วันนี้วันออกพรรษา (ขึ้น ๑๕ ค่ำเดือน ๑๑) และเป็นวันปิยมหาราชด้วย ไม่รู้เหมือนกันว่าพวกคุณจะไปตักบาตรเทโวในตอนเช้าวันพรุ่งนี้หรือเปล่า (รู้จักหรือเปล่าว่าตักบาตรโทโวคืออะไร)
เรื่องที่จะกล่าวใน memoir ฉบับนี้ก็เป็นตอนต่อจากฉบับที่แล้ว ซึ่งระบบที่กล่าวถึงในตอนที่แล้วเป็นระบบที่สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวัน (ตอนนี้ได้ข่าวว่าได้งานทำที่บริษัทเกี่ยวกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่โคราชใกล้บ้านตัวเอง ซึ่งผมถือว่าการได้งานทำใกล้บ้านเดิมนับว่าเป็นโชคดี) ต้องมาแก้ปัญหาเรื่องการควบคุมอัตราการไหลที่ไม่นิ่งของ mass flow controller
แต่พอมาถึงขณะนี้ปรากฏว่าระบบดังกล่าวมีการติดตั้ง GC ต่อออนไลน์เข้ากับระบบ โดยทำการฉีดสารตัวอย่างผ่านทาง 6-port sampling valve ซึ่งเมื่อนำเอา GC มาต่อเข้ากับท่อทางแก๊สออกก็พบว่า mass flow controller แสดงพฤติกรรมควบคุมการไหลไม่ได้อีก ซึ่งเรื่องนี้ก็ได้อธิบายให้พวกคุณฟังไปแล้วเมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา ซึ่งผมก็ไม่รู้เหมือนกันว่าแต่ละคนจะจดจำไปได้เท่าใด ก็เลยขอบันทึกแจกให้ทุกคนจะได้เข้าใจตรงกัน
เราจะใช้รูปที่ ๑ ข้างล่างในการอธิบาย
รูปที่ ๑ เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบท่อที่ไม่มี (เส้นสีเขียว) และมี (เส้นสีแดง) การติดตั้ง 6-port sampling valve ไว้ด้านขาออก
ระบบเครื่องปฏิกรณ์ fixed-bed ตามปรกติของเรานั้นจะระบายแก๊สที่ออกจากเครื่องปฏิกรณ์ออกสู่บรรยากาศ การเก็บแก๊สตัวอย่างจะกระทำโดยใช้ syringe การเปลี่ยนแปลงความดันในระบบจะเป็นไปตามเส้นสีเขียวในรูปที่ ๑
แต่ระบบที่กำลังทำการปรับปรุงอยู่นั้นจะทำการต่อท่อด้านขาออกจากเครื่องปฏิกรณ์เข้าสู่ระบบฉีดแก๊สเข้าเครื่อง GC โดยตรง โดยอาศัย 6-port sampling valve
แต่เนื่องจากรูด้านสำหรับให้แก๊สไหลเข้าของ 6-port sampling valve นั้นมีขนาดเล็กมาก (น่าจะสักประมาณ 1/16") ทั้งนี้เพื่อที่จะลด dead volume ภายในตัววาล์ว จึงทำให้ความต้านทานการไหลผ่านตัววาล์วมีค่าค่อนข้างมาก จึงทำให้ความดันในระบบส่วนต้นทางของตัววาล์วมีค่าเพิ่มสูงขึ้นดังแสดงด้วยเส้นสีแดงในรูปที่ ๑
ทีนี้ถ้าเราคงความดันด้านขาออกจาก pressure regulator (ก่อนเข้า mass flow controller) ไว้ที่ P0(a) แต่พอติดตั้ง6-port sampling valve เข้าไปจะทำให้ความดันต้านด้านขาออกของ mass flow controller เพิ่มมาเป็น P1(b) ซึ่งจะเห็นได้ว่าผลต่างความดันระหว่างด้านขาเข้าและด้านขาออกของ mass flow controller (ค่า P0(a) - P1(b)) มีค่าไม่มาก จึงทำให้ mass flow controller ไม่สามารถควบคุมการไหลได้ดี
การแก้ปัญหาทำได้โดยการเพิ่มความดันด้านขาออกจาก pressure regulator (ก่อนเข้า mass flow controller) เป็น P0(b) ซึ่งก็จะพบว่า mass flow controller สามารถทำงานควบคุมการไหลได้ดีเหมือนเดิม
นี่เป็นคำอธิบายว่าทำไมตอนที่สาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวันทำแลปนั้น ตั้งความดันด้านขาออกจาก pressure regulator ไว้ที่ 1.5 barg ก็เพียงพอแล้ว แต่พอสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนติเมตรมาทำแลป กลับต้องเพิ่มความดันด้านขาออกนี้เป็น 2.0 barg
ปรับเปลี่ยนความดันใหม่แล้วก็อย่าลืมทำการสอบเทียบ mass flow controller ใหม่ด้วย
ความดันของแก๊สที่อยู่ใน sampling loop ของ 6-port sampling valve นั้นประมาณได้ว่าใกล้เคียงกับความดันด้านขาเข้าตัววาล์ว (หรือความดัน P2(b) เพราะท่อทางไหลออกจากตัว loop นั้นก็มีขนาดเล็กด้วย) ซึ่งความดันนี้จะสูงกว่าความดันบรรยากาศ และค่าความดันนี้อาจเปลี่ยนแปลงไปได้ตามภาวะที่เราทำการทดลอง
ดังนั้นจึงต้องมีการวัดค่าความดัน P2(b) นี้ เพื่อทำให้สามารถเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ของ GC ได้
นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมผมถึงบอกให้สาวน้อยหนึ่งร้อยห้าสิบเซนติเมตรติดตั้งมาโนมิเตอร์ (หรือเกจย์วัดความดันที่สามารถอ่านค่าได้ละเอียด) เอาไว้วัดความดันแก๊สก่อนเข้า sampling valve ของ GC
พึงระลึกว่าพื้นที่ใต้พีคที่ GC รายงานนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณสารที่ฉีดเข้าไป ในกรณีของระบบที่เรากำลังปรับปรุงนี้เราฉีดแก๊สตัวอย่างด้วยปริมาตรคงที่ (คือปริมาตรของ sampling loop) แต่ความดันอาจเปลี่ยนแปลงไปตามภาวะที่ทำการทดลอง ดังนั้นแม้ว่าแก๊สที่เราฉีดเข้าไปนั้นจะมีองค์ประกอบเดียวกัน แต่ถ้าฉีดด้วยความดันที่สูงกว่าก็จะเห็นปริมาณสารมากกว่า
เช่นถ้าคุณทำการวิเคราะห์ความเข้มข้นของออกซิเจนในอากาศโดยการฉีดอากาศครั้งแรกที่ความดันบรรยากาศ และฉีดครั้งที่สองที่ความดัน 2 บรรยากาศ โดยการฉีดทั้งสองครั้งฉีดด้วยปริมาตรที่เท่ากัน คุณจะเห็นพื้นที่ใต้พีคออกซิเจนที่ได้จากการฉีดครั้งที่สองมากกว่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งแรกอยู่ 2 เท่า แต่ถ้าคุณนำพื้นที่ใต้พีคที่ได้นั้นมาหารด้วยความดันที่ทำการฉีดเข้าไป คุณจะได้พื้นที่ใต้พีคเดียวกัน
การเปรียบเทียบผลการทดลองจึงต้องนำผลการวิเคราะห์ที่ได้มาปรับให้อยู่ที่ภาวะความดันเดียวกันก่อน
ตัวอย่างเช่นการฉีดครั้งที่หนึ่งฉีดที่ความดัน 0.1 barg (หรือ 1.1 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา A หน่วย
การฉีดครั้งที่สองฉีดที่ความดัน 0.3 barg (หรือ 1.3 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา B หน่วย
การฉีดครั้งที่สามฉีดที่ความดัน 0.0 barg (หรือ 1.0 bar สัมบูรณ์) ได้พื้นที่ใต้พีคมา C หน่วย
เพื่อที่จะเปรียบเทียบผล เราก็ต้องทำการปรับค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้ให้มาอยู่ที่ความดันเดียวกันก่อน ซึ่งโดยปรกติก็มักจะใช้ที่ความดันบรรยากาศ(0.0 barg หรือ 1.0 bar สัมบูรณ์)
ดังนั้นเราต้องนำพื้นที่ใต้พีคของการฉีดครั้งที่หนึ่งมาหารด้วย 1.1 ได้ค่า A/1.1
นำค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งที่สองมาหารด้วยค่า 1.3 ได้ค่า B/1.3 และ
นำค่าพื้นที่ใต้พีคที่ได้จากการฉีดครั้งที่สามมาหารด้วยค่า 1.0 ได้ค่า C/1.0
จากนั้นจึงนำค่าที่คำนวณได้มาเปรียบเทียบกัน
การทำ calibration curve ก็ควรต้องทำการปรับค่าความดันมาอยู่ที่ความดันบรรยากาศด้วย
memoir ฉบับที่แล้วผมแจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำลง blog แต่ถ้าเพื่อนฝูงคุณคนในแลปเขาสนใจ หรือคุณเห็นว่าจะมีประโยชน์แก่เขาและตัวคุณในการทำงานร่วมกับคุณ คุณก็สามารถแจกจ่ายเขาได้
หรือใครก็ตามที่อ่าน blog นี้แล้วอยากรู้ว่า memoir ฉบับ ๒๑๔ พูดเรื่องอะไรเอาไว้ ก็ลองติดต่อกับสมาชิกของกลุ่มก็แล้วกัน ส่วนสมาชิกของกลุ่มที่จบไปแล้วก็ขอมาได้โดยตรงที่ผมก็ได้
(หน่วย barg คือ bar gauge ซึ่งเท่ากับ ความดันสัมบูรณ์ (bar absolute) ลบด้วยความดันบรรยากาศ ดังนั้นที่ความดันบรรยากาศคือ 0 barg)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น