จากการประชุมในช่วงบ่ายวันพฤหัสบดีที่ ๗ มกราคม ๒๕๕๓ ณ ห้องสมุดของแลป ผมขอสรุปประเด็นหัวข้อต่าง ๆ เอาไว้ดังนี้
๑. การคำนวณขนาดของผลึกโดยใช้ Scherrer's equation
จากสมการ (Scherrer's equation)
๑.๑ สิ่งที่ต้องไปทำคือทำความเข้าใจความหมายของ Scherrer's equation ว่า ค่า d ที่คำนวณได้นั้นคือ "ความหนาของระนาบใดระนาบหนึ่งที่ทำให้เกิดพีคเอ็กซ์เรย์พีคนั้น" หรือ "ขนาดของผลึก"
๑.๒ ค่า Shape factor (K) ที่ควรจะต้องขึ้นอยู่กับรูปร่างของผลึก ค่าที่ใช้เป็น 0.9 นั้นเป็นค่าสำหรับผลึกรูปร่างแบบไหน
๑.๓ ค่า B ที่เกี่ยวข้องกับความกว้างของพีค ที่เดิมนั้นใช้วิธีนำเอาผลึกที่มีขนาดใหญ่ที่มีพีคหลายตำแหน่ง (เช่น alpha-alumina) แล้วใช้วิธีสร้างกราฟความสัมพันธ์ แต่อีกนิยามหนึ่ง (ดูไฟล์ power point ที่ส่งไปก่อนหน้านี้) กล่าวว่า B คือผลต่างของค่า 2theta ที่ระยะครึ่งหนึ่งของความสูงของพีค (2theta(high) - 2theta(low)) โดยมีหน่วยเป็น "radian" โดยขอให้ทดลองคำนวณใหม่โดยใช้ค่าที่มีนิยาม B ตามนี้
๑.๔ ความสูงและความกว้างของพีคขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีเอ็กซ์ที่ผ่านไปถึง detector ซึ่งความเข้มของรังสีเอ็กซ์นี้ขึ้นอยู่กับ
(ก) ความต่างศักย์ (kV) ที่จ่ายให้กับหลอดรังสีเอ็กซ์เรย์
(ข) กระแส (mA) ที่ป้อนให้กับหลอดรังสีเอ็กซ์
(ค) ขนาดของ slit (mm) (slit 1) ที่อยู่ระหว่างหลอดเอ็กซ์เรย์กับตัวอย่าง และ
(ง) ขนาดของ slit (mm) (slit 2) ที่อยู่ระหว่างตัวอย่างกับหลอดเอ็กซ์เรย์ (ดูรูปที่ 1 ข้างล่างประกอบ)
รูปที่ 1 เส้นทางการเดินทางของรังสีเอ็กซ์จากแหล่งกำเนิดไปจนถึง detector Nickle filter (Ni filter) ทำหน้าที่เป็นตัวตัดเส้น Kβ ของรังสีเอ็กซ์ที่มาจากแหล่งกำเนิดที่เป็นโลหะทองแดง
การคำนวณโดยใช้กราฟที่เอาของคนก่อนหน้าทำไว้นั้น จะว่าไปแล้วควรต้องใช้พารามิเตอร์ต่าง ๆ ในข้อ (ก) - (ง) เหมือนกันด้วย แต่ที่ผ่านมาดูเหมือนว่าไม่มีใครทราบแล้วว่ากราฟนั้นใครเป็นคนทำ และการสร้างกราฟนั้นตั้งพารามิเตอร์ในข้อ (ก) - (ง) เอาไว้อย่างไร
สิ่งที่ควรต้องทดสอบดูคือทดลองเปลี่ยนขนาดของ slit 2 ที่อยู่ระหว่างตัวอย่างกับหลอดเอ็กซ์เรย์ (ข้อ (ง)) ให้ใหญ่ขึ้น (ใช้ขนาดถัดไปที่ใหญ่กว่าเดิม) ซึ่งจะทำให้ได้สัญญาณแรงขึ้น แล้วนำผลที่ได้มาลองคำนวณดูใหม่ว่าได้ขนาดแตกต่างไปมากน้อยเท่าใด
ขนาดของ slit (ทั้ง 1 และ 2) ที่อยู่ระหว่างตัวอย่างกับหลอดเอ็กซ์เรย์นั้นเป็นตัวสำคัญที่คุมปริมาณรังสีที่ส่องไปถึง detector ในกรณีของการวัดที่มุมต่ำมาก ๆ (เช่นน้อยกว่า 10 องศา ซึ่งพวก zeolite บางชนิดต้องวัดที่มุมนั้น) รังสีที่ออกมาจากหลอดรังสีเอ็กซ์ส่วนหนึ่งจะตรงไปที่ detector โดยตรง ทำให้ detector รับรังสีในปริมาณที่สูงและทำให้อายุการใช้งานสั้นลง ทำให้ต้องมีการกำหนดขนาดของ slit ที่อยู่ระหว่างตัวอย่างกับหลอดเอ็กซ์เรย์เอาไว้ต่ำมาก (โดยเฉพาะ slit 2) แต่ถ้าทำการวัดที่มุมสูงกว่านั้น (เช่นที่เราวัดกันตั้งแต่ 20 องศาขึ้นไป) ก็สามารถใช้ slit ที่ใหญ่กว่านั้นได้ และเมื่อเปลี่ยนขนาด slit ไปแล้วก็อย่างลืมเปลี่ยนกลับคืนเดิมด้วย เดี๋ยวคนต่อไปมาวัดแล้วได้ผลไม่เหมือนเดิมจะโวยวายว่าเครื่องเสียอีก เพราะดูเหมือนว่าผู้ใช้มักจะไม่สนใจว่าในการวัดแต่ละครั้งนั้นพารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อการวัดนั้นตั้งค่าไว้อย่างไรบ้าง คิดแต่เพียงว่ามันต้องเหมือนเดิมเพราะไม่มีใครมาเปลี่ยน
๒. การวัด FT-IR
๒.๑ ให้ทดลองเปลี่ยนการวัดมาใช้ transmission mode แทนของเดิมที่ใช้ diffuse reflectance โดยให้ทำการผสมตัวอย่างประมาณ ๑ ส่วนกับ KBr (FT-IR grade) ประมาณ ๑๐๐ ส่วน ผสมให้เข้ากันเป็นเนื้อเดียวและบดให้ละเอียด ถ้าผลการวัดเห็นว่าเส้น base line มีการ shift สูงขึ้นในช่วง wave number สูง แสดงว่าตัวอย่างนั้นยังบดไม่ละเอียด ให้ทำการบดซ้ำใหม่
๒.๒ การพิมพ์กราฟ FT-IR ออกมา ควรจัดรูปแบบให้เหมาะสม ไม่ใช่พิมพ์ออกมาให้มันกว้างเต็มหน้ากระดาษ (พิมพ์ออกมาในแนวนอน) แต่เราไม่ได้สนใจเรื่องความกว้าง เราสนใจเรื่องความสูงมากกว่า ดังนั้นควรแก้ไขด้วยการพิมพ์ให้ผลออกมาในแนวตั้ง หรือเลือกพิมพ์เฉพาะส่วนที่ต้องการพิจารณาและขยายส่วนนี้ออกมาให้เด่นชัด
๓. การวัดพื้นที่ผิว
๓.๑ การวัดพื้นที่ผิว (ไม่ว่าจะเป็น multi point BET หรือ single point BET) นั้นจะใช้หลักการเดียวกันคือวัดปริมาณแก๊สไนโตรเจนที่สามารถเติมเข้าไปในรูพรุนของตัวอย่างที่อยู่ที่อุณหภูมิจุดเดือดของไนโตรเจนได้
๓.๒ ดังนั้นก่อนที่จะทำการวัดจะต้องทำการกำจัดแก๊สที่ไม่ใช่ไนโตรเจนและมีจุดเดือดสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนออกจากรูพรุนต่าง ๆ ให้หมดก่อน ซึ่งทำได้โดย
(ก) ใช้การทำสุญญากาศ (เครื่องใหญ่ ASAPใช้วิธีนี้) หรือ
(ข) ให้ความร้อนแก่ตัวอย่างในภาวะที่มีแก๊สไนโตรเจนหรือแก๊สผสมระหว่างไนโตรเจนกับฮีเลียมไหลผ่าน (เครื่อง TPX ใช้วิธีนี้)
๓.๓ การทำสุญญากาศ (ร่วมกับการให้ความร้อนแก่ตัวอย่าง) เป็นวิธีที่ให้ความมั่นใจได้ว่าสามารถดึงเอาแก๊สต่าง ๆ ที่อยู่ในรูพรุนออกมาได้หมด เพราะเครื่องจะคอยวัดความดันในระบบว่าลดต่ำลงได้เท่าใด ตราบเท่าที่ยังคงมีแก๊สอยู่ในรูพรุน ความดันของระบบก็จะไม่ลดต่ำลงจนถึงค่าที่กำหนดไว้
๓.๔ ส่วนการให้ความร้อนแก่ตัวอย่างในภาวะที่มีแก๊สไนโตรเจนหรือแก๊สผสมระหว่างไนโตรเจนกับฮีเลียมไหลผ่าน เราไม่ทราบได้ว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดจึงจะดึงเอาแก๊สที่ไม่ใช่ไนโตรเจนหรือแก๊สที่มีจุดเดือดสูงกว่าไนโตรเจนออกมาจากรูพรุนได้หมด เพราะเวลาดังกล่าวขึ้นกับขนาดรูพรุนและพื้นที่ผิวของตัวอย่าง ตัวอย่างที่มีรูพรุนขนาดเล็กและพื้นที่ผิวมากต้องใช้เวลาในการไล่ที่นานมากขึ้น
การหาค่าเวลาที่เหมาะสมดังกล่าวทำได้โดยการทดลองใช้เวลาไล่แก๊สนานแตกต่างกัน (เช่น 2 ชั่วโมง 4ชั่วโมง และ 6 ชั่วโมง) แล้ววัดพื้นที่ผิว โดยหลักการแล้วถ้าใช้เวลานานเท่าใดก็จะยิ่งไล่แก๊สออกจากรูพรุนได้มากขึ้น ค่าพื้นที่ผิวที่คำนวณได้จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อใช้เวลาในการไล่นานขึ้นจนถึงระดับสูงสุด จากประสบการณ์ที่เคยผ่านมา ตัวอย่างที่มีพื้นที่ผิวต่ำนั้นอาจใช้เวลาไล่แก๊สเพียงแค่ 2 ชั่วโมงก็พอ แต่ตัวอย่างที่มีพื้นที่ผิวสูง (ตังแต่ 200 ตารางเมตรต่อกรัมขึ้นไป) อาจต้องใช้เวลาในการไล่แก๊สอย่างน้อย 6 ชั่วโมง จึงจะได้ค่าที่วัดได้จากเครื่อง TPX เหมือนกับค่าที่วัดได้จากเครื่อง ASAP ดังนั้นการที่กำหนดไว้เป็นสิ่งตายตัวในคู่มือที่ลอกต่อ ๆ กันมาว่าให้ไล่น้ำเพียงแค่ 1 หรือ 2 ชั่วโมงก็พอนั้นจึงเป็นสิ่งที่ผิด
๔. เวลาที่สารตัวอย่างออกจากคอลัมน์ของเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ
๔.๑ สำหรับคอลัมน์หนึ่ง ๆ นั้น ระยะเวลาที่สารตัวอย่างออกจากคอลัมน์ของเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟจะขึ้นอยู่กับ
(ก) อัตราการไหลของ carrier gas และ
(ข) อุณหภูมิที่ทำการแยก
๔.๒ เนื่องจากเครื่องที่เราใช้นั้นต้องทำการฉีดด้วยมือ และต้องทำการกดอินทิเกรเตอร์ให้ทำงานเอง ดังนั้นเวลาที่พีคออกมาจากคอลัมน์จึงมีความคลาดเคลื่อนในระดับหนึ่ง ซึ่งเราหาเวลาที่คลาดเคลื่อนนี้ได้โดยการทดลองฉีดสารมาตรฐานเข้าไปหลาย ๆ ครั้ง แล้วดูว่าเวลาที่สารตัวอย่างออกมานั้นอยู่ในช่วงใด
๔.๓ อีกวิธีการหนึ่งที่ช่วยได้คือแทนที่จะทำการฉีดสารมาตรฐานเข้าไปเพียงสารเดียว ก็ให้ทำการฉีดสารผสมของสารมาตรฐานเข้าไป (เช่นฉีดสารผสมระหว่าง เบนซาลดีไฮด์ ออโธครีซอล และพาราครีซอล) แล้ววัดระยะห่างของพีคสารมาตรฐานแต่ละพีค
๔.๔ ปัญหาที่ "สงสัย" ว่าวิระยะกำลังประสบอยู่และกำลังรอการทดสอบคือในการวิเคราะห์แต่ละครั้ง (โดยเฉพาะการฉีดสารตั้งแต่ครั้งที่ 2 เป็นต้นไป) คอลัมน์ทำงานที่อุณหภูมิเริ่มต้นที่แตกต่างกันเล็กน้อย
๔.๕ อุณหภูมิที่ส่งผลต่อเวลาที่สารออกมาจากคอลัมน์นั้นคือ "อุณหภูมิคอลัมน์" ซึ่งเป็นอุณหภูมิของตัวคอลัมน์ที่ใช้แยกสารหรืออุณหภูมิของ packing ที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์นั้น แต่ไม่มีเครื่อง GC เครื่องไหนที่ทำการวัดอุณหภูมินี้โดยตรง สิ่งที่เครื่อง GC วัดคืออุณหภูมิของ "อากาศ" ที่อยู่ล้อมรอบหรือ "อุณหภูมิ oven" นั่นเอง โดยใช้ข้อสมมุติว่าที่ภาวะคงตัวอุณหภูมิของคอลัมน์จะเท่ากับอุณหภูมิของ oven ทำให้บางทีตัวเครื่องแทนที่จะบอกว่าอุณหภูมิที่แท้จริงที่วัดนั้นเป็นอุณหภูมิของ oven เครื่องกลับบอกว่าเป็นอุณหภูมิคอลัมน์แทน (ซึ่งในความเป็นจริงไม่ใช่เช่นนั้น)
๔.๖ สิ่งที่สงสัยคือหลังจากสิ้นสุดการวิเคราะห์ครั้งหนึ่งแล้ว (คือหลังจากที่เราเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์สูงไปถึง 230 องศาเซลเซียส) ก่อนที่จะทำการวิเคราะห์ครั้งต่อไปเราต้องลดอุณหภูมิคอลัมน์ลงมาให้อยู่ที่อุณหภูมิเริ่มต้นใหม่ (ที่ 80 องศาเซลเซียส) ในการลดอุณหภูมิคอลัมน์นั้นเราใช้วิธีการระบายอากาศร้อนที่อยู่รอบ ๆ คอลัมน์ออกไป (เช่นโดยการเปิดประตู oven) แล้วให้ตัวคอลัมน์เองระบายความร้อนออกสู่อากาศเย็นที่อยู่รอบ ๆ คอลัมน์ ดังนั้นคอลัมน์จะเย็นตัวช้ากว่าอากาศที่อยู่รอบ ๆ คอลัมน์
๔.๗ แต่เนื่องจากเทอร์โมคับเปิลนั้นวัดอุณหภูมิของอากาศที่อยู่รอบ ๆ คอลัมน์ (ก็คืออุณหภูมิ oven นั่นเอง) ดังนั้นแม้ว่าอุณหภูมิอากาศที่อยู่รอบ ๆ คอลัมน์จะลดลงเหลือ 80 องศาเซลเซียสแล้วก็ตาม แต่อุณหภูมิตัวคอลัมน์จะยังคงสูงกว่า 80 องศาเซลเซียส (เพราะคอลัมน์มีน้ำหนักมากกว่าและมีความจุความร้อนมากกว่าด้วย) ดังนั้นแม้ว่าตัวเครื่องจะบอกว่าอุณหภูมิใน oven (ซึ่งบางทีตัวเครื่องกลับบอกว่าเป็นอุณหภูมิคอลัมน์ ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงมันไม่ใช่ดังที่อธิบายไว้ในข้อ ๔.๕) คงที่ที่ 80 องศาเซลเซียสแล้ว แต่อุณหภูมิคอลัมน์อาจจะยังสูงกว่า 80 องศาเซลเซียสก็ได้
๔.๘ สิ่งที่ได้บอกให้ทำคือให้ลดอุณหภูมิ oven ให้ต่ำกว่า 80 องศาเซลเซียสก่อน เพื่อให้มั่นใจว่าคอลัมน์เย็นตัวลงจนมีอุณหภูมิต่ำกว่า 80 องศาเซลเซียส จากนั้นจึงค่อยเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์กลับไปที่อุณหภูมิเริ่มต้น 80 องศาเซลเซียสใหม่ แล้วทำการฉีดสารผสมของสารมาตรฐานเข้าไป (สารผสมระหว่างเบนซาลดีไฮด์กับครีซอล) จากนั้นดูว่าพีคของสารที่ออกมานั้นคลาดเคลื่อนไปมากน้อยเพียงใด ผมสงสัยว่าถ้าเกิดปัญหาก็น่าจะเห็นเด่นชัดเกิดกับพีคที่ออกมาที่อุณหภูมิต่ำ
๕. การเตรียมกรดเจือจางจากกรดเข้มข้น
๕.๑ กรดเข้มข้นที่ขายกันนั้นมีความเข้มข้นอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ เช่นกรดเกลือเข้มข้นที่ขายกันอาจมีความเข้มข้นอยู่ในช่วง 35-37 wt% ขึ้นอยู่กับลอตที่ทำการผลิต ดังนั้นความเข้มข้นที่อยู่ที่ฉลากข้างขวดจึงเป็นความเข้มข้นโดยประมาณ เมื่อนำมาใช้คำนวณความเข้มข้นของสารละลายกรดเจือจางที่เตรียมได้ ความเข้มข้นของสารละลายกรดเจือจางที่คำนวณได้จึงเป็นความเข้มข้นโดยประมาณ
๕.๒ การนำกรดเข้มข้นในปริมาตรน้อย ๆ มาเจือจางให้ได้ความเข้มข้นต่ำที่ต้องการในขั้นตอนเดียวนั้นจะเกิดความคลาดเคลื่อนได้สูง เพราะอุปกรณ์วัดปริมาตรแต่ละชนิดมีความคลาดเคลื่อนอยู่ในตัวมันเอง ด้วยความเข้มข้นที่สูงของกรดเข้มข้น ดังนั้นปริมาตรกรดเข้มข้นที่ผิดพลาดไปเพียงเล็กน้อยจึงทำให้ความเข้มข้นของกรดเจือจางที่เตรียมได้ผิดพลาดไปได้อย่างมีนัยสำคัญ ความเข้มข้นที่แท้จริงของกรดเจือจางที่เตรียมจากกรดเข้มข้นจึงต้องหาจากการไทเทรตกับสารมาตรฐาน
๕.๓ เรื่องอุปกรณ์การวัดปริมาตรได้กล่าวไว้ใน MO Memoir 2551 Aug 16 Sat การวัดปริมาตรของเหลว (ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๕) เอาไว้แล้ว ขอให้ศึกษาด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้ graduate pipette ในการวัดปริมาตร
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น