เท่าที่ทราบจากเพื่อนบ้านที่ยังคงอยู่ในพื้นที่ ทราบมาว่าหน้าบ้านตอนนี้น้ำสูงระดับประมาณ ๑
เมตรแล้ว
ตอนนี้ก็ได้แต่หวังว่าระดับมันจะลดลงพอให้ลุยเข้าไปได้ก่อนลูก ๆ เปิดเรียน
จะได้เข้าไปเอาชุดนักเรียนกับหนังสือเรียนมาให้เขา ไม่เช่นนั้นก็คงต้องไปหาของใหม่มาให้พวกเขาใช้ชั่วคราวก่อน
เมื่อวันศุกร์ที่ผ่านมาผมได้รับอีเมล์ฉบับหนึ่งจากสาวน้อยหน้าใสซึ่งตอนนี้ได้งานทำแล้ว
ผมขอนำเนื้อหาบางส่วนของอีเมล์ดังกล่าวมาย่นย่อดังแสดงข้างล่าง
สวัสดีค่ะอาจารย์
ตอนนี้หนูทำงานที่นิคมบางปู
โรงงานมีโปรเจ็คให้ทำโดยมีปืนเอกเซเรย์เป็นเครื่องมือให้ใช้
เพื่อที่จะแยกความแตกต่างขององค์ประกอบของธาตุในแต่ละสีของผงโทเนอร์ คือ ดำ
ฟ้า ชมพู และเหลือง (โดยหัวหน้าคิดว่าแต่ละสีต้องมีความแตกต่างกันของธาตุ)
ซึ่งปืนเอกซเรย์นี้รายงานผล เป็น% ของธาตุทั้งหมดในผงโทนเนอร์
เช่น %a25 %b50 %c10 %d15 รายงานเป็นกราฟ
ระหว่าง count(y) กับ eV(x) ดูแล้วคล้ายๆกับgraphจาก XRD
โดยการยิงเบื้องต้นสามารถแยกสีดำออกจากสีอื่นได้โดยสิ้นเชิง
เพราะมีองค์ประกอบของธาตุแตกต่างจากสีอื่น เช่นสีดำ มี ธาตุ a b c d ส่วนสีฟ้า สีชมพู
และสีเหลืองมีธาตุชนิดเดียวกัน เช่นธาตุ a b c
โดยสีฟ้ามี %ธาตุแต่ละธาตุแตกต่างจากสีชมพู และสีเหลือง
ก็สามารถแยกออกจากสีชมพูและ สีฟ้าได้เช่นกัน แต่สีชมพูและสีเหลือง
เมื่อยิงปืนเอกซเรย์แล้ว พบว่า ความแตกต่างของ%ธาตุแทบจะไม่แตกต่างกันจึงติดปัญหาว่าแยกจากกันไม่ออก
จึงอยากขอความคิดเห็นอาจารย์ ว่าจะทำอย่างไรดีคะ
เผื่อที่จะแยกสีชมพูและสีเหลืองได้
หรืออาจารย์เห็นสมควรไหมที่จะใช้เครื่องมือนี้ในการตรวจสอบ
และมีวิธีไหนอีกบ้างที่เหมาะสมในการตรวจสอบ
ขอบคุณค่ะ
ก่อนอื่นเรามาลองทำความเข้าใจเรื่องสี
แม่สี และการมองเห็นสีกันก่อนดีกว่า (ตามความรู้พื้นฐานที่ผมมีนะ เพราะผมเองก็ไม่ใช่ศิลปินหรือผู้เชื่ยวชาญด้านแสง)
ถ้าเป็นเรื่องของการระบายสีหรือการผสมสี แม่สีจะมีอยู่ ๓ สีคือ แดง เหลือง น้ำเงิน คุณมีเพียงแค่ ๓
สีนี้ก็สามารถสร้างสีอื่นขึ้นมาได้
เช่นถ้าผสมกันระหว่างแดงกับเหลืองก็จะได้ส้ม ผสมกันระหว่างเหลืองกับน้ำเงินก็จะได้เขียว ผสมกันระหว่างแดงกับน้ำเงินก็จะได้ม่วง
นอกจากนี้ยังมีอีกสองสีที่ไม่จัดให้เป็นแม่สีคือ
สีขาวกับสีดำ
ถ้าอยากให้สีมันอ่อนลงก็ไปหาสีขาวมาผสมเพิ่มเติม
เช่นถ้าต้องการสีชมพูก็เตรียมได้จากการผสมสีแดงกับสีขาว ส่วนสีดำเท่าที่เคยเจอคือผสมลงไปกับสีอะไรมันก็ออกดำไปหมด
ส่วนแม่สีทางแสงนั้นก็มี ๓
สีเช่นเดียวกัน
