เรื่องที่จะเล่าต่อไปเกิดขึ้นเมื่อเกือบ ๓ ปีที่แล้ว (ต้นปีพ.ศ. ๒๕๕๐) เป็นปัญหาที่ประสบเป็นครั้งที่สองหลังจากที่เคยประสบปัญหานี้ครั้งแรกเมื่อกว่า ๑๐ ปีที่แล้ว แต่ตอนนั้นก็ไม่ได้คิดจะบันทึกอะไรไว้ ตอนนี้นึกขึ้นมาได้ก็เลยรีบบันทึกเอาไว้ก่อนที่ chromatogram ต้นฉบับ (ตัวที่เป็นปัญหา) จะเสื่อมสภาพจนไม่สามารถอ่านอะไรได้อีก (เพราะมันบันทึกอยู่บน thermal paper)
ในการศึกษาปฏิกิริยาการออกซิไดซ์บางส่วน (partial oxidation reaction) ของสารอินทรีย์นั้น สิ่งที่เราต้องการคือการหยุดปฏิกิริยาการออกซิไดซ์เอาไว้เมื่อเกิดผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ โดยเราไม่ต้องการให้สารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นถูกออกซิไดซ์ต่อไปจนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในการทำการทดลองนั้นมีการใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ ๒ เครื่องด้วยกัน โดยเครื่องแรกเป็นเครื่องที่ติดตั้งตัวตรวจวัดชนิด FID (Flame ionisation detector ซึ่งต่อไปขอเรียกว่า GC-FID) ที่ใช้สำหรับวัดปริมาณสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เป็นสารอินทรีย์ ส่วนเครื่องที่สองติดตั้งตัวตรวจวัดชนิด TCD (Thermal conductivity detector ซึ่งต่อไปขอเรียกว่า GC-TCD ) เพื่อใช้วัดปริมาณ CO2 ที่เกิดจากการออกซิไดซ์ที่รุนแรงเกินไป
วันหนึ่ง "ยีราฟ" (นามแฝงของนิสิตผู้ที่ทำการทดลอง ผู้รักสุนัขเป็นชีวิตจิตใจ) มาปรึกษาผมเกี่ยวกับผลการทดลองที่เขาทำการทำลองซ้ำ (โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีองค์ประกอบเดิม) คือเขาได้ทำการทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อดูเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาและความถูกต้องของผลการทดลอง สิ่งที่ทำให้ยีราฟต้องประหลาดใจคือผลการวิเคราะห์องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ที่เขาได้รับ
กล่าวคือผลการวิเคราะห์ที่ได้จากเครื่อง GC-FID นั้นพบว่าเขาสามารถทำซ้ำผลการทดลองได้เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวเดิมและทำการทดลองในภาวะเดียวกัน (ได้ปริมาณผลิตภัณฑ์และค่าการเลือกเกิดเท่าเดิม) แต่ผลการวิเคราะห์ปริมาณ CO2 ที่ได้จากเครื่อง GC-TCD นั้นพบว่าไม่สามารถทำซ้ำได้ กล่าวคือในบางการทดลองตรวจพบ CO2 อย่างเห็นได้ชัด แต่ในบางการทดลองนั้นตรวจพบในปริมาณน้อยมาก หรือบางครั้งก็ตรวจไม่พบเลย ซึ่งเขาหาคำอธิบายไม่ได้ถ้าหากต้องการอธิบายว่าผลการวิเคราะห์ดังกล่าวมีสาเหตุจากพฤติกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้เขามาปรึกษาผม (เหตุผลที่เขามาปรึกษาผมก็เพราะผมเป็นที่ปรึกษาของเขานี่)
