วันเสาร์ที่ 22 สิงหาคม พ.ศ. 2552

ศัพท์เทคนิค-เคมีวิเคราะห์ MO Memoir : วันเสาร์ที่ ๒๔ มกราคม ๒๕๕๒

MO Memoir ฉบับนี้เดิมเป็นเอกสารที่ผมเตรียมขึ้นเพื่อใช้สอนวิชา 165-270 เคมีวิเคราะห์ (ปัจจุบันคือวิชา 2105-270 เคมีวิเคราะห์) สำหรับนิสิตระดับปริญญาตรี ชั้นปีที่ 2 ภาควิชาวิศวกรรมเคมี เตรียมขึ้นเพื่อใช้สอนในส่วนเครื่องมือวิเคราะห์ในปีการศึกษา 2537 (นับถึงปัจจุบันก็ 15 ปีแล้ว)

เนื้อหาส่วนนี้เป็นการให้ความหมายและคำจำกัดความของคำต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการวัดและเครื่องมือต่าง ๆ ที่ใช้ในงานเคมีวิเคราะห์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้นิสิตมีพื้นความรู้ความเข้าใจหลักการทำงานพื้นฐานและข้อจำกัดของเครื่องวิเคราะห์ต่าง ๆ ไม่ใช่สักแต่ว่ารออ่านตัวเลขอย่างเดียวโดยที่ไม่สนว่าตัวเลขที่ได้มาถูกหรือผิด หรือไม่เคยสนใจเลยว่าควรทำการปรับแต่งเครื่องอย่างใดเพื่อให้เหมาะกับการวัดของแต่ละคน เพราะเกือบทั้งหมดที่เจอมักจะบอกว่าทำตามรุ่นพี่ (ว่าแต่ว่ารุ่นพี่เขาวัดตัวอย่างเดียวกันกับคุณหรือเปล่า และคุณรู้หรือเปล่าว่าเครื่องวัดทุกเครื่องต้องมีการสอบเทียบเป็นระยะ ไม่ใช่เอาผลสอบเทียบของรุ่นพี่เมื่อหลาย ๆ ๆ ๆ ปีที่แล้วมาใช้โดยไม่ตรวจสอบความถูกต้องใหม่)

Analogue signal

การเปลี่ยนแปลงเกือบทั้งหมดในธรรมชาติจัดว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบ analogue (เขียนแบบอังกฤษนะ ถ้าเป็นแบบอเมริกันคือ analog คือตัว "u" หายไป) คือมีความต่อเนื่องกันตลอดโดยไม่มีการขาดตอน เช่นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความดัน แต่ในปัจจุบันมีการนำเอา digital circuit เข้ามาใช้ในการวิเคราะห์แทน ทั้งนี้เพราะ digital circuit มีสัญญาณรบกวน (noise) น้อยกว่า analogue circuit สัญญาณที่ส่งมีความคมชัดกว่า และสามารถนำไปใช้ได้กับ digital computer ได้โดยตรง ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ต้องเปลี่ยนสัญญาณตามธรรมชาติจากระบบ analogue ให้เป็นระบบ digital โดยอาศัยตัวแปลงสัญญาณที่เรียกว่า Analogue to Digital convertor (ADC) (ทำได้อย่างไรลองไปอ่านทบทวนเรื่อง Z-transform ที่พวกคุณน่าจะได้เรียนกันในวิชา Process Dynamic Control ตอนเรียนปี 4)

Digital signal

การเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติมีไม่กี่ชนิดที่เป็นแบบ digital คือขาดความต่อเนื่อง ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงประเภทนี้เช่น การเปลี่ยนแปลงพลังงานของเนื่องจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ในการเปลี่ยนสัญญาณ analogue ให้เป็นสัญญาณ digital เพื่อที่จะนำไปใช้งานกับ digital computer มีข้อควรระวังคือความถี่ในการวัดสัญญาณ (sampling frequency หรือ sampling rate) และความถี่การบันทึกสัญญาณ (recording rate) ซึ่งถ้าความถี่ในการวัดต่ำเกินไป ค่าที่วัดได้จะไม่สามารถแทนค่า analogue signal จริงได้ หรืออาจมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นและสิ้นสุดลงในช่วงเวลาที่สั้นกว่าระยะเวลาระหว่างการอ่านข้อมูลแต่ละครั้ง

