MO Memoir ฉบับ 30 มกราคม ได้แนะนำให้รู้จักกับ Thermal Conductivity Detector (TCD) และเรื่องของ base line ไปแล้ว ฉบับนี้ขอกล่าวถึงเรื่องเกี่ยวข้องที่ยังคงตกค้างอยู่
ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของ TCD คือให้การตอบสนองต่อแก๊สทุกชนิดที่ผสมกับแก๊สพาหะ (โดยปรกติที่เราใช้กันก็คือฮีเลียมนั่นแหละ) แล้วให้ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมแตกต่างไปจากแก๊สพาหะ การตอบสนองต่อตัวอย่างเกือบทุกชนิดก็เป็นได้ทั้งข้อดีและข้อเสีย ข้อดีคือถ้าไม่รู้ว่าตัวอย่างมีองค์ประกอบอะไรบ้าง และมีกี่องค์ประกอบ การใช้ TCD ก็เป็นตัวเลือกที่ดี หรือในกรณีที่สามารถซื้อ GC ได้แค่เครื่องเดียว แต่ต้องการวิเคราะห์สารหลาย ๆ อย่าง TCD ก็มักจะเป็นตัวเลือกตัวแรก
แต่ในกรณีที่เรารู้แล้วว่าเราต้องการวัดอะไร การเลือกตัวตรวจวัดที่มีความเฉพาะเจาะจงมากกว่าจะเป็นการดีกว่า เช่นการวัดปริมาณแอลกอฮอล์ที่อยู่ในน้ำ ถ้าเราใช้ TCD เป็นตัวตรวจวัดเราจะเห็นทั้งสัญญาณของน้ำและแอลกอฮอล์ แต่ถ้าเราใช้ FID (Flame Ionisation Detector จะกล่าวถึงใน MO Memoir ฉบับต่อไป) เราจะมองเห็นแต่สัญญาณของแอลกอฮอล์เท่านั้น จะไม่มีสัญญาณของน้ำเข้ามารบกวน ตัวอย่างของการใช้ TCD ตรวจวัดคือพวกแก๊สต่าง ๆ ในอากาศ เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนออกไซด์ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่าง ๆ เป็นต้น
ความว่องไวของ TCD ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยด้วยกัน ปัจจัยแรกที่กระแสที่ไหลผ่านวงจรบริดจ์ของ TCD ยิ่งกระแสไหลผ่านสูงเท่าใด ความว่องไวของ TCD ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย (ในคู่มือ GC ของ Shimadzu ที่เราใช้กันในแลปนั้นระบุไว้ว่าความว่องไวของ TCD เพิ่มตามปริมาณกระแสยกลำลัง 3 แต่การใช้กระแสที่สูงมากก็อาจทำให้ base line ขาดเสถียรภาพและทำให้อายุการใช้งานของขดลวดสั้นลงได้
ปัจจัยที่สองที่ส่งผลต่อความว่องไวของ TCD คือความสัมพันธ์ระหว่างค่าการนำความร้อนของแก๊สพาหะและของแก๊สตัวอย่าง ถ้าค่าการนำความร้อนของแก๊สพาหะและแก๊สตัวอย่างต่างกันมากเท่าใด ความว่องไวก็จะเพิ่มมากตามไปด้วย จากการที่ฮีเลียมมีค่าการนำความร้อนที่สูงกว่าไนโตรเจนมาก เราจึงนิยมให้ฮีเลียมเป็นแก๊สพาหะ (เหตุผลที่ไม่ใช้แก๊สไฮโดรเจนเป็นเหตุผลด้านความปลอดภัย) ในกรณีของไฮโดรเจนนั้น แม้ว่าไฮโดรเจนบริสุทธิ์จะมีค่าการนำความร้อนที่ดีกว่าฮีเลียมบริสุทธิ์ แต่ถ้าความเข้มข้นของไฮโดรเจนในฮีเลียมต่ำกว่า 8% แก๊สผสมนั้นจะมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าฮีเลียมบริสุทธิ์ ดังนั้นถ้าเราวัดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงความเข้มข้นต่ำกว่า 8% เสมอจะไม่เจอปัญหาพีคกลับหัว แต่ถ้าความเข้มข้นของไฮโดรเจนในฮีเลียมสูงกว่า 8% ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมนี้จะสูงกว่า และทำให้เกิดปัญหาพีคกลับหัวเมื่อเทียบกับแก๊สตัวอื่น วิธีการหนึ่งในการวิเคราะห์แก๊สผสมที่มีไฮโดรเจนผสมอยู่ในความเข้มข้นต่าง ๆ กันคือการใช้แก๊สผสมที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน 10% ในฮีเลียม ซึ่งจะทำให้ได้สัญญาณพีคไฮโดรเจนกลับหัวเสมอเมื่อเทียบกับแก๊สตัวอื่น แต่ก็สามารถใช้โปรแกรมหรือการตั้งเครื่องเพื่อให้สัญญาณกลับทิศได้
ปัจจัยที่สามที่ส่งผลต่อความว่องไวของ TCD คืออุณหภูมิการทำงานของขดลวด การเพิ่มกระแสวงจรบริดจ์จะเพิ่มอุณหภูมิขดลวดและความว่องไวของขดลวด แต่ก็จะทำให้อายุการทำงานของขดลวดสั้นลง
ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณจาก TCD กับการเปลี่ยนแปลงค่าการนำความร้อนของแก๊ส (ซึ่งเป็นไปตามชนิดและปริมาณของตัวอย่างที่อยู่ในแก๊สพาหะ) ไม่ได้เป็นเส้นตรงในช่วงที่กว้างมากนักเมื่อเทียบกับตัวตรวจวัดชนิดอื่น (เช่น FID ที่จะกล่างถึงต่อไป) แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถประมาณด้วยเส้นตรงได้ เอาเป็นว่าเวลาที่คุณสร้างเส้นกราฟมาตรฐาน (calibration curve) ก็ลองพิจารณาเอาเองก็แล้วกันว่าควรประมาณด้วยเส้นตรงหรือเส้นโค้ง หรืออาจแบ่งเป็นช่วง ๆ ก็ได้ ถ้าสงสัยเรื่องนี้ลองกลับไปอ่านเรื่อง "ลากให้ผ่านหรือไม่ให้ผ่าน" ใน MO Memoir 2551 Dec 9 Tue ดูใหม่
สิ่งหนึ่งที่แนะนำให้ทำอยู่เสมอแต่ไม่ค่อยจะทำกันคือ เมื่อปรับตั้งเครื่อง GC เสร็จเรียบร้อยแล้ว ก่อนที่จะเริ่มการทดลองแต่ละครั้งให้ทดลองฉีดสารมาตรฐานสักตัวเพื่อดูความแรงของสัญญาณ ตัวอย่างเช่นถ้าคุณต้องการวัดสารอินทรีย์ ก็อาจเอาสารบริสุทธิ์เช่น แอลกอฮอล์ หรือไฮโดรคาร์บอน หรือสารใดก็ได้ที่คอลัมน์ GC ที่คุณใช้อยู่สามารถรับได้ (โดยอุณหภูมิคอลัมน์ต้องสูงกว่าจุดเดือดของสารที่ฉีดเข้าไป) หรือใช้อากาศในกรณีของการวิเคราะห์แก๊สทั่วไป ที่ทราบปริมาตรแน่นอน ฉีดเข้าไปในเครื่อง GC แล้วดูความแรงของสัญญาณที่ได้และเวลาที่สารออกมาจากเครื่อง การกระทำดังกล่าวเป็นการทดสอบว่าตัวตรวจวัดยังมีความว่องไวเหมือนเดิมอยู่หรือเปล่า (อย่าคิดว่าเครื่องตั้งไว้เฉย ๆ ไม่มีใครไปยุ่งกับมัน) เช่นอาจเอาเอทานอล 0.5 ไมโครลิตร ฉีดเข้าไปแล้วได้พื้นที่ออกมา 100,000 ดังนั้นในการทำการทดลองครั้งถัดไปก็ต้องทดลองเอาเอทานอล 0.5 ไมโครลิตรฉีดเข้าไปแล้วดูว่ายังได้พื้นที่ออกมา 100,000 อยู่หรือเปล่า ถ้าผิดเพี้ยนไปจากค่านี้มากแสดงว่าเครื่อง GC ไม่ได้อยู่ในสภาพเดียวกันกับที่เคยใช้มาก่อนหน้า ให้หาสาเหตุให้ได้ก่อน แล้วปรับเครื่องให้ได้เหมือนเดิม จากนั้นจึงค่อยเริ่มทำการทดลอง
ปัญหาหนึ่งที่เกิดขึ้นกับ GC ติดตั้ง TCD ที่ใช้กันในแลปเราคือคอลัมน์อิ่มตัวไปด้วยน้ำ สาเหตุเป็นเพราะในการทดลองบางการทดลองมีการเก็บแก๊สไปวิเคราะห์ปริมาณ N2 O2 CO และ CO2 ซึ่งในแก๊สดังกล่าวมีน้ำเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย ทีนี้อุณหภูมิที่ใช้ในการวิเคราะห์แก๊สเหล่านี้มักจะอยู่ที่ประมาณอุณหภูมิห้อง ซึ่งที่อุณหภูมิห้องสารเหล่านี้จะเป็นแก๊สทุกตัว ยกเว้น "ไอน้ำ" เมื่อเราฉีดสารตัวอย่างที่มีไอน้ำผสมอยู่เข้าไปในคอลัมน์ที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 C ไอน้ำจะไม่ออกมาจากคอลัมน์แต่จะตกค้างอยู่ในคอลัมน์ เมื่อทำการทดลองไปเรื่อย ๆ จะเกิดปัญหาคอลัมน์อิ่มตัวไปด้วยไอน้ำ ทำให้ไม่สามารถแยกสารได้ หรืออาจเกิดเป็นสัญญาณรบกวนในรูปของ base line ไม่นิ่ง จริง ๆ แล้ววิธีป้องกันปัญหาดังกล่าวก็ไม่ยากอะไร เพียงแค่ตกลงกันให้ดีระหว่างคนที่ใช้ก่อนหน้าและคนที่จะมาใช้ถัดไป โดยสมมุติว่าคนแรกใช้เสร็จในตอนเย็น แล้วเช้าวันรุ่งขึ้นจะมีคนที่สองมาใช้ คนแรกก็ทำการ regenerate คอลัมน์ไว้ให้เลยโดยการเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้นเพื่อไล่น้ำออกมา (ควรเกิน 100 C แต่ไม่มากจนคอลัมน์ทนไม่ได้) และเปิดเครื่องทิ้งไว้ทั้งคืน ไม่ใช่รอให้คอลัมน์อิ่มตัวก่อนแล้วค่อยทำการแก้ปัญหา ซึ่งอาจต้องรอเป็นเวลาหลายวันก็ได้
มีเรื่องหนึ่งที่ผมสงสัยอยู่ว่าทำไปทำไม ก็คือเวลาที่ใครใช้เครื่อง TCD แล้วพอจะปิดเครื่อง ก็จะปิดฮีทเตอร์ที่ให้ความร้อนแก่ TCD แล้วก็รอให้อุณหภูมิของ TCD ลดลงใกล้กับอุณหภูมิห้องก่อนจึงค่อยปิดเครื่อง GC (รอกันหลายชั่วโมงเลยแหละ) พอถามเหตุผลว่าทำไมทำอย่างนั้นก็บอกว่ารุ่นพี่บอกต่อ ๆ กันมา ไม่มีใครถามว่าเพราะเหตุใด (แต่เชื่อเหอะ ถึงถามว่าทำไมต้องทำแบบนั้นรุ่นพี่ก็ตอบไม่ได้เหมือนกันแหละ) ซึ่งผมก็เคยอธิบายให้ฟังว่าในความเป็นจริงแล้ว พอคุณปิดฮีทเตอร์ที่ให้ความร้อนแก่ TCD (ไม่ว่าโดยการตั้งอุณหภูมิของ TCD ให้เท่ากับอุณหภูมิห้องหรือโดยการปิดเครื่อง GC ทั้งระบบเลย) ตัว TCD ก็ไม่ได้เย็นตัวลงด้วยอัตราการเย็นตัวที่แตกต่างกัน เพราะว่า TCD เองมันไม่มีระบบลดอุณหภูมิหรือระบายความร้อน (เครื่อง Shimadzu ที่เราใช้กันในแลปเรานั้นก็ไม่มี ยี่ห้ออื่นผมไม่รู้ และไม่เคยได้ยินด้วยว่ามี) การเย็นตัวลงของ TCD เกิดจากการที่ TCD สูญเสียความร้อนผ่านตัวเครื่องมายังอากาศที่อยู่รอบ ๆ ดังนั้นพอคุณระบายแรงดันของแก๊สออกจากระบบ GC เสร็จก็สามารถปิดเครื่องได้เลย จะได้มีเวลาไปทำอะไรอย่างอื่น ไม่ต้องรอให้ TCD เย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง (บางรายมีกฎอีกว่าต้องสูงกว่าอุณหภูมิห้องไม่เกินเท่าใดจึงจะปิดเครื่องได้) ผลที่ออกมาคือนิสิตก็ยังคงรอให้ TCD เย็นตัวลงเหมือนเดิม ทั้งนี้เพราะนิสิตเชื่อรุ่นพี่มากกว่าอาจารย์ ทั้ง ๆ ที่รุ่นพี่ไม่สามารถอธิบายอะไรได้ มีเพียงแต่ความเชื่อที่บอกเล่าต่อ ๆ กันมา ซึ่งผมก็ไม่ได้เดือดร้อนอะไร เพราะไม่ใช่คนรอปิดเครื่อง แต่เสียดายค่าไฟฟ้าที่ต้องเปิดเครื่องทิ้งไว้หลายชั่วโมงเพื่อให้พัดลมใน oven มันหมุนเล่นโดยไม่เกิดประโยชน์อะไร
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น