โดยปรกติแล้วถ้ามีผู้มาปรึกษาเรื่องผลการวิเคราะห์มีปัญหา สิ่งที่ผมมักจะขอดูเป็นอย่างแรกคือข้อมูลดิบที่ได้มาจากการวัด (พวกกราฟการเปลี่ยนแปลงสัญญาณต่าง ๆ)
ในการวิเคราะห์ปัญหานั้น ผมตั้งสมมุติฐานไว้ก่อนว่าปัญหาน่าจะเกิดจากการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง GC-TCD มากกว่าที่จะเกิดจากตัวเร่งปฏิกิริยา เพราะถ้าปัญหาดังกล่าวเกิดจากตัวเร่งปฏิกิริยาแล้ว ผลการวิเคราะห์ที่ได้จากเครื่อง GC-FID ก็ไม่ควรที่จะทำซ้ำได้เหมือนเดิม แต่ควรเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย หลังจากที่ได้สอบถามการปรับตั้งการทำงานของเครื่อง GC-TCD แล้ว (ผมต้องมั่นใจก่อนว่าในการวิเคราะห์แต่ละครั้ง ตั้งภาวะการทำงานของเครื่องไว้เหมือนกัน) ผมจึงขอตรวจสอบ chromatogram ที่ได้จากการวิเคราะห์ของการทดลองต่าง ๆ มาเปรียบเทียบกัน
จากการตรวจสอบตำแหน่ง (เวลาที่ปรากฏ) และความแรงของสัญญาณ (พื้นที่ใต้กราฟและความสูง) ขององค์ประกอบอ้างอิงที่อยู่ในแก๊สตัวอย่างทำให้เชื่อได้ว่ายีราฟได้ตั้งภาวะการทำงานของเครื่อง GC-TCD แต่ละครั้งเหมือนกัน เลยต้องไปตรวจสอบรายละเอียดของเส้นกราฟ chromatogram แล้วก็พบตัวการทำให้เกิดปัญหาที่ได้วงกลมแดงเอาไว้ในรูปที่ 1 และ 2
รูปที่ 1 Chromatogram ที่มีระดับ base line ของสัญญาณจาก detector อยู่ต่ำกว่า base line ของกราฟที่แสดง (เสาร์ ๑๓ มกราคม ๒๕๕๐)
รูปที่ 2 Chromatogram ที่มีระดับ base line ของสัญญาณจาก detector อยู่ต่ำกว่า base line ของกราฟที่แสดง (พุธ ๑๘ มกราคม ๒๕๕๐)
รูป chromatogram ด้านซ้ายที่นำมาแสดงนั้นเป็นภาพขยายของตัวจริงประมาณ ๒ เท่า และรูปด้านขวาก็เป็นภาพขยายของบริเวณที่เป็นจุดสังเกตให้เห็นว่าปัญหาเกิดจากอะไร เมื่อวานนี้ (วันพฤหัสบดีที่ ๒๖ พย) ผมได้ทดลองเอา chromatogram ทั้ง ๓ รูปดังกล่าวมาให้นิสิตปริญญาเอกสองคนลองมองหาความแตกต่าง ปรากฏว่าเขาหาไม่เจอ ทั้งนี้คงเป็นเพราะว่าเรื่องนี้ไม่เคยมีกล่าวเอาไว้ในตำราหรือคู่มือการใช้เครื่อง GC ใด ๆ
ปัญหาดังกล่าวเกิดขึ้นจากการปรับความสัมพันธ์ระหว่างความกว้างของสัญญาณที่ส่งออกมาจากเครื่อง GC และความกว้างของสัญญาณที่เครื่องอินทิเกรเตอร์ (integrator) รับได้นั้นไม่เหมาะสม
สัญญาณไฟฟ้าที่ตัวตรวจวัดส่งออกมานั้นมีได้ทั้งความต่างศักย์เป็นบวก (+) และเป็นลบ (-) ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่วัด ตัวตรวจวัดที่เลือกใช้ ฯลฯ ดังนั้นในตอนเปิดเครื่องเราจึงมักจะพยายามปรับตั้งสัญญาณที่ออกมาจากตัวตรวจวัดให้อยู่ประมาณ 0.0 V ก่อน (คือการตั้งตำแหน่ง base line นั่นแหละ) ซึ่งจะทำให้เรามองเห็นการเปลี่ยนแปลงทั้งทางบวกและทางลบ ทีนี้สมมุติว่าเราตั้งตำแหน่ง base line ไว้ที่ 0.1 V และคาดหวังว่าเมื่อมีสารตัวอย่างเคลื่อนที่มาถึงตัวตรวจวัด ตัวตรวจวัดจะส่งสัญญาณออกมามากกว่า 0.1 V ก็จะเห็นเป็นพีคเกิดขึ้น ทีนี้ถ้าเราตั้งเครื่องอินทิเกรเตอร์ให้รับสัญญาณได้ตั้งแต่ 0.0 V ขึ้นไป ดังนั้นในขณะที่ยังไม่มีการฉีดสารตัวอย่าง เครื่องอินทิเกรเตอร์ก็จะมองเห็นสัญญาณ 0.1 V เป็น base line และเมื่อมีสารตัวอย่างผ่านไปถึงตัวตรวจวัด เครื่องอินทิเกรเตอร์ก็จะมองเห็นสัญญาณที่สูงกว่า 0.1 V นั้นได้