ตัวอย่างเช่นถ้าเราทำการอ่านอัตราการไหลของระบบทุก ๆ 30 วินาที และจากการอ่านสัญญาณครั้งสุดท้ายพบว่ามีการไหลในอัตรา 10 l/min และหลังจากการอ่านค่าครั้งสุดท้ายอัตราการไหลมีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิมและกลับคืนเดิมภายในเวลาไม่ถึง 30 วินาที (เช่นลงเป็น 8 l/min และกลับคืนเป็น 10 l/min ใหม่) เมื่อเราทำการอ่านสัญญาณครั้งถัดไปก็จะพบว่าอัตราการไหลยังเป็น 10 l/min อยู่ และอาจทำให้เราเข้าใจว่าช่วงระหว่างเวลา 30 วินาทีดังกล่าวระบบทำงานที่ภาวะคงตัวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ

แต่ในขณะเดียวกันถ้าความถี่ในการวัดสูงเกินไป อาจเกิดปัญหาสิ้นเปลืองหน่วยความจำที่จำเป็นต้องใช้ในการบันทึกข้อมูลหรือคอมพิวเตอร์ไม่สามารถทำงานได้ทันเวลาได้ และในกรณีของสัญญาณการเปลี่ยนแปลงที่เป็นคาบ จำเป็นต้องใช้ความถี่ในการวัดสัญญาณที่สูงกว่าความถี่ของสัญญาณที่วัด เพื่อที่จะสามารถสร้างภาพสัญญาณที่แท้จริงได้ ตัวอย่างของปัญหาดังกล่าวที่อาจเกิดขึ้นในการเปลี่ยนสัญญาณ Aanalogue เป็นสัญญาณ Digital ได้แสดงไว้ในรูปที่ 1


รูปที่ 1 (บน) สัญญาณ analogue ที่ต้องการวัดที่มีลักษณะการเปลี่ยนแปลงเป็นคาบ

(กลาง) การอ่านสัญญาณในรูปบนด้วยอัตราการอ่านที่เหมาะสม จะสามารถสร้างรูปบนกลับมาใหม่ได้แม้ว่าข้อมูลที่ได้มาจะมีลักษณะเป็นจุดไม่ต่อเนื่อง

(ล่าง) การอ่านสัญญาณในรูปบนด้วยอัตราการอ่านที่เป็นความถี่เดียวกันกับความถี่ของสัญญาณที่ต้องการวัดจะทำให้เข้าใจผิดได้ว่าระบบทำงานที่ภาวะคงตัวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง

ผู้ที่ทำการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง GC (Gas Chromatograph) ต้องระวังการเกิดปัญหาดังรูปที่ 1 พีค (peak) ของสัญญาณ GC จะขึ้นอยู่กับชนิดคอลัมน์ (column) และเวลาที่สารหลุดออกมาจากคอลัมน์ สำหรับ pack column แล้ว สารที่ออกมาในช่วงเวลาแรก ๆ จะให้พีคที่แหลมคม (สูง-แคบ) ในขณะที่สารที่ออกมาในช่วงหลังจะให้พีคที่กว้างขึ้นและเตี้ยลงและมีการลากหาง (tailing) มากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นจึงควรต้องกำหนดให้เครื่องวัดอ่านสัญญาณด้วยความถี่ที่สูงในช่วงแรก (เพื่อที่จะได้ภาพพีคที่สูงแคบที่ชัดเจน) และลดความถี่การอ่านสัญญาณในช่วงหลังลง (เพื่อลดจำนวนหน่วยความจำที่ต้องใช้ในการเก็บข้อมูล โดยเฉพาะการวิเคราะห์ที่กินเวลานาน) แต่ถ้าเป็น capillary column ซึ่งให้พีคที่สูงและแคบมากแม้ว่าสารจะออกจากคอลัมน์ที่เวลาแตกต่างกันมาก ก็ต้องตั้งให้เครื่องอ่านสัญญาณด้วยความถี่ที่สูงตลอดเวลาการวิเคราะห์

