GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๕ ตำแหน่งพีค NO และ N2O (ปรับแต่ง ๒ - ผลของอุณหภูมิ) MO Memoir : Saturday 30 June 2555

Memoir ฉบับนี้เป็นบันทึกการปรับแต่งการทำงานของเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ในส่วนของ ECD เพื่อตรวจวัด NO โดยเป็นตอนต่อจาก Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๖๘ วันเสาร์ที่ ๒๓ มิถุนายน ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๔ ตำแหน่งพีค NO และ N₂O (ปรับแต่ง ๑)" ซึ่งยังคงเป็นผลงานของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) กับสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ที่ได้จากการทดลองซ้ำและตรวจสอบหลายรูปแบบในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา

ต้องยอมรับว่าการปรับแต่งในส่วนของ ECD นี้ได้ให้บทเรียนใหม่ ๆ แก่พวกเราเยอะเหมือนกัน

โดยปรกติที่เคยเจอมานั้น (กับ packed column ทั่วไป) เวลาที่เราต้องการจะให้สารออกจากคอลัมน์เร็วขึ้นเราอาจทำได้โดยการ (ก) เพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น หรือ (ข) เพิ่มอัตราการไหลของ carrier gas ให้สูงขึ้น

การเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นจะทำให้การดูดซับของสารในแก๊สบนพื้นผิวนั้นแย่ลง สัดส่วนสารที่อยู่ในเฟสแก๊สจะสูงขึ้น สารก็จะเคลื่อนตัวออกจากคอลัมน์ได้เร็วขึ้น ส่วนการเพิ่มอัตราการไหลของ carrier gas ก็จะช่วยพัดพาให้สารที่อยู่ในเฟสแก๊สเคลื่อนออกพ้นคอลัมน์ได้เร็วขึ้น

แต่สำหรับ micro packed column (O.D. 1/8") ที่เราใช้แยก NO ออกจาก O₂ และ N₂O นั้นดูเหมือนว่าจะมีกลไกการแยกอยู่สองรูปแบบ

กล่าวคือดูเหมือนคอลัมน์จะแยก N₂O ออกจาก NO และ O₂ ด้วยกลไกการดูดซับ โดยตัวคอลัมน์จะจับ N₂O ได้ดีกว่า NO และ O₂ ( N₂O มีความเป็นขั้วที่แรงกว่า NO และ O₂)

ส่วนการแยก NO และ O₂ ออกจากกันนั้นน่าจะเป็นการแยกตามจุดเดือด (จุดเดือดของ N₂ คือ -196ºC จุดเดือดของ O₂ คือ -183ºC และ จุดเดือดของ NO คือ -164ºC) โดย O₂ จะออกนำหน้า NO อยู่เล็กน้อย (เราใช้ N₂ เป็น carrier gas เราจึงไม่มีพีค N₂ และ ECD ก็ไม่ตอบสนองต่อ N₂ ด้วย)

สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเราเพิ่มอุณหภูมิ oven ให้สูงขึ้นคือ N₂O จะออกมาเร็วขึ้น แต่ดูเหมือน NO และ O₂ จะออกมาช้าลง

สาเหตุที่ NO และ O₂ ออกมาช้าลงเป็นเพราะแก๊สสองตัวนี้ถูกดูดซับได้น้อย ดังนั้นจะออกมาพร้อมกับความเร็วของ carrier gas

การเพิ่มอุณหภูมิ oven ให้สูงขึ้นจะทำให้ carrier gas มึความหนืดสูงมากขึ้น ประกอบกับการที่คอลัมน์ที่เราใช้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1/8" ซึ่งจัดว่าเล็ก ดังนั้นจึงทำให้อัตราเร็ว (ความเร็วเชิงเส้น - m/s) ของ carrier gas ในคอลัมน์ลดต่ำลง

ดังนั้นถ้าเราต้องการให้ NO และ O₂ ออกจากคอลัมน์เร็วขึ้น เราก็ต้อง "ลด" อุณหภูมิ oven ให้ลดต่ำลง ซึ่งในขณะนี้เราได้ลดอุณหภูมิ oven ลงเหลือ 50ºC และปรับเพิ่มความดันที่ APC1 เป็น 240 kPa

ผลที่ออกมาเป็นอย่างไรนั้นแสดงไว้ในรูปที่ ๑ ในหน้าถัดไปแล้ว

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมจากการทดลองเมื่อวานตอนเย็นของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) กับสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) เส้นสีดำคือแก๊ส NO (800 ppm) ใน N₂ ส่วนสีม่วงคืออากาศ อุณหภูมิ oven คือ50ºC และปรับเพิ่มความดันที่ APC1 เป็น 240 kPa ขนาด sampling loop 0.5 ml ตอนนี้ดูเหมือนว่ามีสิทธิ์ลุ้นแล้วว่าน่าจะแยกพีค NO ออกจาก O₂ ได้ งานต่อไปที่ต้องทำคือต้องทดสอบโดยการลดความเข้มข้น NO ให้ต่ำลงไปอีก (ระดับ 10 ppm หรือต่ำกว่า) แต่จากขนาดสัญญาณที่ได้ผมก็สงสัยอยู่เหมือนกันว่าอาจต้องมีรายการเพิ่มขนาดของ sampling loop ให้สูงกว่า 0.5 ml อีก

ไม้หนีบผ้าเป็นเหตุ MO Memoir : Thursday 28 June 2555

เหตุเกิดตอนเช้าวันพุธที่ผ่านมา ระหว่างขับรถจากบ้านไปทำงาน

ในขณะที่รถวิ่งไปเรื่อย ๆ ก็รู้สึกว่ามีเสียงดังผิดปรกติเป็นจังหวะ ถ้ารถวิ่งช้า เสียงก็ดังห่าง ๆ แต่ถ้ารถวิ่งเร็วขึ้น เสียงก็ดังถี่ขึ้น แสดงว่าเสียงดังกล่าวน่าจะเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่การหมุน

เรื่องเสียงที่ดังผิดปรกติในขณะขับรถนี้เจอมาหลายอย่างแล้ว เสียงตลับลูกปืนสายพานแตกก็เป็นอีกแบบหนึ่ง เสียงตลับลูกปืนล้อแตกก็เป็นแบบหนึ่ง เสียงยางรองแท่นเครื่องขาดก็เป็นอีกแบบหนึ่ง เสียงเพลาขับถ่วงมาไม่ดีก็เป็นอีกแบบหนึ่ง (ของรถขับเคลื่อนล้อหลัง) แต่เสียงที่ได้ยินคราวนี้มันแตกต่างออกไป

เสียงที่ดังนั้นมีลักษณะเป็นเสียงทุ้มความถี่ต่ำ ไม่ใช่เสียงความถี่สูงที่เกิดจากการสึกหรอของชิ้นส่วนที่เป็นโลหะ เช่นตลับลูกปืน แต่ทำให้ผมนึกถึงชิ้นส่วนที่ทำจากยาง เช่นพวกสายพานและล้อรถ

ในช่วงที่รถติดก็ได้ทดลองเข้าเกียร์ว่างและเร่งเครื่องดู ก็ไม่ได้ยินเสียงดังกล่าว ทำให้เชื่อว่าเสียงนั้นไม่น่าจะดังมาจากสายพาน และเมื่อฟังดูดี ๆ ในขณะที่รถวิ่งก็รู้สึกว่าเสียงนั้นน่าจะมาจากล้อหน้าด้านซ้าย

ระหว่างขับรถไปทำงานก็คิดไว้ในใจด้วยว่าคงได้มีรายการเสียค่าซ่อมกันอีกแล้ว

พอถึงที่จอดรถที่ทำงาน ก็เดินตรวจล้อก่อนเลย ก็พบวัตถุสีชมพูปักติดอยู่ตรงล้อหน้าด้านซ้าย ซึ่งเมื่อดึงออกมาดูก็พบว่าเป็น “ไม้หนีบผ้า” ตัวมันเองโดนรถบดซะเละ แต่ตัวแกนสปริงนั้นปักเข้าไปในเนื้อยาง (โชคดีตรงที่เป็นตำแหน่งที่เป็นสันนูนของลายดอกยาง) ก็เลยดึงออกมาและลองขับรถไปรอบ ๆ บริเวณที่จอดรถอีกครั้ง ก็พบว่าเสียงดังกล่าวหายไป

เพิ่งเจอฤทธิ์เดชของไม้หนีบผ้าก็คราวนี้แหละ

 นี่แหละตัวไม้หนีบต้นเหตุ

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๗ Noise หรือ Peak MO Memoir : Wednesday 27 June 2555

สัญญาณหลายชนิดที่ออกมาจากตัวตรวจวัดต่าง ๆ ของอุปกรณ์ที่ใช้ในห้องแลปเรานั้น (เช่น GC XRD NH₃-TPD หรือ TGA) ถ้าเรานำมาขยายจะพบว่ามีลักษณะเป็นเส้นที่ไม่เรียบ มีการเต้นไปเต้นมาที่เรียกว่าสัญญาณรบกวนหรือ noise อยู่ในระดับหนึ่ง (สมมุติว่าให้มีขนาด N) โดยทั่วไปถ้าการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ (Signal) นั้นมีขนาดไม่มากเกินกว่า 2 เท่าของขนาดของ noise ก็ไม่ควรถือว่ามีการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญ

ที่มาของ noise นั้นมาจากหลายแหล่ง ขึ้นอยู่กับว่าอุปกรณ์วัดนั้น sensitive ต่อการเปลี่ยนแปลงของอะไรบ้าง ปรกติถ้าเราตั้งค่าความไว (sensitivity) ของตัวตรวจวัด (detector) ให้สูง (กล่าวคือไวต่อการเปลี่ยนแปลงน้อย ๆ) noise ก็จะมากตามไปด้วย

ขนาดของ noise ประมาณได้จากขนาดการเปลี่ยนแปลงของเส้น base line ระหว่างค่าสูงสุดถึงค่าต่ำสุด แต่ทั้งนี้ก็ต้องไม่นำค่าที่ลดต่ำลงผิดปรกติหรือขึ้นไปสูงผิดปรกติเมื่อเทียบกับตำแหน่งอื่น ๆ ของสัญญาณ และก็ต้องระวังการอ่านค่าที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วผิดปรกติด้วย (เช่นกระโดยสูงขึ้นหรือลดต่ำลงกระทันหัน) เพราะบ่อยครั้งพบว่าการเปลี่ยนแปลงที่เห็นว่ามีการกระชากขึ้นหรือลดอย่างรวดเร็วนั้นมีสาเหตุจากระบบไฟฟ้าของอุปกรณ์หรือระบบจ่ายไฟ

การอ่านสัญญาณจะถือว่ามีการเปลี่ยนแปลงก็ต่อเมื่อขนาดของสัญญาณ (Signal) ต่อขนาดของสัญญาณรบกวน (Noise) ที่เรียกว่า Signal to noise ratio หรือ S/N นั้นต้องมีค่ามากกว่า 2

