ในปี 2022 ว่าเครื่องบดเชิงกลบางครั้งอาจทำให้ตัวอย่างร้อนเกินไปจนเหมือนถูกปรุง แทนที่จะแค่สลายตัวเท่านั้น
ลักษณะเรียบและไม่เป็นรูพรุนของพอร์ซเลนช่วยป้องกันการปนเปื้อนระหว่างตัวอย่างต่างๆ ซึ่งมีความสำคัญมากในห้องปฏิบัติการที่ต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 17025 พอร์ซเลนเคลือบไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับกรดหรือเบสระหว่างกระบวนการผลิต ซึ่งแตกต่างจากหินอาเกตและเหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่สามารถการันตีได้ เนื่องจากประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้นี้ ห้องปฏิบัติการด้านเภสัชกรรมส่วนใหญ่มักเลือกใช้พอร์ซเลนในการผลิตผงสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API) การทดสอบวัสดุเมื่อเร็วๆ นี้ยืนยันข้อเท็จจริงนี้ แสดงให้เห็นว่าทำไมกว่าสี่ในห้าของห้องปฏิบัติการในอุตสาหกรรมจึงเปลี่ยนมาใช้อุปกรณ์พอร์ซเลน
เมื่อต้องจัดการกับสารที่มีความไว เช่น สกัดจากพืช หรือผลึกที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ การบดด้วยมือกลับทำได้ดีกว่าในการรักษาสภาพตัวอย่างให้คงเดิม ปัญหาของเครื่องบดเชิงกลคือมันสร้างความร้อนขึ้นจากการเสียดสี งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า ความร้อนนี้มักสูงเกิน 40 องศาเซลเซียสในประมาณสองในสามของกรณี และอุณหภูมิระดับนี้สามารถเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาทางเคมีภายในตัวอย่างได้ ความแตกต่างของพอร์ซเลนคือมันนำความร้อนได้ไม่ดี จึงทำให้อุณหภูมิไม่สูงขึ้นมากนักระหว่างกระบวนการ นักวิจัยในปี 2023 ได้ทำการทดลองเปรียบเทียบวิธีต่าง ๆ และพบว่า เมื่อเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ การบดด้วยมือให้ผลลัพธ์ที่บริสุทธิ์กว่าประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งส่งผลอย่างชัดเจนต่อผู้ที่ทำงานวิจัยด้านธรณีวิทยา ที่คุณภาพของตัวอย่างมีความสำคัญที่สุด
พอร์ซเลนเกรดห้องปฏิบัติการประกอบด้วยไคลอิน (40–50%) ฟิลด์สปาร์ (25–35%) และควอตซ์ (20–30%) เมื่อเผาที่อุณหภูมิ 1,300–1,400°C ส่วนผสมนี้จะเกิดการเปลี่ยนเป็นแก้ว (vitrification) ทำให้เกิดโครงสร้างแน่นคล้ายแก้ว โดยมีปริมาณรูพรุนต่ำกว่า 0.5% ตามรายงานการวิเคราะห์วัสดุปี 2023 การมีรูพรุนเกือบศูนย์ช่วยป้องกันการดูดซึมตัวอย่าง จึงรักษาความบริสุทธิ์ไว้ได้ขณะทำการบด
ด้วยค่าความแข็งแบบโมห์สอยู่ที่ 7–8 พอร์ซเลนมีความต้านทานการขูดขีดได้ดีกว่าแก้วโบโรซิลิเกต (5.5) หรือแอคริลิก (2–3) โครงสร้างแมทริกซ์อลูมินา-ซิลิเกตของมันมีความเฉื่อยทางเคมีในช่วง pH 1–14 และทนต่อตัวทำละลายอินทรีย์ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งต่อการรักษาความสมบูรณ์ของตัวอย่างในการประยุกต์ใช้งานโครมาโทกราฟีและสเปกโทรสโกปี
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำของพอร์ซเลน (4.5 × 10⁻⁶/°C) ช่วยลดความเสี่ยงในการแตกร้าวระหว่างปฏิกิริยาที่ปลดปล่อยความร้อน การทนต่ออุณหภูมิได้สูงสุดถึง 1,000°C ทำให้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องมือพอลิเมอร์ที่จะเกิดการเปลี่ยนรูปเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 80°C ความมั่นคงนี้สนับสนุนกระบวนการขั้นตอนต่อเนื่อง เช่น การเผาให้เป็นผงขาว หรือการเผาจนเป็นเถ้า โดยไม่เกิดความล้มเหลวของเครื่องมือ
ครกและสากเซรามิกทำงานโดยการรวมแรงกดลงด้านล่างกับการขยับถูไปมาเพื่อสับหรือบดวัสดุให้ละเอียด เมื่อมีการกดสากลง แรงนี้จะทำให้โครงสร้างผลึกภายในวัสดุที่กำลังบดแตกออก ในขณะเดียวกัน การขยับสากไปมาบนพื้นผิวจะช่วยตัดชิ้นส่วนที่แตกแล้วให้เล็กลงอีก ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Materials Processing เมื่อปีที่แล้ว วิธีการผสมผสานนี้สามารถสร้างความสม่ำเสมอได้ดีขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการกดตรงลงด้านล่างเพียงอย่างเดียว หรือการถูในแนวข้างเพียงอย่างเดียว สิ่งที่ทำให้เซรามิกมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะคือพื้นผิวด้านในที่ขรุขระ ซึ่งมีจุดหยาบเล็กๆ ช่วยในการบดวัสดุที่มีค่าความแข็งไม่เกิน 6 ตามสเกลโมห์ (Mohs scale) โดยไม่ปล่อยอนุภาคโลหะปนลงไปในส่วนผสม ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากเมื่อความบริสุทธิ์มีความสำคัญต่อการใช้งานบางประเภท