แตกต่างกันตรงที่แม่สีทางแสงจะเป็น แดง เขียว น้ำเงิน (เปลี่ยนจากเหลืองเป็นเขียว) การผสมแสงให้ได้แสงสีต่าง ๆ
กันก็ใช้ ๓ สีนี้ ถ้าคุณมองจอภาพโทรศัพท์ (พวกจอหลอดภาพหรือ
CRT จะเห็นได้ชัด) จะเห็นว่าบนจอมีจุดสีอยู่เพียง
๓ สีคือ แดง เขียว น้ำเงิน เขาจึงเรียกว่าจอ RGB (ย่อมาจาก Red Green และ Blue) โดยการปรับสัดส่วนความสว่างของแสงสีแดง
เขียว และน้ำเงิน ก็จะทำให้เห็นแสงสีต่าง ๆ เปล่งออกมา
ทีนี้เรามาลองดูเรื่องการมองเห็นสี อันนี้มีประเด็นที่ควรต้องพิจารณา
แม่สีที่เป็นสีแดงเราเห็นเป็นสีแดงเพราะเมื่อเราฉายแสงสีขาวลงไป สารนั้นจะดูดกลืนสีอื่นเอาไว้ยกเว้นสีแดง ทำให้คลื่นแสงสีแดงส่องมาถึงดวงตาเราได้ เราเลยมองเห็นสารนั้นมีสีแดง
แม่สีที่เป็นสีน้ำเงินเราเห็นเป็นสีน้ำเงินเพราะเมื่อเราฉายแสงสีขาวลงไป
สารนั้นจะดูดกลืนสีอื่นเอาไว้ยกเว้นสีน้ำเงิน
ทำให้คลื่นแสงสีน้ำเงินส่องมาถึงดวงตาเราได้ เราเลยมองเห็นสารนั้นเป็นสีน้ำเงิน
ใบไม้เป็นสีเขียวเพราะคลอโรฟิลในใบไม้ดูดกลืนแสงสีแดงและน้ำเงินเอาไว้ เหลืองแต่แสงสีเขียวที่ไม่ดูดกลืน ทำให้เราเห็นใบไม้เป็นสีเขียว
ทีนี้เราลองมาพิจารณาการเกิดสีม่วงโดยผมจะลองยกตัวอย่างให้พิจารณา
๒ ตัวอย่างดังนี้
ตัวอย่าง (ก) เอาแม่สีที่เป็นสีแดงและสีน้ำเงินมาผสมเข้าด้วยกัน
(คือใช้สารสองชนิดผสมกันโดยที่มันไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกัน) เมื่อเราฉายแสงสีขาวลงไปแม่สีสีแดงก็ไม่ดูดกลืนสีแดง โดยปล่อยให้แสงสีแดงเดินทางมาถึงดวงตาเรา แม่สีสีน้ำเงินก็ไม่ดูดกลืนแสงสีน้ำเงิน แต่ปล่อยให้แสงสีน้ำเงินเดินทางมาถึงดวงตาเรา ดังนั้นสีที่เราเห็นก็ควรเป็น "สีม่วง"
ตัวอย่าง (ข) ที่นี้ถ้าเรามีสารชนิดหนึ่งเพียงชนิดเดียวที่ไม่ดูดกลืนสีม่วง แต่ดูดกลืนสี น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม
แดง เมื่อเราฉายแสงสีขาวลงไป สารนั้นจะไม่ดูดกลืนคลื่นแสงสีม่วง จะปล่อยให้แสงสีม่วงเดินทางมาถึงดวงตามเรา ดังนั้นเราก็ควรมองเห็นสารนั้นมี "สีม่วง" เช่นเดียวกัน
จะเห็นว่าการมองเห็น "สีม่วง" นั้นเป็นไปได้สองกรณี คือการที่มีคลื่นแสง "สีแดง" และ "สีน้ำเงิน" เดินทางมาถึงดวงตาเราโดยไม่จำเป็นต้องมีคลื่นแสงสีม่วงดังตัวอย่าง
(ก) และการที่มีคลื่นแสง "สีม่วง" เดินทางมาถึงดวงตาเราโดยไม่จำเป็นต้องมีคลื่นแสงสีแดงและสีน้ำเงินดังตัวอย่าง
(ข)
ทีนี้ลองกลับมาที่คำถามที่มีถามมาในอีเมล์ข้างต้น
จากข้อมูลที่เขาให้มานั้นผมเดาว่าตัวที่ทำให้เกิดสีในผงโทเนอร์สีต่าง
ๆ นั้นน่าจะมีองค์ประกอบที่เป็นโลหะทรานซิชันอยู่
และวิธีการตรวจวัดปริมาณโลหะที่เขาใช้คือเทคนิค XRF (X-ray fluorescence)
เทคนิค XRF นั้นใช้การฉายรังสีเอ็กซ์พลังงานสูงลงไปบนตัวอย่าง
รังสีเอ็กซ์ที่ฉายลงไปจะทำให้อิเล็กตรอนในชั้นวงโคจรในของอะตอมหลุดออก เช่นไปทำให้อิเล็กตรอนในชั้นวงโครจร K (วงที่อยู่ในสุด) หลุดออกไป เกิดเป็นที่ว่างในวงโคจร K อิเล็กตรอนในชั้นวงโครจรถัดไปที่อยู่สูงกว่า
(เช่นวง L ที่เป็นวงที่สองนับจากข้างใน) เคลื่อนตัวลงมาแทนที่ แต่เนื่องจากชั้นวงโคจร L มีระดับพลังงานสูงกว่าชั้นวงโคจร
K ดังนั้นอิเล็กตรอนในชั้นวงโคจร
L จะต้องคายพลังงานออกส่วนหนึ่งเพื่อที่จะมาอยู่ในชั้นวงโคจร
K ได้
พลังงานที่คายออกมาจะอยู่ในรูปของโฟตอนที่มีพลังงานในระดับรังสีเอ็กซ์
รังสีเอ็กซ์ที่เกิดจากกลไกนี้เป็นลักษณะเฉพาะตัวของธาตุแต่ละธาตุ ดังนั้นเราจึงสามารถใช้พลังงานของรังสี (ความยาวคลื่นหรือพลังงานในหน่วยอิเล็กตรอนโวลต์
- eV) มาเป็นตัวระบุชนิดธาตุได้ และใช้ความเข้ม (หน่วยเป็นcount ซึ่งแปรผันกับจำนวนประจุที่เกิดขึ้นจากการแตกตัวของธาตุที่อยู่ในหลอดตรวจวัดรังสี) ของรังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นหรือระดับพลังงานนั้นเป็นตัวบอกให้ทราบปริมาณของธาตุนั้น
สิ่งที่ต้องพึงระลึกคือ XRF นั้นตรวจวัดปริมาณธาตุโดยไม่สนว่าธาตุนั้นอยู่ในสารประกอบใดหรือมีเลขออกซิเดชันเท่าใด
โลหะกลุ่มที่ทำให้เกิดสีมักเป็นโลหะทรานซิชัน
ซึ่งไอออนโลหะทรานซิชันต่างธาตุกันมักจะมีสีที่แตกต่างกัน
แต่นั้นก็ไม่ได้หมายความว่าถ้าตัวอย่างมีสีแตกต่างกันจะต้องประกอบด้วยโลหะที่แตกต่างกัน
เพราะเป็นเรื่องปรกติที่โลหะทรานซิชันที่มีเลขออกซิเดชันต่างกันจะมีสีแตกต่างกันด้วย ตัวอย่างเช่น Cu1+ มีสีเขียวในขณะที่ Cu2+ มีสีน้ำเงิน
ดังนั้นการที่สรุปว่าตัวอย่างที่มีสีที่แตกต่างกันจะต้องประกอบด้วยธาตุที่แตกต่างกันจึงไม่ค่อยถูกต้องนัก
เช่นถ้าคุณมีตัวอย่างสองตัวอย่างที่มีปริมาณ
Cu เท่ากัน แต่ในตัวอย่างแรก Cu อยู่ในรูปของ
Cu1+ แต่ตัวอย่างที่สองอยู่ในรูปของ Cu2+ คุณจะเห็นตัวอย่างทั้งสองมีสีต่างกัน แต่ถ้าวิเคราะห์ด้วย XRF จะพบว่าตัวอย่างทั้งสองมีปริมาณ
Cu เท่ากัน ดังนั้นถ้าเป็นกรณีทำนองนี้การใช้เทคนิค XRF จะไม่สามารถบ่งบอกถึงสีของตัวอย่างได้
แต่ไอออนของโลหะทรานซิชันที่มีเลขออกซิเดชันเดียวกันและจับกับโครงสร้างอื่นที่แตกต่างกันก็สามารถให้สีที่แตกต่างกันได้เช่นกัน
เช่น Fe3+ ที่อยู่ในรูปของไอออนในสารละลายในน้ำจะมีสีออกเหลืองส้ม แต่ถ้าจับเข้ากับ SCN- กลายเป็นไอออนเชิงซ้อน Fe(SCN)2+ จะกลายเป็นสีแดง (เรื่องนี้ลองไปอ่านเพิ่มเติมในเรื่องการไทเทรตหาปริมาณ
Cl- ด้วย Volhard
method) ซึ่งในกรณีนี้ไอออนของ Fe ยังคงมีเลขออกซิเดชันเป็น 3+ อยู่แต่กลับให้สีที่แตกต่างกัน
อีกตัวอย่างคือพวกซิลิกาเจลที่มี
Co เป็นองค์ประกอบ เมื่อซิลิกาเจลแห้งจะมีสีน้ำเงิน
แต่เมื่อดูดซับไอน้ำเข้าไปจะกลายเป็นสีชมพู ทั้ง ๆ ที่ปริมาณ Co และเลขออกซิเดชันของ
Co ยังเหมือนเดิม
สารที่ทำให้เกิดสีอีกพวกหนึ่งคือสารอินทรีย์บางชนิด
ตัวอย่างที่ใกล้ตัวทุกคนและน่าจะมีประสบการณ์กันมาแล้วก็คืออินดิเคเตอร์ที่ใช้ในการไทเทรต พวกอินดิเคเตอร์เหล่านี้เมื่ออยู่ในภาวะรูปที่เป็นกรดหรือเบสก็จะให้สีที่แตกต่างกันออกไปได้
การให้สีโดยสารอินทรีย์นั้นไม่เกี่ยวกับปริมาณโลหะทรานซิชัน
ในกรณีของปัญหาของสาวน้อยหน้าในจากบางละมุงนั้น
เนื่องจากผมเองก็ไม่ได้รู้เรื่องเทคนิคและวิธีการทำให้ผงหมึกมีสีต่าง ๆ
กัน
แต่จากมุมมองที่กล่าวมาข้างต้นถ้าให้ผมพิจารณาปัญหาดังกล่าวผมก็จะขอลองตั้งสมมุติฐานอธิบายว่าทำไมเขาจึงไม่สามารถแยกสีชมพูและสีเหลืองออกจากกันได้ดังนี้
(ก) การเกิดสีชมพูและสีเหลืองไม่เกี่ยวกับชนิดและปริมาณโลหะที่ใช้ อาจเกิดจากสารประกอบพวกสารอินทรีย์
ดังนั้นเมื่อมุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์ความแตกต่างของปริมาณธาตุที่คิดว่าเป็นตัวทำให้เกิดสี จึงทำให้ไม่สามารถแยกแยะได้
(ข) การเกิดสีชมพูและสีเหลืองเกิดจากการใช้ธาตุเดียวกัน แต่มีเลขออกซิเดชันต่างกัน
หรือมีเลขออกซิเดชันเดียวกันแต่เกาะอยู่กับโครงสร้างอื่นที่แตกต่างกัน
ดังนั้นแม้ตัวอย่างทั้งสองจะมีโลหะตัวที่ทำให้เกิดสีในปริมาณเดียวกัน ตัวอย่างทั้งสองก็มีสีที่แตกต่างกันได้ การใช้ XRF ซึ่งระบุเพียงชนิดและปริมาณจึงไม่สามารถนำมาบ่งบอกสีที่ตัวอย่างควรจะเป็นได้
(ค) จากข้อ (ข) อันที่จริงธาตุตัวที่ทำให้เกิดสีนั้นอาจเป็นตัวที่ทำให้เกิดสีแดงและสีเหลือง แต่ที่เห็นเป็นสีชมพูก็เพราะมีองค์ประกอบอื่นที่ให้สีขาวรวมอยู่ด้วย ทำให้เราเห็นสีแดงมีความเข้มอ่อนลง เราก็เลยเรียกสีชมพู (เหมือนกับที่เราเอาสีน้ำสีแดงมาผสมกับสีขาว
เราก็จะได้สีชมพู)
ในความเห็นผมเมื่อเราต้องการวัดอะไรนั้นเราควรจะใช้เครื่องมือที่สามารถวัดสิ่งนั้นได้โดยตรงจะดีที่สุด ในกรณีนี้สิ่งที่ต้องการวัดคือ "สี" ที่ตามองเห็น
ดังนั้นเครื่องที่ควรนำมาใช้วัดคือเครื่องที่สามารถวัด "สี" ที่ตามองเห็น
ซึ่งก็คือการวัดสเปกตรัมคลื่นแสงในช่วงที่ตามองเห็น ซึ่งควรเป็นเครื่องตระกูล UV-Vis มากกว่า XRF