ทีนี้ถ้าเราไปปรับตั้งสัญญาณ base line ของเครื่อง GC ไว้ที่ -0.2 V แต่ยังคงตั้งเครื่องอินทิเกรเตอร์ให้รับสัญญาณได้ตั้งแต่ 0.0 V ขึ้นไป เครื่องอินทิเกรเตอร์จะมองเห็นสัญญาณใด ๆ ที่อยู่ในช่วง -0.2 V ถึง 0.0 V เป็นสัญญาณ 0.0 V ค่าเดียวกันหมด ถ้ามีสารตัวอย่างในปริมาณที่น้อย เช่นทำให้สัญญาณที่ออกมาจากตัวตรวจวัดของเครื่อง GC เปลี่ยนแปลงจาก -0.2 V เป็น -0.05 V เครื่องอินทิเกรเตอร์ก็จะเห็นสัญญาณดังกล่าวมีค่าเป็น 0.0 V หรือมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ และก็จะรายงานผลว่าตรวจไม่พบสารประกอบใด ๆ (ดังเช่นกรณีที่แสดงในรูปที่ 1) แต่ถ้ามีปริมาณสารตัวอย่างมากขึ้น เช่นทำให้สัญญาณที่ออกมาจากตัวตรวจวัดของเครื่อง GC เปลี่ยนแปลงจาก -0.2 V เป็น 0.3 V (มีการเปลี่ยนแปลงเป็นปริมาณ 0.5 V) เครื่องอินทิเกรเตอร์จะเห็นสัญญาณเฉพาะส่วนที่มีค่ามากเกินกว่า 0.0 V เท่ากัน กล่าวคือจะเห็นสัญญาณในช่วงเฉพาะ 0.0 V ถึง 0.3 V หรือเห็นการเปลี่ยนแปลงเพียงแค่ 0.3 V เท่านั้น หรือเห็นการเปลี่ยนแปลงเพียง 60% ของการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด (ดังเช่นกรณีที่แสดงในรูปที่ 2)
แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่า chromatogram ที่ได้มานั้นมีปัญหาเรื่องการปรับความสัมพันธ์ระหว่างความกว้างของสัญญาณที่ส่งออกมาจากเครื่อง GC และความกว้างของสัญญาณที่เครื่องอินทิเกรเตอร์ (integrator) รับได้นั้นไม่เหมาะสม
โดยปรกติแล้วสัญญาณพีคที่ออกมาอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาแรก ๆ นั้นจะมีลักษณะที่แคบในขณะที่พีคที่ออกมาในช่วงเวลาที่ช้าลงไปจะกว้างขึ้นเรื่อย ๆ พีคที่จะบ่งให้ทราบว่ามีปัญหาดังกล่าวเกิดขึ้นหรือไม่ก็คือพีคที่ออกมาในช่วงเวลาแรกนี้
ลักษณะของพีคที่ปรากฏในช่วงเวลาแรก ๆ จะมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนเรียกได้ว่าเกือบตั้งฉากกับ base line ไปจนถึงตำแหน่งสูงสุด จากนั้นก็จะตกกลับลงมาหา base line ใหม่โดยจะตกกลับอย่างรวดเร็วในช่วงแรกและจะค่อย ๆ ช้าลงเมื่อเข้าใกล้ base line (เป็นเพราะสารตัวอย่างที่ไหลตามหลังกลุ่มก้อนใหญ่นั้นค่อย ๆ หายไป) ลักษณะเช่นนี้จะทำให้เห็นด้านขาลงของพีคนั้นมีลักษณะโค้งเว้าเข้าหาแนว base line เดิม (ดูที่ปลายลูกศรทึบในรูปที่ 3 ประกอบ) แต่ถ้ามีปัญหาเรื่องเรื่องการปรับความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณที่ GC ส่งออกมาและสัญญาณที่อินทิเกรเตอร์รับได้ดังที่ได้กล่าวมาข้างต้นนั้น เราจะเห็นเส้นสัญญาณด้านขาลงของพีคตัดกับ base line เป็นมุมแหลม (ไม่โค้งมน) ดังที่ชี้ให้เห็นด้วยลูกศรทึบในรูปที่ 1 และ 2
รูปที่ 3 Chromatogram ที่มีระดับเส้น base line ของสัญญาณจาก detector อยู่ระดับเดียวกันกับ base line ของกราฟที่แสดง (อังคาร ๑๙ ธันวาคม ๒๕๔๙)
จะว่าแล้วในขณะที่ทำการวิเคราะห์อยู่นั้น ก็ได้มีเหตุการณ์บางอย่างแสดงให้เห็นแล้วว่าอุปกรณ์มีปัญหาเกี่ยวกับ base line กล่าวคือ chromatogram ที่ได้มานั้นมีการเปลี่ยนระดับ base line กระทันหันดังเช่นตัวอย่างที่แสดงไว้ในรูปที่ 4 ในรูปที่ 4 จะเห็นว่าระดับ base line ก่อนเกิดพีคและหลังเกิดพีคนั้นเป็นคนละระดับกัน (แนวเส้นประสีน้ำเงิน) เป็นการเปลี่ยนแปลงระดับที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งดูได้จากถ้าลากเส้นเชื่อม base line ทั้งสองส่วนแล้วจะไม่เป็นเส้นที่เปลี่ยนแปลงอย่างราบเรียบ ลักษณะเช่นนี้แตกต่างไปจากลักษณะของ base line drift ซึ่ง base line อาจจะลาดลงหรือเอียงขึ้น แต่เมื่อลากเส้นเชื่อมต่อระหว่างส่วนที่อยู่หน้าพีคและส่วนที่อยู่หลังพีคแล้วจะเห็นเป็นเส้นต่อเนื่องที่ราบเรียบ
ผมมักจะสอนย้ำอยู่เสมอว่า ก่อนที่จะอ่านตัวเลขใด ๆ (ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่พีคหรือความสูงของพีค) ที่เครื่องอินทิเกรเตอร์คำนวณได้ ให้ตรวจสอบลักษณะของ chromatogram และการลาก base line หรือของแต่ละพีคก่อน ถ้าเห็นว่าสิ่งต่าง ๆ เล่านี้ถูกต้องแล้วก็จึงค่อยอ่านตัวเลขพื้นที่หรือความสูงของพีค แต่มักจะพบว่าผู้ใช้ GC จำนวนไม่น้อยไม่สนใจที่จะศึกษาการใช้งานเครื่อง GC (ประเภทให้เหตุผลว่า "ไม่ได้ทำวิทยานิพนธ์เรื่อง GC" ซึ่งก็เคยประสบมากับตัวเอง) คิดแต่เพียงว่าเพียงแค่ฉีดสารเข้าไปแล้วรออ่านตัวเลขที่ได้เท่านั้นก็พอ และที่สำคัญคือผู้ที่รอฟังผลก็มักจะสนใจอย่างเดียวว่าผลการทดลองที่มีผู้นำมาเสนอให้นั้นมันดูดีหรือเปล่า สามารถตั้งทฤษฎีใหม่ ๆ ขึ้นมาอธิบายได้หรือเปล่า หรือเข้ากับทฤษฎีที่ได้ตั้งเอาไว้แล้วหรือเปล่า โดยไม่ได้คิดที่จะตรวจสอบเลยว่าตัวเลขที่ได้มานั้นมันน่าเชื่อถือเพียงใด คิดแต่เพียงว่าถ้าผลการทดลองออกมาดูดีก็จะได้เสร็จงานโดยเร็ว
ในความเห็นส่วนตัวของผมเองนั้นยิ่งผลการทดลองออกมาดี ยิ่งต้องทำการตรวจสอบอย่างรอบคอบ ไม่ว่าจะเป็นการทดลองทำซ้ำหรือตรวจสอบอุปกรณ์วัดผลต่าง ๆ ว่าทำงานได้ถูกต้อง
หมายเหตุ
Chromatogram ที่แสดงได้มาจากการทดลองของ "ยีราฟ" ทั้งหมด โดยใช้เครื่อง GC Shimadzu 8A และอินทิเกรเตอร์ CR-8 วันที่ทำการทดลองปรากฏอยู่ใน chromatogram ต่าง ๆ ที่แสดงเอาไว้แล้ว
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น