| วัสดุ | ขนาดเฉลี่ยของอนุภาคที่ได้ (ไมครอน) | ความเสี่ยงต่อการปนเปื้อน | จุดเกณฑ์ความมั่นคงทางความร้อน |
|---|---|---|---|
| โปรเซลิน | 15-20 | ต่ํา | 450°C |
| อเกต | 10-15 | ไม่มี | 300°C |
| เหล็กกล้าไร้สนิม | 25-50 | สูง (ไอออน Fe, Cr) | 800°C |
แม้ว่าอาเกตจะสามารถบดได้ละเอียดกว่า แต่พอร์ซเลนให้สมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความทนทาน โดยมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ 85% ของอาเกต และมีความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกระแทกมากกว่า 50% สำหรับตัวอย่างที่ไวต่อความร้อน พอร์ซเลนช่วยจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไม่เกิน 12°C ขณะบด จึงหลีกเลี่ยงปัญหาความร้อนที่พบได้บ่อยในระบบที่ทำจากโลหะ
ช่างเทคนิคที่มีทักษะสามารถบรรลุความสม่ำเสมอของขนาดอนุภาคที่ ±5% เมื่อเทียบกับ ±18% ในผู้เริ่มต้น เทคนิคที่เหมาะสมรวมถึง:
การล้างที่ไม่เหมาะสมเป็นสาเหตุของเหตุการณ์ปนเปื้อนถึง 72% ในห้องปฏิบัติการ เพื่อรักษาความบริสุทธิ์:
ตามมาตรฐาน ASTM C242-22 การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจะลดความสามารถในการต้านทานการแตกร้าวของพอร์ซเลนลง 40% แนวทางปฏิบัติที่สำคัญ ได้แก่:
การบดพอร์ซเลนแบบใช้มือมีความโดดเด่นในสามสถานการณ์หลัก:
แม้ว่าจะมีการนำระบบอัตโนมัติมาใช้อย่างแพร่หลาย แต่ผลสำรวจอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการปี 2024 พบว่า 83% ของห้องปฏิบัติการควบคุมคุณภาพทางเภสัชกรรมยังคงใช้บดและสากพอร์ซเลนสำหรับการตรวจสอบสารออกฤทธิ์ขั้นสุดท้าย
การใช้เครื่องมือเซรามิกช่วยรักษาสารทางการแพทย์ให้ปราศจากมลภาวะระหว่างกระบวนการผลิต ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากต่อประสิทธิภาพของยา เครื่องมือเหล่านี้ไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมี จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบดสารที่ดูดซับความชื้นได้ง่าย เช่น กรดแอสคอร์บิก โดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ไม่พึงประสงค์ จากการศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Pharmaceutical Innovation เมื่อปี ค.ศ. 2022 นักวิทยาศาสตร์พบข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิธีการบดแบบใช้มือ โดยพบว่ามีการปรับปรุงการกระจายขนาดอนุภาคได้ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ สำหรับส่วนประกอบทางเภสัชกรรมที่ไวต่อความร้อน ความสม่ำเสมอนี้มีผลจริงในการทำให้ฤทธิ์ของยาเมื่อเข้าสู่ร่างกายนั้นสามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น
นักธรณีวิทยาจำนวนมากชอบใช้บดพอร์ซเลนไม่เคลือบเมื่อต้องการบดตัวอย่างหินสำหรับการทดสอบ XRF และ XRD เนื่องจากพอร์ซเลนมีความแข็งแบบโมห์สประมาณ 6.5 ซึ่งเหมาะมากเพราะไม่ทำให้ตัวอย่างปนเปื้อนด้วยโลหะเหมือนที่จะเกิดกับสแตนเลส โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับสารต่างๆ เช่น โครไมต์หรือแกร์เนต การศึกษาล่าสุดที่เปรียบเทียบวิธีการต่างๆ พบว่าวิธีนี้สามารถรักษาระดับความแม่นยำได้ประมาณ 98 ถึง 99 เปอร์เซ็นต์เมื่อวิเคราะห์ปริมาณเล็กน้อยมากของธาตุเรืองแสงที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า 5 ส่วนในล้านส่วน ความแม่นยำระดับนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาที่ถูกต้อง
ลักษณะที่ไม่พรุนของพอร์ซเลนทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบดเครื่องเทศและวัสดุจากพืชโดยไม่กักเก็บน้ำมัน ซึ่งช่วยแก้ปัญหาใหญ่เรื่องการปนเปื้อนข้ามระหว่างการวิเคราะห์ไขมัน ห้องปฏิบัติการรายงานว่าได้ขนาดอนุภาคต่ำกว่า 100 ไมครอนในส่วนใหญ่ของกรณี และส่งผลให้การสกัดแคโรทีโนอยด์เร็วขึ้นประมาณ 34 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเครื่องบดพลาสติก นอกจากนี้ พอร์ซเลนสามารถใช้กับตัวอย่างที่แช่แข็งได้ทันทีจากช่องฟรีซที่ประมาณลบ 20 องศาเซลเซียส ทำให้สารอินทรีย์ระเหยง่ายที่ละเอียดอ่อนยังคงสภาพสมบูรณ์สำหรับการทดสอบไฟโตเคมิคัลได้อย่างถูกต้อง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อนักวิจัยที่ต้องการผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้จากการเตรียมตัวอย่าง
EN
