คำเตือนก่อนอ่านบันทึกฉบับนี้
สำหรับผู้นิสิตกลุ่มวิจัยอื่นที่กำลังจะสอบปกป้องวิทยานิพนธ์
สิ่งที่เขียนในบันทึกฉบับนี้อาจกระทบกระเทือน "ความเชื่อ" ดั้งเดิมที่ท่านมีอยู่ และอาจส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อสิ่งที่ท่านได้เขียนส่งกรรมการสอบไปแล้ว เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้มีคำอธิบายทั้งสิ้นและได้ผ่านการทดสอบยืนยันแล้วว่าเป็นจริง ในอดีตที่ผ่านมานั้นมีนิสิตจากกลุ่มอื่น (ที่ไม่ใช่กลุ่มของผม) ซึ่งกำลังจะสอบปกป้องวิทยานิพนธ์และสงสัยในเรื่องดังกล่าวได้มาถาม แต่สุดท้ายก็เปลี่ยนใจไม่อยากรับฟัง หรือไม่ก็ต้องเก็บเอาไว้ในใจโดยไม่สามารถเอาไปบอกกับอาจารย์ที่ปรึกษาหรือสมาชิกอื่นในกลุ่มได้
Memoir ฉบับนี้เป็นตอนต่อเนื่องจาก Memoir ฉบับปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๔ วันอาทิตย์ที่ ๒๗ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๔ เรื่อง NH3-TPD - การไล่น้ำและการวาดกราฟข้อมูล ซึ่งในฉบับนั้นได้บอกวิธีที่เหมาะสมในการวาดกราฟก่อนที่จะทำการวิเคราะห์ข้อมูล
เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้จะเป็นการอธิบายวิธีการลาก base line ซึ่งถ้าหากทำอย่างไม่เหมาะสมแล้วก็จะทำให้แปลผลการวิเคราะห์ไปคนละทาง หรืออาจจะคิดไปว่าผลการวิเคราะห์ NH3-TPD นั้นไม่สามารถทำซ้ำได้ (ทั้ง ๆ ที่จริงมันทำได้) หรือไม่น่าเชื่อถือ
ผลการวัดที่นำมาใช้เป็นตัวอย่างได้มาจากเครื่อง micromeritics ChemiSorb 2750 เช่นเดิม
ช่วงเดือนมีนาคม ๒๕๕๑ มีนิสิตของผมคนหนึ่ง (ที่กำลังจะสอบปกป้องวิทยานิพนธ์) เข้ามาถามผมว่า เพื่อนของเขา (ซึ่งกำลังจะสอบปกป้องวิทยานิพนธ์เช่นเดียวกัน) มาขอให้เขาช่วยอธิบายวิธีการอ่านข้อมูล NH3-TPD เพราะเขาเห็นว่ากลุ่มของเรานั้นอ่านผลแบบไม่เหมือนใครในแลป และก็ดูเหมือนว่าวิธีการอ่านผลแบบของเรานั้นมันไม่เห็นมีปัญหาใด ๆ แถมมีคำอธิบายด้วยว่าทำไปต้องทำอย่างนั้น
ทีนี้นิสิตของผมก็คงคิดว่าสิ่งที่ผมสอนไปนั้นมันเป็นความลับ ไม่ควรบอกต่อ เขาก็เลยมาขออนุญาตผมก่อน ผมก็บอกเขาไปว่าสิ่งที่ผมสอนไปนั้นมันเป็นการประยุกต์ใช้ความรู้พื้นฐาน ไม่ได้เป็นความลับอะไร อยากจะสอนใครก็ไม่หวง และถ้าเขาไปสอนเพื่อนของเขาแล้วเพื่อนของเขาไม่รู้เรื่อง ผมจะด่าเขาซ้ำด้วย เพราะตอนที่ผมสอนนั้นได้ถามแล้วว่าเข้าใจไหม ก็บอกว่าเข้าใจแล้ว แต่ถ้าไม่สามารถสอนต่อได้ก็แสดงว่าตอนนั้นยังไม่เข้าใจ แล้วมาโกหกผม
แต่ก่อนที่นิสิตของผมจะกลับไปสอนเพื่อนของเขา ผมฝากให้นิสิตของผมให้ลองถามเพื่อนของเขาดูก่อนว่า "คิดดีแล้วหรือที่อยากจะรู้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขณะที่กำลังจะสอบวิทยานิพนธ์อยู่แล้ว"
ดูเหมือนว่านิสิตของผมเขาจะนำคำถามของผมกลับไปถามเพื่อนของเขา พอได้ยินคำถามนั้นเพื่อนของเขาก็เลยเปลี่ยนความคิดเป็นไม่อยากรู้ว่าทางกลุ่มของเราอ่านผลการวัด NH3-TPD กันอย่างไร
