ในวิชาเคมีและวิทยาศาสตร์วัสดุสารเจือปนคือสารเคมีที่อยู่ ใน ของเหลวก๊าซหรือของแข็งในปริมาณจำกัดซึ่งแตกต่างจากองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุหรือสารประกอบ^{[ 1 ]}ประการแรก สารเคมีบริสุทธิ์ควรปรากฏในเฟสทางเคมี อย่างน้อยหนึ่งเฟส และสามารถระบุลักษณะได้ด้วยแผนภาพเฟสประการที่สอง สารเคมีบริสุทธิ์ควรพิสูจน์ได้ว่าเป็นเนื้อเดียวกัน (กล่าวคือ สารที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีองค์ประกอบเดียวกันตลอดทั้งวัสดุ^{[ 2 ]} ) สารเคมีบริสุทธิ์ที่สมบูรณ์แบบจะผ่านความพยายามทั้งหมดในการแยกและทำให้บริสุทธิ์ต่อไป ประการที่สาม และในที่นี้เรามุ่งเน้นไปที่คำจำกัดความทางเคมีทั่วไป สารเคมีบริสุทธิ์ไม่ควรมีร่องรอยของสารเคมีชนิดอื่นใดเลย ในความเป็นจริง ไม่มีสารประกอบทางเคมีใดที่บริสุทธิ์ 100% อย่างแท้จริง เนื่องจากมักมีการปนเปื้อนเล็กน้อย อยู่เสมอ

โดยทั่วไปแล้ว ระดับของสิ่งเจือปนในวัสดุจะถูกกำหนดในเชิงสัมพัทธ์ องค์กรต่างๆ ได้กำหนด มาตรฐานขึ้นเพื่อพยายามกำหนดระดับที่อนุญาตของสิ่งเจือปนต่างๆ ในผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้น กล่าวอย่างเคร่งครัดแล้ว ระดับความบริสุทธิ์ของวัสดุหนึ่งๆ สามารถระบุได้เพียงว่ามีความบริสุทธิ์มากกว่าหรือน้อยกว่าวัสดุอื่นเท่านั้น

สิ่งเจือปนอาจเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือถูกเติมเข้าไปในระหว่างการสังเคราะห์สารเคมีหรือผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ ในระหว่างการผลิต อาจมีการเติมสิ่งเจือปนเข้าไปในสารโดยตั้งใจหรือโดยไม่ได้ตั้งใจ การกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการอาจต้องใช้เทคนิคการแยกหรือการทำให้บริสุทธิ์ เช่น การกลั่นหรือการกลั่นแบบโซน ในบางกรณี อาจมีการเติมสิ่งเจือปนเพื่อให้ได้คุณสมบัติบางอย่างของวัสดุ เช่น สีในอัญมณีหรือการนำไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ สิ่งเจือปนอาจส่งผลต่อการตกผลึกได้เช่นกัน เนื่องจากสามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการเจริญเติบโตของผลึก นอกจากนี้ สิ่งเจือปนยังสามารถมีบทบาทในการเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงเฟสอื่นๆ ในรูปของข้อบกพร่องได้อีกด้วย   

สิ่งเจือปนอาจกลายเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์เมื่อมันขัดขวางการทำงานตามปกติของวัสดุ ตัวอย่างเช่น เถ้าและเศษผงในโลหะและเศษใบไม้ในกระดาษขาว การกำจัดสิ่งเจือปนมักทำโดยวิธีทางเคมี ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเหล็กจะมีการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตลงในเตาหลอมเพื่อกำจัดซิลิคอนไดออกไซด์ออกจากแร่เหล็ก การกลั่น แบบโซน ซึ่งเป็นวิธีการทำให้บริสุทธิ์อีกวิธีหนึ่ง เป็นวิธีการ ที่ สำคัญทางเศรษฐกิจสำหรับการทำให้สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

อย่างไรก็ตาม สารปนเปื้อนบางชนิดสามารถกำจัดออกได้ด้วยวิธีการทางกายภาพ ส่วนผสมของน้ำและเกลือสามารถแยกออกจากกันได้ด้วยการกลั่นโดยน้ำจะเป็นสารกลั่นและเกลือจะเป็นของแข็งตกค้างโดยการให้ความร้อนแก่น้ำจนเดือดและแยกเกลือออก จากนั้นจึงทำให้น้ำเย็นลงและก๊าซจะกลายเป็นของเหลวบริสุทธิ์อีกครั้ง^{[ 3 ]}โดยทั่วไปแล้ว สารปนเปื้อนจะถูกกำจัดออกจากของเหลวและก๊าซด้วยวิธีการทางกายภาพ การกำจัดอนุภาคทรายออกจากแร่โลหะเป็นตัวอย่างหนึ่งของของแข็ง

ไม่ว่าจะใช้วิธีใดก็ตาม มักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกสิ่งเจือปนออกจากวัสดุได้อย่างสมบูรณ์ เหตุผลที่ไม่สามารถกำจัดสิ่งเจือปนออกไปได้อย่างสมบูรณ์นั้นเป็นไปตามธรรมชาติทางเทอร์โมไดนามิกส์และได้รับการทำนายโดยกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ การกำจัดสิ่งเจือปนออกไปอย่างสมบูรณ์หมายถึงการลดความเข้มข้นของสิ่งเจือปนให้เหลือศูนย์ ซึ่งจะต้องใช้แรงงานและพลังงานจำนวนมหาศาลตามที่ทำนายไว้ในกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์สิ่งที่ช่างเทคนิคสามารถทำได้คือการเพิ่มความบริสุทธิ์ของวัสดุให้ใกล้เคียง 100% มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หรือในเชิงเศรษฐกิจ^{[ 4 ]}

สิ่งเจือปนในยาและเวชภัณฑ์เป็นเรื่องที่น่ากังวลเป็นพิเศษ และในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมามีเรื่องอื้อฉาวเกิดขึ้นมากมาย ตั้งแต่ส่วนผสมที่ไม่ปลอดภัยและรูปแบบยาที่ไม่ถูกต้อง ไปจนถึงยาที่เสริมสารโดยเจตนาและการปนเปื้อนโดยไม่ได้ตั้งใจ^{[ 4 ]}

บางครั้งเราอาจต้องการใส่สารเจือปนลงในวัสดุเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุนั้น สารเจือปนเหล่านี้อาจเกิดขึ้นตามธรรมชาติและคงสภาพเดิมในวัสดุ หรืออาจถูกเติมเข้าไปโดยเจตนาในระหว่างการสังเคราะห์ สารเจือปนประเภทนี้สามารถปรากฏให้เห็นในชีวิตประจำวันของเรา เช่น สีที่แตกต่างกันในอัญมณี หรือการเติมสารเจือปนเพื่อปรับค่าการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ตัวอย่างของการต้องการสิ่งเจือปนแสดงให้เห็นในอัญมณี อัญมณีเหล่านี้มีสิ่งเจือปนเล็กน้อยที่ทำหน้าที่เป็นโครโมฟอร์และทำให้หินมีสี ตัวอย่างเช่น ตระกูลอัญมณีเบริลซึ่งมีสูตรเคมีพื้นฐานคือ Be ₃ Al ₂ (SiO ₃ ) ₆เบริลบริสุทธิ์จะดูไม่มีสี แต่เกิดขึ้นได้ยาก และการมีธาตุเจือปนในปริมาณเล็กน้อยจะเปลี่ยนสีของมัน สีเขียวของมรกตมาจากสิ่งเจือปน เช่น โครเมียม วานาเดียม หรือเหล็ก สิ่งเจือปนของแมงกานีสจะทำให้เกิดอัญมณีสีชมพูที่เรียกว่ามอร์แกไนต์และเหล็กจะสร้างอัญมณีสีน้ำเงินที่ เรียกว่า อะความารีน^{[ 5 ]}

การโดปปิ้งเป็นกระบวนการที่เติมสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำโดยเจตนาเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าและปรับปรุงการทำงานของสารกึ่งตัวนำ สารโดปปิ้งซึ่งเป็นธาตุที่เติมลงในโครงสร้างผลึกเดิม จะมีจำนวนอิเล็กตรอนที่แตกต่างจากสูตรพื้นฐาน สารกึ่งตัวนำที่โดปปิ้งแบบ p จะมีธาตุจำนวนเล็กน้อยที่มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์น้อยกว่าธาตุอื่นๆ ในผลึก การโดปปิ้งแบบ N นั้นตรงกันข้าม และสารโดปปิ้งจะมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์มากกว่า^{[ 6 ]}

เมื่อของเหลวที่ไม่บริสุทธิ์ถูกทำให้เย็นลงจนถึงจุดหลอมเหลวของเหลวนั้นจะเกิดการเปลี่ยนสถานะและตกผลึกรอบสิ่งเจือปน กลายเป็นของแข็งผลึก หากไม่มีสิ่งเจือปน ของเหลวนั้นจะถือว่าบริสุทธิ์และสามารถทำให้เย็นลงต่ำกว่าจุดหลอมเหลวได้โดยไม่กลายเป็นของแข็ง เนื่องจากของเหลวไม่มีสิ่งใดที่จะควบแน่นรอบ ๆ ดังนั้นของแข็งจึงไม่สามารถก่อตัวเป็นของแข็งผลึกตามธรรมชาติได้ ในที่สุดของแข็งจะเกิดขึ้นเมื่อ เกิด การหยุดแบบไดนามิกหรือการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วแต่จะเกิดขึ้นเป็นของแข็งอสัณฐาน – แก้วแทน เนื่องจากไม่มีระเบียบระยะยาวในโครงสร้าง^{[ 7 ]}

สิ่งเจือปนมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของการเปลี่ยนสถานะอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของธาตุแปลกปลอมอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลและแม่เหล็กของโลหะผสม อะตอมของเหล็กในทองแดงทำให้เกิดปรากฏการณ์คอนโดะอัน เลื่องชื่อ ซึ่งอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าจะเกิดสปินและสร้างสถานะผูกพันทางแม่เหล็กกับอะตอมของสิ่งเจือปน สิ่งเจือปนแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดสามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของ ข้อ บกพร่องแบบวนซ้ำ ข้อบกพร่องแบบจุดสามารถก่อให้เกิดโดเมนแบบกลับทิศทางในสารแม่เหล็กเฟอร์โรและส่งผลกระทบอย่างมากต่อค่าความ บังคับของสนามแม่เหล็ก โดยทั่วไปแล้ว สิ่งเจือปนสามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการเปลี่ยนสถานะ ได้ เนื่องจากต้นทุนด้านพลังงานในการสร้าง โดเมนขนาดจำกัดของสถานะใหม่นั้นต่ำกว่าที่จุดบกพร่อง เพื่อให้แกนกลางของสถานะใหม่มีความเสถียร มันจะต้องมีขนาดถึงขนาดวิกฤต ซึ่งขนาดวิกฤตนี้มักจะต่ำกว่าที่ตำแหน่งของสิ่งเจือปน

• กากขยาก
• ความละเอียด
• มลพิษ
• ตะกรัน
• คลื่นหมุน