วันเสาร์ที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2554

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๐ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา (อีกแล้ว) MO Memoir : Saturday 16 July 2554


จะว่าไปแล้วเครื่อง GC Shimadzu 9A ที่เราใช้อยู่นี้ ให้บทเรียนในการทำงานแก่เราไว้เยอะมาก


ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๔๖ วันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๐ เมื่อพีค GC หายไป" ผมได้กล่าวถึงปัญหาเมื่อฉีดสารเข้าไปแล้วไม่มีพีคปรากฎ

ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๕ วันอังคารที่ ๑ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๕ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา" ได้กล่าวถึงปัญหาพีคที่ออกมาล่าช้าไปเรื่อย ๆ และมีขนาดเล็กลงไปเรื่อย ๆ

ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๑๗ วันพุธที่ ๑๕ มิถุนายน ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๒๑ เมื่อความแรงของพีค GC ลดลง" ได้กล่าวถึงปัญหาพีคที่ออกมาตรงเวลาแต่มีขนาดเล็กลง

มาคราวนี้ทราบมาจากสาวน้อยนักแสดงและสาวเทคนิคเมืองนครศรีฯ ว่าขนาดของพีคออกมาเท่าเดิม แต่เวลาที่พีคปรากฎนั้นเอาแน่เอานอนไม่ได้ บางครั้งก็เร็วขึ้น บางครั้งก็ช้าลง ทั้ง ๆ ที่เป็นการฉีดสารต่อเนื่องกันในการเปิดเครื่องครั้งเดียว


รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมของการฉีดตัวอย่าง ๓ ครั้ง ซึ่งพบปัญหาตำแหน่งของพีคมีการเปลี่ยนแปลงแบบเอาแน่เอานอนไม่ได้ ในรูปบนนั้นจะเห็นว่าระยะห่างระหว่างพีคแต่ละพีคเปลี่ยนแปลงไป (ลองสังเกตดูคู่แรกกับคู่ที่สอง) โดยบางพีค ออกมาเร็วขึ้นในขณะที่บางพีคออกมาช้าลง ส่วนรูปล่างที่มีเฉพาะสองพีคหลังจะเห็นว่าออกมาเร็วขึ้น

สำหรับคอลัมน์เดียวกันนั้นเวลาที่สารตัวอย่างตัวใดตัวหนึ่งจะออกมาจากคอลัมน์ GC นั้นขึ้นอยู่กับ


(ก) อัตราการไหลของ carrier gas

ซึ่งถ้าไหลเร็วจะทำให้ออกมาเร็วขึ้น และถ้าไหลช้าลงก็จะออกมาช้าลง ถ้ามีการรั่วไหลก่อนเข้าคอลัมน์ก็จะเห็นออกมาช้าลงหรืออาจไม่เห็นออกมาเลย (ถ้ารั่วออกหมด) แต่ถ้ามีการรั่วไหลทางด้านขาออกก็จะเห็นออกมาที่เวลาเดิม แต่ขนาดจะลดลงหรืออาจจะไม่เห็นเลย (ถ้ารั่วออกหมด)


(ข) อุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์

ที่อุณหภูมิสูงพีคจะออกมาเร็วกว่าที่อุณหภูมิต่ำ


ถ้าเป็นกรณีอัตราการไหลไม่คงที่ ซึ่งโดยปรกติมักจะเป็นการรั่วไหลหรือการตั้งอัตราการไหลที่ผิด เราก็ควรจะเห็นการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ในกรณีนี้การควบคุมการไหลเป็นระบบ manual และเป็นแบบ mechanic (ไม่ใช่ electronic) มี flow meter ที่เป็นลูกลอยวัดอัตราการไหล ซึ่งลูกลอยดังกล่าวก็แสดงว่าแก๊สไหลนิ่ง

เมื่อมาตรวจสอบดูการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ "oven" ก็พบว่าระบบควบคุมการทำงาน (ซึ่งเป็น electronic) ทำงานเป็นปรกติ การเปลี่ยนอุณหภูมิ oven เป็นไปตามจังหวะเวลาและอัตราการเปลี่ยนแปลงที่ตั้งเอาไว้ (คือคงไว้ที่ 80ºC ก่อนเป็นเวลา 5 นาที จากนั้นเพิ่มขึ้นเป็น 230ºC ด้วยอัตราที่กำหนด)


ในกรณีนี้เนื่องจากเวลาที่พีคออกมานั้นมีทั้งเร็วขึ้นและช้าลง ผมจึงไม่สงสัยประเด็นที่ว่า carrier gas มีการรั่วไหล สิ่งที่ผมสงสัยมากกว่าคืออุณหภูมิการทำงานของ "คอลัมน์"


ช่วยสังเกตหน่อยนะว่าผมบอกว่าเวลาที่พีคจะออกมาจากคอลัมน์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานของ "คอลัมน์" แต่ในการตรวจสอบนั้นผมตรวจสอบการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ "oven"


ผมไม่เคยเห็นเครื่อง GC เครื่องไหนมีการวัดอุณหภูมิ "คอลัมน์" แม้ว่าตัวเครื่องจะบอกว่าอุณหภูมิที่แสดงนั้นเป็นอุณหภูมิ "คอลัมน์" แต่อุณหภูมิที่วัดกันนั้นเป็นอุณหภูมิ "oven" ซึ่งก็คืออุณหภูมิของอากาศใน oven นั่นเอง และมักจะสมมุติว่าอุณหภูมิ "คอลัมน์" เท่ากับหรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิ "oven" ถ้าสงสัยก็ลองไปดูตำแหน่งเทอร์โมคัปเปิลใน oven ดูก็ได้

อุณหภูมิของคอลัมน์นั้น ถ้าเป็นการวิเคราะห์ที่อุณหภูมิคงที่ก็มักจะไม่เห็นปัญหาใด ๆ เพราะถ้าเราเปิดเครื่องทิ้งเอาไว้นานพอ อุณหภูมิของคอลัมน์ก็จะปรับเข้าหาอุณหภูมิอากาศร้อนใน oven และคงอยู่ที่อุณหภูมินั้นตลอดการวิเคราะห์

แต่ถ้าเป็นการวิเคราะห์แบบมีการเพิ่มอุณหภูมิ (ที่เรามักเรียกกันติดปากว่า temp programmed) อุณหภูมิของคอลัมน์จะวิ่งไล่ตามอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven ส่วนจะวิ่งตามได้เร็วหรือช้านั้นก็ขึ้นอยู่กับ (ก) ขนาดของคอลัมน์และ (ข) ชนิดของวัสดุที่ใช้ทำคอลัมน์

คอลัมน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ตัว packing ในคอลัมน์จะใช้เวลามากกว่าในการปรับอุณหภูมิเมื่อเทียบกับคอลัมน์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่า เพราะต้องใช้เวลาในการนำความร้อนจากผิวด้านนอกของคอลัมน์เข้าไปยัง packing ที่อยู่บริเวณแกนกลางของคอลัมน์

และ packing ในคอลัมน์ที่ทำจากโลหะก็จะร้อนเร็วกว่า packing ที่อยู่ในคอลัมน์ที่ทำจากแก้ว เพราะโลหะนำความร้อนได้ดีกว่าแก้ว


ในกรณีของเรานั้นเราใช้ packed column ที่ทำจากแก้ว

เราลองมาดูเหตุการณ์โดยเริ่มจากเปิดเครื่อง โดยตั้งอุณหภูมิของ oven เอาไว้ที่ 80ºC ก่อน ถ้าเราเปิดเครื่องทิ้งไว้นานพอ อุณหภูมิคอลัมน์ก็จะปรับตัวเข้าหาอุณหภูมิ oven