ที่เคยเจอมา เครื่อง GC บางยี่ห้อจะใช้วิธีกำหนดระยะเวลาที่จะทำการวัดแต่ละครั้งหรือความถี่ในการวัดต่อหน่วยเวลา แต่สำหรับเครื่อง Shimadzu ที่ใช้ในในแลปของเรานั้นจะใช้วิธีกำหนด "width" ซึ่งเป็นความกว้างของพีค รายละเอียดหาอ่านได้ในคู่มือการใช้เครื่อง (ซึ่งต้องควรอ่านเอง ไม่ใช่ฟังต่อกันมาจากรุ่นพี่)

Precision

ความเที่ยงตรง (precision) ของเครื่องมือวัดเป็นตัวบอกให้ทราบถึง ความสามารถของเครื่องมือวัดในการวัดปริมาณใดปริมาณหนึ่งซ้ำหลาย ๆ ครั้งว่าได้ค่าใกล้เคียงกันหรือไม่ เครื่องมือที่มี precision สูงนั้น แม้ว่าจะทำการวัดผิดพลาดไปจากค่าที่เป็นจริง ก็ยังสามารถทำการปรับแต่งแก้ไขได้ เปรียบเทียบได้กับการยิงปืนแล้วได้กลุ่มกระสุนเกาะกลุ่มกันแต่ไม่เข้ากลางเป้า ก็สามารถทำการปรับแก้ได้โดยการเล็งเผื่อหรือตั้งศูนย์ปืนใหม่ (ถ้ายังนึกไม่ออกว่าการเล็งเผื่อหรือการปรับศูนย์คืออะไรก็ไม่เป็นไร ถึงเวลาที่เหมาะสมจะพาไปสอนที่สนามยิงปืนกรมการรักษาดินแดน (รด.) ไปให้ลองยิงเป้ากันเอง)

Accuracy

ความแม่นยำ (accuracy) ของเครื่องมือเป็นตัวบอกให้ทราบว่าค่าที่ได้จากการวัดใกล้เคียงกับค่าที่เป็น จริงมากน้อยเท่าใด เครื่องมือวัดที่ดีควรมีทั้งความแม่นยำและความเที่ยงตรงสูง เปรียบเทียบได้กับการยิงปืนซึ่งนอกจากกระสุนจะต้องเกาะกลุ่มกันแล้ว ควรจะต้องเข้ากลางเป้าหมายด้วย รูปที่ 2 เป็นตัวอย่างแสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างความเที่ยงตรงและความแม่นยำ


รูปที่ 2 ความแตกต่างระหว่างความแม่นยำและความเที่ยงตรงในกรณีของการยิงเป้า

Calibration curve

เส้นเทียบมาตรฐาน (calibration curve) เป็นผลที่ได้จากการทดลองเปรียบเทียบระหว่างสัญญาณมาตรฐานกับผลที่แสดงโดยเครื่องมือวัด ตัวอย่างเช่นในการทดสอบเครื่องชั่ง calibration curve ทำได้โดยการเขียนกราฟระหว่างน้ำหนักมาตรฐานที่ใช้ในการทดสอบกับค่าที่เครื่องชั่งแสดงผล เครื่องมือวัดที่ดีไม่ควรมีการเบี่ยงเบนไปมาก และถ้ามีการเบี่ยงเบนเกิดขึ้นแล้ว การเบี่ยงเบนนั้นควรจะคงที่ตลอดเวลา

Base line

เป็นผลทดลองที่ได้จากการทำ blank run ผลทดลองที่ได้จากการวิเคราะห์จะต้องนำมาหักลบกับค่าของ base line เพื่อให้ได้ค่าที่เกิดขึ้นเนื่องจากตัวอย่างโดยตรง ตัวอย่างเช่นในการวิเคราะห์การดูดกลืนแสงของสารตัวอย่างในสารละลาย เส้น base line คือเส้นที่เกิดจากการดูดกลืนของภาชนะที่ใส่สารตัวอย่างกับตัวทำละลาย เมื่อทำการทดลองกับสารละลาย จะต้องนำผลที่ได้มาหักล้างกับค่าที่เส้น base line นี้ เพื่อให้ออกมาเป็นค่าการดูดกลืนที่เกิดจากสารตัวอย่างเท่านั้น สิ่งที่พึงระลึกไว้เสมอคือ Base line ไม่จำเป็นต้องเป็นเส้นตรงหรืออยู่ในแนวนอนเสมอไป รูปร่างของ Base line จะขึ้นอยู่กับชนิดเครื่องวัดสัญญาณและปรากฏการณ์ที่วัด บางกรณีอาจเป็นเส้นโค้งหรือเป็นรูปคล้ายตัว S ก็ได้ (เช่นในกรณีของเครื่อง XPS - X-ray photoelectron spectroscopy)


รูปที่ 3 การหาสัญญาณที่แท้จริงที่อยู่บน base line

เครื่องวัดหลายชนิดนั้นผู้ผลิตจะทำให้เครื่องวัดส่งสัญญาณออกมาในระดับหนึ่ง แม้ว่าจะไม่มีการใส่ตัวอย่างเข้าไปเครื่องวัดก็ตาม สาเหตุที่ทำเช่นนี้ก็เพราะต้องการแยกแยะระหว่างกรณีที่ตัวตรวจวัด (detector) ทำงานปรกติ แต่ปริมาณสารที่ต้องการวัดเป็นศูนย์ กับกรณีที่ตัวตรวจวัดไม่ทำงาน เพราะถ้าหากไปตั้งให้เครื่องวัดไม่ส่งสัญญาณใด ๆ เวลาที่ไม่มีสารตัวอย่าง ถ้าหากเครื่องวัดเสียเราก็จะไม่สามารถรู้ได้ ตัวอย่างเช่นสัญญาณมาตรฐานในเครื่องมือวัดอุตสาหกรรมนั้นจะกำหนดให้เป็นช่วง 4-20 mA (ถ้าเป็นสัญญาณไฟฟ้า) หรือ 0.2-1.0 kg/cm2 หรือ 3-15 psi (ถ้าเป็นสัญญาณนิวเมติกส์) โดยให้ 4 mA เป็น 0% และ 20 mA เป็น 100% ของสเกลที่ใช้วัด (หรือให้ 4 mA เป็น 100% และ 20 mA เป็น 0% ก็ได้ ขึ้นกับทิศทางการวัดคุม และสัญญาณนิวเมติกส์ก็เป็นแบบเดียวกัน) เหตุผลที่ไม่ตั้งให้ 0 mA (หรือ 0.2 kg/cm2 หรือ 3 psi) ให้แสดงค่าสัญญาณเป็น 0% ของสเกลที่ใช้วัดก็เพื่อที่จะสามารถระบุได้ว่าเวลาที่อ่านค่าได้เป็น 0% นั้นเครื่องวัดยังทำงานปรกติอยู่ ไม่ได้เกิดปัญหาสายไฟขาด (หรือท่อนิวเมติกส์ขาด)

Sensitivity

ความว่องไว (sensitivity) เป็นตัวบอกให้ทราบถึงปริมาณการเปลี่ยนแปลงที่น้อยที่สุดที่เครื่องมือนั้นสามารถบอกได้ เครื่องมือวัดที่มีความว่องไวสูงจะสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงปริมาณน้อย ๆ ได้ ความว่องไวของเครื่องมือนอกจากจะขึ้นอยู่กับตัวเครื่องมือเองแล้ว ยังขึ้นอยู่กับการติดตั้งเครื่องมือนั้นด้วย เพราะเครื่องวัดที่มีความว่องไวสูงจะมีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวนมาก ในกรณีของเครื่องวัดที่หน้าจอแสดงผลเป็นตัวเลขนั้น อาจจะทำให้ไม่สามารถอ่านค่าที่วัดได้ เพราะตัวเลขจะเปลี่ยนไปมาตลอดเวลา (ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือผู้ที่ใช้พีเอชมิเตอร์ที่แสดงผลด้วยตัวเลข มักจะเห็นว่าทศนิยมตำแหน่งที่ 2 จะไม่นิ่ง) การอ่านค่าต้องอ่านค่าเฉลี่ยดูว่าตัวเลขมีการเปลี่ยนแปลงอยู่รอบ ๆ ค่าเท่าใด การหลีกเลี่ยงปัญหาเช่นนี้ในบางครั้งจะพบว่าการใช้จอแสดงผลที่เป็นเข็มชี้และหน้าปัดจะทำให้อ่านค่าได้ง่ายกว่า

Response

การตอบสนอง (response) บอกให้ทราบถึงความรวดเร็วในการแสดงค่าใหม่ของสัญญาณที่เครื่องมือวัดวัดได้ เครื่องมือวัดที่มีการตอบสนองช้าจะทำให้ต้องใช้เวลามากในการวิเคราะห์แต่ละครั้ง ตัวอย่างเช่นการใช้ thermocouple ในการวัดอุณหภูมิสารละลาย ถ้า thermocouple นี้สัมผัสกับสารละลายโดยตรงการตอบสนองจะรวดเร็ว แต่มีหลายกรณีที่ไม่สามารถให้ thermocouple สัมผัสกับสารละลายได้โดยตรง เนื่องจากสารละลายนั้นอาจกัดกร่อน thermocouple หรือตัว thermocouple เองไม่มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อการไหลของสารละลายในท่อได้ หรือเพื่อความสะดวก ในการตรวจซ่อม ในกรณีนี้จะทำการติดตั้ง thermocouple ไว้ใน thermowell (ท่อปลายปิดที่แหย่เข้าไปในระบบที่ต้องการวัดอุณหภูมิ) ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิของระบบเปลี่ยนไป อุณหภูมิของ thermowell จะต้องเปลี่ยนแปลงไปก่อนก่อนที่ thermocouple จะตรวจวัดได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ทำให้ความเร็วในการตอบสนองของ thermocouple ในการวัดอุณหภูมิของสารละลายตกลง


รูปที่ 4 เปรียบเทียบระหว่าง (ซ้าย) การตอบสนองที่ช้า และ (ขวา) การตอบสนองที่เร็ว

เกจวัดความดัน (pressure gauge) บางแบบนั้นจะมีการใส่กลีเซอรีนหรือน้ำมันเข้าไปในตัวเกจ (เวลาดูที่หน้าปัดจะเห็นว่ามีของเหลวบรรจุอยู่ภายในดังแสดงในรูปที่ 5) เกจพวกนี้ใช้ในการวัดความดันระบบที่ความดันมีการเปลี่ยนแปลงเต้นไปมาอย่างรวดเร็ว เช่นความดันทางด้านขาออกของปั๊มหรือเครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ ของเหลวที่ใส่เข้าไปนั้นจะไปหน่วงการเคลื่อนที่ของกลไกแสดงผลและเข็มชี้ เพราะถ้าปล่อยให้กลไกเหล่านี้เต้นไปมาตามความดันที่เปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วแล้วจะทำให้อุปกรณ์เกิดความเสียหายได้ และยังทำให้ไม่สามารถอ่านค่าได้เพราะจะเห็นเข็มเต้นไปมา


รูปที่ 5 เกจวัดความดันชนิดมีการเติมของเหลว

(ภาพจาก http://farm1.static.flickr.com/89/234562851_174a11add6.jpg?v=0g)

Resolution

ความสามารถในการแยก (resolution) บอกให้ทราบถึงความสามารถของเครื่องมือในการแยกสัญญาณสองสัญญาณที่ใกล้เคียงกันออกจากกัน ตัวอย่างเช่นในการวัดการดูดกลืนแสงที่ความถี่ต่าง ๆ ของสารตัวอย่าง ถ้ามีการดูดกลืนเกิดขึ้นที่แสงที่มีความถี่ใกล้ ๆ กัน เครื่องมือวัดที่มีความสามารถในการแยกไม่สูงพอจะบอกแต่เพียงว่ามีการดูดกลืนเกิดขึ้นที่แสงความถี่เดียว หรือในกรณีของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความสามารถในการแยกจะเป็นตัวกำหนดว่าวัตถุ 2 ชิ้นต้องว่างห่างกันอย่างน้อยเท่าใด กล้องจึงจะสามารถบอกได้ว่าเป็นวัตถุ 2 ชิ้น


รูปที่ 6 (ซ้าย) ความสามารถในการแยกสูงจะเห็นได้ว่ามี 2 พีค ส่วน (ขวา) ความสามารถในการแยกต่ำจะเห็นมีพีคเดียว

การระบุความแตกต่างของผลที่ได้จากการวัดจากเครื่องมือวิเคราะห์เช่น XRD (X-ray diffractometer) และ FT-IR (Fourier-transform infrared) ต้องดูก่อนว่าตั้งความถี่ของการวัดไว้เหมาะสมหรือไม่ เช่นในกรณีของ FT-IR ถ้ากำหนดให้วัดสัญญาณทีละ 4 cm-1 ก็ไม่ควรที่จะบอกว่าพีคที่เห็นตำแหน่งแตกต่างกันน้อยกว่า 8 cm-1 เป็นพีคคนละตัวกัน (เครื่องที่ใช้ในแลปดูเหมือนว่าจะให้กำหนดค่า resolution ก่อน เช่นถ้ากำหนดค่า resolution เป็น 4 cm-1 เครื่องจะทำการวัดสัญญาณทีละ 2 cm_1 การกำหนด resolution ไว้สูงมาก (แยกสัญญาณที่อยู่ใกล้ ๆ กันได้ดีมาก) ก็จะทำให้ต้องเสียเวลาวัดมากขึ้น และเจอกับสัญญาณรบกวน (noise) มากขึ้นตามไปด้วย) ถ้าเป็นเครื่อง XRD ก็จะมีการกำหนดว่าจะให้เปลี่ยนมุมวัดทีละกี่องศา (เช่นให้เปลี่ยนมุมวัดทีละ 0.05 องศา ก็จะระบุว่าเป็นคนละพีคได้ก็ต่อเมื่อมีความแตกต่างกันมากกว่า 1 องศา)

Noise

สัญญาณรบกวน (noise) เป็นสัญญาณที่ไม่ต้องการ เนื่องจากเป็นตัวทำให้ความแม่นยำ ความเที่ยงตรง และขอบเขตต่ำสุดของการวัดสูญเสียไป ขนาดของสัญญาณรบกวนมักจะมีขนาดไม่คงที่และไม่ขึ้นกับความเข้มของสัญญาณที่ต้องการวัด สัญญาณรบกวนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ chemical noise และ instrument noise

chemical noise เกิดจากการที่เราไม่สามารถควบคุมสภาวะต่าง ๆ ของตัวแปรที่ต้องการวัดได้ เช่นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดันซึ่งมีผลกระทบต่อสมดุลเคมีของระบบ การเปลี่ยนแปลงความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศซึ่งกระทบถึงความชื้นของตัวอย่าง สัญญาณรบกวนประเภทนี้ขึ้นอยู่กับการเตรียมตัวอย่างและการควบคุมสภาพแวดล้อมของการวิเคราะห์

instrument noise เป็นส่วนที่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดเอง ทั้งนี้อาจเนื่องจากโครงสร้างของอุปกรณ์วัดชนิดนั้นเองหรือการรบกวนจากภายนอก ตัวอย่างหนึ่งคือการรบกวนระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมการบินของเครื่องบินโดยสาร เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกมาจากอุปกรณ์อิเล็กโทรนิคที่ผู้โดยสารนำติดตัวขึ้นไปบนเครื่อง เช่น คอมพิวเตอร์ เกมส์อิเล็กโทรนิค อีกตัวอย่างที่เห็นได้ชัดได้แก่การรบกวนการทำงานของเครื่องรับโทรทัศน์และวิทยุ ในห้องที่มีการใช้คอมพิวเตอร์ ในบางครั้งการเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้กำลังไฟฟ้าสูง (เมื่อเปิด-ปิดแต่ละครั้งจะมีการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟในสายไฟฟ้ามาก) ก็จะส่งผลถึงการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ไฟฟ้าจากสายไฟเส้นเดียวกันได้ เพราะเวลาเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องใช้กระแสสูงจะทำให้เกิดกระแสไฟตก-กระชากเป็นช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะไวต่อการเปลี่ยนแปลงเช่นนี้

การลดสัญญาณรบกวนทำได้โดยการใช้ทั้ง hardware และ software เช่นการใช้วงจรกรองคลื่นความถี่ในย่านที่ไม่ต้องการออกไป การต่อสายดิน การหุ้มด้วยวัสดุบางชนิด หรือใช้โปรแกรมช่วยในการประมวลผลข้อมูล

Signal to noise ratio

Signal to noise ratio หรือ S/N ratio คืออัตราส่วนระหว่างความเข้มของสัญญาณที่ต้องการวัดต่อความเข้มของสัญญาณรบกวน ค่านี้เหมาะที่จะใช้ในการบ่งบอกคุณภาพของสัญญาณที่วัดมาได้ ถ้า signal to noise ratio สูง สัญญาณที่วัดมาก็จะมีคุณภาพสูงด้วย ในการพิจารณาดูว่าการเปลี่ยนแปลงที่เห็นนั้นเป็นสัญญาณรบกวนหรือเป็นการเปลี่ยนแปลงที่แท้จริง การเปลี่ยนแปลงนั้นควรต้องมีค่าอัตราส่วน S/N มากกว่า 2

Detection limit

ขอบเขตของการวัด (detection limit) เป็นดัชนีบอกว่าอุปกรณ์ตรวจวัดสามารถตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงที่มีปริมาณอยู่ในช่วงเท่าใด โดยทั่วไปมักจะหมายถึงปริมาณที่น้อยที่สุดและที่มากที่สุดที่เครื่องมือนั้นสามารถบอกได้ ค่าขอบเขตล่างจะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างขนาดของสัญญาณที่ต้องการวัดและของสัญญาณรบกวน ในขณะเดียวกันถ้าความแรงของสัญญาณมีมากเกินไป อุปกรณ์วัดบางชนิดจะเกิดการอิ่มตัว (saturate) ขึ้นได้ นั่นคือถึงแม้ว่าการเปลี่ยนแปลงมีปริมาณมากขึ้น เครื่องมือวัดนั้นก็ไม่สามารถบอกได้ว่าสัญญาณที่เข้ามามีปริมาณเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นเครื่องชั่งน้ำหนักที่ใช้กันในท้องตลาด ขอบเขตล่างของการวัดคือน้ำหนักที่น้อยที่สุดที่เราสามารถสังเกตุเห็นการเคลื่อนไหวของเข็มได้ เมื่อมีการเพิ่มน้ำหนักไปจนสปริงถูกกดติดกัน น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นอีกก็ไม่สามารถทำให้เข็มเคลื่อนที่อีกได้ นอกจากนี้การที่เครื่องมือวัดไม่สามารถตรวจพบการเปลื่ยนแปลงไม่ได้หมายความว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น แต่อาจเป็นไปได้ว่าการเปลี่ยนแปลงนั้นมีน้อยมากเกินกว่าที่เครื่อง มือที่ใช้อยู่สามารถตรวจวัดได้

Linearity

คือความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของตัวอย่างหรือค่าที่ต้องการวัดกับขนาดของสัญญาณที่เครื่องมือวัดแสดงว่ามีความสัมพันธ์เป็นเส้นตรงที่ดีหรือไม่ สิ่งที่เราคาดหวังคือเครื่องมือวัดควรมี linearity สูง (ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่วัดกับสัญญาณที่เครื่องแสดงเป็นเส้นตรงในช่วงที่กว้าง) เนื่องจากจะทำให้เกิดความสะดวกในการสร้าง calibration curve และการ interpolation และ extrapolation ข้อมูล ตัวอย่างปัญหาเรื่อง linearity กับ calibration curve ของเครื่อง GC ได้กล่าวไว้แล้วใน "MO Memoir 2551 Dec 9 Tue ลากให้ผ่านหรือไม่ให้ผ่าน"


รูปที่ 7 ความหมายของ linearlity แกนตั้งคือความแรงสัญญาณ แกนนอนคือปริมาณสาร รูปซ้ายแสดงลักษณะของ linearlity ที่ดี ส่วนรูปขวาแสดงสัญญาณที่มี linearlity ไม่ดีในช่วงแรก

Selectivity

ความสามารถในการเลือกวัด (Selectivity) ของเครื่องมือวัดชนิดหนึ่งหมายถึง ความสามารถของเครื่องมือในการวัดปริมาณที่ต้องการทราบค่า เมื่อเปรียบเทียบกับการรบกวนจากสารเจือปนที่อยู่ในสารตัวอย่าง เช่นในการใช้ pH meter วัดค่าความเป็นกรดเบสของสารละลาย electrode ที่ใช้ควรจะตอบสนองต่อปริมาณ H+ เท่านั้น ไม่ควรที่จะตอบสนองต่อไอออนอื่นในสารละลายด้วย (ซึ่งโดยทั่วไปหัววัดพีเอชมักเป็นอย่างนั้น ยกเว้นในช่วงความเข้มข้นของกรดหรือเบสที่สูงมาก)

ในการสอนสัมนานิสิตป.โทปี 2 เมื่อมีที่แล้ว (ปีการศึกษา 2550) มีนิสิตรายหนึ่งนำเสนอว่า ESR (Electron spin resonance) ใช้วัด defect ของผลึกได้ พอมีผู้ถามว่าเครื่องมันวัดได้อย่างไร นิสิตผู้นั้นก็ตอบว่าถ้ามี defect ก็จะมีสัญญาณ ESR ซึ่งคำตอบดังกล่าวแสดงให้เห็นว่านิสิตผู้นั้นไม่รู้เรี่องอะไรเกี่ยวกับเครื่องมือหรือผลการวัดที่ได้เลย มีคนบอกว่าผลเป็นอย่างไรก็เชื่อไปตามนั้น จริง ๆ แล้ว ESR วัดการมีอยู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ (unpaired electron) ส่วนการมีอยู่ของอิเล็กตรอนไม่มีคู่นั้นเป็นการบ่งบอกถึงการมีอยู่ของ defect หรือไม่นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง ซึ่งต้องกลับไปดูว่าสารตัวอย่างเป็นอะไรก่อน จริง ๆ แล้วถ้าถามต่อไปว่า defect คืออะไรเขาก็คงจะตอบไม่ได้เหมือนกัน

Destructive & Nondestructive

เป็นการแบ่งวิธีการวิเคราะห์โดยใช้สารตัวอย่าง การวิเคราะห์ชนิด destructive เป็นการวิเคราะห์ที่สารตัวอย่างจะถูกทำลาย เช่นการวิเคราะห์โดยวิธี Atomic absorption ซึ่งสารตัวอย่างจะต้องถูกเผาไฟ ส่วนการวิเคราะห์ชนิด nondestructive นั้นสารตัวอย่างไม่ถูกทำลายหลังจากวิเคราะห์ด้วยวิธีการประเภทนี้แล้วยังสามารถนำสารตัวอย่างไปใช้วิเคราะห์ด้วยวิธีการประเภทอื่นได้

ไม่มีความคิดเห็น: