วันอาทิตย์ที่ 25 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Sunday 25 July 2553

บันทึกที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับบันทึกฉบับนี้มีอยู่ ๔ ฉบับคือ

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๐ กรกฎาคม ๒๕๕๒ เรื่อง ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ ๒)

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๘๑ วันศุกร์ที่ ๒๗ พฤศจิกายน ๒๕๕๒ เรื่อง ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ ๓)

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๑๘๓ วันพุธที่ ๑๔ กรกฎาคม ๒๕๕๓ เรื่อง การบันทึกโครมาโทแกรมลงแผ่นดิสก์

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๑๘๕ วันพฤหัสบดีที่ ๒๒ กรกฎาคม ๒๕๕๓ เรื่อง แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๔)


จากประสบการณ์ที่ผ่านมานั้น การแก้ปัญหาผลการวิเคราะห์ที่ดูเหมือนว่าผิดพลาดนั้น จะต้องลงไปเฝ้าสังเกตเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่เวลาที่เราเริ่มต้นทำการวิเคราะห์ ไม่ใช่ว่าพอเริ่มการวิเคราะห์แล้วก็เดินจากเครื่องไปเลย ไม่ได้อยู่เฝ้าสังเกตว่าในระหว่างการวิเคราะห์มีเหตุผิดปรกติใด ๆ หรือเปล่า เพียงเพราะเห็นว่ามีคอมพิวเตอร์ควบคุมแล้วก็เลยไม่ใส่ใจ กลับมาอีกทีก็เมื่อคาดว่าการวิเคราะห์เสร็จสิ้นแล้วจะได้มาเอาผลไปเลย เหตุการณ์ทำนองนี้เคยเล่าไว้แล้วในบันทึกปีที่ ๒ ฉบับที่ ๖๗ วันพฤหัสบดีที่ ๑๕ ตุลาคม ๒๕๕๒ เรื่องเสียงอะไรดัง ซึ่งพวกคุณคนใดที่ยังไม่ได้อ่านก็ควรกลับไปอ่านดูด้วย

แต่บางทีเรื่องนี้ก็ไปโทษเขาไม่ได้ เพราะเขาไม่รู้ว่าต้องสังเกตตรงไหน อาจจะเป็นเพราะพึ่งจะเริ่มหัดใช้เครื่องมือ อาจเป็นเพราะว่าไม่มีเวลาไปอ่านคู่มือ (เพราะต้องทำโน่นทำนี่ตามแต่จะถูกใช้ให้ทำ) หรือคิดว่าการอ่านคู่มือไม่ใช่สิ่งสำคัญ (ก็เขาสอนต่อ ๆ กันมาอย่างนั้น เอาเวลาไปอ่าน paper ดีกว่า) ทำให้หลายครั้งที่พบว่าผลทดลองที่ออกมาดูดีนั้นเป็นเพราะการวิเคราะห์ที่ผิดพลาด เช่นทำให้ค่า conversion ออกมาดูสูงหรือมี by product เกิดขึ้นน้อยหรือไม่มีเลย) หรือในบางครั้งก็พบว่าผลการทดลองนั้นมีปัญหา แต่ไม่รู้ว่าจะแก้ไขอย่างไรดี (ที่ปรึกษาก็บอกแต่ว่าให้ไปคิดเอาเอง) พอแก้ไขไม่ได้ก็เลยปลอมผลการวิเคราะห์ส่งให้เลย (ที่ปรึกษาไม่รู้หรอกเพราะไม่เคยสนใจว่าคนทำแลปนั้นทำแลปจริงหรือไม่ หรือมีสภาพการทำแลปอย่างไร)


เหตุการณ์เริ่มจากการที่ให้สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงไปทำ calibration curve ของฟีนอลตามบันทึกฉบับที่ ๑๘๕ และให้หาเวลา (retention time) ที่ฟีนอลออกจากคอลัมน์

เช้าวันศุกร์ที่ ๒๓ ก็ได้รับทราบว่ามันมีปัญหาดังนี้คือ ตอนวันพฤหัสบดีที่ ๒๒ นั้นได้เตรียมสารละลายฟีนอลเอาไว้ และทดลองฉีดเพื่อหาเวลาที่ฟีนอลออกจากคอลัมน์ ก็พบว่ามีฟีนอลออกมา และก็ได้ทำลองทำการปรับแต่งอัตราการไหลของ carrier gas เพื่อปรับระยะเวลานั้น ซึ่งก็ทำการปรับแต่งจนได้เวลาที่ฟีนอลออกจากคอลัมน์ประมาณ ๑๒.๘ นาที แต่พอนำสารละลายขวดเดิมมาฉีดในเช้าวันรุ่งขึ้น (วันที่ ๒๓) ด้วยภาวะการทำงานของเครื่อง GC เหมือนเดิม แต่ครั้งนี้พอฉีดเข้าไปแล้วไม่ปรากฎพีคของฟีนอล

ตอนแรกก็นึกว่าปัญหาเกิดจากการที่ฟีนอลที่เตรียมไว้ในวันพฤหัสบดีมันระเหยออกไปหมด พอนำมาฉีดในวันศุกร์ก็เลยไม่เห็นอะไร (ดูคำอธิบายในบันทึกฉบับที่ ๑๘๕) ผมก็เลยบอกให้สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงไปเตรียมสารละลายฟีนอลใหม่ คราวนี้ให้เข้มข้นมากกว่าเดิม เพราะดูเหมือนว่าผลการทดลองของเขาจะได้ฟีนอลในปริมาณที่มากกว่าวที่รุ่นก่อนหน้าทำได้

บ่ายวันนั้นผมกลับมานั่งคิดอีกที เพราะตัวเองก็รู้สึกว่าวิธีการแก้ปัญหาที่บอกไปนั้นมันมีอะไรคาใจอยู่ กล่าวคือสารละลายที่สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงเตรียมขึ้นนั้นเป็นความเข้มข้นที่ไม่ได้ต่ำมาก (ประมาณ 0.01 M) เตรียมขึ้นในปริมาณมาก (100 ml) บรรจุในขวดวัดปริมาตรขนาด 100 ml และปิดฝาไว้ด้วย แม้ว่าจะมีที่ว่างระหว่างผิวหน้าสารละลายกับฝาขวด แต่ก็เป็นที่ว่างขนาดเล็กเมื่อเทียบกับปริมาตรของเหลวในขวด ดังนั้นภายในเวลาเพียงคืนเดียวหลังเตรียมขึ้น ฟีนอลที่ละลายอยู่ไม่น่าจะระเหยออกมาจนหมด ราว ๆ บ่ายสามโมงก่อนกลับก็เลยแวะไปที่แลปอีกครั้ง พบว่าเครื่อง GC กำลังทำงานอยู่โดยไม่มีใครอยู่ในห้อง คาดว่าสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงคงพึ่งจะฉีดสารละลายมาตรฐานแล้วเข้าไปพักผ่อนข้างใน ตอนนั้นเครื่องทำการวิเคราะห์ไปได้ ๑๐ นาที่แล้ว ผมเห็นว่าใกล้เวลาที่ฟีนอลจะออกมาจากคอลัมน์ (ที่เวลาประมาณ ๑๒.๘ นาที) ก็เลยยืนรอดูสัญญาณว่ามีฟีนอลออกมาหรือไม่

สิ่งที่ผมยืนดูก็คือสัญญาณที่แสดงบนหน้าจอเครื่อง C-R8A (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) หมายเลข [7] คือเวลาของการวิเคราะห์ ส่วน [8] คือสัญญาณที่ส่งมาจากเครื่อง GC

ในช่วงแรกสัญญาณที่ส่งออกมามีค่าประมาณ -360 microV แต่พอใกล้เวลาประมาณ 13 นาทีก็เห็นสัญญาณเพิ่มขึ้นจนมีค่าเป็นบวก และตกลงมาอยู่ที่ระดับประมาณ -360 microV เหมือนเดิม ซึ่งเป็นลักษณะของการเกิดพีค

รูปที่ 1 ตัวอย่างหน้าจอเครื่อง C-R8A ในระหว่างการวิเคราะห์ (ภาพจากคู่มือของเครื่อง) [7] คือเวลาเริ่มตั้งแต่กดปุ่ม start (หรือ retention time) ส่วน [8] คือสัญญาณที่รับมาจากเครื่อง GC [10] คือชื่อไฟล์ที่เครื่องบันทึกข้อมูลเอาไว้

ปรากฏ ว่าเมื่อถึงเวลาดังกล่าวก็เห็นสัญญาณว่ามีฟีนอลออกมาจากคอลัมน์จริง แต่ไม่มีพีคปรากฏบนกราฟโครมาโทแกรม ผมก็เลยไปตามสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงให้มาดูและหยุดบันทึกผล ซึ่งเมื่อกดปุ่มหยุดการบันทึกผลบนเครื่อง C-R8A เครื่องกลับรายงานว่าตรวจไม่พบพีคใด ๆ โครมาโทแกรมที่ได้มานั้นแสดงไว้ในรูปที่ 2 แล้ว


รูปที่ 2 โครมาโทแกรมที่ได้มาจากเครื่องอินทิเกรเตอร์ C-R8A จะเห็นว่ากราฟไม่มีสัญญาณพีคใด ๆ และเครื่องก็รายงานว่าตรวจไม่พบพีคใด ๆ


ผมก็เลยบอกให้เขาแปลงไฟล์ที่เครื่อง C-R8A บันทึกไว้ และบันทึกข้อมูลที่แปลงแล้วลงแผ่นดิสก์ (ตามวิธีการในบันทึกฉบับที่ ๑๘๓) จากนั้นก็นำมาเปิดดูด้วยโปรแกรม spreadsheet ก็ได้กราฟดังแสดงไว้ในรูปที่ 3 ซึ่งก็พบว่ามีพีคที่เวลาประมาณ 13 นาทีดังที่ผมสังเกตเห็น และที่เวลาประมาณ 3-4 นาทีก็มีพีคเล็ก ๆ ด้วยพีคหนึ่ง (คงเป็นพีคของสิ่งปนเปื้อน)

รูปที่ 3 แต่เมื่อนำข้อมูลที่เครื่องอินทิเกรเตอร์ C-R8A บันทึกไว้มาตรวจสอบ พบว่ามีพีคฟีนอลที่เวลาประมาณ 13 นาที แต่เส้น base line และส่วนใหญ่ของตัวพีคนั้นอยู่ใต้แกน x มาก (เส้นสัญญาณเป็น 0)


จากนั้นผมก็บอกให้สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงทำการปรับสัญญาณที่ส่งมาจากเครื่อง GC โดยให้หมุนปุ่มปรับ zero ที่เครื่อง GC เพื่อให้สัญญาณที่เครื่องอินทิเกรเตอร์ C-R8A อ่านได้นั้นมีค่าเป็นบวก โดยให้ลองตั้งเอาไว้ก่อนที่ประมาณ 100 microV

สาเหตุที่ตั้งสัญญาณเริ่มต้นให้มากกว่า 0 microV ก็เพื่อไว้ตรวจสอบดูว่าเมื่อทำการวิเคราะห์ไปเรื่อย ๆ นั้น เส้น base line มีการเลื่อนระดับต่ำลงไปเรื่อย ๆ หรือไม่

(กรณีที่เส้น base line มันเลื่อนขึ้นไม่ค่อยมีปัญหาในการตรวจพบ เพราะมันมองเห็นได้ชัด แต่กรณีที่เส้น base line มันเลื่อนลงมันจะมองยากกว่า เพราะถ้าเส้นกราฟมันติดขอบกระดาษแล้วมันจะกลายเป็นเส้นตรงขนานไปกับขอบกระดาษ ทำให้ดูเหมือนเส้น base line มันนิ่ง ประสบการณ์ที่ผ่านมามันสอนให้รู้ว่าสัญญาณบางอย่างนั้นถ้ามันดูราบเรียบเกินไปมันไม่น่าจะไว้ใจสักเท่าใดนัก)

จากนั้นก็ให้ทดลองฉีดสารละลายฟีนอลเข้าไปใหม่ ซึ่งคราวนี้ปรากฎพีคฟีนอลที่ตำแหน่งเวลาประมาณ 12.8 นาทีดังแสดงในรูปที่ 4


รูปที่ 4 หลังจากปรับแก้ตำแหน่งของเส้น base line แล้ว จะเห็นว่าได้พีคฟีนอลกลับมาที่เวลา 12.874 นาที

กรณี นี้เป็นเหตุการณ์ทำนองเดียวกับที่เคยเล่าไว้ในบันทึกฉบับที่ ๘๑ ในกรณีนั้นเป็นเพียงพีคเล็ก ๆ ที่หายไป แต่ในเหตุการณ์ครั้งนี้กลายเป็นพีคที่มีขนาดใหญ่หายไป (พื้นที่ขนาดกว่าสองล้าน)

เหตุการณ์ ตามบันทึกฉบับนี้ เราเสียเวลากันจนหมดไปหนึ่งวันกว่าจะหาสาเหตุเจอ แม้แต่ตัวผมเองแม้จะเคยเจอมาแล้ว เคยเขียนบันทึกเรื่องราวดังกล่าวเอาไว้แล้ว (ฉบับที่ ๘๑) แต่ พอเจอเหตุการณ์ที่คล้ายของเดิมก็ยังหลงทางไปเหมือนกัน ต้องใช้เวลาทบทวนอยู่พักนึง ทำให้ต้องเขียนเรื่องนี้ขึ้นมาใหม่แม้ว่ามันจะคล้ายกับเรื่องที่เกิดไปแล้ว เพื่อเป็นการเตือนเรื่องราวที่เกิดซ้ำซากได้เสมอ

วันพฤหัสบดีที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Thursday 22 July 2553

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายในให้แก่สมาชิกเท่านั้น

ไม่นำเนื้อหาลง blog

วันเสาร์ที่ 17 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

การอ่านผลการทดลองการไทเทรตกรด-เบส MO Memoir : Saturday 17 July 2553

บันทึกนี้นำมาจากเอกสารที่แจกจ่ายให้แก่นิสิตปี ๒ ที่ได้ทำการทดลองเรื่องการไทเทรตกรด-เบส โดยใช้พีเอชมิเตอร์และอินดิเคเตอร์ในการหาจุดยุติของการไทเทรตในวันเดียวกันนี้ ตัวอย่างที่นำมาให้นิสิตทดลองนั้นมีทั้งสารละลายกรดที่แตกตัวให้โปรตอนมากกว่า 1 ตัวคือกรดกำมะถัน กรดฟอสฟอริก และกรดมาเลอิก และตัวอย่างที่ไม่ทราบองค์ประกอบชัดเจนคือน้ำอัดลมและยาลดกรด โดยการไทเทรตยาลดกรดนั้นทำโดยการละลายยาลดกรดด้วยสารละลายกรด HCl ก่อน แล้วจึงไทเทรตหรือปริมาณ HCl ที่เหลือด้วยสารละลาย NaOH

สิ่งที่เกิดขึ้นคือแม้ว่านิสิตจะได้เรียนภาคทฤษฎีมาอย่างมากมายตั้งแต่มัธยมปลาย และได้ลงมือปฏิบัติมาแล้วบ้างในระหว่างการศึกษาในชั้นปีที่ ๑ แต่นิสิตก็ไม่สามารถหักล้างข้อโต้แย้งง่าย ๆ ที่ยกขึ้นมาถาม และนิสิตยังประสบปัญหามากในการลงมือปฏิบัติในสภาพที่ต้องควานหาภาวะต่าง ๆ ที่ต้องใช้ในการทดลอง ซึ่งในที่นี้คือค่าประมาณของความเข้มข้นของกรดในสารตัวอย่าง ซึ่งจะต้องนำมาใช้ประมาณปริมาตรสารตัวอย่างที่ควรต้องนำมาใช้ไทเทรต รวมทั้งอินดิเคเตอร์ที่มีให้เลือกใช้หลายชนิด ชนิดไหนจะเหมาะกับการไทเทรตตัวอย่างไหน และจุดที่เห็นอินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีในการไทเทรตกรดที่ให้โปรตอนมากกว่าหนึ่งตัวนั้น เป็นการไทเทรตโปรตอนตัวที่เท่าใดของกรดตัวนั้น และจะรู้ได้อย่างไร


จากการทดลองที่ผ่านมานั้น นิสิตคงได้เห็นผลการทดลองของตัวเองแล้วว่าเป็นอย่างไร ที่สำคัญคือจะแปลผลผลการทดลองที่ได้ออกมาได้อย่างไร เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้จะให้แนวทางในการวิเคราะห์ผลการทดลองที่นิสิตทำโดยใช้อินดิเคเตอร์และพีเอชมิเตอร์หาจุดยุติของการไทเทรต และเนื่องจากในการทดลองของเรานั้นเราใช้สารละลายกรดเป็นตัวอย่าง ดังนั้นเนื้อหาในที่นี้จากจุดนี้ไปจะอิงการไทเทรตกรดด้วยสารละลายมาตรฐานเบสเป็นหลัก เว้นแต่จะมีการระบุเป็นอย่างอื่น (ในกรณีของการไทเทรตเบสก็จะกลับกัน)

แม้ว่าเราจะสามารถใช้อินดิเคเตอร์และพีเอชมิเตอร์ในการประมาณค่าความเข้มข้นของตัวอย่างได้ แต่สิ่งที่ต้องย้ำเตือนไว้คือ การแสดงผลของอินดิเคเตอร์และพีเอชมิเตอร์นั้นจะขึ้นอยู่กับปริมาณกรดที่ "แตกตัว" กรดที่ไม่แตกตัวจะมองไม่เห็น ต้องหาจากการไทเทรต


. การไทเทรตโดยใช้อินดิเคเตอร์

ถ้าเรามีอินดิเคเตอร์อยู่หลายตัว เราสามารถใช้อินดิเคเตอร์เหล่านั้นประมาณค่าความเข้มข้นของสารละลายกรดได้โดยทดลองหยดอินดิเคเตอร์ลงไปในตัวอย่าง แล้วดูสีของอินดิเคเตอร์ ตัวอย่างเช่น อินดิเคเตอร์ที่ใช้ในการทดลองนั้นมีอยู่ ๔ ตัวด้วยกัน ซึ่งช่วงพีเอชที่เปลี่ยนและสีที่เปลี่ยนมีดังนี้


Methyl orange แดง 3.1 - 4.4 ส้มเหลือง

Methyl red แดง 4.4 - 6.2 เหลือง

Bromthymolblue เหลือง 6.0 - 7.6 น้ำเงิน

Phenolphthalein ไม่มีสี 9.3 - 10.5 ชมพูสด


ถ้าหยด methyl orange ลงไปแล้วอินดิเคเตอร์กลายเป็นสีแดงก็แสดงว่าสารละลายมีพีเอชน้อยกว่า 3.1 หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีความเข้มข้นของกรดที่แตกตัวประมาณ 0.0008 M เป็นอย่างน้อย (ค่าความเข้มข้นคำนวณได้จากนิยามของค่าพีเอช) ที่ต้องบอกว่าเป็นอย่างน้อยก็เพราะถ้าสารละลายตัวอย่างเป็นกรดอ่อน จะยังมีกรดส่วนที่ไม่แตกตัวอยู่ในสารละลายตัวอย่างด้วย

ในทำนองเดียวกันถ้าหยด methyl red ลงไปแล้วได้สารละลายสีแดง แต่ถ้าหยด methyl orange ลงไปแล้วได้สารละลายสีส้ม (สีแดงผสมสีส้มเหลือง) แสดงว่าสารละลายตัวอย่างมีค่าพีเอชมากกว่า 3.1 (ค่าช่วงกรดของ methyl orange) แต่น้อยกว่า 4.4 (ค่าช่วงกรดของ methyl red) ดังนั้นความเข้มข้นของกรดที่แตกตัวในสารละลายตัวอย่างน่าจะอยู่ในช่วงจาก 0.00004 - 0.0008 M

การทดสอบเบื้องต้นทำให้เราทราบได้ว่าสารละลายตัวอย่างของเรานั้นมีความเข้มข้นของกรดอยู่อย่างน้อยเท่าใด แต่ไม่ได้บอกให้เราทราบว่ากรดที่ละลายอยู่นั้นเป็นกรดอ่อน กรดแก่ หรือกรดผสม หรือแตกตัวให้โปรตอนได้กี่ตัว

สิ่งที่เกิดขึ้นคือนิสิตไปเอาวิธีทดลองของการทดลองก่อนหน้าในเรื่องการตกตะกอน ที่ให้ทำการเจือจางตัวอย่างที่เป็นน้ำปลาก่อน แล้วจึงค่อยปิเปตออกมา ในการทดลองนั้นที่ต้องให้ทำการเจือจางก่อนก็เพราะตัวอย่างมีความเข้มข้นของเกลือสูงมาก แต่ในการทดลองเรื่องกรด-เบสนี้ เราไม่ได้ให้ตัวอย่างที่มีความเข้มข้นสูง บางกลุ่มทำการเจือจางตัวอย่างอีก 10 เท่า แล้วดึงออกใช้ไทเทรตเพียง 1 ใน 10 จึงทำให้ความเข้มข้นของสารละลายที่นำมาไทเทรตนั้นต่ำมาก จนอาจต่ำเกินกว่าที่จะใช้อินดิเคเตอร์หาจุดยุติได้


ปัญหาถัดไปคืออินดิเคเตอร์ที่เราเลือกใช้นั้นตรงกับตำแหน่งจุดยุติของการไทเทรตหรือไม่

สิ่งที่พอจะช่วยบอกเราได้ตรงนี้คือปริมาตรด่างที่ใช้ เริ่มตั้งแต่เริ่มเห็นอินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี ไปจนถึงสีเปลี่ยนสมบูรณ์

ตรงจุดนี้ลองกลับมาพิจารณาความจริงที่ว่า

ถ้าสารตัวอย่างเป็นสารละลายกรดแก่แตกตัวให้โปรตอนตัวเดียว หรือเป็นสารละลายผสมของกรดแก่หลายตัวที่แต่ละตัวแตกตัวให้โปรตอนตัวเดียว ช่วงพีเอชของจุดยุติจะอยู่ที่ 7 และการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชช่วงจุดยุตินั้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมาก (แต่มีข้อแม้นะว่าความเข้มข้นของกรดในสารละลายตัวอย่างต้องมากพอ)

ถ้าสารละลายตัวอย่างเป็นสารละล่ายกรดอ่อนแตกตัวให้โปรตอนตัวเดียว ช่วงพีเอชของของจุดยุติจะมากกว่า 7 แต่จะเลย 7 ไปเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับค่าคงที่การแตกตัวของกรดอ่อน ถ้าค่าคงที่การแตกตัวสูงหรือค่อนข้างสูง จุดยุติก็จะมาอยู่ใกล้ 7 แต่ถ้าค่าคงที่การแตกตัวต่ำ จุดยุติก็จะอยู่ห่าง 7 ออกไปทาง 14 (แต่ถ้าต่ำมากก็อาจมองไม่เห็น)


รูปที่ 1 กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชของการไทเทรตกรดแก่ที่ให้โปรตอนตัวเดียวด้วยเบสแก่ (เส้นสีแดง) และกรดอ่อนที่ให้โปรตอนตัวเดียวด้วยเบสแก่ที่มีความเข้มข้นเดียวกัน (เส้นประสีเขียว) โดยที่ความเข้มข้นเริ่มต้นของกรดทั้งสองเท่ากัน


รูปที่ 1 ข้างบนเป็นตัวอย่างกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชของการไทเทรตกรดแก่ที่ให้โปรตอนตัวเดียวด้วยเบสแก่และกรดอ่อนที่ให้โปรตอนตัวเดียวด้วยเบสแก่ ถ้าความเข้มข้นเริ่มต้นของกรดทั้งสองเท่ากัน สารละลายกรดอ่อนจะมีค่าพีเอชน้อยกว่าสารละลายกรดแก่ แต่ค่าพีเอชสุดท้ายจะเหมือนกันเพราะถูกควบคุมไว้ด้วยพีเอชของสารละลายเบสที่ใช้ในการไทเทรต ดังนั้นช่วงการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชของสารละลายกรดแก่จะ "กว้างกว่า" ของสารละลายกรดอ่อน แต่ช่วง ml ของสารละลายเบสที่ทำให้ค่าพีเอชเปลี่ยนแปลงกระทันหันของสารละลายกรดแก่ (สี่เหลี่ยมประสีแดง) จะ "แคบกว่า" ของสารละลายกรดอ่อนมาก (สีเหลี่ยมประสีเขียว)

ถ้าในการไทเทรตเราใช้อินดิเคเตอร์ 3 ตัวที่เปลี่ยนสีในช่วงพีเอชต่าง ๆ กันคือ อินดิเคเตอร์ 1 (สีแดง) ที่เปลี่ยนสีในช่วงพีเอชที่เป็นกรด อินดิเคเตอร์ 2 (สีเหลือง) ทื่เปลี่ยนสีในช่วงพีเอชที่คร่อมระหว่างกรดและเบส และอินดิเคเตอร์ 3 (สีม่วง) ที่เปลี่ยนสีในช่วงพีเอชที่เป็นเบส ถ้าสารละลายกรดนั้นมีความเข้มข้นมากพอ ในกรณีของกรดแก่ไม่ว่าเราจะใช้อินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงใดก็ตาม เราจะเห็น

(ก) ml ของสารละลายเบสจากจุดที่ทำให้อินดิเคเตอร์เริ่มเปลี่ยนสีไปจนถึงจุดที่ทำให้อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีสมบูรณ์จะแคบมาก ในบางครั้งอาจเป็นเพียงหยดเดียวก็ได้

(ข) ไม่ว่าจะใช้อินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงที่พีเอชที่เป็น กรด คร่อมทั้งกรดและเบส และเบส จะพบว่า ml ของสารละลายเบสที่ทำให้อินดิเคเตอร์เริ่มเปลี่ยนสีจะเป็นจุดเดียวกันหรือใกล้กันมาก

ส่วนในกรณีของการไทเทรตกรดอ่อนนั้น ถ้าใช้อินดิเคเตอร์ 1 ที่เปลี่ยนสีในช่วงที่เป็นกรด อาจพบว่าการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ 1 (นับจาก ml ของเบสที่เริ่มเห็นสีเปลี่ยนไปจนถึงสีเปลี่ยนสมบูรณ์) จะไม่เกิดขึ้นกระทันหัน ส่วนช่วงดังกล่าวจะกว้างเท่าไรนั้นขึ้นอยู่กับการแตกตัวของกรดอ่อน ถ้ากรดอ่อนนั้นแตกตัวได้น้อย อินดิเคเตอร์ 1 ช่วงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ 1 อาจไม่อยู่ในช่วงจุดยุติเลยก็ได้ แต่ถ้าใช้อินดิเคเตอร์ 3 ซึ่งเปลี่ยนสีในช่วงที่เป็นเบสจะพบว่าช่วง ml ของเบสที่เริ่มเห็นอินดิเคเตอร์ 3 เปลี่ยนสีไปจนถึงสีเปลี่ยนสมบูรณ์จะแคบ

วิธีอาศัยการดูการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์จากเมื่อเริ่มเปลี่ยนสีไปจนถึงเปลี่ยนสมบูรณ์นั้น ใช้ไม่ค่อยได้เมื่อใช้ฟีนอฟทาลีนเป็นอินดิเคเตอร์ ทั้งนี้เพราะฟีนอฟทาลีนเปลี่ยนสีระหว่างไม่มีสีกับสีชมพู ดังนั้นสิ่งที่เราเห็นคือตำแหน่งที่เริ่มเห็นสีชมพูและเห็นสีชมพูนั้นเข้มขึ้นเรื่อย ๆ แต่การบอกว่าเข้มจนถึงจุดสุดท้ายหรือยังนั้นดูได้ยากกว่าการดูการเปลี่ยนสีจากสีหนึ่งไปเป็นอีกสีหนึ่ง สายตาคนเราดูความแตกต่างของสี เช่น สีเปลี่ยนจากเหลืองไปเป็นเขียวและสุดท้ายไปเป็นสีน้ำเงินได้ดีกว่าการดูว่าสีเข้มสุดแล้วหรือยัง เพราะมันมีปัจจัยเรื่องความเข้มข้นของอินดิเคเตอร์ในสารละลายด้วย ที่ค่าพีเอชเดียวกัน สารละลายไหนมีอินดิเคเตอร์มากกว่าก็จะเห็นสีเข้มกว่า


ต่อไปจะพิจารณากรณีของกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้มากกว่า 1 ตัว ปัญหาคือเราไม่ทราบว่าการไทเทรตโปรตอนตัวที่หนึ่งหรือตัวที่สองนั้นอยู่บริเวณใด แต่เราพอจะสังเกตได้จาก ml Base ที่ทำให้อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีสมบูรณ์ ถ้าอินดิเคเตอร์ที่เราใช้นั้นเปลี่ยนสีได้ค่อนข้างรวดเร็ว แสดงว่าอินดิเคเตอร์ตัวนั้นน่าจะเปลี่ยนสีในช่วงที่ตรงกับตำแหน่งการไทเทรตโปรตอน เพราะถ้าอยู่นอกช่วงดังกล่าวจะเห็นว่าต้องใช้ ml Base จำนวนมากก่อนที่อินดิเคเตอร์จะเปลี่ยนสีสมบูรณ์ (ลองกลับไปดูผลการทดลองของพวกคุณ จะเห็นว่าอินดิเคเตอร์บางตัวใช้เบสหลายมิลลิลิตรกว่าจะเปลี่ยนสีสมบูรณ์ นั่นแสดงว่าอินดิเคเตอร์ดังกล่าวไม่ได้ทำงานในช่วงที่ตรงกับจุดยุติของการไทเทรตโปรตอน แต่ตัวที่เปลี่ยนสีโดยใช้เบสเพียงไม่ถึง 1 มิลลิลิตรน่าจะจับตรงจุดยุติการไทเทรตโปรตอน)

ในกรณีของกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้มากกว่า 1 ตัวนี้ จุดยุติของการไทเทรตโปรตอนตัวแรกจะอยู่ในช่วงพีเอชที่เป็นกรด (เพราะยังมีโปรตอนจากการแตกตัวครั้งที่สองจ่ายมาให้) ส่วนจุดยุติของการไทเทรตโปรตอนตัวที่สองจะอยู่ในช่วงพีเอชที่เป็นเบส (ลองกลับไปดูผลการทดลองกรณีของกรด H3PO4 ซึ่งคุณอาจเห็นว่ามีอินดิเคเตอร์อยู่ 2 ตัวที่เปลี่ยนสีสมบูรณ์โดยใช้เบสในปริมาณไม่มาก และระหว่างอินดิเคเตอร์สองตัวนี้ ปริมาณเบสที่ใช้ในกรณีของอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงเบสจะมีค่าประมาณ 2 เท่าของปริมาณเบสที่ใช้ในกรณีของอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงกรด


. การไทเทรตโดยพีเอชมิเตอร์

การใช้พีเอชมิเตอร์หาจุดยุติของการไทเทรตกรดแก่หรือกรดอ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนเพียงตัวเดียวนั้นมักไม่มีปัญหาในการอ่านผล กรณีที่น่าสนใจคือและนำมาพิจารณากันคือกรณีของกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 2 ตัว หรือสารละลายผสมระหว่างกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัวกับกรดอ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัว

รูปกราฟการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชของกรณีนี้จะขึ้นอยู่กับความสามารถในการแตกตัวสัมพัทธ์ระหว่างโปรตอนตัวแรกกับโปรตอนตัวที่สอง โดยการเปลี่ยนแปลงครั้งแรกจะเป็นการไทเทรตโปรตอนตัวแรก (ในกรณีกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 2 ตัว) หรือของกรดแก่ (ในกรณีสารละลายผสมระหว่างกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัวกับกรดอ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัว)

ส่วนการเปลี่ยนแปลงครั้งที่สองเป็นการไทเทรตโปรตอนตัวที่สอง (ในกรณีกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 2 ตัว) หรือของกรดอ่อน (ในกรณีสารละลายผสมระหว่างกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัวกับกรดอ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัว)

ถ้าหากโปรตอนตัวที่สองแตกตัวได้ดีมาก เราจะมองเห็นการเปลี่ยนแปลงในการไทเทรตโปรตอนตัวแรกไม่ชัดเจน (เช่นในกรณีกรดผสมระหว่างกรด HCl และ CH3COOH) และถ้าแตกตัวได้ดีมาก ๆ (เช่นในกรณีของกรด H2SO4) เราจะมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งแรก แต่จะเห็นเพียงครั้งเดียวซึ่งเป็นการไทเทรตโปรตอนทั้งสองตัว และจะเกิดที่ค่าพีเอชประมาณ 7 เหมือนการไทเทรตกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนเพียงตัวเดียว


รูปที่ 2 กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชของสารละลายที่กรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 2 ตัว หรือสารละลายผสมระหว่างกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัวกับกรดอ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 1 ตัว


ถ้าหากโปรตอนตัวที่สองแตกตัวได้น้อยมาก เราจะมองเห็นการแตกตัวครั้งแรกได้ชัดเจน ส่วนการแตกตัวของโปรตอนตัวที่สองจะมองไม่ชัดหรือมองไม่เห็น (ถ้าจะยกตัวอย่างกรณีนี้ก็คือการแตกตัวครั้งที่ 2 และครั้งที่ 3 ของกรด H3PO4 ซึ่งเรามองไม่เห็นการแตกตัวครั้งที่ 3)

ข้อมูลอีกจุดที่ควรให้ความสนใจคือปริมาตรเบสที่ต้องใช้จนเห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งแรก (ให้เป็นปริมาตร A) และปริมาตรเบสที่ต้องใช้จากจุดที่เห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งแรกไปจนถึงจุดที่เห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งที่สอง (ให้เป็นปริมาตร B) ถ้าหากพบว่า


(ก) A เท่ากับ B ก็เป็นไปได้ว่า

- ตัวอย่างเป็นกรดเพียงชนิดเดียวที่แตกตัวให้โปรตอนได้สองครั้ง หรือ

- ตัวอย่างเป็นกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้เพียงตัวเดียว (อาจมีกรดแก่หลายชนิดก็ได้) และกรด

อ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้เพียงตัวเดียว ผสมกันอยู่ โดยความเข้มข้นของส่วนที่เป็นกรดแก่และ

ส่วนที่เป็นกรดอ่อนนั้นเท่ากัน

(ข) A ไม่เท่ากับ B

- ตัวอย่างเป็นกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้เพียงตัวเดียว (อาจมีกรดแก่หลายชนิดก็ได้) และกรด

อ่อนที่แตกตัวให้โปรตอนได้เพียงตัวเดียว ผสมกันอยู่ โดยความเข้มข้นของส่วนที่เป็นกรดแก่และ

ส่วนที่เป็นกรดอ่อนนั้นไม่เท่ากัน


ที่พวกคุณเรียนกันมาและเชื่อกันว่า H2SO4 นั้นแตกตัวได้สองครั้งเป็นเรื่องที่ถูกต้องแล้ว และเรื่องคำอธิบายว่าสาเหตุที่ทำให้เห็นการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชเกิดขึ้นเพียงตำแหน่งเดียวก็ได้กล่าวมาข้างต้นแล้ว สมมุติฐานที่ผมยกขึ้นมาเพื่ออธิบายการเห็นค่าพีเอชเปลี่ยนแปลงกระทันหันเพียงตำแหน่งเดียวว่า H2SO4 แตกตัวเพียงครั้งเดียวโดยที่ไม่มีการแตกตัวครั้งที่สองนั้นเป็นสมมุติฐานที่ผิด ว่าแต่ว่าพวกคุณหาทางทำการทดลองหักล้างสมมุติฐานดังกล่าวได้ไหม

ผลการทดลองตรงนี้กับคำถามที่ผมถามขึ้นมาทำให้หลายกลุ่มถึงกับไขว้เขวไปเลย สังเกตได้จากการคำนวณความเข้มข้นสารละลายกรด H2SO4 ที่บอกว่าจุดยุติของการไทเทรตนั้นเป็นการไทเทรตโปรตอนเพียงตัวเดียว


. น้ำอัดลม

เราเรียนรู้กันว่าน้ำอัดลมนั้นมีการอัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ให้ละลายเข้าไปในน้ำ ทำให้น้ำอัดลมมีค่าพีเอชเป็นกรด

คาร์บอนไดออกไซด์ละลายได้ดีในน้ำเย็น เมื่ออุณหภูมิของน้ำสูงขึ้น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะแยกตัวออกมาจากน้ำ

ถ้าอยู่ในภาชนะปิด ถ้าเราเอาน้ำอัดลมที่ไม่เย็นไปแช่เย็นใหม่ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะละลายกลับเข้าไปน้ำ แต่ถ้านำมาทิ้งไว้ให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะแยกตัวออกมา (ตรงนี้พอจะนึกออกไหมว่าทำไมถึงมีคนบอกว่าน้ำอัดลมจากขวดที่แช่เย็นนั้นจะซ่ากว่าขวดที่ไม่แช่เย็น)

ความดันก็ส่งผลถึงการละลาย คนที่ทำการปิเปตน้ำอัดลมจะเห็นว่าเมื่อปล่อยลูกยางเพื่อให้ของเหลวไหลขึ้นมาในปิเปตนั้นจะเกิดฟองแก๊สขึ้น ทั้งนี้เป็นเพราะในขณะที่เราปล่อยลูกยาง ความดันอากาศเหนือผิวของเหลวในปิเปตจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ทำให้แก๊สที่ละลายอยู่ได้ที่ความดันบรรยากาศระเหยออกมา

นอกจากนี้การกวนหรือการเขย่าก็ส่งผลถึงการละลายของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย ถ้านึกไม่ออกก็ลองซื้อน้ำอัดลมที่แช่เย็นมาสักขวดหรือสักกระป๋อง และทำการเขย่าแรง ๆ ก่อนเปิด ก็จะเห็นว่าเกิดอะไรขึ้น


ปัญหาแรกที่เราประสบกันในการไทเทรตน้ำอัดลมคือเราไม่ได้คุมอุณหภูมิของน้ำให้เย็นตลอดเวลา ดังนั้นในระหว่างการไทเทรตเมื่ออุณหภูมิของน้ำอัดลมค่อย ๆ สูงขึ้นเข้าหาอุณหภูมิห้อง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนก็ระเหยออกมาจากตัวอย่างด้วย

ปัญหาที่สองคือในระหว่างการไทเทรตเรามีการปั่นกวนด้วยแท่งแม่เหล็ก ซึ่งเป็นเหมือนการเขย่าขวดน้ำอัดลมก่อนเปิด

ปัญหาที่สามคือในน้ำอัดลมยังมีสารปรุงแต่งกลิ่น สี และรส อีก ซึ่งเราก็ไม่ทราบว่าสารเหล่านี้เป็นสารอะไร (ที่แน่ ๆ คือถ้าเป็นกลิ่นส้มหรือมะนาวมักจะเป็นกรดอินทรีย์ชนิดใดชนิดหนึ่ง) ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้สูงที่น้ำอัดลมที่เราไทเทรตนั้นเป็นสารละลายผสมของกรดหลากหลายชนิด


. ยาลดกรด

ยาลดกรดมีหลายสูตร ที่เลือกมาให้ทำการทดลองนั้นมีองค์ประกอบที่สำคัญอยู่สองตัวคือแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Mg(OH)2) และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)3)

เมื่อบอกว่าเป็นยาลดกรด คนส่วนใหญ่คงคิดว่ามันต้องเป็นเบส เพื่อที่จะได้สามารถสะเทินกรด HCl ในกระเพาะอาหาร ดังนั้นถ้าละลายยาลดกรดด้วยสารละลาย HCl ที่มากเกินพอ แล้วนำมาไทเทรตหาว่าเหลือ HCl อยู่เท่าใด ก็ควรจะสามารถคำนวณหาความเป็นเบสของยาลดกรดได้

แต่ที่พบกันคือกราฟการไทเทรต HCl ที่เหลือจากการสะเทินยาลดกรดนั้นมันไม่เหมือนกับกราฟการไทเทรต HCl โดยตรง กล่าวคือกราฟการไทเทรต HCl ที่เหลือจากการสะเทินยาลดกรดไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงค่าพีเอชที่มากเพียงจุดเดียวและขึ้นแบบกระทันหัน แต่มีรูปแบบที่ค่อย ๆ ไต่ขึ้นเรื่อย ๆ และบางครั้งอาจเห็นว่ามีการกระโดดขึ้นเล็กน้อยถึง 2 ตำแหน่ง (ดูจากรายงานที่พวกคุณส่งมาให้)


แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้น้อย แต่เมื่อละลายแล้วจะแตกตัวได้ 100% ดังนั้นจึงจัดได้ว่าแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เป็นเบสแก่

ตัวที่ทำให้เกิดปัญหาคืออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งสารประกอบตัวนี้ในภาวะที่เป็นกรดจะแสดงฤทธิ์เป็นเบสโดยการจ่ายไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) แต่ในภาวะที่เป็นเบสจะแสดงฤทธิ์เป็นกรด โดยจะจับไฮดรอกไซด์ไอออนกลายเป็นสารประกอบ Al(OH)4+ สารประกอบประเภทนี้เราเรียกว่า amphoteric (แสดงฤทธิ์เป็นได้ทั้งกรดและเบส ขึ้นอยู่กับว่าอยู่ในสภาพแวดล้อมอย่างไร)

บางรายนั้นพอเติมเบสเข้าไปมาก ๆ แทนที่จะเห็นค่าพีเอชเพิ่มสูงขึ้น กลับเห็นค่าพีเอชลงลง ซึ่งนั่นเป็นการทำปฏิกิริยาระหว่างไฮดรอกไซด์ไอออนที่เติมเข้าไปกับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

เนื่องจากสารละลาย NaOH ที่เราใช้นั้นเข้มข้น 0.1 M ดังนั้นค่าพีเอชสูงสุดที่จะได้จากการไทเทรตคือเข้าใกล้ 13 แต่จะน้อยกว่า

และในรายงานของหลายกลุ่มยังแสดงให้เห็นว่าค่าพีเอชสุดท้ายของการไทเทรต HCl ที่เหลือจากการสะเทินยาลดกรดนั้นจะต่ำกว่าค่าพีเอชสุดท้ายของการไทเทรตสารละลาย HCl โดยตรง ทั้งนี้เพราะสารละลาย HCl ที่เหลือจากการสะเทินยาลดกรดนั้นมีอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อยู่ และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ตัวนี้แหละที่จะเข้ามาสะเทินเบสในช่วงค่าพีเอชที่สูง ทำให้เห็นค่าพีเอชสุดท้ายที่ได้นั้นต่ำกว่า


เอกสารอ่านเพิ่มเติม

ดู MO Memoir จาก blog www.tamagozzilla.blogspot.com ฉบับต่อไปนี้ด้วย

เรื่อง มุมมองที่ถูกจำกัด วันเสาร์ที่ ๒๐ มิถุนายน ๒๕๕๒

เรื่อง pH probe วันพุธที่ ๑ กรกฎาคม ๒๕๕๒

เรื่อง กรด-เบส : อ่อน-แก่ วันพฤหัสบดีที่ ๑๓ สิงหาคม ๒๕๕๒

เรื่อง แต่ละจุดควรอยู่ห่างกันเท่าใด วันศุกร์ที่ ๑๖ ตุลาคม ๒๕๕๒

เรื่อง ตอบคำถามให้ชัดเจนและครอบคลุม วันเสาร์ที่ ๑๙ ธันวาคม ๒๕๕๒

วันพุธที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

การบันทึกโครมาโทแกรมลงแผ่นดิสก์ MO Memoir : Wednesday 14 July 2553

ขอให้นิสิตทุกคนเก็บ Memoir ฉบับนี้ไว้ให้ดี เพราะต้องใช้ประกอบการทำการทดลองทุกคน


เครื่องอินทิเกรเตอร์ (Integrator) C-R8A ที่ใช้ต่อกับเครื่อง GC Shimadzu นั้น นอกจากจะทำหน้าที่คำนวณพื้นที่และความสูงของพีค GC ที่ได้จากการวิเคราะห์ เรายังสามารถทำการบันทึกข้อมูลโครมาโทแกรมไว้ในแผ่นดิสก์ขนาด 3.5 นิ้ว โดยอาจบันทึกเป็นไฟล์ข้อมูลรูปแบบที่เฉพาะเครื่อง C-R8A อ่านได้เท่านั้น การบันทึกในรูปแบบนี้ถ้าต้องการนำข้อมูลมาวิเคราะห์ใหม่ก็ต้องใช้เครื่อง C-R8A อ่านข้อมูลในแผ่นดิสก์และทำการวิเคราะห์ข้อมูลใหม่

แต่เนื่องจากในขณะนี้เรามีโปรแกรม fityk ซึ่งสามารถทำงานได้ดีกว่าและหลากหลายมากกว่า ทำให้เราสามารถทำการแยกพีคที่ซ้อนกันออกมาได้ดีกว่าการใช้เครื่อง C-R8A วิเคราะห์ แต่ต้องมีการเปลี่ยนรูปแบบข้อมูลจากรูปแบบที่เฉพาะเครื่อง C-R8A อ่านได้เท่านั้น มาเป็นข้อมูลในรูปแบบตัวเลขฐาน 10 โดยต้องทำการแปลงข้อมูลการวิเคราะห์ให้กลายเป็นไฟล์ข้อมูลเลขฐาน 10 และคัดลอกข้อมูลดังกล่าวลงแผ่นดิสก์

การบันทึกข้อมูลลงแผ่นดิสก์ทุกครั้งที่วิเคราะห์มีข้อดีตรงที่ ถ้าเรามีปัญหาหรือสงสัยผลการคำนวณของเครื่อง C-R8A (ซึ่งเจออยู่บ่อยครั้ง) เราก็สามารถนำข้อมูลเดิมนั้นมาวิเคราะห์ใหม่ได้โดยที่ไม่ต้องทำการทดลองใหม่ และเรายังสามารถนำข้อมูลนั้นมาขยายเพื่อมองหาองค์ประกอบที่มีอยู่ในปริมาณน้อยในสารตัวอย่าง (ซึ่งเครื่อง C-R8A จะไม่แสดงผลนั้นออกมา)

ดังนั้นทุกครั้งที่ทำการวิเคราะห์ตัวอย่างด้วยเครื่อง GC จึงควรบันทึกข้อมูลการวิเคราะห์ที่ใช้งานจริงลงแผ่นดิสก์เอาไว้ทุกครั้ง เพราะถ้ามีปัญหาเมื่อใดจะได้กลับมาทำการวิเคราะห์ใหม่ได้ ไม่ต้องไปทำการทดลองใหม่

กรณีเช่นนี้เคยเกิดขึ้นเมื่อพบว่าในการทดลองกับตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัว เครื่อง C-R8A รายงานว่ามีผลิตภัณฑ์ข้างเคียงบางชนิดเกิดขึ้น ในขณะที่กับตัวเร่งปฏิกิริยาตัวอื่นกลับไม่รายงานผล แต่เมื่อนำโครมาโทแกรมมาตรวจสอบใหม่พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทุกตัวที่ศึกษานั้นทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ชนิดนั้นเกิดขึ้น แต่เกิดขึ้นในปริมาณต่างกัน บางตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงนั้นน้อย ซึ่งถ้าพื้นที่พีคของผลิตภัณฑ์ข้างเคียงนั้นน้อยกว่าค่าที่กำหนดไว้ให้กับเครื่อง C-R8A เครื่อง C-R8A ก็จะไม่พิมพ์พื้นที่พีคนั้นออกมา (หมายเหตุ : เรามักจะต้องตั้งพื้นที่พีคที่เล็กที่สุดที่ให้เครื่อง C-R8A พิมพ์ออกมา เช่นเราอาจตั้งให้เครื่องพิมพ์เฉพาะพีคที่มีพื้นที่มากกว่า 100 พีคใดก็ตามที่มีพื้นที่มากกว่า 100 เครื่อง C-R8A ก็จะพิมพ์พื้นที่พีคนั้นออกมา แต่พีคใดก็ตามที่มีพื้นที่น้อยกว่า 100 จะไม่ถูกรายงานออกมา การที่ต้องตั้งค่าดังกล่าวก็เพื่อไม่ให้เครื่องรายงานสิ่งที่ไม่ใช่พีค เช่น สัญญาณรบกวนต่าง ๆ หรือพีคที่มีขนาดเล็กมาก)

Memoir ฉบับนี้เขียนขึ้นเพื่อเป็นบันทึกวิธีการบันทึกไฟล์โครมาโทแกรมจากเครื่องอินทิเกรเตอร์ C-R8A ลงแผ่นดิสก์ โดยจะทำการแปลงไฟล์ให้อยู่ในรูปเลขฐาน 10 ที่สามารถนำไปเข้ากระบวนการอื่นได้ (เช่นแปลงเป็นไฟล์นามสกุล .csv เพื่อใช้กับโปรแกรม fityk หรือส่งเข้าโปรแกรม Excel หรือ Open Office)


ที่มาของวิธีการนี้ได้มาจากคู่มือของเครื่องทั้ง 4 เล่ม (มาในรูปแบบไฟล์ .pdf) คือ

C-R8A Basic guide

C-R8A Basic command

C-R8A Operation manual และ

C-R8A Advanced operation manual


1. การนำข้อมูลที่อยู่ในหน่วยความจำ C-R8A บันทึกลงแผ่นดิสก์ในรูปแบบไฟล์เลขฐาน 10

หลังจากเครื่องอินทิเกรเตอร์พิมพ์กราฟและรายงานผลครบตามเวลาที่ตั้งแล้ว เครื่องจะรายงานชื่อไฟล์ข้อมูลที่ทำการเก็บบันทึกข้อมูลโครมาโทแกรมไว้ (ดูรูปที่ 1 ข้างล่าง) ให้ทำการใส่แผ่นดิสก์ (ขนาด 3.5 นิ้วที่ผ่านการฟอร์แมตแล้ว) เข้าไปในช่องใส่แผ่นดิสก์ของเครื่อง C-R8A และดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้


รูปที่ 1 หน้าจอ C-R8A แจ้งว่าเก็บข้อมูลโครมาโทแกรมไว้ในไฟล์ชื่อ @CHRM1.C00 ส่วน 1: ที่อยู่หน้าไฟล์บอกว่าเก็บอยู่ที่หน่วยความจำของเครื่อง


ขั้นตอนที่ 1 ทำสำเนาไฟล์จากไฟล์ที่เครื่องบันทึกไว้อัตโนมัติระหว่างการวิเคราะห์ (@CHRM1.C00) ไปเป็นชื่ออื่น (เช่นเป็น @CHRM1.C32 ในที่นี้ แต่คุณก็สามารถใช้ชื่ออื่นได้ แต่ต้องนำหน้าชื่อด้วย @ เพื่อที่ C-R8A จะได้นำไฟล์ดังกล่าวไปประมวลต่อได้) โดยใช้คำสั่ง


DCOPY "1:@CHRM1.C00" TO "1:@CHRM1.C32" enter


คำสั่ง DCOPY เป็นคำสั่งทำสำเนาไฟล์เดิมที่เครื่องบันทึกไว้ในระหว่างการวิเคราะห์ไปเป็นไฟล์ใหม่ เพราะเราต้องทำการเปลี่ยนรูปแบบข้อมูลของไฟล์ ถ้าไม่ทำสำเนาไว้ แล้วเกิดความผิดพลาดระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบไฟล์ จะทำให้สูญเสียข้อมูลไปทั้งหมด ดังนั้นจึงควรทำสำเนาไฟล์ข้อมูลเอาไว้ก่อน แล้วทำการเปลี่ยนรูปแบบข้อมูลไฟล์จากไฟล์ที่ทำสำเนาเอาไว้

ปรกติเครื่องจะตั้งชื่อไฟล์เป็น @CHRM1.Cxx เริ่ม xx จะเริ่มจาก 00 ไปเป็น 01 02 ... ไปเรื่อย ๆ แต่เพื่อความปลอดภัยควรตรวจสอบด้วยว่าไฟล์ที่ได้จากการวิเคราะห์แต่ละครั้งนั้นอยู่ที่ไฟล์ @CHRM1.C00 เสมอ


ขั้นตอนที่ 2 เริ่มกระบวนการบันทึกข้อมูล โดยใช้ชุดคำสั่ง 2.1-2.4 ตามลำดับต่อไปนี้ ( หมายถึงเว้นวรรค 1 วรรค ; enter หมายถึงให้กดปุ่ม Enter)


2.1 OPEN "1:@CHRM1.C32" INPUT AS # 6 enter

2.2 OPEN "1:@CHRM1.J32" OUTPUT AS # 3 enter

2.3 CONV RD "1:@CHRM1.C32" TO 3 enter

2.4 CLOSE # 3 enter

2.5 DCOPY "1:@CHRM1.J32" TO "2:" enter


หมายเหตุ

(ก) ถ้าพิมพ์ข้อมูลผิดในระหว่างข้อ 2.1-2.3 แล้วขึ้นerror ให้พิมพ์ใหม่แต่เริ่ม

(ข) ถ้าพิมพ์ข้อมูลข้อ 2.5 ผิด พิมพ์เฉพาะข้อ 2.5 เท่านั้น

(ค) ในข้อ 2.1 คำสั่ง OPEN เป็นคำสั่งเปิดไฟล์ @CHRM1.C32 ที่อยู่ในหน่วยความจำของอินทิเกรเตอร์ โดยบอกว่าเป็นไฟล์ที่มีข้อมูลขาเข้า (จากคำสั่ง INPUT AS # 6 คือ เป็นการเปิดเพื่ออ่าน)

(ง) ในข้อ 2.2 เป็นการสร้างไฟล์ใหม่ชื่อ @CHRM1.J32 ว่าจะเป็นไฟล์ที่รองรับข้อมูลที่จะทำการเขียน (จากคำสั่ง OUTPUT AS # 3 คือ เป็นการเปิดเพื่อเขียน)

(จ) ในข้อ 2.3 เป็นการเปลี่ยนรูปแบบข้อมูลโดยใช้คำสั่ง CONV RD เปลี่ยนข้อมูลจากรูปแบบที่เฉพาะเครื่องอินทิเกรเตอร์ C-R8A อ่านได้เท่านั้น ไปเป็นรูปแบบเลขฐาน 10 และให้บันทึกข้อมูลที่เปลี่ยนรูปแบบแล้วไปที่ไฟล์ @CHRM1.J32

(ฉ) ข้อ 2.4 เป็นคำสั่งปิดไฟล์ @CHRM1.J32 คำสั่งนี้เป็นคำสั่งที่มีเพิ่มเติมจากคู่มือของรุ่นก่อนหน้า (ใครที่ถือคู่มือการทำงานของรุ่นพี่จะไม่มีคำสั่งนี้)

(ช) ข้อ 2.5 เป็นการคัดลอกไฟล์ @CHRM1.J32 ที่อยู่ในหน่วยความจำของเครื่อง C-R8A ลงในแผ่นดิสก์ ถ้าหลังจากกด enter แล้วพบว่าเครื่องไม่สามารถคัดลอกไฟล์ได้ ให้ทดลองพิมพ์คำสั่ง 2.4 ซ้ำใหม่อีกครั้ง


2. การแปลงไฟล์ที่ได้จาก C-R8A ให้อยู่ในรูปแบบที่โปรแกรม spreadsheet อ่านได้

ไฟล์ @CHRM1.J32 ที่ได้มาจากขั้นตอนก่อนหน้านั้นมีลักษณะเป็นข้อความตัวเลขเรียงเป็นแถวยาว คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (,) ดังนี้


R24,25,1012,xxx,xxx,xxx,xxx,...


ข้อมูลที่ได้มานั้นจะมีเฉพาะข้อมูลความสูงเท่านั้น ไม่ได้ให้ข้อมูลของเวลามาด้วย

R24 เป็นตัวบอกให้ทราบว่าเป็นจุดเริ่มต้นข้อมูล (ตรงนี้เราไม่ใช้)

25 เป็นตัวเลข sampling rate (ขึ้นอยู่กับการตั้ง width ของเรา) หน่วยเป็นจำนวนเท่าของ 0.02 วินาที เราใช้ตัวเลขนี้ในการคำนวณว่า

1012 คือจำนวนจุดข้อมูลทั้งหมดที่มี ตัวเลขนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ในการเก็บข้อมูลและระยะเวลาทำการวิเคราะห์ ถ้าใช้ความถี่สูงในการเก็บข้อมูลและวิเคราะห์ต่อเนื่องยาวนาน ตัวเลขนี้ก็จะเพิ่มขึ้น ในตัวอย่างนี้เลข 1012 บอกว่ามีจุดข้อมูลทั้งหมด (ตัวเลข xxx ที่อยู่ตามหลังเลขนี้) 1012 จุด

xxx คือข้อมูลสัญญาณ


ไฟล์ @CHRM1.J32 ที่ได้มานั้นมีลักษณะเป็น text file ที่ประกอบด้วยข้อมูลตัวเลข คั่นระหว่างตัวเลขด้วยจุลภาค (,) ในการทำข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบที่โปรแกรม spreadsheet อ่านได้นั้น เราอาจทำได้โดย


วิธีที่ 1 ในกรณีที่จำนวนจุดข้อมูลมีไม่มาก ให้ทำการเปลี่ยนนามสกุลไฟล์เป็น .csv ก่อน (ย่อมาจาก comma separated value) เช่นเปลี่ยนจาก @CHRM1.J32 เป็น @CHRM1.csv จากนั้นจึงใช้โปรแกรม spreadsheet เช่น Excel เปิดไฟล์นี้

ข้อมูลที่ส่งเข้ามานั้นจะมีเพียงแถว (row) เดียว (เรียงตามแนวนอนของหน้า work sheet) ถ้าหากจำนวนข้อมูลมีการเกินไป โปรแกรมจะตัดข้อมูลส่วนที่เหลือทิ้งไป

จากนั้นจึงใช้คำสั่ง transpose เพื่อเปลี่ยนรูปแบบข้อมูลจากแถวเดี่ยว ให้กลายเป็นหลัก (column) เดี่ยว


วิธีที่ 2 วิธีนี้ใช้ได้กับจำนวนจุดข้อมูลทุกขนาด โดยให้ทำการเปลี่ยนนามสกุลไฟล์ให้เป็น .txt ก่อน โดยอาจเปลี่ยนชื่อไฟล์จาก @CHRM1.J32 เป็น @CHRM1.txt

จากนั้นให้ใช้โปรแกรม Word เปิดไฟล์ @CHRM1.txt และใช้คำสั่ง replace ทำการเปลี่ยนเครื่องหมายจุลภาค (,) ด้วยการขึ้นบรรทัดใหม่ (^l) จะทำให้ได้ไฟล์ที่มีข้อมูลบรรทัดละข้อมูล ทำการบันทึกไฟล์นี้ไว้

จากนั้นใช้โปรแกรม spreadsheet (เช่น Excel) เปิดไฟล์ @CHRM1.txt ที่ผ่านการแปลงแล้ว จะได้ข้อมูลที่เรียงกันเพียงหลักเดียวดังนี้


R24

25

1012

xxx

xxx

xxx

...


3. การใส่สเกลเวลาให้กับข้อมูล

สมมุติว่าเรามีชุดข้อมูลดังนี้


R24,25,1012,32,33,31,xxx,...


32 คือข้อมูลตัวแรกของสัญญาณโครมาโทแกรม ข้อมูลที่ตำแหน่งนี้ให้เป็นเวลาศูนย์ (0)

ข้อมูลตัวถัดไป (33) จะอยู่ห่างจากตัวแรกเป็นระยะเวลา (25 x 0.02) วินาที หรือ 0.5 วินาที (ตัวเลข 25 คือตัวเลข sampling rate ที่อยู่ถัดจาก R24 ส่วน 0.02 เป็นสัญญาณการ sampling มีหน่วยเป็นวินาที ตัวเลขเวลานี้เป็นค่าคงที่ ระยะห่างระหว่างการ sampling แต่ละครั้งจะเท่ากับผลคูณของตัวเลข sampling กับสัญญาณการ samplig นี้)

ดังนั้นในที่นี้ข้อมูล 33 จะอยู่ที่เวลา 0.5 วินาที และข้อมูล 31 ก็จะอยู่ที่เวลา 1 วินาที

ถ้าต้องการหน่วยเวลาเป็นนาที ก็ให้เอา 60 หารเข้าไปด้วย (ซึ่งควรทำ เพราะจะทำให้สามารถเทียบกับโครมาโทแกรมที่เครื่อง C-R8A พิมพ์ออกมาด้วยได้)

ถ้าต้องการนำข้อมูลไปใช้กับโปรแกรม fityk ก็ให้ลบข้อมูล 3 ตัวแรก (R24,25,1012) ทิ้งไปก่อน แล้วบันทึกไฟล์เป็นนามสกุล .csv


R24 ลบข้อมูลตัวนี้ทิ้งถ้าต้องการนำไปใช้กับโปรแกรม fityk

25 ลบข้อมูลตัวนี้ทิ้งถ้าต้องการนำไปใช้กับโปรแกรม fityk

1012 ลบข้อมูลตัวนี้ทิ้งถ้าต้องการนำไปใช้กับโปรแกรม fityk

0.00 32

0.50 33

1.00 31

1.50 xxx


เมื่อถึงขั้นตอนนี้แล้วเราควรจะได้ไฟล์นามสกุล .csv เพื่อไปใช้กับโปรแกรม fityk หรือตระกูล spreadsheet เพื่อนำไปทำกราฟต่าง ๆ ต่อไป

วันศุกร์ที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

การปรับความสูงพีค GC MO Memoir : Friday 9 July 2553

ก่อนอื่นต้องขอแสดงความยินดีกับมหาบัณฑิตของกลุ่มที่เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรในเช้าวันนี้ทั้ง ๓ ราย ไม่ว่าจะเป็น "สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวัน" "สาวน้อยคมเข้มผมหยิกนัยน์ตาสวย" และ "หนุ่มหล่อผิวขาวร่างสูงสไตล์เกาหลี" ผมได้เห็นรูปที่ ๓ คนในวันซ้อมใหญ่ที่ปรากฏใน face book แล้วโดยเฉพาะสองสาวก็ต้องยอมรับแต่งหน้าแล้วดูสวยมาก ยกเว้นบางมุมกล้องเท่านั้น (ดูเหมือนจะเป็นภาพหน้าตรง) ซึ่งจะทำให้หน้าดูอ้วนไปเลย ส่วนหนุ่มเดียวที่มีอยู่ก็ดูหล่อดี และหวังว่าทุกคนคงจะถูกใจกับแบบเสื้อที่น้อง ๆ เขาทำให้ พอมาเห็นตัวจริงในวันนี้ก็ต้องขอชมว่าฝ่ายชายก็ดูหล่อ ฝ่ายหญิงก็ดูสวยทุกคน

Memoir ฉบับแรกของกลุ่มเราออกเมื่อวันพุธที่ ๙ กรกฎาคม ๒๕๕๑ ดังนั้นฉบับนี้ (ฉบับที่ ๑๘๒) จึงเป็นฉบับขึ้นต้นปีที่ ๓ แล้ว นับหน้ากระดาษดูแล้วพบว่า ๒ ปีแรกออก memoir ไป ๕๙๘ หน้า (ขาดอีก ๒ หน้าก็ครบ ๖๐๐ แล้ว) ฉบับนี้ก็เลยถือโอกาสเปลี่ยนรูปแบบบ้างเล็กน้อย ส่วนมหาบัณฑิตทั้งสามท่าน ฉบับนี้ก็จะเป็นฉบับที่ส่งให้ทางอีเมล์โดยตรงเป็นฉบับสุดท้ายเช่นเดียวกัน (จะไม่ไปรบกวนพื้นที่ใน mail box ของแต่ละรายอีกแล้ว) แต่ถ้าต้องการฉบับไหนเป็นพิเศษก็ขอมาได้ และขอให้ทุกคนประสบแต่ความสุขในชีวิตข้างหน้าทุกคน ถ้ามีโอกาสก็ขอเชิญแวะเยี่ยม blog ของกลุ่มบ้าง ซึ่งเป็นบทความที่ผมเขียนขึ้นเพื่อนนินทาน้อง ๆ ในกลุ่มและเหตุการณ์ในแลป ถ้าหากยังพวกคุณยังอยากรู้ว่าน้อง ๆ กำลังทำอะไรกันอยู่ หรือว่าเกิดเรื่องอะไรบ้างในแลป


สัปดาห์ที่แล้วมีคนมาขอถามผมว่าจะขอต่อ line เพิ่มเพื่อทำการเจือจางแก๊ส SO2 เนื่องจากแก๊สที่ใช้ในการทดลองนั้นมีความเข้มข้นสูงเกินไป เมื่อทำการฉีดเข้า GC จึงทำให้เกิดพีคหัวตัด ช่างที่เขาเข้ามาติดตั้งเครื่องต้องทำการเจือจางหลายครั้งกว่าจะได้พีคหัวไม่ตัด

สิ่งที่แรกที่ผมถามเขาคือ ได้พีคหัวตัดแล้วมีปัญหาอย่างไร ซึ่งไม่ได้รับคำตอบ คำถามชุดถัดมาก็คือ แล้วการทำให้พีคที่ได้หัวไม่ตัดทำได้อย่างไรบ้าง เราสามารถปรับแต่งเครื่องตรงไหนได้บ้างเพื่อไม่ทำให้เกิดพีคหัวตัด (ซึ่งก็ไม่ได้รับคำตอบอีก) และคำถามสุดท้ายคือได้อ่านคู่มือเครื่อง GC บ้างหรือยัง หรือได้เรียนรู้หลักการทำงานของเครื่อง GC บ้างหรือยัง ซึ่งคราวนี้ได้คำตอบคือ "ยัง" ที่ผ่านมาก็รู้แค่ช่างที่มาติดตั้งเครื่องแสดงให้ดูว่ากดปุ่มไหนบ้างแค่นั้นเอง ผมก็เลยบอกเขาไปว่าถ้าเช่นนั้นขอให้คุณไปศึกษามันก่อน

เมื่อไรหนอความคิดที่ว่า "เราไม่ได้ทำวิทยานิพนธ์เรื่อง GC" จะหมดไปจากแลปสักที

นิสิตจำนวนไม่น้อย (เผลอ ๆ ก็รวมทั้งที่อาจารย์ปรึกษาบางคนด้วย) ไม่ได้สนใจว่าเครื่องมือวัดแต่ละตัวนั้นมีหลักการทำงานอย่างไร มันวัดอะไรได้บ้าง และเราสามารถปรับแต่งการทำงานได้อย่างไร (นิสิตในกลุ่มเราเองก็เป็นเหมือนกัน) ผลที่ตามมาก็คือไม่สามารถแปลผลการวัดได้ถูกต้องเสมอไป หรือแปลผลเข้าข้างตัวเอง ทั้งนี้อาจเป็นเพราะความขี้เกียจเรียนรู้ด้วยตนเอง รอให้คนอื่นมาบอกให้ว่าให้ทำอย่างไรแค่นั้นก็พอ (การอ่านคือการเรียนรู้ด้วยตนเอง ส่วนการฟังนั้นเป็นการเรียนรู้แบบให้คนอื่นป้อนให้) หรือความต้องการผลการทดลองออกมาให้มากที่สุดในเวลาอันสั้น ทำให้มองเห็นว่าการไปเรียนรู้ทำความรู้จักการใช้เครื่องมือนั้นเป็นการเสียเวลาผลิตผลการทดลอง ผลที่ตามมาก็คือเครื่องมือบางเครื่องเกิดความเสียหาย ใช้งานไม่ได้หลายเดือน ซึ่งเรื่องนี้ผมก็ได้เคยเตือนไปแล้วหลายครั้งถึงวิธีการปฏิบัติที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งอย่าลัดขั้นตอนการทำงานและเมื่อต้องรอให้ระบบเข้าที่ก็จำเป็นต้องรอ

การแปลผลออกแบบเข้าข้างตนเองหรือแปลผิด ๆ นี้เห็นเป็นประจำ ซึ่งก็เคยมีบางรายที่สงสัยก็มาถามผม และผมก็ได้อธิบายเขาไปว่ามันไม่ถูกต้อง แต่คำอธิบายของผมก็ไม่ได้รับความสนใจ ด้วยเหตุผลที่ว่า "ก็รุ่นพี่เขาแปลผลกันอย่างนี้" ทำให้ผมสงสัยว่าถ้าเช่นนั้นมาถามผมทำไมว่าควรอ่านผลอย่างไร หรือว่าเขาต้องการคำยืนยันจากปากของผมเองว่าที่รุ่นพี่ทำมานั้นถูกต้องแล้ว แต่พอผมกลับบอกว่าไม่ใช่ เขาก็เลยไม่พอใจ (อีกตัวอย่างหนึ่งเคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๒๖ วันศุกร์ที่ ๓๐ มกราคม ๒๕๕๒ เรื่อง Thermal conductivity detector ลองไปหาอ่านย้อนหลังเอาเอง)

เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ผมปฏิเสธที่จะเป็นกรรมการสอบให้กับนิสิตบางกลุ่ม เพราะสุดท้ายผลการสอบก็ใช้เสียงข้างมากของกรรมการอยู่ดี ทั้ง ๆ ที่ประเด็นความผิดพลาดที่กรรมการเสียงข้างน้อยแย้งไว้นั้น โดยเฉพาะในวิธีการทดลองที่ผมแย้งว่าผิดพลากและผู้เข้าสอบไม่สามารถโต้แย้งได้ ในมุมมองของผมคือถ้าวิธีการทดลองผิดพลาด ก็ไม่ต้องคุยกันเรื่องผลการทดลองและข้อสรุปที่ได้แล้ว (ก็ในเมื่อผลมันผิด มันก็ไม่มีคุณค่าต่อการพิจารณาอีกแล้ว)

ที่นี้เรากลับมาที่เรื่อง GC ก่อนอื่นก็ต้องขออธิบายก่อนว่าทำไปตอนนั้นช่างที่เขามาติดตั้งเครื่องจึงต้องทำการเจือจางแก๊สให้มีความเข้มข้นต่ำ ๆ ก่อนฉีดเข้าเครื่อง

เหตุผลหลักก็คือต้องการทดสอบความว่องไวของเครื่องว่าสามารถตรวจวัดสารที่มีปริมาณต่ำมาก ๆ ได้ตามข้อกำหนดคุณลักษณะเฉพาะของเครื่อง เพราะถ้ามันทำไม่ได้ กรรมการตรวจรับก็จะไม่ตรวจรับมอบเครื่องนั้น

เรื่องถัดมาก็คือถ้าพีคที่ได้มีลักษณะเป็นหัวตัด "แล้วมันมีปัญหาอะไรไหมในการวิเคราะห์"


ขออ้างอิงก่อนว่าเคยเขียนเรื่องเกี่ยวกับ chromatogram ไว้ใน memoir ก่อนหน้านี้ ๓ ฉบับคือ

ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๔๑ วันศุกร์ที่ ๓ กรกฎาคม ๒๕๕๒ ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 1)

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๐ กรกฎาคม ๒๕๕๒ ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 2) และ

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๘๒ วันศุกร์ที่ ๒๗ พฤศจิกายน ๒๕๕๒ ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 3)

(ไม่รู้เหมือนกันว่าทำไมต้องมีเขียนเรื่องนี้ในวันศุกร์ด้วย)


รูปที่ 1 ข้างล่างแสดงความเส้นทางการส่งสัญญาณ (ไฟฟ้า) จากตัวตรวจวัด (detector) ไปยังอุปกรณ์แสดงผลและบันทึกผล (recorder) และประมวลสัญญาณ (integrator) ซึ่งอุปกรณ์บันทึกผล แสดงผล และประมวลสัญญาณ ในอดีตนั้นมักเป็นอุปกรณ์แยกชิ้น แต่ในปัจจุบันใช้คอมพิวเตอร์เครื่องเดียวทำทุกอย่าง หรือใช้ integrator ตัวเดียวทำทั้งเป็นอุปกรณ์แสดงผลและประมวลสัญญาณ เรื่องที่จะเล่าในที่นี้จะอิงจาก GC Shimadzu ที่เราใช้กันอยู่ในแลปของเรา โดยจะเลือกเอาตัวที่ยังไม่ได้ใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ควบคุม ซึ่งเป็นรุ่นที่เรามีใช้อยู่มากที่สุด


รูปที่ 1 ตัวอย่างโครงสร้างเส้นทางการส่งสัญญาณจาก detector ไปยังอุปกรณ์ประมวลและแสดงผล

ตัวตรวจวัดนั้นจะมีตัวปรับสัญญาณความว่องไว สำหรับเครื่อง Shimadzu ที่เราใช้นั้นก็คือปุ่ม Range และมีตัวหั่นสัญญาณที่เรียกว่า Attenuator (แปลตรงตัวคือทำให้อ่อนลง) หรือที่เรามักเรียกสั้น ๆ ว่า Atten สัญญาณที่ออกมาจากตัวตรวจวัด (เส้นสีแดง) นั้นอาจถูกส่งต่อไปยังเครื่องประมวลสัญญาณ (Integrator) ที่ใช้หาพื้นที่หรือความสูงของพีค และเครื่องบันทึกสัญญาณเป็นรูปกราฟบนกระดาษ (Recorder) โดยปรกติสัญญาณที่ส่งออกจากตัวตรวจวัด (เส้นสีแดง) ไปยัง Integrator มักจะไม่ผ่านตัวหั่นสัญญาณ แต่สัญญาณที่ส่งไปยัง Recorder มักจะต้องผ่านตัวหั่นสัญญาณก่อน แต่ทั้งนี้ก็ไม่เสมอไป เพื่อความแน่นอนควรตรวจสอบกับเครื่องที่ใช้งานอยู่ก่อน

เราสามารถปรับความว่องไวของตัวตรวจวัดให้เหมาะสมกับความเข้มข้นของตัวอย่างที่ต้องการวัดได้โดยการปรับที่ปุ่ม "Range" ซึ่งมักติดตั้งอยู่บนตัวเรื่อง ส่วนจะอยู่ที่ตรงไหนนั้นขึ้นอยู่กับรุ่นของเครื่องที่ใช้ (ดูตัวอย่างได้ในรูปที่ 2 ซึ่งถ่ายมาจากเครื่องที่อยู่ในห้องแลป บางตัวก็เป็นแผงบนตัวเครื่อง (2ก และ 2ข) ในขณะที่บางเครื่องก็อยู่บนแผงควบคุมต่างหาก (2ค) การทำงานของปุ่ม Range นี้ก็เหมือนกับการปรับความว่องไวของ Multi meter ที่ใช้งานทางไฟฟ้า กล่าวคือหน้าปัดเดียวใช้วัดไฟได้ตั้งแต่ 1.5 V ไปจนถึง 250 V

ถ้าเราตั้งช่วง Range ไว้แคบ (เช่น 1 ในเครื่อง GC) จะเป็นเสมือนเราตั้งความว่องไวเอาไว้สูงสุด เราก็จะวัดสัญญาณปริมาณน้อย ๆ ได้ละเอียด (เหมือนกับตั้ง multi meter ให้วัดไฟได้เพียง 1.5 V ถ้าไฟเปลี่ยนเป็น 1.4 V ก็จะสังเกตเห็นได้) แต่ถ้าเราตั้ง Range ไว้กว้าง (เช่นตั้งไว้ที่ 104) จะเป็นเสมือนเราตั้งความว่องไวเอาไว้ต่ำ จะทำให้สามารถวัดสัญญาณปริมาณมาก ๆ ได้ แต่จะมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย (เหมือนกับตั้ง multi meter ให้วัดไฟได้ 250 V ถ้าไฟเปลี่ยนแปลงเพียงแค่ 1 V ก็จะมองไม่เห็น)


รูปที่ 2 รูปแบบต่าง ๆ (บางรูปแบบ) ของแผงควบคุมของเครื่อง GC ที่ใช้งานในแลปของเรา พึงสังเกตว่าแม้ว่าจะเป็น GC รุ่นเดียวกัน แต่ก็อาจใช้ชุดควบคุมที่แตกต่างกันได้

ในการทดสอบความว่องไวของเครื่อง การวัดสารในปริมาณน้อย ๆ หรือการตรวจรับเครื่องนั้น จะต้องตั้งช่วง Range ให้ต่ำที่สุด เพื่อให้มองเห็นการเปลี่ยนแปลงที่มีขนาดน้อย ๆ ได้ แต่ถ้าสารตัวอย่างของเรามีปริมาณมาก จะทำให้ตัวตรวจวัดเกิดการอิ่มตัว (saturate) พีคที่ได้ก็จะออกมามีลักษณะเป็นพีคหัวตัด เหมือนกับการเอาตาชั่งที่ชั่งของได้ 1 กิโลกรัมไปชั่งของใด ๆ ที่หนักกว่า 1 กิโลกรัม ตาชั่งก็จะบอกว่าของเหล่านั้นหนัก 1 กิโลกรัมเหมือนกันหมด ไม่ว่าน้ำหนักของของนั้นมันจะเกิด 1 กิโลกรัมไปเท่าใด

ดังนั้นการปรับตั้งช่วง Range ให้เหมาะสมกับปริมาณตัวอย่างก็สามารถแก้ปัญหาพีคหัวตัดได้

หน้าที่ของปุ่ม Atten นั้นจะส่งผลต่อความสูงของพีคที่วาดออกมาเป็นกราฟ ตัวเลขที่ปรากฏอยู่เป็นตัวหารสัญญาณ เลข 1 ก็หมายความว่าสัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งมาจะถูกหารด้วย 1 (กล่าวคือสัญญาณส่งมาอย่างไรก็ถูกแสดงไปอย่างนั้น) เลข 256 ก็หมายความว่าสัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งมาจะถูกหารด้วย 256 (เลขยิ่งมาก สัญญาณยิ่งเล็กลง) ในกรณีของเครื่อง Integrator นั้น บางครั้งการปรับปุ่ม Atten ไม่ส่งผลต่อข้อมูลความสูงและพื้นที่ของพีคที่เครื่องคำนวณได้ แต่ทำให้รูปกราฟที่วาดออกมานั้นเปลี่ยนแปลงไป แต่บางเครื่องนั้นการปรับปุ่ม Atten ส่งผลกระทบถึงกันระหว่างขนาดของรูปที่วาดออกมาและพื้นที่/ความสูงของพีคที่คำนวณได้ ดังนั้นในการใช้เครื่อง GC นั้นควรมีการทดสอบว่าถ้าฉีดสารตัวอย่างเข้าไปในปริมาณที่เท่ากัน แต่ตั้ง Atten ไว้ต่างกัน พื้นที่และความสูงของพีคที่เครื่องคำนวณได้นั้นแตกต่างไปหรือไม่

ในกรณีของเครื่อง Integrator CR-8A นั้นเราเคยพบว่า บางครั้งพีคที่เครื่องวาดออกมานั้นมีลักษณะหัวตัดอยู่หลายพีค แต่พีคเหล่านั้นมีความสูงที่แตกต่างกัน นั่นคือสัญญาณที่ใช้วาดรูปกับสัญญาณที่ใช้คำนวณพื้นที่/ความสูงของพีคนั้นเป็นคนละสัญญาณกัน ในกรณีที่ chromatogram แสดงพีคที่มีลักษณะหัวตัวหลายพีค และความสูงที่ได้นั้นออกมาเท่ากัน (แม้ว่าดูไปแล้วพีคจะกว้างไม่เท่ากัน) นั่นแสดงว่าตัวตรวจวัดเกิดการอิ่มตัว (ตั้ง range ไว้ต่ำเกินไป)

ปรกติแล้วถ้า Integrator วาดรูปพีคที่เราสนใจนั้นเป็นรูปพีคหัวตัด ผมมักจะให้ไปปรับตั้งเครื่องใหม่เพื่อให้เครื่องแสดงพีคที่หัวไม่ตัดออกมา (แม้ว่าค่าตัวเลขจะแสดงว่าตัวตรวจวัดยังไม่อิ่มตัว) ซึ่งมักจะทำได้โดยการเพิ่มค่า Atten เหตุผลที่ต้องให้ทำดังกล่าวคือต้องการตรวจสอบดูว่าพีคที่ได้นั้นไม่ได้มีลักษณะเป็นพีคหัวแตก (ยอดพีคปรากฏเป็นพีค 2 หัว) เพราะถ้าเป็นพีคหัวแตกเมื่อไรมักจะเกิดปัญหาเรื่องการคำนวณพื้นที่ตามมา คือเครื่องจะคำนวณแยกเป็น 2 พีคแทนที่จะเป็นพีคเดียว (เคยแสดงไว้แล้วในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 ของ Memoir ฉบับปีที่ ๒ ฉบับที่ ๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๐ กรกฎาคม ๒๕๕๒ ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 2))


อีกวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการแก้ปัญหาพีคหัวตัดคือ "ลดปริมาตร" ของตัวอย่างที่ฉีดเข้าเครื่อง แต่การฉีดสารตัวอย่างนั้นไม่ควรฉีดด้วยปริมาตรที่น้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของเข็ม เช่นคุณมีเข็มขนาด 1 ml ก็ไม่ควรใช้ฉีดตัวอย่างในปริมาตร 0.1-0.2 ml เพราะความคลาดเคลื่อนจากการอ่านสเกลจะสูง ถ้าฉีดขนาด 0.5 ml ขึ้นไปมักจะไม่มีปัญหาใด และถ้าเป็นไปได้ก็ควรใช้เข็มที่มีขนาดเล็กลง และถ้าใช้วิธีการนี้แล้วยังแก้ปัญหาไม่ได้อีกก็คงต้องไปใช้การเจือจางแก๊สตัวอย่างที่จะนำมาวัด (เรื่องการใช้เข็มฉีดนี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ฉบับปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๖ วันพุธที่ ๒๗ มกราคม ๒๕๕๓ การใช้ syringe ฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊ส)

ลาแล้วจามจุรี

...ลาแล้วจามจุรี
ที่ เตือน ใจ
เสียดายที่จากไป
เคยอยู่ใกล้ ทุกสมัยมั่น
เจ้าเอยเคยชิดติดพัน
ต้องลาโศกศัลย์เศร้าใจ
นับแต่วันนี้ต่อไป
ลับลา จะห่างไกล
เหมือนดัง จะขาดใจ
คร่ำครวญหวนไห้ ก็ไม่คืนมา

....ลาแล้วจามจุรี
ที่ เคย เห็น
มิตรดีที่เจ้าเป็น
ได้ร่มเย็น
ทุกเสมอหน้า
จากไปใจหายจากลา
โอ้ใครจะมาปลอบใจ
มิใช่จะร้างห่างไกล
ถึงตัว จะจากไป
สัมพันธ์ ทางจิตใจ
จะไกลหรือใกล้
ใจอยู่ด้วยเอย


ขอแสดงความยินดีกับบัณฑิตใหม่ทุกท่าน

วันพุธที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

การทดลองวัดความสามารถในการดูดซับ MO Memoir : Wednesday 7 July 2553

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายในเฉพาะสมาชิกของกลุ่มเท่านั้น

วันอังคารที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2553

ควรใช้สารตัวอย่างในปริมาณเท่าใด MO Memoir : Thursday 6 July 2553

Memoir ฉบับนี้นำมาจากเอกสารคำสอนวิชา ๒๑๐๕-๒๗๐ เคมีวิเคราะห์ เรื่อง "Practical laboratory (4) : ควรใช้สารตัวอย่างในปริมาณเท่าใด" ซึ่งเผยแพร่ให้นิสิตป.ตรี ปี ๒ เมื่อวันจันทร์ที่ ๕ กรกฎาคม ๒๕๕๓

ในการทดลองนั้นนิสิตป.ตรี ได้รับตัวอย่างที่เป็นน้ำปลา (แจกให้ไปทั้งขวด) เพื่อหาปริมาณ Cl- ด้วยการตกตะกอนกับสารละลาย AgNO3 แล้วกรองตะกอน AgCl ที่ได้ไปชั่งน้ำหนัก หรือโดยการไทเทรตกับสารละลาย AgNO3 (วิธีการของ Mohr) หรือหา AgNO3 ที่เหลือจากการตกตะกอน AgCl (วิธีการของ Volhard)

สารตัวอย่างอีกตัวได้แก่น้ำทะเลเพื่อหาปริมาณ SO42- โดยการตกตะกอนกับสารละลาย BaCl2 แล้วกรองเอาตะกอน BaSO4 ไปชั่งน้ำหนัก

ความยากอย่างแรกของการทดลองเหล่านี้คือ "ไม่ได้กำหนดว่านิสิตจะต้องใช้ตัวอย่างในปริมาตรเท่าใด"
ถ้านิสิตใช้ตัวอย่างมากเกินไป ปริมาณรีเอเจนต์ต่าง ๆ ที่เตรียมเอาไว้ก็จะไม่พอใช้ หรือทำให้สิ้นเปลืองมาก
ในทางตรงกันข้ามถ้านิสิตใช้ตัวอย่างน้อยเกินไป ความคลาดเคลื่อนจากการวัดจะส่งผลต่อค่าที่วัดได้มาก

เนื้อหาใน Memoir นี้เป็นการให้แนวทางสำหรับทดลองหาปริมาตรที่เหมาะสมสำหรับสารตัวอย่างที่ควรนำมาใช้ในการวิเคราะห์แต่ละครั้ง ซึ่งเห็นว่าจะเป็นประโยชน์ต่อพวกคุณ เพราะเป็นเรื่องปรกติที่เรามักต้องทำการวิเคราะห์สารตัวอย่างโดยที่ไม่รู้ว่าความเข้มข้นของสารที่ต้องการวัดนั้นอยู่ในระดับใด (เช่นควรต้องนำสารตัวอย่างกี่ไมโครลิตร (ในกรณีที่เป็นของเหลว) หรือมิลลิลิตร (ในกรณีที่เป็นแก๊ส) มาฉีด GC)

อย่างที่ได้กล่าวไว้ในห้องเรียนแล้วว่าสิ่งที่อยู่ในตำราเรียนนั้นออกแบบมาเพื่อให้ง่ายต่อการสอนและการเรียน ตัวอย่างต่าง ๆ ที่อยู่ในบทเรียน (ไม่ว่าจะเป็นภาคทฤษฎีหรือภาคปฏิบัติ) นั้นเป็นตัวอย่างที่มักออกแบบมาเพื่อให้สะดวกแก่ผู้สอนในการจัดเตรียมอุปกรณ์ สารเคมี ฯลฯ และให้ความสะดวกแก่ผู้เรียนในการเรียน ซึ่งจะเห็นได้ว่ามักจะระบุปริมาณสารตัวอย่างที่ต้องใช้ และปริมาณรีเอเจนต์ต่าง ๆ ที่ต้องใช้ในแต่ละขั้นตอนเอาไว้อย่างละเอียด

แต่ในการทำงานจริงนั้นปัญหาพบกันเป็นประจำคือเราต้องเผชิญกับตัวอย่างที่เราไม่ทราบว่ามีความเข้มข้นของสารต้องการที่วิเคราะห์อยู่ในระดับใด ทำให้เราไม่สามารถบอกได้เลยว่า "ควรใช้สารตัวอย่างในปริมาณเท่าใด" ในการวิเคราะห์ และที่สำคัญคือคำตอบของปัญหานี้ไม่อยู่ในตำราเรียนซะด้วย

ในกรณีที่เราพอจะทราบก่อนแล้วว่าตัวอย่างนั้นมีสารที่ต้องการวิเคราะห์อยู่ประมาณเท่าใด การกำหนดปริมาณตัวอย่างที่ต้องใช้ในการวิเคราะห์ก็จะทำได้ง่ายขึ้น

แต่สำหรับตัวอย่างที่เราไม่มีประสบการณ์มาก่อน เรามักไม่ทราบระดับความเข้มข้นของสารที่ต้องการวิเคราะห์ในสารตัวอย่าง ทำให้ไม่สามารถกำหนดปริมาณสารตัวอย่างที่ต้องนำมาวิเคราะห์ได้ ทำให้อาจต้องมีการทำการทดลองหลายครั้งเพื่อให้ผลการวิเคราะห์นั้นถูกต้อง

ตัวอย่างของปัญหานี้ที่พวกคุณประสบมาก็คือการหาความเข้มข้นของเกลือในน้ำปลา และความเข้มข้นของซัลเฟตในน้ำทะเล
ความเข้มข้นของเกลือในน้ำปลานั้นขึ้นอยู่กับสูตรส่วนผสมของผู้ผลิตแต่ละราย แต่สูตรส่วนผสมที่อยู่ข้างขวดนั้นก็เป็นสูตรส่วนผสมของ เกลือ + ปลา + อื่น ๆ (เช่น กากปลา น้ำตาล ผงชูรส) ที่ใช้ในการหมัก ไม่ใช่ความเข้มข้นของแต่ละสารที่อยู่ในน้ำปลาที่ได้ ส่วนความเข้มข้นของซัลเฟตในน้ำทะเลนั้นก็ยังขึ้นกับแหล่งที่ทำการเก็บและช่วงระยะเวลาที่ทำการเก็บอีก

ในที่นี้จึงจะให้แนวทาง (ผมเขียนขึ้นจากประสบการณ์ของตนเอง ดังนั้นอย่าไปคาดหวังว่าจะหาได้ในหนังสือใด) ในการประมาณปริมาณสารตัวอย่างที่ต้องใช้ในการวิเคราะห์ โดยจะใช้ตัวอย่างจากการทดลองหาปริมาณคลอไรด์ในน้ำปลาและปริมาณซัลเฟตในน้ำทะเลที่พวกคุณได้ทำกันไปแล้ว

๑. การประมาณความเข้มข้นของสารตัวอย่าง (เชิงคุณภาพ)

สิ่งแรกที่เราพอจะทำได้ก็คือประมาณ (เชิงคุณภาพ) ก่อนว่าสารตัวอย่างนั้นมีสารที่เราต้องการวิเคราะห์อยู่ในปริมาณมากหรือน้อย ซึ่งเราทำได้โดยเอาสารตัวอย่างมาในปริมาณหนึ่งแล้วทดลองหยดรีเอเจนต์ลงไป แล้วสังเกตปริมาณตะกอนที่เกิดขึ้น ถ้าเห็นตะกอนเกิดขึ้นหนาแน่นมากก็แสดงว่าความเข้มข้นของสารที่ต้องการวิเคราะห์นั้นสูง แต่ถ้าเห็นว่าเกิดขึ้นเบาบางก็แสดงว่าความเข้มข้นของสารที่ต้องการวิเคราะห์นั้นต่ำ

แต่วิธีนี้ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ที่ทำการวิเคราะห์ว่าเคยวิเคราะห์ตัวอย่างที่มีความเข้มข้นในระดับใดมาบ้าง สำหรับผู้ที่ไม่เคยมีประสบการณ์หรือมีประสบการณ์น้อยนั้นอาจใช้วิธีเตรียมสารละลายที่ทราบความเข้มข้นของสารที่ต้องการวิเคราะห์ขึ้นมาก่อน จากนั้นจึงหยดรีเอเจนต์ลงไป แล้วค่อยเปรียบเทียบปริมาณตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างสารตัวอย่างและสารละลายที่เราเตรียมขึ้นมา

อีกวิธีการหนึ่งที่สามารถทำได้ง่าย ๆ ในแลปของเราคือการใช้การวัดค่าการนำไฟฟ้า ซึ่งถ้าสารละลายมีค่าการนำไฟฟ้าก็สูงแสดงว่ามีไอออนอยู่มาก

แต่การแปลผลค่าการนำไฟฟ้าก็ต้องระวังให้ดี เพราะเป็นการวัดค่าการนำไฟฟ้าของไอออนที่เราต้องการตกตะกอนและไอออนที่เราไม่ต้องการตกตะกอน

ในกรณีของน้ำปลานั้นเราอาจถือได้ว่าไอออนส่วนใหญ่ที่อยู่ในน้ำเป็น Na+ และ Cl- ที่มาจากการละลายของเกลือ NaCl ดังนั้นถ้าเห็นค่าการนำไฟฟ้าสูงก็แสดงว่าความเข้มข้นของเกลือ NaCl ควรจะสูงตามไปด้วย
แต่ในกรณีของน้ำทะเลนั้นเราไม่ทราบว่าประกอบด้วยไอออนอะไรบ้าง รู้แต่ว่ามี Na+ และ Cl- ในปริมาณที่มาก แต่ไอออนที่เราต้องการวัดคือซัลเฟต (SO42-)

นอกจากนี้ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายยังขึ้นอยู่กับน้ำหนักของไอออนด้วย (ที่จำนวนประจุเท่ากัน) กล่าวคือสารละลายที่ประกอบด้วยไอออนที่เบากว่าจะเห็นว่ามีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าสารละลายที่ประกอบด้วยไอออนที่หนักกว่า (คุณควรเห็นค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย NaCl สูงกว่าของสารละลาย KI ที่ความเข้มข้นโดยโมลเท่ากัน)

ว่าง ๆ ก็ลองไปคิดดูเล่น ๆ ว่าน่าจะมีวิธีการอื่นอีกได้ไหม

๒. ปริมาณที่จะนำมาใช้ในการวิเคราะห์ (เชิงปริมาณ)

ปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดปริมาณสารตัวอย่างที่จะนำมาใช้ในการวิเคราะห์คือระดับความคลาดเคลื่อนของเครื่องมือที่ใช้ในการวิเคราะห์

ลองนึกภาพคุณใช้กระบอกตวงขนาด 100 ml ตวงของเหลวปริมาตร 10 ml กับ 50 ml
ความคลาดเคลื่อนในการอ่านระดับของเหลวที่ขีด 10 ml และ 50 ml นั้นจะเท่ากัน ในที่นี้สมมุติว่าคลาดเคลื่อนในระดับ 0.05 ml

ความคลาดเคลื่อนในระดับ 0.05 ml จากปริมาตรทั้งหมด 10 ml หมายถึงความผิดพลาดในการวัด 0.5% ในขณะที่ความคลาดเคลื่อนในระดับ 0.05 ml จากปริมาตรทั้งหมด 50 ml หมายถึงความผิดพลาดในการวัดเพียง 0.1% หรือน้อยกว่าในกรณีของการวัดปริมาณ 10 ml ถึง 5 เท่า

ดังนั้นถ้าจะตวงของเหลวปริมาณ 10 ml โดยใช้กระบอกตวง การตวงโดยใช้กระบอกตวงขนาด 10 ml จะให้ความผิดพลาดที่ต่ำกว่าการใช้กระบอกตวงขนาด 100 ml เพราะว่ากระบอกตวงขนาด 10 ml มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า เมื่อปริมาตรของเหลวเปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อยก็จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนระดับความสูงของของเหลวได้ง่ายกว่าการใช้กระบอกตวงขนาด 100 ml ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า

ในกรณีของการชั่งน้ำหนักนั้น (แลป gravimetric) ปัจจัยที่มีส่วนในการกำหนดความถูกต้องคือน้ำหนักของอุปกรณ์ที่ใช้เก็บตะกอนและความละเอียดของเครื่องชั่งที่ใช้

เครื่องชั่งที่พวกคุณใช้งานนั้นเป็นเครื่องชั่งความละเอียด 5 ตำแหน่ง (ระดับ 0.01 mg) แต่การชั่งให้ถูกต้องถึงตำแหน่งที่ 5 (0.01 mg) นั้นต้องใช้ความระมัดระวังสูง และที่ผ่านมานั้นในระดับการทำงานของพวกคุณนั้นคาดหวังความถูกต้องได้อย่างมากที่สุดคือตำแหน่งที่ 4 (0.1 mg) หรืออาจเพียงแค่ตำแหน่งที่ 3 (0.001 g) ด้วยซ้ำ

ดังนั้นน้ำหนักของตะกอนที่ตกได้ ควรมีค่ามากเพียงพอที่จะทำให้ความคลาดเคลื่อนจากการชั่งนั้นไม่ส่งผลที่มีนัยสำคัญต่อน้ำหนักที่ชั่งได้

ตัวอย่างเช่นได้ตะกอน 1 g ที่ระดับความคลาดเคลื่อน 0.001 g ถือว่าผิดพลาดไป 0.1% แต่ถ้าได้ตะกอน 0.05 g ที่ระดับความคลาดเคลื่อน 0.001 g จะผิดพลาดไปถึง 2%

แต่ต้องไม่ลืมนะว่าความผิดพลาดในการชั่งน้ำหนักมีโอกาสเกิดสองครั้งคือตอนที่ชั่ง crucible เปล่ากับตอนที่ชั่ง crucible ที่มีตะกอนอยู่

อีกปัจจัยหนึ่งคือน้ำหนักของตะกอนที่ตกได้ควรมากพอที่จะเห็นการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของ crucible ได้ชัดเจน ที่ผ่านมามีบางรายนั้นตกตะกอนได้น้อยมาก เมื่อนำ crucible ก่อนเก็บตะกอนและหลังจากตะกอนไปชั่งน้ำหนัก ปรากฏว่าน้ำหนัก crucible รวมกับตะกอนกลับน้อยกว่าน้ำหนัก crucible เปล่าเสียอีก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการทำงานนั้นมีความคลาดเคลื่อนสูงมาก

และในการกรองที่ใช้กระดาษกรอง (ตะกอนซัลเฟต) และต้องทำการเผากระดาษกรองทิ้งไปนั้น ในความเป็นจริงนั้นตัวกระดาษกรองสำหรับงานเคมีวิเคราะห์เองก็ไม่ได้สลายตัวเป็นแก๊สไปหมด ยังมีเถ้าหลงเหลืออยู่บ้างแต่ก็น้อยมาก (ตามมาตรฐานที่ยอมรับกัน) ดังนั้นปริมาณตะกอนที่ตกได้ก็ควรมากเพียงพอที่จะกลบน้ำหนักของเถ้าที่หลงเหลือหลังการเผากระดาษทิ้งไปด้วย

การทดลองเรื่องการไทเทรตด้วยการตกตะกอน (precipitation titration) นั้นจะง่ายกว่าเพราะว่าพวกคุณทราบระดับความเข้มข้นของเกลือในน้ำปลามาแล้ว (จากการทดลอง gravimetric)
แต่การทดลองมีปัญหามากอันหนึ่งคือวิธีการของ Volhard ที่ต้องใส่สารละลาย AgNO3 ให้มากเกินพอ
บางกลุ่มนั้นใช้ความเข้มข้นที่ได้จากแลป gravimetric แล้วกะว่าใส่เกินพอเพียงแค่ 1 ml ก็พอ

แต่ปรากฏว่าที่คิดว่าใส่เกินพอนั้นกลับกลายเป็นใส่ไม่มากเพียงพอ เพราะความเข้มข้นที่ได้จากแลปก่อนหน้านั้นเป็นความเข้มข้นที่ต่ำเกินไป

ถ้าคุณใส่สารละลาย AgNO3 มากเกินพอไปเพียงเล็กน้อย ปริมาณสารละลาย SCN- ที่ใช้ในการไทเทรตก็จะน้อยกว่าการใส่สารละลาย AgNO3 มากเกินพอไปมาก ซึ่งตรงจุดนี้ก็จะไปส่งผลถึงขนาดความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ในการอ่านตัวเลขจากบิวเรต ซึ่งเป็นเหมือนกับการอ่านตัวเลขจากกระบอกตัวที่กล่าวมาข้างต้น

ตัวอย่างเช่นถ้าคุณหยดสารละลาย SCN- เพียงแค่ 1 ml การอ่านตัวเลขบนบิวเรตของคุณอาจมีความคลาดเคลื่อนในระดับ 0.01 ml แต่ถ้าใส่สารละลาย AgNO3 มากเกินพอมากขึ้น คุณอาจต้องหยดสารละลาย SCN- เพิ่มขึ้นเป็น 10 ml แต่ความคลาดเคลื่อนในการอ่านตัวเลขบนบิวเรตก็ยังอยู่ที่ระดับ 0.01 ml เช่นกัน แต่ความคลาดคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์ขนาด 0.01 ml จาก 1 ml นั้นมันหมายถึงความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ 1% ในขณะที่ความคลาดคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์ขนาด 0.01 ml จาก 10 ml นั้นมันหมายถึงความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์เพียงแค่ 0.1% หรือน้อยกว่า 10 เท่า

มาถึงตรงจุดนี้อาจมีคนสงสัยว่าถ้าเช่นนั้นเปลี่ยนไปใช้บิวเรตขนาด 100 ml เลยดีไหมจะได้ใช้สารละลาย AgNO3 มากเกินพอได้มาก ๆ

แต่บิวเรตยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้น ความละเอียดของสเกลก็จะยิ่งน้อยลง ความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์ในการอ่านค่าแต่ละขีดบนบิวเรตก็จะสูงกว่าการใช้บิวเรตขนาดเล็กที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า

ส่วนเรื่องของการไทเทรตกรด-เบสนั้นขอเก็บเอาไว้ก่อน เอาไว้รอให้พวกคุณส่งรายงานกันก่อนแล้วจะเขียนเรื่องนี้อีกครั้ง

หมายเหตุ

1. การหาปริมาณคลอไรด์และซัลเฟตด้วยการตกตะกอนและนำตะกอนไปชั่งน้ำหนัก

ปริมาณ chloride ในสารละลายตัวอย่างสามารถหาได้โดยการตกตะกอน chloride ด้วยสารละลาย AgNO3 ในสารละลายที่มีสภาพที่เป็นกรดเพื่อป้องกันการตกตะกอนร่วมของแอนไอออนบางชนิด ปฏิกิริยาการตกตะกอนคือ

Ag+ + Cl- --> AgCl (ตะกอนขาว)

ตะกอน AgCl สามารถละลายได้ใน NH4OH แต่ละลายได้น้อยในสารละลาย HNO3 เจือจาง ตะกอน AgCl เมื่อกระทบกับแสงสว่าง ที่ผิวจะกลายเป็นสีม่วงอ่อนหรือดำ เพราะเกิดการสลายตัวให้โลหะเงิน การกรองตะกอน AgCl ทำได้โดยการกรองผ่าน sintered glass filter crucible เบอร์ 3 หรือเบอร์ 4

ส่วน Sulfate (SO42-) สามารถหาปริมาณได้ในรูปของ barium sulfate (BaSO4) โดยการตกตะกอนด้วย barium chloride (BaCl2) ดังสมการ

SO42- + Ba2+ ---> BaSO4 (ตะกอนสีขาว)

ตะกอน BaSO4 ที่ได้มีลักษณะละเอียดสีขาว ละลายน้ำได้น้อยมาก

2. การหาปริมาณคลอไรด์ด้วยการไทเทรต

ก) Volhard method

วิธีการนี้เป็นการหาปริมาณ chloride โดยอ้อม โดยปริมาณของ chloride ในสารตัวอย่างจะถูกตกตะกอนด้วยสารละลายมาตรฐาน AgNO3 ในปริมาณที่แน่นอนให้มากเกินพอ ดังสมการ

Ag+ + Cl-
--> AgCl (ตะกอนขาว)

เมื่อ chloride ตกตะกอนหมดแล้ว จะมี Ag+ หลงเหลืออยู่ในสารละลาย ซึ่งจะถูกไทเทรตด้วยสารละลายมาตรฐาน NH4SCN เกิดเป็นตะกอน AgSCN (Silver thiocyanate) ดังสมการ

Ag+ + SCN-
--> AgSCN

โดยมี ferric alum เป็น indicator ดังสมการ

SCN- + Fe+ --> Fe(SCN)2+ (สารละลายสีแดง)

ข) Mohr's method

วิธีการนี้เป็นการหาปริมาณ chloride โดยตรง โดยอาศัยปฏิกิริยาการตกตะกอนของเกลือ AgCl ที่เกิดขึ้น ที่จุดยุติ Ag+ ส่วนเกินที่เติมเข้าไป จะทำปฏิกิริยากับ CrO42- (Chromate ion) เกิดเป็นตะกอนอิฐสีแดงของ Ag2CrO4 (Silver chromate) ดังสมการ

Ag+ + Cl- --> AgCrO4 (ตะกอนสีแดงอิฐ)