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมที่ได้จาก GC-2014 ECD & PDD ทั้งสองเส้นเป็นสัญญาณจาก Electron Capture Detector (ECD) ที่ขยายขึ้นมา จะสังเกตเห็นว่ามีพีคอยู่ ๑ ตำแหน่งตรงลูกศรสีเขียวชี้

แต่การอ่านว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเมื่อค่า S/N นั้นอยู่ใกล้ 2 ก็ต้องระวังเหมือนกัน ไม่ใช่ว่าเห็นอะไรที่มันเปลี่ยนแปลงเยอะ ๆ ก็ตีความหมายว่ามีการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญไปหมด

รูปที่ ๑ เป็นโครมาโทแกรมที่ได้จากการวิเคราะห์แก๊สผสมระหว่าง NO_x (เข้มข้นระดับ ppm) ในแก๊สไนโตรเจนโดยใช้ตัวตรวจวัดชนิด Electron Capture Detector (ECD) จุดที่เป็นที่สงสัยคือในการวิเคราะห์ครั้งแรก (เส้นสีดำ) นั้นมีสิ่งที่สงสัยว่าจะเป็นพีคหรือไม่เกิดขึ้นที่เวลาประมาณ 14.5 นาที (ตรงลูกศรสีเขียว) จึงได้ทำการวิเคราะห์ซ้ำอีกครั้ง (เส้นสีม่วง)

จากการเปรียบเทียบโครมาโทแกรมทั้งสองจะเห็นว่าถ้าเป็น noise แล้ว ตำแหน่งที่เกิดเหมือนพีคและขนาดที่เห็นนั้นจะไม่ซ้ำเดิม แต่ถ้าเป็นพีคการเปลี่ยนแปลงจะเห็นตำแหน่งที่เริ่มเกิด ตำแหน่งสูงสุด ตำแหน่งสิ้นสุด และขนาดนั้นประมาณเหมือนกัน ดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบโครมาโทแกรมทั้งสองเส้นแล้วสามารถสรุปได้ว่าการเปลี่ยนแปลงที่เห็น ณ ตำแหน่งเวลาประมาณ 14.5-15.0 นาทีนั้นเป็นพีคเล็ก ๆ

เคยเจอหลายครั้งแล้วที่ผู้ทำงานวิจัยต้องการให้มีพีค ณ ตำแหน่งที่ตนเองต้องการ ถึงกับเอา noise มาขยายและพยายามอ่าน noise ให้เป็นพีค (แม้ไม่ได้อ่านสัญญาณเองก็ยังบังคับให้นิสิตที่ทำการทดลองให้ต้องไปหาพีคมาให้ได้) อีกพวกหนึ่งก็คือจะใช้ software (ซึ่งอาจเป็นโปรแกรมที่มากับอุปกรณ์หรือดาวน์โหลดมาจากที่อื่น) ทำ base line ให้เรียบ พอเห็นตำแหน่งไหนไม่ราบเรียบก็จะอ่านเป็นพีคทันที แต่โปรแกรมที่ทำ base line ให้เรียบนั้นมักจะลบ noise ขนาดเล็กออกไป แต่ noise ขนาดใหญ่ยังคงอยู่

มีครั้งหนึ่งมีคนมาถามผมว่าสัญญาณของเขาถ้าเอาไปทำ deconvolution (การแยกสัญญาณที่เห็นว่าว่าประกอบด้วยพีคย่อยขนาดเท่าใด อยู่ที่ตำแหน่งไหนบ้าง รวมกันอยู่) จะได้พีคตรงตำแหน่งที่เขาต้องการหรือไม่ ผมก็ตอบกลับไปว่าสัญญาณแบบนี้ต้องการจะให้มีพีคตรงไหนก็ได้ทั้งนั้น เพราะมันเป็น noise

แต่ที่หนักที่สุดคือไม่ว่าจะทำอย่างไรมันก็ไม่มีพีคตรงตำแหน่งที่ต้องการ ก็บอกให้นิสิตที่ดูแลเขียนลงไปเลยว่าพบพีคที่ตำแหน่งดังกล่าว เพื่อจะได้นำผลการวิเคราะห์ (ที่มั่วขึ้นมาเอง) ดังกล่าว ส่งไปตีพิมพ์บทความในวารสารวิชาการนานาชาติ

ตรงตามแบบ (ตอนที่ ๓) MO Memoir : Monday 25 June 2555

กติกาการใช้งบประมาณของหน่วยราชการจะดูแปลก ๆ สำหรับคนที่ทำงานบริษัททั่วไป กล่าวคือจะจัดซื้อจัดหาอะไรสักอย่างก็ต้องตั้งงบไว้ล่วงหน้าร่วมปี ปัญหาที่ตามมาก็คือราคาสินค้านั้นมักจะปรับเปลี่ยนรวดเร็ว (เน้นไปในทางเพิ่มสูงขึ้น) จนทำให้การตั้งราคานั้นมักจะต้องตั้งสูงเผื่อเอาไว้ก่อน

ปีงบประมาณของทางราชการนั้นเริ่มในเดือนตุลาคม อย่างเช่นเดือนตุลาคม ๒๕๕๕ นี้ก็จะถือเป็นการเริ่มปีงบประมาณ ๒๕๕๖ และก่อนจะนำไปใช้ก็ต้องผ่านการเห็นชอบของรัฐสภาเสียก่อน และก่อนจะนำเรื่องเข้ารัฐสภาก็ต้องมีการชงเรื่องจากหน่วยงานต่าง ๆ ผ่านต้นสังกัดและไปฟาดฟันกันต่อที่สำนักงบประมาณว่าใครจะได้งบอะไรบ้าง เท่าไร นี่จึงเป็นสาเหตุให้ต้องใช้เวลากันร่วมปี

สมมุติว่าหน่วยราชการแห่งหนึ่งต้องการซื้อสินค้า ๒ ชนิด แต่ละชนิดราคา ๑๐๐,๐๐๐ บาท ก็ต้องทำเรื่องขอซื้อล่วงหน้าเอาไว้ร่วมปี โดยตั้งงบประมาณการจัดซื้อไว้รวม ๒๐๐,๐๐๐ บาท

ทีนี้สมมุติว่าพอถึงเวลาจัดซื้อจริง สินค้าตัวแรกราคาลดลงเหลือ ๘๐,๐๐๐ บาท ดังนั้นเมื่อจัดซื้อเสร็จก็จะมีเงินงบประมาณเหลือ ๒๐,๐๐๐ บาท แต่สินค้าตัวที่สองราคาปรับขึ้นเป็น ๑๐๐,๑๐๐ บาท ซึ่งสูงกว่างบประมาณ ๑๐๐ บาท หน่วยราชการหน่วยนั้นก็จะไม่สามารถจัดซื้อสินค้าตัวที่สองนี้ได้ เพราะราคาสูงกว่างบประมาณที่ตั้งเอาไว้ และไม่สามารถเอาเงินที่เหลือจากการซื้อสินค้าตัวแรกมาโป๊ะเพื่อซื้อสินค้าตัวที่สองนี้ได้ ผลก็คือหน่วยราชการดังกล่าวต้องส่งเงินจำนวน ๑๒๐,๐๐๐ บาทคืนสำนักงบประมาณ (๒๐,๐๐๐ บาทที่เหลือจากการซื้อสินค้าตัวแรก และ ๑๐๐,๐๐๐ บาทที่ทำเรื่องขอซื้อสินค้าตัวที่สองแต่ซื้อไม่ได้เพราะราคาจริงสูงกว่างบที่ขอ)

การที่ซื้อสินค้าในราคาที่ต่ำกว่างบประมาณที่ได้ขอไว้ก็ไม่ได้หมายความว่าจะถูกมองว่าช่วยทางราชการประหยัดงบประมาณ แต่มักจะถูกมองว่าชอบของบประมาณสูงเกินจริงไปมาก ผลที่ตามมาก็คือเวลาของบประมาณใด ๆ อีกก็มักจะถูกเพ่งเล็งเอาไว้ว่าชอบของบสูงเกินจริง และควรถูกตัดงบ ด้วยเหตุนี้ถ้าเมื่อถึงเวลาจัดซื้อจริงแล้วพบว่าราคาของนั้นมันต่ำกว่างบที่ตั้งไว้ ก็มักจะทำการแทรกรายการต่าง ๆ (เช่นวัสดุสิ้นเปลือง ชิ้นส่วนซ่อมแซม หรือการประกัน) เข้าไปในข้อกำหนดครุภัณฑ์ที่ขอจัดซื้อด้วย เพื่อให้ราคารวมทั้งหมดของสินค้าที่ซื้อใกล้เคียง (แต่ไม่เกิน) งบประมาณที่ขอเอาไว้ และเหลือเศษเงินคืนคลังเพียงเล็กน้อย

ดังนั้นในแต่ละปีงบประมาณจะมีเงินเศษเหลือจากการจัดซื้อจัดจ้างของหน่วยราชการต่าง ๆ ส่งคืนคลัง เงินจำนวนดังกล่าวในแต่ละปีก็จะมากพอดู ดังนั้นถ้าหน่วยงานใดมีข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับงบประมาณที่เหลือในแต่ละปี ก็อาจทำเรื่องขอใช้งบประมาณที่เหลือเหล่านี้ได้ แต่มีข้อแม้ว่าจะต้องรีบหาทางใช้จ่ายในปีงบประมาณนั้นด้วย หรือถ้าเป็นงานใหญ่ ๆ เช่นการก่อสร้างก็ต้องหาเรื่องกันเงินเอาไว้จ่ายข้ามปี (ขอเงินงบประมาณปีนี้ แต่จะไปใช้ในปีงบประมาณถัดไป)

ตอนที่ผมกลับมาทำงานใหม่ ๆ ผู้ใหญ่ในหน่วยงานก็ได้เล่าให้ฟังถึงที่มาของอาคารใหม่ ๒ อาคาร (ซึ่งปัจจุบันเป็นที่ทำงานของผมทั้งสองอาคาร) ว่าเงินค่าก่อสร้างก็ได้มาจากเงินงบประมาณที่เหลือในแต่ละปีนี้ ส่วนจริงเท็จเป็นอย่างไรนั้นผมก็ไม่มีข้อมูลยืนยันเหมือนกัน เพียงแต่ได้ยินคำบอกเล่าของผู้ใหญ่ที่เขามีส่วนในการกำหนดการใช้พื้นที่อาคารที่จะสร้างขึ้นมาใหม่ว่าจะให้หน่วยงานใดเข้าใช้งาน

จุดนี้จึงเป็นที่มาของเรื่อง "ตรงตามแบบ (ตอนที่ ๓)" นี้

เนื่องจากกว่าสำนักงบรู้ตัวเลขเงินงบประมาณที่เหลือจากจากหน่วยงานต่าง ๆ ก็มักจะเข้าใกล้สิ้นปีงบประมาณแล้ว ดังนั้นถ้าใครได้เงินก้อนนี้ไปใช้ก็ต้องรีบหาทางใช้ ถ้าเป็นการใช้เพื่อการจัดหาซื้อสิ่งของที่มีขายทั่วไปก็คงไม่ค่อยมีปัญหาเรื่องการกำหนดคุณลักษณะสิ่งของที่ต้องการซื้อเท่าใดนัก แต่ถ้าเป็นการสร้างอาคารล่ะก็ วุ่นทีเดียว เพราะต้องมีการกำหนดว่าจะสร้างอาคารดังกล่าวเพื่อกิจกรรมใด เพราะมันเกี่ยวพันถึงการออกแบบโครงสร้างอาคาร ทีนี้ปัญหามันเกิดขึ้นเมื่อมันไม่สามารถตกลงกันได้ว่าพื้นที่ส่วนไหนจะใช้ควรจะเอาไปใช้ประโยชน์ด้านใด ผู้ออกแบบก็เลยต้องออกแบบที่เป็น "กลาง ๆ" เอาไว้ก่อน

สิ่งที่ได้มาคืออาคารแรกเป็นอาคารสูง ๒๐ ชั้น แต่เนื่องจากตอนที่ต้องออกแบบนั้นไม่สามารถบอกได้ว่าชั้นไหนจะใช้ทำอะไร ผลที่ออกมาก็คือกลายเป็นอาคารที่ความสูงจากพื้นถึงเพดานของแต่ละชั้น (ที่ไม่ใช่ห้องประชุมใหญ่) สูงถึง ๔.๘๐ เมตร คือเผื่อเอาไว้ว่าจะมีคนเอาอุปกรณ์ทำแลปไปตั้งบนตึกนั้นด้วย มีการกำหนดให้เอาแลปเคมีพื้นฐานไปตั้งบนชั้น ๑๒ แต่อาคารดังกล่าวไม่ได้ออกแบบให้มีระบบท่อน้ำทิ้ง ระบบท่อน้ำดี และระบบสำหรับเดินท่อระบายอากาศของตู้ควัน แล้วมันจะตั้งแลปได้อย่างไร ผลสุดท้ายก็ใช้ตึกทั้งตึกในรูปแบบอาคารสำนักงาน แต่ละชั้นต้องไปตีฝ้าให้ต่ำลงมาอีกราว ๆ ๒ เมตร วิศวกรอาวุโสท่านหนึ่งบอกผมว่า ถ้าหากกำหนดตั้งแต่การออกแบบแล้วว่าจะให้ใช้อาคารในรูปแบบอาคารสำนักงานทั้งตึก ด้วยวงเงินค่าก่อสร้างเท่ากันและได้ตึกสูงเท่ากันนี้ จะได้พื้นที่ใช้สอยมากขึ้นอีก

อีกตึกหนึ่งเป็นตึกที่ออกแบบมาเพื่อเป็นห้องปฏิบัติการทั้งตึก แต่ก็ออกมาแปลก ๆ คือชั้น ๕ มีการเดินระบบท่อน้ำทิ้งเอาไว้ให้ แต่ไม่มีการเดินระบบท่อน้ำดีให้ ส่วนชั้น ๔ มีการเดินระบบท่อน้ำดีให้ แต่ไม่มีการเดินระบบท่อน้ำทิ้งให้

ชั้นที่ไม่มีระบบท่อน้ำดีแก้ปัญหาได้ไม่ยากเท่าใดนัก เพราะระบบน้ำดี (น้ำประปานั่นแหละ) มันมีแรงดัน สามารถเดินไต่ขึ้นผนังหรือเพดานไปยังส่วนต่าง ๆ ของชั้นอาคารได้ แต่ชั้นที่ไม่มีระบบท่อน้ำทิ้งจะแก้ปัญหายากกว่า เพราะการไหลของน้ำทิ้งต้องอาศัยแรงดึงดูดของโลก ดังนั้นมันต้องอยู่ที่พื้นเท่านั้น และมักจะต้องทำการเจาะพื้นเพื่อเดินท่อน้ำทิ้งใต้พื้น ซึ่งการทำดังกล่าวจะไปก่อปัญหาให้กับชั้นที่อยู่ข้างล่าง เพราะเขาอาจไม่ยอมให้ทำเพราะมันจะไปรกฝ้าเพดานชั้นล่าง และอ้างว่าจะก่อให้เกิดปัญหาการรั่วไหลตามมาด้วย

อาคารปฏิบัติการนี้มีบันไดหนีไฟอยู่ทางด้านนอกอาคารสองด้านด้วยกัน การมีบันไดหนีไฟอยู่ทางด้านนอกอาคารเนี่ยถ้าเป็นอาคารสูงเขาจะไม่นิยมทำกันเพราะมันจะทำให้อาคารดูไม่สวย ดังนั้นถ้าเป็นอาคารสูงก็มักจะสร้างบันไดหนีไฟเอาไว้ในอาคาร แต่บันไดหนีไฟที่อยู่ในอาคารจะเกิดปัญหาเรื่องควันไฟทำให้ไม่สามารถใช้เป็นทางหนีไฟได้ ดังนั้นถ้าเป็นบันไดหนีไฟที่อยู่ในอาคารแล้วจะต้องมีการปิดประตูทางหนีไฟให้สนิท และต้องมีระบบอัดอากาศเข้าไปในช่องทางหนีไฟเพื่อป้องกันไม่ให้ควันไฟรั่วเข้าไปข้างใน แต่ถ้าบันไดหนีไฟอยู่นอกอาคารแล้ว ก็ไม่ต้องกังวลเรื่องควันไฟนี้ แต่จะไปมีปัญหาเรื่องน้ำฝนแทน เพราะมันจะโดนฝนสาดยามเมื่อฝนตก

เนื่องจากบันไดหนีไฟนั้นเป็นทางฉุกเฉินที่ไม่ต้องการให้ใครใช้เป็นทางขึ้นลง ยกเว้นแต่ใช้เป็นทางลงในกรณีฉุกเฉินเท่านั้น ดังนั้นการสร้างบันไดหนีไฟจึงไม่จำเป็นต้องสร้างจนถึงพื้นล่างสุด โดยอาจสร้างลงมาถึงระดับชั้นสองหรือชั้นก่อนชั้นล่างสุดก็พอ ซึ่งเป็นระดับที่จะสามารถปีนหรือกระโดดลงไปได้ หรือไม่ก็มีการวางบันไดเอาไว้สำหรับให้พาดลงไปยามฉุกเฉิน

ชั้นล่างสุดของบันไดหนีไฟด้านหนึ่งของอาคารปฏิบัติการนี้ลงไปไม่ถึงชั้นล่างสุด (กันคนแอบใช้เป็นทางขึ้นลง) รั้วกันขอบเป็นกำแพงคอนกรีตทึบพร้อมกับเจาะรูระบายน้ำเล็ก ๆ เอาไว้

บันไดหนีไฟของอาคารปฏิบัติการหลังนี้มีปัญหาเรื่องการระบายน้ำฝน (ไม่รู้เหมือนกันว่าผ่านการตรวจรับมาได้อย่างไร) กล่าวคือรูระบายน้ำฝนที่อยู่ที่ผนังตามชั้นพักต่าง ๆ ของบันไดนั้นอยู่ "สูงกว่า" ระดับพื้น (ดูรูปที่ ๑) ดังนั้นเมื่อฝนตกลงมา น้ำฝนจะไม่สามารถระบายออกทางรูดังกล่าวได้ แต่จะไหลรวม ๆ กันลงมาตามขั้นบันได (เวลาฝนตกหนักจะเหมือนกับเป็นสายน้ำตกหลายชั้นเลย) ยิ่งชั้นที่อยู่ต่ำลงไปก็จะได้กระแสน้ำที่ไหลแรงขึ้นเรื่อย ๆ

รูปที่ ๑ ตำแหน่งรูระบายน้ำที่อยู่ที่ผนังทางเดินของชั้นพักแต่ละชั้น จะเห็นว่าอยู่สูงกว่าระดับพื้น ทำให้น้ำฝนระบายไม่ได้

ทีนี้พอเจอฝนตกหนักเป็นชั่วโมง น้ำฝนที่สาดเข้ามาทางบันไดหนีไฟชั้นบนไม่สามารถระบายออกได้ ก็ไหลลงตามขั้นบันไดสะสมรวมกันเรื่อย ๆ และมาสะสมอยู่ที่ชั้นล่างสุดกลายเป็นแอ่งน้ำชั่วคราวขนาดใหญ่ คราวใดที่ฝนตกหนักมาก ๆ ก็ถึงขึ้นล้นออกทางราวกั้นได้ หลักฐานที่เห็นก็คือคราบสกปรกที่เกิดจากระดับน้ำท่วมขัง (ดูรูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ บันไดหนีไฟชั้นล่างสุด น้ำฝนที่ไหลลงมาตามบันไดหนีไฟจากชั้นต่าง ๆ จะไหลมารวมกันที่นี้ รวมทั้งขยะด้วย แต่เนื่องจากรูระบายน้ำมีขนาดเล็ก (รูในรูปนี้ไม่ใช่รูขนาดเดิมที่มากับอาคาร ซึ่งเล็กกว่านี้อีก - รูปที่ ๑) ทำให้น้ำฝนเกิดการสะสม จากคราบที่ปรากฏอยู่บนผนังจะเห็นว่าน้ำฝนนั้นสะสมจนถึงระดับขอบราวทางเดิน (ตรงลูกศรสีแดงชี้)

อันที่จริงปัญหานี้มันก็มองเห็นได้โดยที่ไม่ต้องรอให้มีฝนตกหนักก่อน แต่ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าเป็นเพราะเหตุใด ก็คงต้องฝากให้ไปคาดเดากันเอาเองก็แล้วกัน

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๔ ตำแหน่งพีค NO และ N2O (ปรับแต่ง ๑) MO Memoir : Saturday 23 June 2555

Memoir ฉบับนี้เป็นบันทึกการปรับแต่งเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ในส่วนของ ECD เพื่อตรวจวัด NO โดยเป็นตอนต่อจาก Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๖๐ วันพฤหัสบดีที่ ๗ มิถุนายน ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๓ ตำแหน่งพีค NO และ N₂O" ซึ่งยังคงเป็นผลงานของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) กับสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ที่ได้จากการทดลองซ้ำและตรวจสอบหลายรูปแบบในช่วงกว่า ๒ สัปดาห์ที่ผ่านมา

สิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปจากผลการทดลองในบันทึกฉบับที่ ๔๖๐ มีดังนี้

(ก) ทดลองเปลี่ยนขนาด sampling loop จาก 0.5 ml เป็น 0.1 ml

(ข) ทดลองเปลี่ยนค่าความดัน APC1 (ความดัน N₂ carrier gas ไหลเข้าคอลัมน์) จาก 160 kPa เป็น 200 kPa

(ค) ทดลองเปลี่ยนตำแหน่งเวลาที่วาล์ว 1 ขยับจากตำแหน่งฉีดตัวอย่างกลับไปเป็นตำแหน่งเก็บตัวอย่าง จากเดิมที่ 50 นาทีเป็น 60 นาที

(ง) ปรับปรุงการฉีดตัวอย่างโดยทำการปรับความดันใน sampling loop ให้ลดลงเหลือความดันบรรยากาศก่อนที่จะทำการฉีดตัวอย่าง

ในช่วงกว่า ๒ สัปดาห์ที่ผ่านมานั้นดูเหมือนเราจะมีปัญหาเรื่อง repeatability ของการวิเคราะห์ ซึ่งได้ทำการทดสอบและแก้ไปทีละเปลาะ จนคาดว่าในวันจันทร์ที่จะถึงนี้จะได้ฤกษ์เริ่มทดสอบการวิเคราะห์โดยจะจำลองการเก็บแก๊สจากระบบทำปฏิกิริยาจริง

จากการทดสอบในช่วงที่ผ่านมา โดยทดลองฉีดแก๊ส NO 10000 ppm ใน N₂ หรือ N₂O 1000 ppm ใน N₂ เข้าไปใน sampling loop ทำให้สงสัยว่า

๑. ECD มีการตอบสนองกับ N₂O ที่แรงกว่า NO มาก

๒. แก๊ส NO 10000 ppm ปริมาตร 0.1 ml เป็นปริมาณที่สูงเกินกว่าที่คอลัมน์จะรองรับได้

๓. แก๊ส NO 10000 ppm มี N₂O ปนอยู่ในระดับประมาณ 150 ppm

ข้อสงสัยในข้อ ๒. มาจากการที่เห็นพีคที่คาดว่าเป็นสัญญาณจาก NO นั้นมีลักษณะที่ขึ้นชันมากแต่กลับลากหางยาวมาก และเมื่อเปลี่ยนขนาด sampling loop จาก 0.5 ml (ดูรูปใน memoir ฉบับที่ ๔๖๐) มาเป็น 0.1 ml พร้อมกับทำการปรับลดความดันก่อนฉีดตัวอย่างลงเหลือความดันบรรยากาศ ลักษณะการกระโดดขึ้นไปเป็นยอดแหลมก่อนที่จะตกลงมาและลากหางยาวที่พบเมื่อใช้ sampling loop 0.5 ml นั้นหายไป

ปัญหาในขณะนี้คิดว่าจะเหลืออยู่ตรงที่จะปรับปรุงเทคนิคการเก็บตัวอย่างและฉีดตัวอย่างอย่างไร จึงจะทำให้ได้ผลการวิเคราะห์ที่น่าเชื่อถือและทำซ้ำได้เท่านั้น

 รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมจาก ECD หลังการปรับเพิ่ม APC1 จาก 160 kPa ไปเป็น 200 kPa แสดงให้เห็นสัญญาณจากการขยับตำแหน่งวาล์วฉีดตัวอย่าง ตำแหน่งพีค N₂O และ NO

(1) เป็นการลดลงของระดับ base line ที่เกิดจากวาล์ว 1 เปลี่ยนจากตำแหน่งเก็บตัวอย่างเป็นฉีดตัวอย่าง (2) เป็นการเพิ่มขึ้นของระดับ base line ที่เกิดจากวาล์ว 1 เปลี่ยนจากตำแหน่งฉีดตัวอย่างกลับไปยังตำแหน่งเก็บตัวอย่าง การเปลี่ยนระดับของ base line นี้เกิดจากการที่อัตราการไหลของ carrier gas เปลี่ยนเนื่องจากเมื่อวาล์วอยู่ที่ตำแหน่งต่างกัน ความต้านทานการไหลจะแตกต่างกัน

บีกเกอร์ 250 ml MO Memoir : Wednesday 20 June 2555

เหตุเกิดระหว่างการแนะวิธีการจัดวางเครื่องมือให้กับนิสิตเพื่อทำการทดลองหนึ่ง

ผม : .... ช่วยหยิบบีกเกอร์ 250 ml มาให้หน่อย

นิสิต : (หยิบบีกเกอร์ขนาด 100 ml และ 250 ml ที่วางอยู่ตรงหน้าขึ้นมาพลิกดู แล้ววางกลับลงไปใหม่

ท่าทางเหมือนกับหาบีกเกอร์ 250 ml ไม่เจอ)

ผม : บีกเกอร์ใบใหญ่นั่นแหละ

บีกเกอร์ ๒ ขนาดที่ใช้กันมากในห้องปฏิบัติการเคมีของเราคือขนาด 100 ml และ 250 ml แต่พอให้นิสิตไปหยิบมักจะพบว่า "หาไม่เจอ"

ทั้งนี้เป็นเพราะเขาดูขนาดบีกเกอร์จากขีดบอกปริมาตรข้างบีกเกอร์ บีกเกอร์ขนาด 100 ml นั้นมีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 80 ml ในขณะที่บีกเกอร์ขนาด 250 ml มีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 200 ml ดังนั้นนิสิตจำนวนไม่น้อยจึงคิดว่าบีกเกอร์ขนาด 100 ml คือบีกเกอร์ขนาด 80 ml และบีกเกอร์ขนาด 250 ml คือบีกเกอร์ขนาด 200 ml

อันที่จริงบีกเกอร์ขนาด 100 ml มันก็มีเขียนเอาไว้นะว่าเป็นขนาด 100 ml (แม้ว่าจะมีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 80 ml) และบีกเกอร์ขนาด 250 ml ก็มีเขียนบอกเอาไว้เหมือนกันว่าเป็นขนาด 250 ml (ดูรูปข้างล่าง)

เรื่องนี้ไม่ใช่เกิดกับแค่นิสิตป.ตรี พวกป.โทก็เป็นเหมือนกัน

ทำไมน้ำกระด้างจึงมีฟอง MO Memoir : Tuesday 19 June 2555

ตอนที่พาลูกเข้าโรงเรียนอนุบาลนั้น ทางครูโรงเรียนอนุบาลก็อธิบายให้ทราบก่อนว่าที่โรงเรียนแห่งนี้จะไม่เน้นหนักในด้านวิชาการ แต่จะเน้นหนักในด้านการพัฒนาการ ไม่ว่าจะเป็นด้านร่างกาย (การพัฒนากล้ามเนื้อมัดเล็ก กล้ามเนื้อมัดใหญ่) ด้านสมอง (ให้รู้จักคิด สังเกต และสร้างสรร) จะใช้วิธีการให้เด็กสนุกสนานไปกับการเรียน เห็นการเรียนเป็นการเล่นสนุก

ผลที่ออกมาก็คือพอจบอนุบาลเข้าเรียนประถม ๑ ลูกผมยังอ่านหนังสือได้เป็นคำ ๆ ได้แต่คำง่าย ๆ ผลการทดสอบด้านคณิตศาสตร์และภาษาไทยออกมาต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของเด็กที่เข้าเรียนรุ่นเดียวกัน มีแต่คะแนนความพร้อมเท่านั้นที่อยู่ในเกณฑ์สูง ในขณะที่เด็กที่เรียนอนุบาลมาจากโรงเรียนที่เน้นด้านวิชาการสามารถอ่านหนังสือเป็นเล่มได้ แต่ทางครูประจำชั้นบอกว่าไม่ต้องกังวล เดี๋ยวก็ไล่ทันเอง และพอขึ้นภาคการศึกษาที่ ๒ ลูกผมก็สามารถอ่านหนังสือไล่ทันเด็กรุ่นเดียวกันที่อ่านได้ตั้งแต่เรียนอนุบาล

แต่ในวิชาศิลปลูกผมไปได้สบาย ไม่ว่าจะเป็นการวาดหรือการประดิษฐ์สิ่งของ บังเอิญมีโอกาสได้คุยกับผู้ปกครองรายหนึ่งที่ส่งลูกเรียนโรงเรียนอนุบาลที่เน้นด้านวิชาการ เขาบ่นให้ฟังว่าลูกเขามีปัญหาเรื่องวิชาศิลป เรียกว่าทำออกมาไม่ได้เรื่องจนทางบ้านต้องส่งไปเรียนพิเศษ

ตรงนี้ผมคิดเอาเองนะว่าคงเป็นเพราะว่าลูกของเขาเรียนมาโดยเน้นไปที่การอ่าน หรือการคิดเลข ไม่ได้ฝึกให้ใช้กล้ามเนื้อ โดยเฉพาะมือ ในการทำงานต่าง ๆ ผลที่ออกมาคือพอต้องทำงานประดิษฐ์ที่ต้องการความปราณีต ก็เลยมีปัญหา

รูปที่ ๑ (ซ้าย) การบีบลูกยางที่เห็นนิสิตส่วนใหญ่ทำกัน คือใช้นิ้วก้อย นิ้วนาง นิ้วกลางและนิ้วชี้ บีบลูกยาง แต่วิธีที่พวกผมเรียนกันมาและพบว่าควบคุมการปล่อยอากาศได้ดีกว่าคือการใช้นิ้วโป้งบีบและค่อย ๆ ปล่อย (ขวา)

ที่ยกเรื่องดังกล่าวมาเล่าก็เพราะสังเกตมาหลายปีแล้ว พบว่าเวลาใช้ปิเปตนั้นนิสิตส่วนใหญ่จะนิยมใช้อุ้งมือกับนิ้วมืออีกสี่นิ้ว (คือไม่ใช่นิ้วหัวแม่มือ) ในการบีบลูกยางและควบคุมการปล่อยอากาศ และจะใช้นิ้วหัวแม่มืออุดรูด้านบนเมื่อถอนลูกยางออกไป

แต่ก่อนผมเรียนทำแลปเคมี อาจารย์ก็จะสอนให้ใช้นิ้วหัวแม่มือบีบลูกยาง และใช้นิ้วชี้อุดรูด้านบนของปิเปต ทั้งนี้ก็เพราะเราสามารถควบคุมการปล่อยลมด้วยนิ้วหัวแม่มือเพียงนิ้วเดียวได้ดีกว่าการใช้อุ้งมือและนิ้วอีกสี่นิ้ว แต่ในการเปิดรูด้านบนของปิเปตเพื่อปรับระดับของเหลวในปิเปตนั้น การใช้นิ้วชี้จะทำได้ดีกว่าเพราะให้ความรู้สึกสัมผัสที่ดีกว่านิ้วหัวแม่มือ จะสามารถควบคุมการปรับระดับของเหลวได้ดีกว่า

แต่พอแนะนำให้นิสิตทำตามเขาตอบกลับมาว่าทำแบบที่ผมแนะนำนั้นเขาไม่ถนัด เขาถนัดที่จะทำตามแบบเดิมของเขามากกว่า ซึ่งผมไม่รู้ว่าเขาไม่ถนัดจริง ๆ หรือเป็นข้ออ้างที่จะทำตามความเคยชิน

สัปดาห์นี้เป็นการทดลองเรื่องการไทเทรตวัดความกระด้างของน้ำและการไทเทรตกรดกำมะถัน โดยเริ่มการเรียนครั้งแรกเมื่อวาน

การหาความกระด้างของน้ำนั้นจะทำการไทเทรตโดยการใช้สารละลาย Ethylene diamine tetra acetic acid หรือที่เรียกย่อ ๆ กันว่า EDTA การทดลองนี้เปรียบเสมือนการไทเทรตกรด-เบส โดยไอออนบวกของโลหะทำหน้าที่เสมือนเป็น Lewis acid (รับคู่อิเล็กตรอน) และโมเลกุล EDTA ทำหน้าที่เสมือนเป็น Lewis base (จ่ายคู่อิเล็กตรอน ที่มีอยู่ ณ ตำแหน่งหมู่ amine (อะตอมไนโตรเจน) และหมู่คาร์บอกซิล)

ก่อนการทดลองนั้นนิสิตจะต้องทำการไทเทรตหาความเข้มข้นที่แน่นอนของสารละลาย EDTA ก่อน โดยต้องเตรียมสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ CaCO₃ การเตรียมสารละลายมาตรฐาน CaCO₃ ทำได้โดยการชั่ง CaCO₃ ให้ทราบน้ำหนักที่แน่นอน จากนั้นทำการละลายด้วยสารละลายกรด HCl ( CaCO₃ ละลายน้ำยาก ต้องใช้กรด HCl ช่วยก่อน) แล้วจึงใช้น้ำกลั่นปรับให้ได้ปริมาตรที่ต้องการ

อันที่จริงผมเคยเขียนเรื่องการเตรียมสารละลายด้วยขวดวัดปริมาตรไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๒ วันอาทิตย์ที่ ๑๗ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การเตรียมสารละลายด้วยขวดวัดปริมาตร" แต่บังเอิญไม่ได้เอามาเป็นรายการให้พวกเขาดาวน์โหลด ก็เลยคิดว่าคงไม่มีใครเข้าไปอ่าน และก็ไม่รู้เหมือนกันว่าจะแวะมาอ่านบทความนี้กันหรือเปล่า จะได้รู้ว่าวิธีการที่ถูกเหมาะสมนั้นควรทำอย่างไร

ในการทดลองเมื่อวานผมยืนดูนิสิตกลุ่มหนึ่งกำลังพยายามปรับปริมาตรน้ำในขวดวัดปริมาตรเพื่อเตรียมสารละลาย CaCO₃ เข้มข้น 0.01 mol/l โดยใช้ "น้ำกลั่น" ที่บีบจาก "ขวดน้ำกลั่น" เติมลงไปในขวดวัดปริมาตร ผมยืนดูเขาอยู่เงียบ ๆ แล้วเขาก็หันมาถามผมว่า ทำไมน้ำกระด้างจึงมีฟองเยอะจัง

ผมก็ไม่ว่าอะไร ปล่อยให้เขาทำการเติม "น้ำกลั่น" ต่อไป และก็ถ่ายรูปการเติม "น้ำกลั่น" ของเขามาให้ดูกัน (รูปที่ ๒ ซ้าย)

พอถ่ายรูปเสร็จผมก็บอกเขาว่า มันจะไม่มีฟองได้อย่างไร ก็ในเมื่อน้ำที่คุณเติมลงไปในขวดวัดปริมาตรนั้นมัน "ไม่ใช่ น้ำกลั่น" แต่เป็น "น้ำยาล้างจาน"

เหตุการณ์นี้ไม่ใช่ครั้งแรกที่เกิด ก่อนหน้านั้นหลายปีแล้วเกิดในระหว่างการทดลองการไทเทรตกรด-เบส ระหว่างที่เดินตรวจความเรียบร้อยในการทำการทดลองของนิสิตนั้น ก็สังเกตุเห็นว่าทำไมตัวอย่างในฟลาสค์ของนิสิตกลุ่มหนึ่งนั้นมีฟองเยอะจัง พอยืนดูอยู่สักพักก็เข้าใจ เพราะนิสิตคนที่กำลังทำการทดลองอยู่นั้นหยิบเอาขวดน้ำยาล้างจานมาฉีดชะสารที่หยดลงมาจากบิวเรต

รูปที่ ๒ (ซ้าย) ขณะที่นิสิตกลุ่มหนึ่งพยายามเติม "น้ำกลั่น" เพื่อปรับปริมาตรในขวดวัดปริมาตร (ขวา) ขวดซ้ายคือขวดน้ำยาล้างจาน ส่วนขวดขวาคือขวดน้ำกลั่น

สาเหตุที่ทำให้นิสิตทำผิดพลาดส่วนหนึ่งก็เป็นความผิดของห้องแลปเอง ตอนนั้นมีการนำขวดน้ำกลั่นเก่า ๆ มาใช้บรรจุน้ำยาล้างจาน (เราซื้อมาเป็นถังใหญ่ แล้วนำมาเจือจางด้วยน้ำและบรรจุในขวดน้ำกลั่นเก่า ๆ วางไว้ตามอ่างล้างเครื่องแก้วต่าง ๆ) ตอนนั้นยังไม่ได้ทำการตัดเอาสายยางที่จุ่มลงไปยังก้นขวดและที่โผล่ยื่นออกมาจากปากขวดทิ้งไป หลังเหตุการณ์ดังกล่าวจึงได้ทำการตัดสายยางที่จุ่มลงไปยังก้นขวดและที่โผล่ยื่นออกมาจากปากขวดออกไป ก็กลายเป็นขวดสีเก่า ๆ ที่แสดงในรูปที่ ๒ (ขวา)

หลังจากนั้นก็ไม่มีเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นอีก (หรือผมไม่ทันสังเกตเห็นก็ไม่รู้) จนกระทั่งเมื่อวานนี้ อันที่จริงถ้าเขาสังเกตสักนิดก็จะเห็นว่าของเหลวที่อยู่ในขวดนั้นมันมีฟองแต่ต้นแล้ว และการใช้ขวดดังกล่าวก็ต้องใช้วิธีคว่ำขวดลง ไม่สามารถบีบให้ของเหลวในขวดไหลออกมาในขณะทีขวดวางตั้งอยู่ได้

วันพรุ่งนี้คงต้องคอยลุ้นต่อว่าจะได้เห็นอะไรแปลก ๆ อีกไหม :)

ปั๊มน้ำดับเพลิงในอาคาร MO Memoir : Saturday 16 June 2555

ตอนแรกนึกว่ามีคนมืออยู่ไม่สุขเอาแก้วน้ำพลาสติกไปแขวนเล่นบนท่อดับเพลิง แต่พอสังเกตดูดี ๆ ก็เห็นว่าเป็นการแก้ปัญหาเฉพาะหน้า (รูปที่ ๑)

ผมจอดรถที่อาคารดังกล่าวเป็นประจำ แก้วน้ำพลาสติกดังกล่าวก็อยู่ตรงท่อดับเพลิงหน้าลิฟต์ที่ใช้ขึ้นลง เห็นการแก้ปัญหาดังกล่าวก็ทำให้นึกถึงอุปกรณ์ดับเพลิงในอาคารที่คิดว่าไม่เคยมีการทดสอบเมื่อติดตั้งเสร็จ และหลังจากอาคารสร้างเสร็จแล้วก็เป็นระบบที่ไม่สามารถทำการทดสอบได้อีก

ระบบดังกล่าวคือระบบท่อน้ำดับเพลิงในอาคาร

รูปที่ ๑ แก้วน้ำพลาสติกแขวนอยู่ที่ท่อดับเพลิงหน้าลิฟต์อาคารจอดรถแห่งหนึ่ง

ระบบท่อน้ำดับเพลิงในอาคารมีอยู่ ๒ แบบด้วยกันคือ ระบบท่อแห้ง (dry pipe system) และระบบท่อเปียก (wet pipe system)

ระบบท่อแห้งนั้นจะไม่มีน้ำอยู่ในท่อ น้ำจะถูกส่งเข้าไปในระบบท่อด้วยปั๊มก็ต่อเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ ดังนั้นจะต้องใช้เวลาช่วงหนึ่งกว่าที่น้ำจะไหลไปถึงบริเวณที่เกิดเหตุ แต่ระบบดังกล่าวเหมาะกับประเทศที่มีอากาศหนาวจนน้ำในท่อกลายเป็นน้ำแข็งได้ เพราะเมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งปริมาตรจะเพิ่มขึ้น น้ำที่อยู่ในที่ปิด (เช่นท่อน้ำดับเพลิงที่ไม่มีการไหล และไม่มีช่องว่างอากาศให้ขยายตัว) เมื่อกลายเป็นน้ำแข็งจะขยายตัวและดันให้ท่อแตกได้ (น้ำอัดลมขวดแก้วที่แช่ช่องแช่แข็งจนน้ำอัดลมกลายเป็นน้ำแข็งแล้วขวดไม่แตกก็เป็นเพราะมันที่ที่ว่างสำหรับให้น้ำแข็งขยายตัว)

ระบบท่อเปียกนั้นจะมีน้ำบรรจุอยู่เต็มระบบท่อ น้ำจะไปจ่ออยู่ที่หัวฉีดตลอดเวลา เพื่อเกิดเพลิงไหม้ขึ้นเมื่อใดก็จะฉีดน้ำได้อย่างรวดเร็ว (ไม่ต้องเสียเวลารอให้น้ำไหลมาถึง เพราะมันมารออยู่แล้ว) แต่ระบบท่อเปียกก็ไม่เหมาะกับประเทศที่อากาศจะเย็นจนทำให้น้ำเป็นน้ำแข็งได้ แต่บ้านเรามันไม่มีปัญหาเช่นนี้อยู่แล้ว จะไปเจอปัญหาตรงที่ถ้าระบบท่อมันรั่วซึมเมื่อไรก็จะทำให้เกิดน้ำหยดได้ตลอดเวลา เหมือนดังที่ถ่ายรูปมาให้ดูในรูปที่ ๑ ข้างบน

อันที่จริงตอนที่เขาออกแบบระบบท่อเปียกก็มักจะคำนึงถึงปัญหาเรื่องการรั่วซึมดังกล่าวเอาไว้แล้ว รูปที่ ๒ เป็นแผนผังอย่างง่ายของระบบท่อเปียกของน้ำดับเพลิงในอาคาร น้ำส่วนหนึ่งจะสะสมไว้ในถังเก็บน้ำและมีท่อต่อไปยังปั๊มน้ำหลัก ในการต่อท่อเข้าไปยังปั๊มน้ำหลักนั้นจะวางให้ปั๊มและท่อด้านขาเข้าอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำในถังเก็บ ทั้งนี้เพื่อให้มีน้ำไหลเข้าไปจ่อที่ตัวปั๊มตลอดเวลา สามารถเดินเครื่องปั๊มได้ทันทีโดยไม่ต้องมีการ "ล่อน้ำ"

รูปที่ ๒ แผนผังอย่างง่ายของระบบปั๊มน้ำดับเพลิงในอาคาร ตัวปั๊มและท่อทางเข้าปั๊มจะอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำ ดังนั้นเมื่อเปิดวาล์วด้านขาเข้าของปั๊มน้ำก็จะไหลเข้าปั๊มทันที (หรือถ้าเปิดทิ้งไว้ก็จะมีน้ำเข้าไปรอในปั๊มตลอดเวลา) ทำให้ไม่ต้องเสียเวลาทำการล่อน้ำก่อนที่จะเดินเครื่องปั๊มได้

การ "ล่อน้ำ" คือการที่ต้องเติมน้ำเข้าไปให้เต็มในท่อระหว่างทางเข้า "ปั๊มหอยโข่ง" กับแหล่งน้ำ ซึ่งต้องทำในกรณีที่ตัวปั๊มนั้นอยู่สูงกว่าระดับน้ำ สาเหตุก็เพราะปั๊มหอยโข่งไม่สามารถสร้างสุญญากาศมากพอที่จะทำให้น้ำยกระดับขึ้นถึงตัวปั๊มได้ ปลายท่อด้านที่จุ่มอยู่ในน้ำจะมีวาล์วที่เรียกว่า foot valve (เป็น check valve หรือวาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบหนึ่ง ใช้สำหรับติดตั้งที่ปลายท่อ ก็เลยมีชื่อเรียกต่างหาก) เพื่อกันไม่ให้น้ำไหลออกจากท่อในขณะที่เติมน้ำเข้าไป (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ การตั้งปั๊มหอยโข่งโดยตัวปั๊มอยู่สูงกว่าระดับน้ำ ต้องมีการติดตั้ง foot valve ที่ปลายท่อด้านที่จุ่มอยู่ในน้ำ และต้องมีการล่อน้ำก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่องปั๊ม

แผนผังที่ผมเอามาวาดในรูปที่ ๒ (และที่ถ่ายรูปมาให้ดู) นั้นเป็นของอาคารที่ผมนั่งทำงานอยู่ ตัวปั๊มหลักจะใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตัวขับเคลื่อน ทั้งนี้เพราะเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้มักจะมีการตัดระบบจ่ายไฟฟ้าเพื่อป้องกันอันตรายจากไฟฟ้า ถ้าปั๊มดับเพลิงขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าก็จะทำงานไม่ได้ จึงต้องใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตัวขับเคลื่อน นอกจากนี้ยังมีปั๊มตัวเล็กอีกตัวหนึ่งเรียกว่า jocking pump jocking pumpนี้เป็นปั๊มอัตโนมัติที่ทำหน้าที่รักษาความดันในระบบท่อให้เหมาะสมอยู่ตลอดเวลา

การทำงานของ main pump และ jocking pump จะอาศัยการวัดความดันในระบบท่อน้ำ โดยอาศัยหลักที่ว่าความดันในระบบที่ไม่มีน้ำไหลจะสูงกว่าความดันในระบบที่มีน้ำไหล สมมุติว่าความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงเมื่อไม่มีการไหลของน้ำคือ 12 bar (ก็เทียบเท่ากับเฮด 120 เมตร หรืออาคาร ๒๐-๒๕ ชั้น) ถ้ามีการไหลของน้ำออกจากท่อน้ำดับเพลิง ความดันในระบบก็จะตกลง jocking pump จะเริ่มทำงานเมื่อความดันในระบบลดลงถึงระดับหนึ่ง แต่ก็ยังเป็นระดับความดันที่สูงกว่าระดับความดันที่ทำให้ main pump ทำงาน

ในที่นี้สมมุติให้ jocking pump ทำงานที่ความดัน 11 bar และ main pump ทำงานที่ความดัน 10 bar (ตัวเลขยกขึ้นมาลอย ๆ เพื่อให้เห็นภาพนะ อย่าเอาไปอ้างอิง) ถ้ามีการไหลของน้ำออกจากท่อ (ไม่ว่าจะเป็นการรั่วหรือการเปิดหัวฉีดเพื่อฉีดน้ำดับเพลิง) ความดันในระบบท่อก็จะลดลงจาก 12 bar เมื่อความดันในระบบท่อลดลงเหลือ 11 bar jocking pump ก็จะทำงานเพื่ออัดความดันให้กลับไปอยู่ที่ 12 bar ใหม่

ถ้าหากการลดลงของความดันนั้นเกิดจากการรั่วซึมที่มีการรั่วไหลของน้ำออกจากระบบอย่างช้า ๆ jocking pump ก็จะสามารถอัดความดันในระบบท่อกลับคืนไปยัง 12 bar ได้และหยุดการทำงาน และถ้าเมื่อใดที่ความดันลดลงกลับเหลือ 11 bar อีก jocking pump ก็จะเริ่มทำงานใหม่

แต่ถ้าการลดลงของความดันนั้นเกิดจากการเปิดหัวฉีดน้ำดับเพลิง เมื่อความดันในระบบท่อลดลงเหลือ 11 bar jocking pump ก็จะเริ่มการทำงานเพื่ออัดความดันกลับคืน แต่เนื่องจากมีการจ่ายน้ำออกจากระบบเป็นปริมาณมาก (จากหัวฉีดน้ำดับเพลิง) ทำให้ jocking pump ไม่สามารถรักษาความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงเอาไว้ได้ ความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงก็จะลดต่ำลงไปอีก และเมื่อลดต่ำลงไปถึงระดับ 10 bar main pump ก็จะเริ่มการทำงาน

รูปที่ ๔ ระบบ main pump ของท่อน้ำดับเพลิงในอาคาร ตัวนี้ใช้เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อน

ลองดูระบบในรูปที่ ๔ ที่เป็นตัว main pump ของอาคารที่ผมนั่งทำงานอยู่ ปั๊มตัวนี้เป็นปั๊มหอยโข่ง 2 stage (เพื่อให้สามารถสร้างความดันที่สูงมากพอ) น้ำจะไหลเข้ามาทางท่อ (1) เข้าสู่ stage แรกของปั๊มหอยโข่ง (2) และถูกเหวี่ยงออกทางท่อ (3) ซึ่งเป็นการวกท่อกลับเข้ามายังด้านขาเข้าของ stage ที่สองที่อยู่ตรงแกนกลางใบพัด จุดบนสุดของท่อ (3) จะมีวาล์วระบายอากาศ (4) ติดตั้งอยู่ น้ำที่ออกมาจาก stage แรกจะไหลเข้าสู่ stage ที่สอง (5) ก่อนที่จะถูกส่งออกเข้าระบบท่อน้ำดับเพลิง (6) ส่วน (7) คือเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้เป็นตัวขับเคลื่อน (8) คือท่อระบายควันไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซล

ในขณะที่การเปิด-ปิดการทำงานของ jocking pump นั้นเป็นไปอย่างอัตโนมัติ แต่สำหรับตัว main pump นั้นเฉพาะการเริ่มต้นเดินเครื่องที่เป็นไปอย่างอัตโนมัติ การปิดเครื่อง main pump นั้นปิดโดยระบบ manual (ใช้คนปิด) ทั้งนี้เพราะเมื่อ main pump เริ่มการทำงานจะทำให้ความดันในระบบท่อเพิ่มสูงขึ้น ถ้าหากสั่งปิด main pump โดยอาศัยความดันก็จะทำให้เกิดปัญหา main pump หยุดทำงาน ทำให้การจ่ายน้ำหยุดลงด้วย ทั้ง ๆ ที่เพลิงไหม้นั้นยังคงลุกติดอยู่

รูปที่ ๕ ตัว jocking pump ปั๊มตัวนี้ขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า เห็นเกจวัดความดัน (ในวงกลมเหลือง) ชี้ที่ 170 psi แต่ไม่รู้ว่าเขาตั้งให้มันทำงานที่ความดันเท่าใด

รูปที่ ๖ ฐานของ jocking pump จะเห็นว่ามีการใช้สปริงรองรับแท่นติดตั้งปั๊มเพื่อดูดซับการสั่นสะเทือน แต่ต้องมีการใช้ท่ออ่อนเชื่อมต่อระหว่างท่อของตัวปั๊มกับระบบท่อของอาคาร

รูปที่ ๗ รูปซ้ายเป็นวาล์วรับน้ำเข้าปั๊มจากถังนั้น ส่วนรูปขวาเป็นวาล์วปีกผีเสื้อ (butterfly valve) ของท่อจ่ายน้ำในแต่ละชั้นของอาคาร ที่ถ่ายมาให้ดูก็เพื่อให้เห็นว่ามีการติดตั้งอุปกรณ์ชี้บอกตำแหน่งวาล์วว่าอยู่ในตำแหน่งปิดหรือเปิด ซึ่งจะเห็นว่ามีท่อร้อยสายไฟต่อออกไปจากตัววาล์ว (กล่องตรงลูกศรสีเขียวชี้) วาล์วในรูปซ้ายนั้นเป็น gate วาล์วชนิด rising stem gate valve ที่ก้านวาล์ว (stem - ตรงลูกศรสีน้ำเงิน) ยกขึ้น-ลงตามระดับของแผ่น disc ถ้าเห็นตัวก้านวาล์วยกสูงขึ้นก็แสดงว่าวาล์วเปิดอยู่ แต่ถ้าเห็นตัวก้านวาล์วนี้จมลงไปก็แสดงว่าวาล์วปิดอยู่

อันที่จริงในสายวิชาชีพของเรานั้น เรื่องบางเรื่องก็ไม่ต้องไปหาตัวอย่างถึงที่โรงงาน เพียงแค่เดินลงไปในห้องใต้ดินใต้ถุนตึกที่ทำงานหรือตึกที่เรียนอยู่ ก็สามารถหาตัวอย่างมาเรียนรู้กันได้แล้ว

การเทของเหลวใส่บิวเรต MO Memoir : Thursday 14 June 2555

เปิดสอนแลปสัปดาห์แรกก็สนุกดี ได้เห็นอะไรหลายต่อหลายอย่าง

การทดลองแรกที่ทำกันก็คือการหาค่า alkalinity ของน้ำดื่มและน้ำประปา โดยการนำน้ำตัวอย่างมาไทเทรตกับสารละลายกรดเข้มข้น H₂SO₄ 0.01 mol/l และใช้ phenolphthalein กับ methyl red เป็นอินดิเคเตอร์

หลังจากที่อธิบายวิธีการอย่างคร่าว ๆ ก็ได้ปล่อยให้นิสิตทำการทดลองกันอย่างอิสระ บอกให้ทราบแล้วว่าถ้าอุปกรณ์ที่จัดให้ไม่ถูกใจหรือไม่เพียงพอ ก็ขอเพิ่มเติมได้ ถ้ามีให้ก็จะจัดเพิ่มให้ตามความต้องการ

การทดลองมันดูเหมือนจะไม่ยาก ก็แค่เอาน้ำตัวอย่างใส่ฟลาสค์และสารละลายกรดใส่บิวเรต แต่สำหรับคนที่พึ่งจะหัดทำจะพบว่ามันไม่ง่ายอย่างที่คิด

เริ่มจากการต้องตัดสินใจว่าจะใช้น้ำตัวอย่างปริมาตรเท่าใด หลายรายมาถามผม ผมก็บอกแต่เพียงว่าถ้าน้ำตัวอย่างมี alkalinity อยู่น้อย ก็ต้องใช้ปริมาตรเยอะ แต่ถ้ามี alkalinity อยู่เยอะ ก็ไม่ต้องใช้ปริมาตรมาก แต่ที่สำคัญคือเราไม่รู้ว่าน้ำตัวอย่างมี alkalinity เท่าใด ดังนั้นคงจะบอกอะไรไม่ได้นอกจากต้องลองทำดูสักครั้งก่อน

แล้วก็ได้เห็นวิธีการเติมสารละลายกรดใส่บิวเรตด้วยเทคนิคที่แตกต่างกัน (ต้องขอขอบคุณนิสิตที่เป็นผู้แสดงแบบด้วยนะ เพราะตอนที่ผมถ่ายรูปพวกเขา เขาคงไม่คิดว่ามันจะมาปรากฏที่นี่)

รูปที่ ๑ รูปแบบต่าง ๆ ของการเทสารละลายลงไปในบิวเรต

รายแรกที่เห็น (รูปที่ ๑ ซ้าย) ผมยืนดูเขาเอา transfer pipette ขนาด 50 ml ดูดสารละลายกรดจาก volumetric flask ขนาด 1000 ml ตอนแรกนึกว่าเขาจะเอากรดใส่ฟลาสค์แล้วเอาน้ำตัวอย่างใส่บิวเรต แต่เพื่อความแน่ใจก็เลยถามเขาดูว่าทำอะไรเหรอ เขาก็ตอบกลับมาว่าจะดูดเอาสารละลายกรดใส่ในบีกเกอร์ เพื่อเอาไปเทใส่บิวเรต ผมเห็นเขาใช้ปิเปตดูดสารละลายกรดใส่บีกเกอร์อยู่สองครั้ง จากนั้นก็เอาสารละลายกรดในบีกเกอร์ไปเทใส่บิวเรต

อันที่จริงเขาก็สามารถเทสารละลายกรดจาก volumetric flask ลงในบีกเกอร์ได้เลย ซึ่งกลุ่มอื่นเขาก็ทำกันอย่างนี้ แต่ทำไมกลุ่มนี้เขาเลือกทำอย่างนี้ก็ไม่รู้เหมือนกัน

รายที่สองที่เจอ (รูปที่ ๑ กลาง) รายนี้เทกรดใส่บีกเกอร์เรียบร้อยแล้ว จากนั้นจึงนำเอากรดไปเทใส่บิวเรตที่อ่างน้ำประจำโต๊ะ การที่เขานำไปเทที่อ่างน้ำแสดงว่าเขากลัวว่าตอนเทนั้นสารละลายกรดอาจจะหกออกมานอกบิวเรตและหยดลงพื้น (กลัวพื้นเลอะ แต่ไม่กลัวมือโดนน้ำกรด?) ก็เลยเอาไปเทตรงอ่างน้ำ

 

จะว่าไปอุปกรณ์ทำแลปของทุกกลุ่มก็ได้จัดให้มีกรวยเอาไว้ให้แล้ว แต่ไม่รู้เหมือนกันว่าทำไมไม่เอามาใช้ หรือไม่ทันสังเกตเห็นก็ไม่รู้

รายที่สาม (รูปที่ ๑ ขวา) รายนี้เทสารละลายกรดจาก volumetric flask ลงบิวเรตโดยใช้กรวยช่วย ตอนแรก ๆ มันก็ไม่มีปัญหาอะไรหรอก แต่พอมันใกล้เต็มบิวเรตนี่ซิ มีการกะกันผิดพลาด สารละลายที่เทลงไปนั้นมันไหลลงบิวเรตไม่สะดวก เนื่องจากอากาศไหลออกจากบิวเรตไม่สะดวกเพราะตัวกรวยเองนั้นวางแนบกับขอบบนของบิวเรต พอเทสารละลายกรดลงไปในกรวย สารละลายจึงค้างอยู่ในกรวยก่อน เพราะอากาศในบิวเรตก็พยายามที่จะไหลออกผ่านทางกรวยเช่นเดียวกัน จึงทำให้ของเหลวค่อย ๆ ไหลจากกรวยลงบิวเรต ทีนี้พอกะปริมาณสารละลายในกรวยกับที่ว่างในบิวเรตผิดพลาด จึงทำให้สารละลายกรดหกล้นออกมานอกบิวเรต

วิธีที่ดีกว่าในการเทของเหลวลงบิวเรตคือ สวมกรวยลงไปบนปากบิวเรต เอามือข้างหนึ่งจับที่บิวเรตบริเวณข้างใต้กรวย จากนั้นเอานิ้วหัวแม่มือดันให้กรวยยกตัวขึ้นเล็กน้อยเพื่อให้เกิดช่องว่างระหว่างกรวยกับบิวเรตสำหรับให้อากาศไหลออก (ดังรูปข้างล่าง) พอเทของเหลวลงไปในกรวยของเหลวจะไหลลงบิวเรตได้สะดวก เพราะอากาศไหลออกจากบิวเรตทางช่องว่างนี้ ไม่ไหลสวนทางกับของเหลวที่ไหลลงมาจากกรวย

ไม่รู้กันว่าสัปดาห์หน้าจะได้เห็นเทคนิคแปลก ๆ ใหม่ ๆ อีกหรือไม่ รอลุ้นอยู่เหมือนกัน

การลดการระเหยของของเหลว MO Memoir : Tuesday 12 June 2555

เหตุเกิดตอนทำแลปเมื่อบ่ายวันวาน เห็นนิสิตเอาฟลาสค์แกว่งไปมาในน้ำร้อนของ water bath อยู่

ผม : ไม่เมื่อยมือเหรอ

นิสิต : เมื่อยครับ

ผม : ไม่ร้อนมือเหรอ

นิสิต : ร้อนครับ

ผม : แล้วไม่เอาไอ้ที่วางไว้ให้เอามาใช้ล่ะ (ชี้ให้ดูโต๊ะข้าง ๆ)

นิสิต : อ้าว ผมนึกว่าเอามาวางไว้ให้ฝึกออกกำลังกาย

ในเมื่อการสอบเข้ามหาวิทยาลัยนั้นไม่ได้สอบภาคปฏิบัติ ดังนั้นปัจจุบันจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะพบว่านิสิตที่เข้ามาเรียนปี ๑ นั้นอาจจะไม่มีประสบการณ์ทำแลปเคมีกันเลย และเมื่อผ่านปี ๑ แล้วก็ยังอาจถือได้ว่ามีประสบการณ์น้อยมาก บรรดาอุปกรณ์ต่าง ๆ อาจจะเรียกชื่อไม่ถูก หรือไม่ก็ไม่รู้ว่ามีอุปกรณ์อะไรให้ใช้งานบ้าง

Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอแนะนำให้รู้จักกับของใช้พื้นฐานบางอย่างในห้องแลป

รูปที่ ๑ อ่าง water bath น้ำร้อน ลูกบอลพลาสติกที่ลอยอยู่จะไปลดพื้นผิวหน้าของน้ำ ทำให้การระเหยของน้ำลดลงไปมาก ถ้าไม่มีลูกบอลลอยอยู่น้ำจะระเหยหมดเร็ว ต้องคอยเติมน้ำอยู่เรื่อย ๆ ส่วนห่วงแดง ๆ ที่คล้องคอขวดฟลาส์คอยู่เป็นห่วงโลหะเอาไว้ถ่วงน้ำหนัก ไม่ให้ขวดฟลาส์คลอย

ในห้องปฏิบัติการเคมีนั้นจะมี water bath สำหรับอุ่นให้ความร้อน เมื่อเราอุ่นน้ำให้ร้อนขึ้นน้ำจะระเหยเร็วมากขึ้น การลดการระเหยของน้ำทำได้โดยการลดพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศให้น้อยลง วิธีการที่ทำกันทั่วไปในห้องปฏิบัติการเคมีคือใช้ลูกบอลพลาสติกที่ทนความร้อนและลอยน้ำได้ มาลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ (ดังแสดงในรูปที่ ๑)

เครื่องแก้วชิ้นหนึ่งที่เรามักจะเอาไปแช่น้ำใน water bath เป็นประจำก็คือขวดฟลาสค์ แต่เนื่องจากขวดฟลาสค์มีน้ำหนักเบาและลอยน้ำได้ ก็เลยต้องหาวิธีถ่วงน้ำหนักไม่ให้มันลอย อุปกรณ์ที่ใช้ก็คือห่วงโลหะ (ที่มีอยู่ก็มีทั้งทำจากเหล็กและตะกั่ว) สำหรับสวมครอบลงไปบนคอขวดฟลาสค์ (ห่วงแดง ๆ ในรูปที่ ๑)

การลดการระเหยของของเหลวยังมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการเก็บของเหลวที่ระเหยได้ง่าย อุตสาหกรรมหนึ่งที่ใช้กันมากคือโรงกลั่นน้ำมัน น้ำมันดิบจะมีส่วนที่เป็นน้ำมันเบาที่ระเหยได้ง่าย ดังนั้นต้องหาทางป้องกันไม่ให้ระเหย (หรือลดการระเหยให้เหลือน้อยที่สุด) ก่อนที่จะนำไปกลั่น น้ำมันเบนซิน (หรือแก๊สโซลีน) ก็เป็นน้ำมันที่ระเหยได้ง่ายเช่นเดียวกัน ดังนั้นเมื่อผลิตเสร็จแล้วก็ต้องเก็บเอาไว้อย่างดีไม่ให้ระเหย ซึ่งไอระเหยไม่เพียงแต่จะเป็นการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่จะขายได้ แต่ยังทำให้เกิดปัญหามลพิษทางอากาศด้วย

วิธีการแก้ปัญหาคือการเก็บน้ำมันในถัง (tank) ที่มีหลังคาแบบที่เรียกว่า Floating roof

Floating roof tank เป็นถังเก็บที่ฝาถังจะลอยอยู่บนผิวบนของของเหลว เมื่อของเหลวในถังมีปริมาณมากขึ้น ฝาถังก็จะลอยสูงขึ้น และเมื่อระดับของเหลวในถังลดต่ำลง ฝาถังก็จะลดต่ำลง การที่ฝาถังลอยอยู่บนผิวหน้าของเหลวทำให้ไม่มีช่องว่างที่จะให้ของเหลวระเหยได้ จึงเป็นการลดการสูญเสียเนื่องจากการระเหย

รูปที่ ๒ แผนผังโครงสร้างของ Floating roof tank

องค์ประกอบหลักของ Floating roof tank ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๒ บริเวณขอบฝาถังตรงใกลักับผนังของถังจะมีระบบประเก็นที่ยอมให้ฝาถังลอยขึ้น-ลงได้อย่างอิสระ แต่ยังสามารถป้องกันไม่ให้ไอน้ำมันระเหยผ่านออกมาได้ และยังต้องมีระบบสำหรับระบายน้ำฝน เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนสะสมอยู่บนฝาถัง ซึ่งจะทำให้ฝาถังรับน้ำหนักมากและอาจจมลงได้

เพื่อป้องกันการสะสมของน้ำฝนหรือหิมะบนฝาถังแบบ Floating roof ก็อาจใช้วิธีสร้าง Cone roof ครอบเอาไว้อีกชั้นก็ได้

เรื่อง Cone roof tank นี้เคยกล่าวเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)" ลองไปหาอ่านเอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ ภาพถ่ายดาวเทียมของ Tank farm ของคลังเก็บน้ำมันแห่งหนึ่ง จะเห็นถังเก็บแบบ Floating roof tank อยู่เต็มไปหมด ในรูปนี้แสงอาทิตย์ส่องเป็นมุมมาจากทางด้านล่างขวาของภาพขึ้นไปทางมุมซ้ายบน สำหรับ Floating roof tank จึงเห็นเป็นเงาของผนังถังปรากฏบนฝาถังที่อยู่ต่ำลงไปในตัวถัง โดยมีถังเก็บแบบ Spherical tank อยู่ที่มุมล่างซ้ายของภาพ

วงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ MO Memoir : Saturday 9 June 2555

เวลาจะลองภูมิกัน ก็ลองกันด้วยเรื่องง่าย ๆ นั่นแหละ ทำนองว่าเรื่องง่าย ๆ แค่นี้ยังทำไม่เป็น

หลายต่อหลายรายเอาแต่เรียนสูง ๆ เรียนแต่เรื่องที่มันดูซับซ้อน ล้ำหน้า ทันสมัย (ที่อาจหาที่ใช้ในชีวิตประจำวันหรือในโลกนี้ไม่ได้) พูดจาแต่ละอย่างคนที่ไม่มีความรู้ด้านนั้นก็นึกว่าเป็นคนเก่ง แต่พอเจอเข้ากับเรื่องง่าย ๆ ในชีวิตประจำวันกลับทำอะไรไม่เป็น

คำถามหนึ่งที่ใช้ทดสอบความรู้พื้นฐานทางไฟฟ้าของวิศวกร (ซึ่งทุกสาขาต้องเรียนอยู่แล้ว) ก็คือให้เขียนแผนผังวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์

หลอดไฟฟ้าที่ให้แสงสว่างที่ใชักันตามบ้านเรือนจะมีอยู่ ๒ ชนิดคือหลอดไส้ (incandescent lamp) ซึ่งมีราคาถูก (ราคาประมาณ ๒๐ บาทต่อหลอด) หลอดชนิดนี้เวลาทำงานจะร้อนจัดมาก (อย่าเผลอเอามือเปล่าจับนะ) พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่กลายเป็นแสง ปริมาณแสงที่ได้ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ (ลูเมนต่อวัตต์) มีค่าต่ำ

มีงานอยู่ประเภทหนึ่งที่ยังต้องใช้หลอดไส้อยู่คืองานให้ความอบอุ่น เช่นพวกฟักไข่หรือเลี้ยงไก่

หลอดไส้จะให้แสงออกโทนสีเหลือง หลอดไส้ชนิดใสเวลามองดูจะรู้สึกแสงจ้ามาก ก็เลยมีการทำหลอดไส้ชนิดขุ่นออกมา แต่ถ้าต้องการให้แสงเป็นสีขาวก็ต้องไปหาซื้อหลอด day light ซึ่งเป็นหลอดไส้ที่ตัวหลอดเป็นแก้วสีน้ำเงิน

หลอดอีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันคือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (fluorescent lamp) หรือหลอดเรืองแสง แต่คนทั่วไปชอบเรียกว่าหลอดนีออน ทั้ง ๆ ที่หลอดนีออนนั้นเป็นหลอดอีกชนิดหนึ่ง (พวกหลอดไฟให้แสงสีต่าง ๆ ที่นำมาขดเป็นตัวหนังสือหรือภาพโฆษณา) หลอดฟลูออเรสเซนต์นี้ทำงานโดยการกระตุ้นให้แก๊สในหลอดเปล่งรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตออกมา โฟตอนของรังสีอัลตร้าไวโอเล็ตดังกล่าวจะถูกดูดกลืนด้วยสารที่เคลือบไว้ที่ผนังด้านในของหลอดแก้ว จากนั้นสารเคลือบจะคายพลังงานที่ดูดกลืนไว้ออกมาในรูปของโฟตอนที่มีพลังงานต่ำกว่า คืออยู่ในช่วงแสงที่ตามองเห็น (ปรากฎการณ์เรืองแสง) หลอดชนิดนี้ให้ปริมาณแสงที่ได้ต่อปริมาณไฟฟ้าที่ใช้สูงกว่าหลอดไส้ แต่หลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้แล้วถือว่าเป็น "ขยะพิษ"

รูปที่ ๑ แผนผังวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent lamp)

หลอดชนิดนี้เวลาทำงานจะไม่ร้อนจัดเหมือนหลอดไส้ จะรู้สึกว่าหลอดอุ่น (ยังสามารถเอามือจับได้) 

แสงที่ออกมานั้นเวลาดูด้วยตาเปล่าจะเห็นเป็นแสงขาว แต่ถ้าถ่ายรูปด้วยกล้องโดยไม่ใช้แฟลชจะพบว่าแสงจะออกโทนสีเหลือง

หลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นต้องมีอุปกรณ์ช่วยในการทำงานได้แก่บัลลาสต์ (ballast) และสตาร์ตเตอร์ (starter)

บัลลาสต์ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้สูงพอที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนผ่านแก๊สในหลอดได้ ส่วนสตาร์ตเตอร์เป็นเสมือนสวิตช์อัตโนมัติที่จะปิดวงจรเมื่อเปิดสวิตช์ไฟ และจะเปิดวงจรเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวหลอด (ทบทวนนิดนึง ปิดวงจรจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เปิดวงจรจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านนะ)

การต่อวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์แสดงไว้ในรูปที่ ๑ แล้ว

สายไฟที่ใช้ในบ้านยุคใหม่ในปัจจุบันจะมีอยู่ ๓ เส้น คือสาย line ซึ่งเป็นสายที่มีไฟ (เอาไขควงเช็คไฟไปจิ้มจะเห็นหลอดไฟที่ไขควงสว่าง) สาย neutral ซึ่งเป็นสายที่ไม่มีไฟ (เอาไขควงเช็คไฟไปจิ้ม หลอดไฟที่ไขควงจะไม่ติด) และสายดิน (ground หรือ earth ซึ่งจะเชื่อมต่อกับแท่งโลหะที่ฝังลงดิน ณ ที่ใดที่หนึ่งในบ้าน) สายดินนี้บ้านรุ่นเก่าจะไม่มี

การติดตั้งสวิตช์เปิด-ปิดจะต้องอยู่ที่สาย line ถ้าสวิตช์เปิด-ปิดอยู่ที่สาย neutral แม้ว่าเราจะปิดสวิตช์ไฟ (เปิดวงจร) กระแสไฟในสาย line จะยังคงไหลผ่านบัลลาสต์ไปยังหลอด เวลากลางคืนจะเห็นว่าหลอดมีการเรืองแสงเล็กน้อยอยู่ ถ้าเป็นเช่นนี้ก็แสดงว่าสวิตช์เปิด-ปิดนั้นติดตั้งผิด การแก้ปัญหาต้องติดตั้งให้สวิตช์ปิด-เปิดอยู่ที่สาย line

เมื่อเราเปิดไฟนั้น กระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านบัลลาสต์ไปยังไส้หลอด และผ่านไส้หลอดไปยังสตาร์ตเตอร์ และออกไปทางสาย neutral และพอไส้หลอดอุ่นพอก็จะมีอิเล็กตรอนวิ่งผ่านแก๊สในหลอดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง สตาร์ตเตอร์ก็จะเปิดวงจร (ไม่มีกระแสไฟไหลผ่านสตาร์ตเตอร์แต่ไหลผ่านหลอดฟลูออเรสเซนต์แทน)

ดังนั้นในช่วงแรกที่เปิดหลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นจะเห็นสตาร์ตเตอร์สว่างแบบกระพริบ (เป็นจังหวะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน) และเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดฟลูออเรสเซนต์แล้วไฟที่สตาร์ตเตอร์จะดับ

ถ้าไม่มีสตาร์ตเตอร์จะเปิดหลอดฟลูออเรสเซนต์ไม่ได้ แต่เมื่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ติดแล้วสามารถถอดสตาร์ตเตอร์ออกได้โดยที่หลอดจะไม่ดับ

บัลลาสต์ที่ใช้กันมากนั้นคือชนิดที่เป็นแกนเหล็ก ข้อดีของบัลลาสต์ชนิดนี้คือมีความทนทานสูง (ที่เห็นใช้กันตามบ้านก็อายุนานเกินกว่า ๑๐ ปีทั้งนั้น) แต่มีข้อเสียคือมีการสูญเสียพลังงานค่อนข้างสูงอยู่เหมือนกัน บัลลาสต์สำหรับหลอดขนาด ๓๖-๔๐ วัตต์จะมีการสูญเสียพลังงานประมาณ ๕๐ วัตต์ และยังมีค่าตัวประกอบกำลัง (power factor) ที่ต่ำด้วย (ประมาณ ๐.๓ ถึง ๐.๕) ดังนั้นถ้ามีการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์จำนวนมากก็จะทำให้ต้องมีการดึงกระแสมากไปด้วย ยิ่งต้องการกระแสไฟมากเท่าใดก็ต้องการสายไฟเส้นใหญ่ขึ้น และการสูญเสียพลังงานในสายไฟก็จะเพิ่มขึ้นด้วย (ความร้อนที่เกิดจากการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้ามีค่า I²R เมื่อ I คือกระแสไฟฟ้าและ R คือความต้านทาน)

การประหยัดพลังงานที่บัลลาสต์ทำได้โดยการเปลี่ยนไปใช้บัลลาสต์ที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำลง (เหลือประมาณ ๕ วัตต์) และมีค่าตัวประกอบกำลังสูงขึ้น (เพื่อลดการดึงกระแส)

ที่จำได้คือแต่ก่อนหลอดฟลูออเรสเซนต์ในบ้านตามต่างจังหวัดจะต้องติดตัวเก็บประจุโดยต่อขนานกับวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ดังแสดงในรูปที่ ๑ เพื่อลดปัญหาไฟตก แต่บ้านในเขตกรุงเทพนั้นไม่ต้องมี หน้าที่ของตัวเก็บประจุคือทำให้ค่าตัวประกอบกำลังเพิ่มสูงขึ้น แต่ปัจจุบันดูเหมือนจะไม่จำเป็นเสียแล้ว

บัลลาสต์อีกชนิดคือบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ ข้อดีของบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์คือทำให้หลอดติดได้ทันทีเมื่อเปิดสวิตช์ (ไม่มีการกระพริบ) มีค่าตัวประกอบกำลังสูง (ที่เคยเห็นอยู่ที่ระดับ ๐.๕-๐.๘) มีการสูญเสียพลังงานต่ำ และมีน้ำหนักเบา แต่ข้อเสียคือมีราคาแพงและไม่ทนทาน ที่เคยใช้พบว่าบัลลาสต์พังก่อนหลอด ทำให้ผมเลิกซื้อโคมบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสำเร็จรูป เพราะพอบัลลาสต์พังก็ต้องเปลี่ยนทั้งโคม แต่ถ้าเป็นบัลลาสต์แบบแกนเหล็กจะพบว่าเปลี่ยนหลอดไม่รู้กี่หลอดกว่าที่จะเปลี่ยนบัลลาสต์ (เปลี่ยนหลอดมันง่ายกว่าเปลี่ยนโคม)

หวังว่าบันทึกนี้คงจะช่วยเพิ่มพูนความรู้ที่ใช้ในชีวิตประจำวันให้กับพวกคุณบ้าง