(เรื่องนี้เคยเล่าไว้ครั้งหนึ่งแล้วใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๒๖ วันศุกร์ที่ ๓๐ มกราคม ๒๕๕๒ เรื่อง Thermal Conductivity Detector)
ในช่วงเดือนมีนาคมปีถัดมาก็มานิสิตปริญญาเอก (จากกลุ่มอื่น) มาถามผมเรื่องการลาก base line เพราะเขาสงสัยผลการอ่านกราฟ NH3-TPD ของสมาชิกผู้อื่นในกลุ่มเขา ผมก็อธิบายให้เขาฟังแล้วก็บอกให้เขากลับไปพิจารณาเอาเองก็แล้วกันว่าจะเอาไปบอกต่อกับสมาชิกผู้อื่นในกลุ่ม หรือจะเก็บเอาไว้เงียบ ๆ จนกว่าจะพ้นเดือนพฤษภาคมไปแล้ว เพราะช่วงเดือนมีนาคมนั้นนิสิตจำนวนหนึ่งในกลุ่มของเขาได้เขียนวิทยานิพนธ์ และบางคนก็ได้ส่งให้กรรมการสอบไปอ่านแล้ว และเหตุผลที่เขานิยมใช้ในการอ่านกราฟ NH3-TPD ก็คือ "ทำตามรุ่นพี่" ดังนั้นถ้าสิ่งที่เขารับรู้ไปนั้นมันขัดกับสิ่งที่ "รุ่นพี่" เขาทำเอาไว้ แน่นอนว่าเขาต้องโดนโต้แย้ง (ใครจะไปยอมรับง่าย ๆ ว่าสิ่งที่เขียนให้กรรมการไปอ่านแล้วมันผิดทั้งหมด หรือเกือบทั้งหมด) เพราะในกลุ่มของเขานั้นคำอธิบายว่า "ทำตามรุ่นพี่" มันอยู่เหนือคำอธิบายที่เป็นเหตุผลและการทดลองทางวิทยาศาสตร์ใด ๆ ทั้งสิ้น
ในช่วงเวลาไล่ ๆ กันนั้นก็มีนิสิตปริญญาเอกแลกเปลี่ยนจากประเทศสโลวัคคนหนึ่ง (ที่มาทำแลปอยู่กลุ่มเดียวกันกับในย่อหน้าข้างต้น) มาถามผมเรื่องนี้เหมือนกัน ซึ่งผมก็ได้อธิบายเขาไป เขาก็นั่งรับฟังอย่างเงียบ ๆ และจากไปอย่างเงียบ ๆ
ถ้าไม่มีความมั่นใจในตัวเอง ก็อย่าอ่านเนื้อหาถัดไปจากบรรทัดนี้
ขอเริ่มจากผลการวัดที่เคยแสดงไว้ใน Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒๗ กุมภาพันธ์ก่อนก็แล้วกัน (รูปที่ ๑)
รูปที่ ๑ สัญญาณ NH3-TPD ของตัวเร่งปฏิกิริยา Cu-TS-1 (วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิตสาขาวิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เรื่อง "Preparation of copper titanium silicalite-1" โดยน.ส.ดรุณี สุขหอม ปีการศึกษา 2548) แนวเส้น base line คือเส้นประสีเขียวในรูป
สัญญาณตามรูปที่ ๑ คงไม่มีปัญหาใด ๆ เชื่อว่าทุกคนที่เห็นก็คงลาก base line ตามแนวเส้นสีเขียว ซึ่งจะได้ desorption peak ขนาดใหญ่ในช่วงเวลานาทีที่ 2-28 (อุณหภูมิประมาณ 80-320ºC)
ทีนี้ลองดูกราฟในรูปที่ ๒ และรูปที่ ๓ ดูบ้าง แล้วลองพิจารณาดูว่าเราควรจะลากเส้น base line อย่างไร
รูปที่ ๒ สัญญาณ NH3-TPD ของตัวเร่งปฏิกิริยา V-TS-1 ก่อนทำการล้างด้วยสารละลายกรด HNO3 (วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิตสาขาวิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เรื่อง "Catalytic study of iron, aluminium, cobalt and vanadium modified titanium silicalite-1 in the hydroxylation of benzene to phenol by hydrogen peroxide" โดยนายเกรียงไกร เสนจันทร์ฒิไชย ปีการศึกษา 2549)
รูปที่ ๓ สัญญาณ NH3-TPD ของตัวเร่งปฏิกิริยา Al-TS-1 ก่อนทำการล้างด้วยสารละลายกรด HNO3 (วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิตสาขาวิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เรื่อง "Catalytic study of iron, aluminium, cobalt and vanadium modified titanium silicalite-1 in the hydroxylation of benzene to phenol by hydrogen peroxide" โดยนายเกรียงไกร เสนจันทร์ฒิไชย ปีการศึกษา 2549)
สิ่งสำคัญที่ควรจะทำทุกครั้งเมื่อคิดจะทำ NH3-TPD คือ "การหาว่าตัวอย่างของเรานั้นมีตำแหน่งที่เป็นกรดบนพื้นผิวรวมเท่าไร" ซึ่งวัดได้ด้วยการให้ตัวอย่างดูดซับ NH3 หรือ pyridine จนอิ่มตัว เพราะเราต้องใช้ข้อมูลนี้ในการระบุว่าสัญญาณส่วนไหนที่เป็นสัญญาณของพีค NH3 และสัญญาณส่วนไหนควรเกิดจากการที่ base line เคลื่อนไปตามอุณหภูมิ
เทคนิคหนึ่งสำหรับวัดปริมาณ NH3 หรือ pyridine ที่ตัวอย่างดูดซับไว้ได้จนอิ่มตัวนั้น (โดยใช้เครื่อง GC) ได้เคยกล่าวไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๓ วันพุธที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การวัดปริมาณ-ความแรงของตำแหน่งที่เป็นกรดบนพื้นผิว" (NH3-TPD ฉบับที่แล้วบอกว่าฉบับต่อไปจะเล่าในฉบับต่อไป แต่ในความเป็นจริงเคยเล่าเอาไว้เมื่อปีที่แล้ว) โดยส่วนตัวแล้วผมชอบที่จะวัดปริมาณรวมทั้งหมดด้วยการใช้การดูดซับ pyridine เพราะสามารถทำการวัดด้วยเครื่อง GC ที่ติดตั้ง FID ได้ เหตุผลก็เพราะ FID มันมี sensitivity สูงกว่า TCD และยังไม่มีปัญหาเรื่อง base line ไม่นิ่งในระหว่างการวิเคราะห์ด้วย นอกจากนี้ pyridine ยังเป็นของเหลวที่ฉีดได้ง่ายกว่าการฉีด NH3 ที่เป็นแก๊ส ซึ่งต้องระวังเรื่องการปรับความดันภายใน syringe ก่อนฉีดด้วย
หรือถ้าหากขี้เกียจทำการทดลองแยกกันสองครั้ง ก็สามารถทำการทดลองทีเดียวโดยใช้เครื่อง micromeritics ChemiSorb 2750 ก็ได้ สิ่งที่ต้องทำก็คืออย่าใช้วิธีผ่านแก๊สผสมที่มี NH3 ให้กับตัวอย่างจนตัวอย่างดูดซับ NH3 จนอิ่มตัว แต่ให้ใช้วิธีฉีดแก๊สผสมที่มี NH3 ให้กับตัวอย่างจนกว่าตัวอย่างจะอิ่มตัวด้วย NH3 จากนั้นคำนวณปริมาณ NH3 ที่ตัวอย่างดูดซับไว้ได้ ก็จะได้จำนวนตำแหน่งที่เป็นกรดบนพื้นผิวทั้งหมด ส่วนจะทำการฉีดด้วย syringe หรือใช้ sampling valve ของเครื่องนั้นก็แล้วแต่จะถนัด โดยส่วนตัวแล้วผมแนะนำให้ใช้ syringe จะดีกว่า เพราะจะได้ไม่มีปัญหาเรื่อง base line มีการกระตุกเป็นจังหวะในขณะที่ทำการสับตำแหน่ง sampling valve จากตำแหน่งเติม ไปเป็นตำแหน่งฉีด (ใครสงสัยว่าลักษณะสัญญาณกระตุกมันเป็นอย่างไร ก็ลองไปขอดูข้อมูลที่สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงทำเอาไว้เมื่อเร็ว ๆ นี้ ส่วนที่ว่าทำไมสัญญาณมันต้องกระตุกตอนสับตำแหน่งวาล์วฉีดสารนั้น ขอกั๊กเหตุผลเอาไว้ก่อน เอาไว้เวลาไม่มีเรื่องอะไรจะล่าก็อาจจะเอามาเล่าให้ฟังก็ได้)
เมื่อเราได้ข้อมูลปริมาณ NH3 ที่ตัวอย่างสามารถดูดซับเอาไว้ได้ เราก็ทดลองลากเส้น base lineตามแนวที่เราคิดว่าจะเป็น ถ้าพบว่าปริมาณ NH3 ที่ตัวอย่างคายออกมาที่คำนวณได้จากกราฟ TPD นั้นตรงกับปริมาณที่ตัวอย่างดูดซับไว้ได้ นั่นก็แสดงว่าพีค NH3 ควรมีอยู่เพียงแค่นั้น
อีกวิธีการหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประกอบการตัดสินใจคือการให้ตัวอย่างดูดซับ NH3 ที่อุณหภูมิสูง เช่นตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๒ นั้น ถ้าเราสงสัยตัวสัญญาณตั้งแต่นาทีที่ 28 (หรือที่อุณหภูมิตั้งแต่ 300ºC) เป็นต้นไปนั้นเป็นพีคที่เกิดจากการคาย NH3 หรือไม่ เราก็ให้ความร้อนแก่ตัวอย่างจนมีอุณหภูมิ 300ºC แล้วฉีด NH3 เข้าไป ถ้าพบว่าปริมาณ NH3 ที่หลุดรอดผ่านตัวอย่างออกมานั้นเท่ากับปริมาณ NH3 ที่ฉีดเข้าไป นั่นก็แสดงว่าตัวอย่างไม่สามารถดูดซับ NH3 เอาไว้ได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 300ºC เป็นต้นไป ดังนั้นสัญญาณที่เห็นที่อุณหภูมิสูงกว่า 300ºC จึงควรเป็นสัญญาณที่เกิดจากการเคลื่อนของ base line หรือการคายสารประกอบอื่น (เช่นน้ำ) ออกมาจากตัวอย่าง
ด้วยการทดสอบต่าง ๆ ดังกล่าวจึงทำให้สามารถระบุแนวเส้น base line ที่แท้จริงของสัญญาณที่แสดงในรูปที่ ๒ และ ๓ ซึ่งได้แสดงเอาไว้ในรูปที่ ๔ และ ๕ แล้ว
เท่าที่ทราบเหตุการณ์ทำนองเดียวกันนี้ก็เคยเกิดขึ้นกับบริษัทแห่งหนึ่งที่มีหน่วยงานทำวิจัยอยู่ในจังหวัดพระนครศรีอยุธยา (ถ้าจำไม่ผิดน่าจะเป็นเรื่อง H2-TPR แต่ก็ใช้เครื่องมือรุ่นเดียวกัน) ทางบริษัทที่ขายเครื่องมือก็ส่งเจ้าหน้าที่ไปตรวจสอบซึ่งก็ไม่รู้ว่าจะแก้อย่างไร เจ้าหน้าที่ของบริษัทที่ขายเครื่องมือก็เลยโทรมาถามผม (เพราะบังเอิญผมรู้จักกับพี่ที่เป็นตัวแทนบริษัทที่ขายเครื่อง) ผมก็หัวเราะและบอกให้แกแวะเข้ามาหายังที่ทำงาน จะอธิบายให้ฟัง
วันรุ่งขึ้นพี่เขาก็แวะมาหาผม และจากไปด้วยรอยยิ้ม โดยทิ้งถุงขนมห่อใหญ่เอาไว้ให้ผมนั่งกินเล่นคนเดียว
รูปที่ ๔ แนวเส้น base line ของสัญญาณที่แสดงในรูปที่ ๒ แนวเส้น base line คือเส้นสีเขียวในรูป จากการตรวจสอบพบว่าสิ่งที่เห็นเป็นพีคที่เวลาประมาณนาทีที่ 37 นั้นเกิดจากการเคลื่อนของ base line และพีคเล็ก ๆ ที่อยู่ในช่วงเวลานาทีที่ 46-52 ที่วงแดงเอาไว้นั้นไม่ได้เกิดจากการคาย NH3 ออกจากพื้นผิว จะว่าไปแล้วสัญญาณรูปแบบนี้ถ้าจะให้ดีควรจะลองทำใหม่อีกอย่างน้อยหนึ่งครั้ง เพื่อที่จะได้เปรียบเทียบกันได้ว่าส่วนไหนเป็นพีคที่แท้จริง (เพราจะต้องทำซ้ำได้) และส่วนไหนเป็นแนวเส้น base line (ซึ่งจะพบว่าอาจมีการเปลี่ยนแปลงไป)
รูปที่ ๕ แนวเส้น base line ของสัญญาณที่แสดงในรูปที่ ๓ แนวเส้น base line คือเส้นสีเขียวในรูป จากการทดสอบพบว่าตัวอย่างไม่ดูดซับ NH3 ที่อุณหภูมิสูงเกินกว่า 320ºC จึงทำให้สรุปได้ว่าที่เห็นสัญญาณวิ่งขึ้นต่อเนื่องขึ้นไปอีกนั้นเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่าน TCD ของเครื่อง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น