ดิน หิน และแร่ เป็นทรัพยากรพื้นฐานซึ่งเกิดตามรรมชาติมักไม่บริสุทธิ์ อาจมีสารเคมีหรือแร่อื่นเจือปน ส่วนประกอบทางเคมีของดิน หินแร่เหล่านี้จึงมีบทบาทสำคัญต่อภาคอุตสาหกรรม ภาคการเกษตร และงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ฉะนั้นการรู้จัก “องค์ประกอบและคุณสมบัติของวัสดุ” อย่างละเอียดคือก้าวแรกของการควบคุมคุณภาพ และการใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพ
การทดสอบวิเคราะห์ ดิน หิน แร่ มีขั้นตอนหลักคือ การเก็บตัวอย่าง การวิเคราะห์ในห้องปฎิบัติการ และการแปลผลเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ โดยการทดสอบดิน จะเน้นวิเคราะห์ความเป็นกรดด่าง (pH) ธาตุอาหาร และความเค็ม ส่วนการวิเคราะห์หินแร่ จะเน้นที่ลกษณะทางกายภาพ เช่น รูปร่าง ความแข็ง สี และการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วยเครื่องชั้นสูง รวมทั้งธาตุปริมาณน้อยในตัวอย่างแร่ หิน ดิน ทราย และธรณีวัตถุอื่นๆ
วัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์
- ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมี เช่น ธาตุหลัก (Si, Al, Fe, Ca, Mg ฯลฯ) และธาตุโลหะหนัก (Pb, Cd, As)
- วิเคราะห์สมบัติทางกายภาพ เช่น ความหนาแน่น ความชื้น เนื้อดิน และขนาดอนุภาค
- ประเมินความเหมาะสมในการใช้งาน เช่น ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมก่อสร้าง การผลิตเซรามิก หรือการฟื้นฟูดินเกษตร
วิธีการทดสอบ
ดิน หิน และแร่ สามารถทดสอบวิเคราห์ได้หลายวิธี ตามวัตถุประสงค์ของงาน เช่น ทางด้านวิศกรรม สิ่งแวดล้อม หรืออุตสาหกรรม เพื่อจำแนกชนิดหรือลักษณะ เบื้องต้นสามารถตรวจสอบได้ด้วยตาเปล่า แว่นขยาย กล้องจุลทัศน์ หรือเป็นเครื่องมืออย่างง่ายในการดูสีผง ความแข็ง ความเป็นแม่เหล็ก ฯลฯ หรือ ต้องการความถูกต้องที่แม่ยยำจะใช้เทคนิคที่มีความละเอียดมาก เช่น การวิเคราะห์หาองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นการิเคราะห์ในเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณ ยกตัวอย่างเทคนิคการวิเคราะห์ ดังต่อไปนี้
1) X-ray Fluorescence (XRF) คือ เทคนิคการวิเคราะห์ทางเคมีที่ใช้รังสีเอ็กซ์เพื่อระบุองค์ประกอบของสารต่างๆ สามารถวิเคราะห์ชนิดธาตุและปริมาณธาตุได้ ถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น การวิเคราะห์ธรณีวิทยา การตรวจสอบคุณภาพวัสดุ การวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม และการศึกษาโบราณคดี ซึ่งเป็นเทคนิคที่สามารถวิเคราะห์ได้แบบไม่ทำลายตัวอย่าง
2) Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) คือ การวิเคราะห์หาปริมาณของโลหะในตัวอย่างด้วยเคมีวิเคราะห์ สเปกโตสโกปีการดูดกลืนแสงของอะตอม (Atomic absorption spectroscopy) โดยเทคนิคนี้สามารถใช้วิเคราะห์หาปริมาณโลหะได้มากถึง 70 ธาตุ ในระดับความเข้มข้นที่วิเคราะห์ได้อยู่ในระดับ ppm (part per million)
3) Titration หรือ การไทเทรต เป็นการวิเคราะห์หาปริมาณของสารที่ไม่ทราบความเข้มข้น ด้วยการวัดปริมาตรของสารละลาย ซึ่งปริมาตรของสารละลายจะมีความสัมพันธ์กับปริมาณสาร โดยทำปฎิกิริยากับสารที่ทราบปริมาณหรือความเข้มข้นที่แน่นอน
4) ICP-OES (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry) เป็นเทคนิคการิเคราะห์โดยใช้พลาสมาอาร์กอนอุณหภูมิสูงในการทำลายตัวอย่างให้เป็นอะตอมและไอออน ในสภาวะกระตุ้น เมื่อกลับคืนสู่สถานะพื้น หรือสถานะปกติ จะคายพลังงานที่ความยาวคลื่นเฉพาะแต่ละชนิดธาตุ ไปยังสเปกโทรมิเตอร์และประมวลผล ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้มากกว่า 70 ชนิดในตัวอย่างเดียวพร้อมกัน
ผลการทดสอบวิเคราะห์ สามารถบอกอะไรได้บ้าง และมีประโยชนอย่างไร
- ด้านวิศวกรรมและการก่อสร้าง สามารถใช้กำหนด รูปแบบรากฐานและโครงสร้าง ให้เหมาะกับสภาพ ดินและหิน เพื่อลดความเสี่ยงของการทรุดตัว การแตกร้าว และการพังทลาย
- สนับสนุนการตัดสินใจด้านสิ่งแวดล้อมและการจัดการทรัพยากร ใช้ในการตรวจสอบการปนเปื้อนของสารเคมีและโลหะหนัก สามารถวางแผนการฟื้นฟูและจัดการพื้นที่ปนเปื้อนได้อย่างเหมาะสม
- ด้านอุตสาหกรรมและเหมืองแร่ ใช้ประโยชน์ในการระบุชนิด ปริมาณ และคุณภาพของแร่ ประเมินความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจของแร่ รวมถึงควบคุมคุณภาพวัตถุดิบในกระบวนการผลิต
- ประโยชน์ทางด้านการวิจัยและพัฒนา ใช้ในการศึกษาเชิงวิชาการและงานวิจัย หรือเพื่อเป็นฐานข้อมูลอ้างอิงในระยะยาว