พอเราเริ่มทำการวิเคราะห์แบบมีการเพิ่มอุณหภูมิ เครื่องจะเพิ่มอุณหภูมิอากาศใน oven ให้เพิ่มสูงขึ้นตามอัตราที่กำหนดไว้ ความร้อนจากอากาศก็จะถ่ายเทให้กับ packing ในคอลัมน์ ทำให้อุณหภูมิคอลัมน์เพิ่มสูงขึ้นตามอุณหภูมิอากาศรอบ ๆ ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิอากาศรอบคอลัมน์กับอุณหภูมิที่แท้จริงของคอลัมน์นั้นจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้น ในกรณีของเราที่เป็นคอลัมน์แก้วนั้นความแตกต่างนี้ควรมีนัยสำคัญในระดับหนึ่ง เมื่อเครื่องเพิ่มอุณหภูมิ oven ไปจนถึง 230ºC และคงไว้ที่อุณหภูมินั้น อุณหภูมิคอลัมน์จะเพิ่มขึ้นถึง 230ºC หลังจาก oven เล็กน้อย


ทีนี้พอเราเริ่มการวิเคราะห์ใหม่ เราก็ต้องลดอุณหภูมิ oven จาก 230ºC ให้เหลือ 80ºC ก่อน ซึ่งการลดอุณหภูมินั้นอาจลดลงโดย

(ก) ปล่อยให้เครื่องจัดการของมันเอง โดยให้มันระบายความร้อนตามระบบที่มันได้รับการออกแบบ

(ข) เปิดประตู oven เลย อุณหภูมิจะได้ลดลงอย่างรวดเร็ว (ผมชอบจะใช้วิธีนี้)


การปล่อยให้เครื่องจัดการลดอุณหภูมิเองนั้น เครื่องมักจะระบายแก๊สร้อนออกและเฝ้าตรวจดูอุณหภูมิไม่ให้ลดลงไปต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้น ซึ่งในที่นี้คือ 80ºC ดังนั้นในช่วงนี้อุณหภูมิของคอลัมน์ก็จะลดลงตามอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven แต่อุณหภูมิของคอลัมน์จะสูงกว่าอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven และตัวเครื่องมักจะควบคุมไม่ให้อุณหภูมิอากาศใน oven ลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์

ในขณะที่อุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven เย็นลงเข้าสู่ระดับเริ่มต้นแล้ว อุณหภูมิที่แท้จริงของคอลัมน์จะยังคง "สูงกว่า" อุณหภูมิของอากาศใน oven (ความร้อนถ่ายเทจากอุณหภูมิสูงไปอุณหภูมิต่ำนะ) ถ้าเราไม่ให้เวลานานพอก่อนจะเริ่มการวิเคราะห์ครั้งถัดไป อุณหภูมิของ packing ในคอลัมน์เมื่อเราเริ่มต้นการวิเคราะห์ครั้งที่สองนั้นจะ "สูงกว่า" อุณหภูมิของคอลัมน์ที่เราใช้ในการวิเคราะห์ครั้งแรก (คือ 80ºC)


แต่การใช้วิธีเปิดประตู oven ให้อากาศร้อนระบายออกมาและให้อากาศเย็นใหม่เข้าไปแทนที่นั้น อุณหภูมิของอากาศใน oven จะลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการทำงาน ด้วยวิธีนี้จะทำให้ packing ในคอลัมน์สามารถลดอุณหภูมิลงสู่อุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์ได้ง่ายกว่าและรวดเร็วกว่า และอาจลงไปต่ำกว่าด้วย และเมื่อเราปิดประตู oven กลับ เครื่องก็จะทำการให้ความร้อนแก่ oven เพื่อปรับอุณหภูมิให้เข้าสู่อุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์

แต่ถ้าเราปล่อยให้ packing ในคอลัมน์เย็นตัวลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์ โดยไม่ให้เวลานานพอที่จะทำให้มันปรับตัวจนมีอุณหภูมิสูงถึงอุณหภูมิเริ่มต้น แล้วเริ่มการวิเคราะห์ การวิเคราะห์ในครั้งที่สองนี้จะเริ่มที่อุณหภูมิคอลัมน์ที่ "ต่ำกว่า" อุณหภูมิของอากาศใน oven


ปัญหานี้จะลดลงถ้าหากเรารอนานเพียงพอระหว่างการวิเคราะห์แต่ละครั้ง เพื่อให้อุณหภูมิเริ่มต้นการทำงานของคอลัมน์เท่ากันทุกครั้ง และโดยปรกติก็มักจะไม่เกิดถ้าหากอากาศร้อนใน oven มีการหมุนเวียนที่ดี


ในกรณีของเรานั้นเรามีปัญหาอีกเรื่องหนึ่งเสริมเข้ามาคือพัดลมระบายความร้อนและหมุนเวียนอากาศร้อนภายใน oven ไม่ทำงาน

ตอนแรกที่เขามาปรึกษาผมนั้นผมก็ถามเขากลับไปว่าพัดลมหมุนหรือเปล่า (ผมทราบมาก่อนแล้วว่าพัดลมของ GC เครื่องนี้ค่อนข้างมีปัญหา) เขาก็ตอบกลับมาว่าไม่ทราบ ผมก็ถามกลับไปว่าได้ยินเสียงอะไรบ้างไหม คำตอบก็คือไม่ได้ยิน เนื่องจากพัดลมมีปัญหาเรื่องลูกปืน เวลาหมุนจะมีเสียงดังได้ยิน ดังนั้นถ้าเขาไม่ได้ยินเสียงอะไร ผมก็เลยคิดว่าพัดลมคงไม่หมุน และเมื่อไปตรวจสอบที่เครื่องก็พบว่าพัดลมไม่หมุนจริง ๆ

พอไปจัดการหล่อลื่นจนพัดลมหมุนได้แล้ว (ด้วยการเอา Sonax ไปฉีด) ก็ทราบมาว่าปัญหาเรื่องพีคออกมาที่เวลาเอาแน่เอานอนไม่ได้นั้นหายไปแล้ว


แต่ที่น่าเสียดายคือดูเหมือนว่าตอนนี้ตัวพัดลมจะเสียอย่างถาวร ไม่สามารถหมุนได้อีกต่อไป


ในสัปดาห์ที่ผ่านมาสาวน้อยนักแสดงก็มาถามปัญหาผมอีกว่าทำไมใช้ความดันขาเข้าคอลัมน์เพียงเล็กน้อยก็ทำให้ได้อัตราการไหล carrier gas ตามต้องการ ผมก็เลยแวะไปดูที่เครื่องและก็ถ่ายรูปข้างล่างมา


รูปที่ ๒ เกจย์ความดันแก๊สเข้าคอลัมน์คือตัวซ้ายสุด อัตราการไหลของ carrier gas คือ flow meter ตัวที่มีคาดชมพู


พอจะเดาสาเหตุได้ไหมว่าเกิดจากอะไร ถ้านึกไม่ออกก็แนะนำให้ไปดูรูปที่ ๑ ของ Memoir ฉบับที่ ๒๔๖ วันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๔ หรือรูปที่ ๒ ของ Memoir ฉบับที่ ๒๖๕ วันอังคารที่ ๑ มีนาคม ๒๕๕๔

เห็นแล้วอยากเขกหัวเป็นการลงโทษที่สอนเท่าไรก็ไม่รู้จักจำ แต่เอาเข้าจริง ๆ คงไม่กล้าหรอก เพราะแฟนของเขาตัวบังผมมิด แถมยังมาคอยรับคอยส่งอยู่เป็นประจำเสียอีก

ไม่มีความคิดเห็น: