เนื่องจากเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ (GC) เป็นเครื่องมือหลักตัวหนึ่งในการวิเคราะห์องค์ประกอบสารตัวอย่าง ที่ผ่านมานั้นมีอยู่บ่อยครั้งด้วยกันที่ผลการวิเคราะห์มีปัญหา ทำให้ต้องกลับไปเริ่มต้นทำการทดลองใหม่หมด สาเหตุหลักเป็นเพราะไม่ได้มีการบันทึกว่าในการวิเคราะห์นั้นพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อการวิเคราะห์นั้นมีค่าเท่าใด และเมื่อเปิดเครื่องแต่ละครั้งก็ไม่มีการตรวจสอบว่าค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ นั้นเหมือนกับที่เคยใช้มาหรือไม่ บันทึกฉบับนี้จึงขอรวบรวมข้อควรปฏิบัติบางประการ (ไม่ใช่ทั้งหมดนะ) ในการใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ ซึ่งจะช่วยลดปัญหาต่าง ๆ ในการวิเคราะห์ผลได้
๑. วัดอัตราการไหลของ carrier gas
อัตราการไหลของ carrier gas มีส่วนในการกำหนดตำแหน่งเวลาที่สารตัวอย่างจะหลุดพ้นคอลัมน์ออกมา (อีกพารามิเตอร์หนึ่งที่เป็นตัวกำหนดคืออุณหภูมิ) ถ้า carrier gas ไหลเร็ว สารตัวอย่างก็จะออกมาเร็วและได้พีคที่แคบ ถ้า carrier gas ไหลช้า สารตัวอย่างก็จะออกมาช้าและได้พีคที่กว้างกว่า
การวัดอัตราการไหลของแก๊สที่ถูกต้องต้องวัดทางด้านขาออกของคอลัมน์ ในเครื่อง GC บางชนิดนั้นจะมี rotametre เป็นลูกลอยวัดอัตราการไหลของแก๊สก่อนเข้าคอลัมน์ หรือไม่ก็มีเกจย์วัดความดันด้านขาเข้าของคอลัมน์ แต่การตั้งตำแหน่งลูกลอยหรือความดันด้านขาเข้าให้เหมือนกันทุกครั้งที่ทำการวิเคราะห์ ก็ไม่ได้หมายความว่าแก๊สจะไหลผ่านคอลัมน์ด้วยอัตราการไหลเดียวกันทุกครั้ง เพราะเมื่อใช้งานคอลัมน์ (โดยเฉพาะ packed column) ไปเรื่อย ๆ บรรดาสารที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์อาจเกิดการอัดตัวแน่นกันมากขึ้น ทำให้ความต้านทานการไหลของแก๊สสูงขึ้น ดังนั้นถ้าตั้งความดันไว้เท่าเดิม เมื่อความต้านทานมากขึ้นก็จะทำให้อัตราการไหลของแก๊สลดลง หรือถ้าตั้งตำแหน่งลูกลอยไว้ที่เดิม เมื่อความต้านทานมากขึ้นก็จะทำให้อัตราการไหลของแก๊สที่ผ่านคอลัมน์มากขึ้น ทั้งนี้เป็นเพราะตำแหน่งของลูกลอยจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของแก๊ส (ในกรณีของแก๊สเมื่อความดันมากขึ้นความหนาแน่นก็จะมากขึ้นด้วย) และความเร็วที่ไหลผ่าน พอคอลัมน์มีความต้านทานสูงก็จะทำให้ความดันด้านขาเข้าสูงตามไปด้วย
ถ้าเป็น GC ที่ติดตั้ง detector ชนิด TCD จำเป็นที่เราจะต้องวัดอัตราการไหลของแก๊สที่ผ่านที่ไหลผ่านคอลัมน์อ้างอิง (reference column) เอาไว้ด้วย เพราะสัญญาณของ TCD จะขึ้นอยู่กับผลต่างระหว่างคอลัมน์วิเคราะห์และคอลัมน์อ้างอิง นอกจากนี้เมื่อทำการวิเคราะห์โดยใช้คอลัมน์ใดเป็นคอลัมน์อ้างอิง ก็ควรต้องใช้คอลัมน์นั้นเป็นคอลัมน์อ้างอิงทุกครั้งที่ทำการทดลอง เพราะถ้าเราเปลี่ยนตัวคอลัมน์อ้างอิง (ไม่ว่าจะเป็นความยาวหรือชนิดของสารที่บรรจุหรือเปลี่ยนตัวคอลัมน์เลย) แม้ว่าเราจะตั้งอัตราการไหลของแก๊สให้เท่ากัน แต่สัญญาณที่ได้รับนั้นก็จะไม่เหมือนกัน เพราะเมื่อเราใช้คอลัมน์อ้างอิงต่างคอลัมน์กัน (แม้ว่าจะใช้คอลัมน์วิเคราะห์เป็นคอลัมน์เดิมก็ตาม) แก๊สที่ไหลผ่านคอลัมน์อ้างอิงจะร้อนไม่เท่ากัน ทำให้ได้สัญญาณแตกต่างกันแม้ว่าจะฉีดสารตัวอย่างในปริมาณเท่ากันก็ตาม
๒. วัด split ratio
ในกรณีของ capillary column นั้น มีเพียงส่วนน้อยของ carrier gas ที่ป้อนเข้าเครื่องที่ไหลผ่านตัวคอลัมน์ แก๊สตัวอย่างส่วนใหญ่จะถูกระบายทิ้งออกไป อัตราส่วนระหว่างปริมาณแก๊สที่ระบายทิ้งไปต่อปริมาณแก๊สที่ไหลเข้าคอลัมน์เรียกว่า "split ratio" (อาจอยู่ในระดับ 100:1 ก็ได้) ที่ค่า split ratio สูง ปริมาณตัวอย่างที่ไหลเข้าคอลัมน์จะน้อยกว่าที่ค่า split ratio ที่ต่ำกว่า ดังนั้นแม้ว่าฉีดสารตัวอย่างในปริมาณเท่ากัน แต่ใช้ค่า split ratio ที่แตกต่างกันก็จะทำให้ได้ความแรงของสัญญาณที่แตกต่างกันได้
การที่ต้องมีการระบายตัวอย่างทิ้งไปเป็นจำนวนมากนั้นเป็นเพราะ capillary column มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางคอลัมน์ที่เล็กมาก ไม่สามารถรองรับอัตราการไหลของแก๊สในปริมาณมากได้ เคยมีกรณีที่ค่า split ratio เปลี่ยนไป ทำให้ผลการวัดที่ได้ (ความแรงของสัญญาณไม่เหมือนเดิม) นิสิตก็นึกว่าเครื่องเสียก็เลยโทรตามให้ช่างมาตรวจ แต่ช่างพบว่าเครื่องไม่ได้เสียสักหน่อยเพียงแต่ผู้ใช้ไม่รู้ว่าวิธีการใช้เครื่องที่ถูกต้องเป็นอย่างไร (ไม่มีใครรู้ว่าปุ่มเล็ก ๆ ที่มีรูท่อแก๊สโผล่ออกมานั้นมีไว้ทำอะไร รู้แต่ว่าอย่าไปยุ่งหรือไปปรับกับมัน แต่คนที่ไม่รู้ว่าไม่ควรไปยุ่งก็มีอยู่เยอะเหมือนกัน) งานนี้ก็เรียกว่าหน้าแตกกันเป็นแถว
๓. วัดความแรงของสัญญาณและเวลาที่สารตัวอย่างออกจากเครื่อง
ผมมักจะบอกเสมอว่าเมื่อเปิดเครื่อง GC แล้ว ก่อนที่จะทำการวิเคราะห์ตัวอย่าง ควรที่จะทำการทดลองฉีดสารตัวอย่างมาตรฐาน (ที่ทราบปริมาณที่แน่นอน) เข้าไปในเครื่องก่อน แล้วตรวจสอบว่าความแรงและตำแหน่งของพีคที่วัดได้นั้นเหมือนกับการทดลองก่อนหน้าที่ผ่านมาหรือไม่ ถ้าพบว่าแตกต่างกันก็แสดงว่าภาวะการทำงานของเครื่องในขณะนี้แตกต่างจากที่เคยใช้มาหรือที่ใช้ตอนสร้าง calibration curve ดังนั้นผลการทดลองจะเปรียบเทียบกันไม่ได้ถ้าหากว่าตัวตรวจวัดนั้นมีความว่องไวที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่นตอนที่เราทำ calibration curve นั้น เราทำการฉีดเอทานอล (เอทานอลยกมาเป็นตัวอย่างเท่านั้น ไม่ได้หมายความว่าต้องฉีดเอทานอลเสมอ การฉีดสารอะไรนั้นขึ้นกับงานที่แต่ละคนทำและคอลัมน์ที่ใช้ สำหรับคนที่วิเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนก็อาจฉีดสารพวกเฮกเซนหรือเบนซีน ฯลฯ ก็ได้) ปริมาตร 1 ไมโครลิตรแล้วบันทึกพื้นที่พีกได้ 1,000,000 ดังนั้นครั้งต่อไปเมื่อเปิดเครื่อง GC เพื่อทำการวิเคราะห์ ก็ควรที่จะทำการฉีดเอทานอล 1 ไมโครลิตรก่อน แล้วดูว่าได้พื้นที่พีกออกมาเป็น 1,000,000 หรือไม่ ถ้าได้ค่าที่แตกต่างไปจากนี้แสดงว่าภาวะการทำงานของเครื่องในขณะนี้แตกต่างไปจากภาวะตอนที่สร้าง calibration curve ดังนั้นจึงจำเป็นที่ต้องปรับพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของเครื่องเพื่อให้ได้ผลการทดสอบที่เหมือนกันก่อน จึงจะสามารถนำ calibration curve ที่ได้ทำไว้ก่อนหน้ามาใช้คำนวณหาปริมาณตัวอย่างในการวิเคราะห์ครั้งนี้ได้ ถ้ายังไม่สามารถปรับความแรงของสัญญาณให้เท่ากันได้ ก็ไม่ควรที่จะฉีดสารตัวอย่างเข้าไป เพราะผลที่ได้มานั้นไม่สามารถที่เอามาใช้อะไรได้
เวลามีนิสิตมาปรึกษาปัญหาความแรงของสัญญาณที่วัดได้นั้นแตกต่างไปจากที่เคยวัดได้ก่อนหน้า ผมมักจะถามก่อนว่าปิดเครื่อง GC ไปแล้วหรือยัง ถ้าคำตอบคือปิดเครื่องไปแล้วก็ทำอะไรไม่ได้ นอกจากกลับไปเริ่มต้นทำการทดลองใหม่หมด แต่ถ้ายังไม่ปิดเครื่องเราอาจยังพอแก้ปัญหาได้ โดยการนำเอาสารมาตรฐานฉีดเข้าไปแล้วดูว่าสัญญาณที่ได้นั้นแตกต่างไปจากที่ควรจะเป็นเป็นปริมาณเท่าใด และนำความแตกต่างนั้นมาปรับแก้ข้อมูลการวิเคราะห์ที่ได้มาโดยไม่ต้องกลับไปเริ่มต้นทำการทดลองใหม่หมด
๔. Regenerate คอลัมน์บ้าง
บางครั้งตัวอย่างที่เราฉีดเข้าไปในคอลัมน์ก็ออกมาจากคอลัมน์ไม่หมด เช่นเราต้องการวิเคราะห์ปริมาณ O2 N2 และ CO2 แต่ตัวอย่างของเรานั้นมีไอน้ำปนอยู่ด้วย แต่เนื่องจากอุณหภูมิคอลัมน์ที่ใช้นั้นต่ำกว่าจุดเดือดของนั้น ดังนั้นเมื่อฉีดตัวอย่างเข้าไปในคอลัมน์แต่ละครั้งก็จะมีน้ำเข้าไปสะสมอยู่ในคอลัมน์ เมื่อมีน้ำสะสมอยู่มากก็จะทำให้คอลัมน์ทำงานไม่ได้และ/หรือไม่สามารถปรับระดับ base line ได้ การแก้ปัญหาทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้แก่คอลัมน์เพื่อไล่น้ำออกมา แล้วรอจนกว่าระดับ base line จะกลับคืนเดิม ซึ่งอาจใช้เวลาหลายวันก็ได้ หรือในคอลัมน์ที่ใช้วิเคราะห์สารอินทรีย์นั้นบ่อยครั้งที่พบว่ามีสารอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูงตกค้างอยู่ในคอลัมน์ เมื่อใช้ไปนาน ๆ ก็จะมีสัญญาณ back ground ออกมา
ดังนั้นเพื่อที่จะไม่ต้องรอจนปัญหาดังกล่าวสะสมจนคอลัมน์ทำงานไม่ได้ ในระหว่างผู้ใช้งานร่วมกันจึงอาจมีการตกลงกันระหว่างผู้ใช้คนที่หนึ่งและผู้ใช้คนที่สองว่า เมื่อผู้ใช้คนที่หนึ่งใช้งานเสร็จแล้วจะเปิดเครื่องทิ้งเอาไว้ให้ (เช่นเปิดทิ้งไว้ข้ามคืน โดยต้องตั้งอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงพอด้วยนะ) เพื่อเป็นการ regenerate คอลัมน์ให้ พอผู้ใช้คนที่สองมารับช่วงต่อก็ทำเพียงแค่ปรับภาวะเครื่องให้อยู่ในภาวะที่ต้องการ
ในการ regenerate คอลัมน์นั้นจะต้องระวังไม่ใช้อุณหภูมิที่สูงเกินกว่าอุณหภูมิที่คอลัมน์จะทนได้ หรือถ้าใช้ GC ที่ติดตั้ง TCD นั้นจะต้องตรวจสอบก่อนด้วยว่าอุณหภูมินั้นจะต้องไม่สูงกว่าอุณหภูมิที่คอลัมน์อ้างอิงนั้นทนได้ และควรตั้งอุณหภูมิของ detector เอาไว้ไม่ให้ต่ำกว่าอุณหภูมิการ regenerate เพื่อป้องกันไม่ให้สารที่หลุดออกมาจากคอลัมน์เกิดการควบแน่นที่คอลัมน์ (ถ้าเป็น TCD ก็สามารถปิดกระแสได้ ส่วน FID ก็จุดไฟติดไว้หรือจะปิดก็ได้)
ในกรณีที่อุณหภูมิที่ทำการ regenerate นั้นสูงกว่าอุณหภูมิที่ใช้ทำ conditioning คอลัมน์ (แล้วจะเล่าให้ฟังอีกทีว่าการทำ conditioning คอลัมน์คืออะไร) ก็จะพบว่ามีสารหลุดออกมาจากคอลัมน์ แต่สารที่หลุดออกมานั้นไม่ใช่สารตัวอย่างที่ตกค้างอยู่ในคอลัมน์ แต่เป็น stationary phase หรือตัวทำละลายที่ใช้ในการเตรียม stationary phase ที่บรรจุไว้ในคอลัมน์
๕. บันทึกข้อมูลดิบของโครมาโทแกรมเก็บเอาไว้
ในกรณีที่เราสามารถบันทึกข้อมูลดิบ (เวลากับความแรงของสัญญาณ) ของโครมาโทแกรมเก็บเอาไว้ได้ ก็ควรที่จะทำการบันทึกเอาไว้ทุกครั้ง เพราะถ้าเราคิดว่าเครื่องอินทิเกรเตอร์ใช้วิธีไม่เหมาะสมในการแบ่งพีคหรือลากเส้น base line เราก็สามารถนำเอาข้อมูลดิบที่เก็บเอาไว้นั้นมาคำนวณใหม่ได้ ทำให้ไม่ต้องเสียเวลากลับไปเริ่มต้นทำการทดลองใหม่อีก ข้อมูลดิบนั้นควรเก็บเอาไว้จนกว่าจะจบการศึกษา จากนั้นคุณจะเก็บเอาไว้เป็นระลึกหรือจะลบทิ้งก็แล้วแต่
เคยมีกรณีที่นิสิตผู้ทำการทดลองนั้นทำการบันทึกข้อมูลดิบเอาไว้เป็นประจำ แต่พอเห็นว่าการคำนวณพื้นที่พีค นั้นไม่มีปัญหาอะไรก็เลยเลิกทำการบันทึก จนกระทั่งถึงวันหนึ่งมีปัญหาเรื่องการวิเคราะห์ผล พอเอาโครมาโทแกรมมาดูก็พบว่ามีปัญหา ผมขอดูข้อมูลดิบเพื่อที่จะทำการแก้ไขก็ได้รับคำตอบว่าไม่ได้บันทึกเอาไว้เพราะที่ผ่านมาเห็นว่าบันทึกเอาไว้ก็ไม่ได้ใช้อะไร งานนี้ก็เลยต้องกลับไปทำการทดลองซ้ำใหม่หมดอีก
สัปดาห์นี้จะมีการเปิดซองซื้อ GC ใหม่อีก ๒ เครื่องที่ติดตั้งตัวตรวจวัดที่ "ไม่ใช่" ทั้ง FID หรือ TCD เพื่อเอามาใช้ในงานวิจัย DeNOx ดังนั้นผู้ที่กำลังทำวิจัยเรื่องนี้อยู่หรือจะต้องรับช่วงงานต่อไป ขอให้เตรียมตัวศึกษาการทำงานของตัวตรวจวัดชนิดใหม่ด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น