ค่า pH หรือค่าความเป็นกรด-ด่าง คือตัวเลขที่บอกว่าสารละลายหรือเฟสน้ำของผลิตภัณฑ์เป็นกรดหรือด่างมากน้อยเพียงใด โดยทั่วไปมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 14 ค่า pH 7 คือเป็นกลาง ต่ำกว่า 7 เป็นกรด และสูงกว่า 7 เป็นด่าง ค่า pH เป็นสเกลลอการิทึม ค่าที่ต่างกัน 1 หน่วยจึงหมายถึงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่ต่างกัน 10 เท่า
สำหรับเครื่องสำอาง ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเหลว และเครื่องดื่ม ค่า pH ส่งผลต่อหลายด้านของผลิตภัณฑ์พร้อมกัน ทั้งความเหมาะสมต่อผิว ความเสถียรของระบบสูตร ประสิทธิภาพของสารกันเสีย (Preservative System) และความคงตัวของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (Bioactive Compound) ค่า pH ที่เลื่อนไปเพียง 0.5–1.0 หน่วยจากที่กำหนดในข้อกำหนดเฉพาะ (Specification) อาจทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมเร็วกว่าที่ออกแบบไว้ หรือเกิดปัญหาคุณภาพจนต้องเรียกคืนสินค้า (Recall)
ในภูมิอากาศร้อนชื้นของไทยและอาเซียน ค่า pH ของผลิตภัณฑ์เปลี่ยนไปตามเวลาได้จากหลายสาเหตุ เช่น การสลายตัวของส่วนผสมที่เป็นกรดอ่อน (Weak Acid) หรือเบสอ่อน (Weak Base) ในสูตร อุณหภูมิสูงระหว่างการขนส่ง และสารที่แพร่จากบรรจุภัณฑ์เข้าสู่ผลิตภัณฑ์ (Leachables) ผลิตภัณฑ์ที่วัดค่า pH ได้ตรงเป้าในวันผลิตจึงอาจมีค่า pH ออกนอกเกณฑ์ในข้อกำหนดเฉพาะได้ระหว่างอายุการเก็บรักษา (Shelf Life) ก่อนที่ผู้บริโภคจะสังเกตเห็นปัญหา การวัดและติดตามค่า pH ตลอดอายุการเก็บรักษาจึงเป็นหลักฐานคุณภาพที่ตรวจสอบย้อนหลังได้
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอให้บริการวัดค่า pH ด้วยเครื่องวัดค่า pH (pH Meter) สำหรับเครื่องสำอาง ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเหลว เครื่องดื่มฟังก์ชัน (Functional Drink) ไซรัปสมุนไพร และผลิตภัณฑ์ที่มีสารลดแรงตึงผิว (Surfactant) ทั้งการวัดครั้งเดียวเพื่อตรวจปล่อยล็อต และการวัดต่อเนื่องระหว่างการศึกษาความคงตัว
ทำไมค่า pH จึงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ
ในขั้นการพัฒนาสูตรเครื่องสำอาง การเลือกช่วง pH ที่เหมาะสมเป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบสูตร ผิวหนังของคนมีค่า pH โดยทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ 4.5–5.5 ผิวชั้นนอกที่เป็นกรดอ่อนนี้เรียกว่า Acid Mantle ช่วยจำกัดการเจริญของเชื้อก่อโรคบางชนิดและช่วยรักษาสมดุลของจุลินทรีย์ประจำผิว เครื่องสำอางที่มีค่า pH ห่างจากช่วงนี้มาก เช่น สบู่ก้อนที่มีค่า pH ราว 9–10 หรือผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่มีค่า pH สูงกว่า 8 อาจรบกวนสมดุลของผิวและทำให้เกิดการระคายเคืองได้ ตามแนวทางข้อตกลงเครื่องสำอางอาเซียน ผู้ประกอบการต้องมีข้อมูลรองรับผลที่กล่าวอ้างของเครื่องสำอาง (ASEAN Cosmetic Committee, 2008) ผลิตภัณฑ์ที่กล่าวอ้างว่า “pH สมดุลกับผิว (Skin pH-balanced)” จึงควรมีผลวัดค่า pH ยืนยันว่าอยู่ในช่วงที่กล่าวอ้าง ส่วนคำกล่าวอ้างว่า “อ่อนโยน (Mild)” ใช้ค่า pH เป็นข้อมูลประกอบได้ แต่ควรมีผลทดสอบการระคายเคือง เช่น การทดสอบการระคายเคืองด้วยแผ่นปิดผิว (Single Patch Test) รองรับด้วย
ในระบบสารกันเสีย ค่า pH กำหนดประสิทธิภาพของสารกันเสียหลายชนิดโดยตรง สารกันเสียกลุ่มกรดอ่อน เช่น Sorbic Acid, Benzoic Acid และ Sodium Benzoate ออกฤทธิ์ได้ดีในรูปที่ไม่แตกตัว ซึ่งมีสัดส่วนมากเมื่อ pH ต่ำ สารกลุ่มนี้จึงได้ผลดีที่สุดเมื่อค่า pH ต่ำกว่าประมาณ 5 และประสิทธิภาพลดลงมากเมื่อค่า pH สูงกว่าประมาณ 6 ส่วน Phenoxyethanol และพาราเบน (Parabens) ใช้ได้ในช่วง pH ที่กว้างกว่า แต่ก็ยังมีช่วงที่เหมาะสมของตัวเอง หากค่า pH ของผลิตภัณฑ์เลื่อนไประหว่างอายุการเก็บรักษา ระบบสารกันเสียอาจทำงานได้ลดลงจนจุลินทรีย์เจริญได้ ปัญหานี้มักมองไม่เห็นด้วยตาจนกว่าผลิตภัณฑ์จะเริ่มเปลี่ยนสีหรือมีกลิ่นผิดปกติ
ในระบบอิมัลชันและสารแขวนลอย ค่า pH มีผลต่อประจุไฟฟ้าบนผิวของหยดน้ำมันและอนุภาคของแข็ง ประจุนี้สร้างแรงผลักที่ช่วยไม่ให้อนุภาครวมตัวกัน ในระบบที่ประจุบนผิวอนุภาคขึ้นกับ pH เช่น ระบบที่ใช้โปรตีนหรือสารอิมัลซิไฟเออร์ที่แตกตัวได้ การเปลี่ยน pH อาจทำให้ระบบเข้าใกล้จุดไอโซอิเล็กทริก (Isoelectric Point) ซึ่งประจุสุทธิบนผิวอนุภาคเป็นศูนย์ อนุภาคจึงรวมตัวกันได้ง่ายและนำไปสู่การแยกชั้น (Phase Separation) สูตรเจลหรืออิมัลชันที่ใช้ Carbomer หรือสารเพิ่มความหนืดกลุ่มประจุลบ (Anionic Rheology Modifier) ไวต่อการเปลี่ยน pH เป็นพิเศษ เพราะ Carbomer ให้ความหนืดสูงเมื่อถูกทำให้เป็นกลางในช่วง pH ที่เหมาะสม หากค่า pH ลดต่ำกว่าช่วงนั้น (โดยทั่วไปต่ำกว่าประมาณ 5) ความหนืดของเจลจะลดลงชัดเจนและเนื้อผลิตภัณฑ์เหลวลง
ในมุมการกำกับดูแล ค่า pH เป็นข้อมูลคุณภาพที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ในข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ ผู้ผลิตจึงควรเก็บผลวัดไว้ในเอกสารคุณภาพ เพื่อแสดงต่อหน่วยงานกำกับดูแลหรือผู้ซื้อเมื่อมีการขอตรวจ ตามกฎหมายของผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท ได้แก่ พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558 พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522 และพระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562 ผลิตภัณฑ์ที่ค่า pH ออกนอกช่วงที่กำหนดถือว่าไม่ผ่านเกณฑ์คุณภาพ และควรหาสาเหตุก่อนปล่อยล็อต ในตลาดส่งออก ผู้ซื้อแบบองค์กรธุรกิจ (Business-to-Business: B2B) บางรายกำหนดช่วงที่ยอมรับได้ของค่า pH ไว้บนใบรับรองผลการวิเคราะห์ (Certificate of Analysis: COA) เช่น ±0.3 หน่วยสำหรับสูตรที่มีระบบบัฟเฟอร์ และ ±0.5 หน่วยสำหรับสูตรที่ไม่มีระบบบัฟเฟอร์ แล้วใช้เป็นเกณฑ์ปล่อยสินค้า
หลักการวัดค่า pH และความท้าทายในผลิตภัณฑ์จริง
การวัดค่า pH ด้วยเครื่องวัดค่า pH (pH Meter) อาศัยการวัดศักย์ไฟฟ้า (Potential) ระหว่างขั้วแก้วที่ไวต่อไฮโดรเจนไอออน (Glass Electrode) กับขั้วอ้างอิง (Reference Electrode) ที่จุ่มอยู่ในตัวอย่าง ศักย์ไฟฟ้าที่วัดได้เปลี่ยนเป็นเส้นตรงกับค่า pH ตามสมการเนิร์นสต์ (Nernst Equation) ค่าทางทฤษฎีที่ 25 องศาเซลเซียสคือประมาณ 59.16 มิลลิโวลต์ต่อ 1 หน่วย pH เครื่องจะแปลงศักย์ไฟฟ้านี้เป็นค่า pH (United States Pharmacopeial Convention, 2023) ค่า pH ต่างจากความเป็นกรดที่ไทเทรตได้ (Titratable Acidity) ซึ่งวัดปริมาณกรดทั้งหมดในตัวอย่าง ผลิตภัณฑ์ที่มีค่า pH ใกล้กันจึงอาจมีปริมาณกรดต่างกันได้
การวัดค่า pH ดูเหมือนตรงไปตรงมา แต่ในผลิตภัณฑ์จริงมีความท้าทายหลายจุด ในผลิตภัณฑ์ที่มีไขมันและน้ำมันสูง เช่น ครีมเนื้อหนักและอิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมัน (Water-in-Oil) ขั้วแก้วต้องสัมผัสกับเฟสน้ำของผลิตภัณฑ์ การจุ่มขั้ววัดที่ผิวด้านนอกของครีมโดยตรงอาจได้ค่าที่ไม่ตรงกับ pH จริงของระบบ จึงมักเตรียมตัวอย่างโดยกระจายผลิตภัณฑ์ในน้ำปราศจากไอออน (Deionized Water) ตามอัตราส่วนที่กำหนดในโปรโตคอล เช่น ผลิตภัณฑ์ 10% ในน้ำ 90% ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ไม่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ เช่น ยาหม่องและบาล์ม ค่า pH ที่รายงานคือค่า pH ของตัวอย่างที่กระจายตัวหรือสกัดในน้ำตามอัตราส่วนที่กำหนด
ในผลิตภัณฑ์ที่มีสารลดแรงตึงผิว เช่น แชมพู ครีมอาบน้ำ และผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด ค่า pH ที่วัดในผลิตภัณฑ์โดยตรงกับค่าที่วัดหลังเจือจางอาจต่างกันชัดเจน ในบางสูตรต่างกันราว 1–2 หน่วย เพราะการเจือจางเปลี่ยนความเข้มข้นของกรด ด่าง และสารลดแรงตึงผิวในระบบ การเลือกวิธีวัดจึงควรสอดคล้องกับวิธีใช้จริงของผู้บริโภค ผลิตภัณฑ์ที่ผู้บริโภคเจือจางก่อนใช้ เช่น แชมพูที่ใช้กับน้ำ ควรวัดในสารละลายเจือจาง ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ใช้โดยไม่เจือจาง เช่น โทนเนอร์ ควรวัดในผลิตภัณฑ์โดยตรง
ในผลิตภัณฑ์ที่มีอนุภาคแขวนลอย เช่น ไซรัปผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและสารสกัดสมุนไพรชนิดเหลว อนุภาคที่ไม่ละลายอาจรบกวนการวัดจนค่าแกว่งระหว่างจุดวัด การกรองหรือปั่นเหวี่ยงตัวอย่างก่อนวัดเป็นทางเลือกที่ใช้กัน แต่ในผลิตภัณฑ์ที่อนุภาคของแข็งเป็นส่วนสำคัญของระบบ การแยกอนุภาคออกอาจทำให้ค่า pH ที่วัดได้ไม่สะท้อนสภาพของผลิตภัณฑ์ที่ผู้บริโภคใช้จริง การเลือกวิธีวัดจึงต้องพิจารณาวัตถุประสงค์ของการวัดเป็นรายผลิตภัณฑ์
ในเชิงเทคนิค ความถูกต้องของค่า pH ขึ้นกับการควบคุมสามเรื่อง หนึ่งคือการสอบเทียบเครื่องด้วยบัฟเฟอร์มาตรฐานอย่างน้อยสองจุดที่ครอบคลุมช่วง pH ของตัวอย่าง (United States Pharmacopeial Convention, 2023) เช่น สามจุดที่ pH 4.00, 7.00 และ 9.20 ก่อนการวัด แล้วตรวจว่าค่าความชัน (Slope) ของขั้วไฟฟ้าอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับ ซึ่งเกณฑ์ที่ใช้กันทั่วไปอยู่ราว 95–105% ของค่าทางทฤษฎี บัฟเฟอร์ที่หมดอายุหรือขั้วไฟฟ้าที่เสื่อมจนค่าความชันต่ำกว่าประมาณ 90% อาจทำให้ผลคลาดเคลื่อนได้มาก ในบางกรณีถึงราว 0.5 หน่วย สองคือการควบคุมอุณหภูมิของตัวอย่างให้คงที่ เช่น ที่ 25 องศาเซลเซียส เพราะค่า pH ของสารละลายที่มีกรดอ่อนและเบสอ่อนเปลี่ยนตามอุณหภูมิ การวัดที่ 30 องศาเซลเซียสเทียบกับ 25 องศาเซลเซียสอาจให้ค่าต่างกันราว 0.1–0.2 หน่วยในบางสูตร สามคือการล้างขั้วแก้วด้วยน้ำปราศจากไอออนระหว่างตัวอย่าง เพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้ามตัวอย่าง (Carry-over) ที่ทำให้ผลของตัวอย่างถัดไปคลาดเคลื่อน
ขอบเขตบริการวัดค่า pH ของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ
บริการของห้องปฏิบัติการวิสไบโอครอบคลุมตัวอย่างหลายกลุ่ม
- เครื่องสำอาง: ครีมบำรุงผิว โทนเนอร์ เอสเซนซ์ เซรั่ม อิมัลชัน บีบีครีม (BB Cream) ครีมกันแดด และผลิตภัณฑ์ดูแลผิวหน้าและผิวกายอื่น ๆ
- ผลิตภัณฑ์ที่มีสารลดแรงตึงผิว: แชมพู ครีมอาบน้ำ (Body Wash) โฟมล้างหน้า เจลล้างหน้า ไมเซลลาร์วอเตอร์ (Micellar Water) และผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดอื่น ๆ
- เครื่องดื่มและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารชนิดเหลว: เครื่องดื่มฟังก์ชัน เครื่องดื่มเสริมสารออกฤทธิ์ ไซรัปสมุนไพร น้ำผลไม้ผสมสารสกัด และยาน้ำเชื่อมสมุนไพร
- สารสกัดชนิดเหลว: สารสกัดสมุนไพรในตัวทำละลายแอลกอฮอล์ผสมน้ำ ค่า pH ที่วัดในตัวทำละลายที่มีแอลกอฮอล์เป็นค่าปรากฏ (Apparent pH) ใช้เปรียบเทียบระหว่างล็อตของสูตรเดียวกันได้
รายงานผลแสดงค่า pH ของตัวอย่างเทียบกับเกณฑ์ที่กำหนดในข้อกำหนดเฉพาะ และสำหรับการศึกษาความคงตัว รายงานจะแสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของค่า pH ตามเวลาเทียบกับจุดตั้งต้น (T0) ลูกค้าเลือกได้ระหว่างการวัดครั้งเดียวสำหรับการตรวจปล่อยล็อตการผลิต หรือการศึกษาต่อเนื่องที่มีหลายจุดเก็บตัวอย่างตลอดอายุการเก็บรักษา
การนำผลการวัดค่า pH ไปใช้ประโยชน์
ผลการวัดค่า pH ใช้ได้ในหลายช่วงของผลิตภัณฑ์ ในขั้นวิจัยและพัฒนา ใช้คัดเลือกสารปรับ pH (pH Adjuster) เช่น Citric Acid, Lactic Acid, Sodium Hydroxide และ Triethanolamine ที่ให้ค่า pH ตรงเป้าโดยไม่กระทบระบบสูตรส่วนอื่น และใช้ทดสอบผลของการเปลี่ยนผู้ส่งวัตถุดิบ ซึ่งวัตถุดิบจากแต่ละแหล่งอาจมีค่า pH ต่างกัน ในขั้นเลือกระบบสารกันเสีย ใช้ยืนยันว่าค่า pH ของสูตรอยู่ในช่วงที่สารกันเสียที่เลือกใช้ทำงานได้ดี
ในขั้นก่อนเปิดตัว (Pre-launch) ค่า pH ใช้เป็นค่าตั้งต้น (Baseline) ของข้อกำหนดเฉพาะ และใช้ตั้งเกณฑ์ความเบี่ยงเบนที่ยอมรับได้สำหรับการปล่อยล็อต ในขั้นการผลิตเชิงพาณิชย์ ค่า pH เป็นเกณฑ์ปล่อยล็อตที่วัดได้ง่าย และช่วยตรวจจับความเบี่ยงเบนของกระบวนการผลิต โดยเฉพาะเมื่อเปลี่ยนผู้ส่งวัตถุดิบหรือขยายขนาดการผลิต (Scale-up) ในการศึกษาความคงตัว ใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ตลอดอายุการเก็บรักษา ทั้งในสภาวะปกติและสภาวะเร่ง ค่า pH ที่เลื่อนไปเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าว่าระบบสูตรเริ่มเสื่อม ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาด้านความเสถียรหรือความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
ในขั้นส่งออก ผลการวัดใช้เป็นเอกสารแนบใบรับรองผลการวิเคราะห์ เพื่อรองรับการตรวจของผู้ซื้อแบบองค์กรธุรกิจในตลาดที่กำหนดค่า pH ไว้ในข้อตกลงทางการค้า
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับค่า pH
ค่า pH คืออะไร
ค่า pH คือตัวเลขที่บอกความเป็นกรดหรือด่างของสารละลายหรือเฟสน้ำของผลิตภัณฑ์ มีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 14 ค่า pH 7 คือเป็นกลาง ต่ำกว่า 7 เป็นกรด และสูงกว่า 7 เป็นด่าง ค่าที่ต่างกัน 1 หน่วยหมายถึงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่ต่างกัน 10 เท่า
ทำไมเครื่องสำอางต้องวัดค่า pH
ค่า pH มีผลต่อความเหมาะสมต่อผิว ประสิทธิภาพของสารกันเสีย และความเสถียรของอิมัลชันหรือเจล ผิวคนมีค่า pH โดยทั่วไปประมาณ 4.5–5.5 และสารกันเสียกลุ่มกรดอ่อนทำงานได้ดีเมื่อค่า pH ต่ำ ค่า pH ที่เลื่อนไประหว่างการเก็บรักษาจึงอาจทำให้ผลิตภัณฑ์ระคายเคืองผิวง่ายขึ้น เนื้อผลิตภัณฑ์เปลี่ยน หรือเสียเร็วขึ้น
ครีมหรือยาหม่องวัดค่า pH อย่างไร
ครีมที่มีไขมันสูงมักวัดโดยกระจายตัวอย่างในน้ำปราศจากไอออนตามอัตราส่วนที่กำหนด เช่น ผลิตภัณฑ์ 10% ในน้ำ 90% เพื่อให้ขั้วแก้วสัมผัสกับเฟสน้ำ ส่วนยาหม่องหรือบาล์มที่ไม่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ ค่า pH ที่รายงานคือค่าของตัวอย่างที่กระจายตัวหรือสกัดในน้ำ
ทำไมแชมพูวัดแบบเจือจางกับไม่เจือจางแล้วได้ค่า pH ต่างกัน
การเจือจางเปลี่ยนความเข้มข้นของกรด ด่าง และสารลดแรงตึงผิวในระบบ ค่าที่ได้จึงอาจต่างกันชัดเจน ควรเลือกวิธีวัดให้ตรงกับวิธีใช้จริง ผลิตภัณฑ์ที่ใช้กับน้ำควรวัดแบบเจือจาง ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ใช้โดยตรงควรวัดโดยไม่เจือจาง
อุณหภูมิมีผลต่อค่า pH อย่างไร
ค่า pH ของสารละลายที่มีกรดอ่อนและเบสอ่อนเปลี่ยนตามอุณหภูมิ การวัดที่ 30 องศาเซลเซียสเทียบกับ 25 องศาเซลเซียสอาจให้ค่าต่างกันราว 0.1–0.2 หน่วยในบางสูตร จึงควรวัดที่อุณหภูมิคงที่ทุกครั้ง
รายงานผลการวัดค่า pH มีข้อมูลอะไรบ้าง
รายงานแสดงค่า pH ของตัวอย่างเทียบกับเกณฑ์ในข้อกำหนดเฉพาะ สำหรับการศึกษาความคงตัว รายงานจะแสดงการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ตามเวลาเทียบกับจุดตั้งต้น (T0) ลูกค้าเลือกได้ระหว่างการวัดครั้งเดียวเพื่อตรวจปล่อยล็อต หรือการวัดต่อเนื่องตลอดอายุการเก็บรักษา
เอกสารอ้างอิง:
- ASEAN Cosmetic Committee. (2008). ASEAN cosmetic directive. ASEAN Secretariat.
- United States Pharmacopeial Convention. (2023). General chapter <791> pH. In United States Pharmacopeia and National Formulary (USP–NF). United States Pharmacopeial Convention.
- ราชกิจจานุเบกษา. (2522, พฤษภาคม 13). พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522. ราชกิจจานุเบกษา, 96(79 ก), 1–24.
- ราชกิจจานุเบกษา. (2558, กันยายน 8). พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558. ราชกิจจานุเบกษา, 132(86 ก), 1–22.
- ราชกิจจานุเบกษา. (2562, เมษายน 30). พระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562. ราชกิจจานุเบกษา, 136(56 ก), 116–161.