GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๓ การหาพื้นที่พีค NO MO Memoir : Saturday 28 July 2555

Memoir ฉบับนี้เป็นตอนต่อจากฉบับเมื่อวานซึ่งเป็นการทำ peak fitting กับพีค O₂ แต่ในคราวนี้จะเป็นการทำ peak fitting กับพีค NO เพื่อหาพื้นที่พีค NO

ก่อนที่ผมจะเริ่มสอนนิสิตเรื่องการหาคำตอบระบบสมการคณิตศาสตร์แบบไม่เชิงเส้น (non-linear) นั้น ผมจะบอกนิสิตก่อนว่าสิ่งแรกที่ต้องทำคือ "ทำใจ"

เหตุที่ต้องบอกให้ต้อง "ทำใจ" ก่อนก็เพราะ

(ก) ระบบสมการไม่เชิงเส้นดังกล่าวอาจจะ "มี" คำตอบหรือ "ไม่มี" คำตอบก็ได้

(ข) ถ้าระบบสมการดังกล่าวมีคำตอบ อาจมีชุดคำตอบที่ทำให้ระบบสมการนั้นเป็นจริง "มากกว่า ๑ ชุดคำตอบ"

และ

(ค) ในกรณีที่ระบบสมการดังกล่าวมีคำตอบที่ทำให้ระบบสมการนั้นเป็นจริงมากกว่า ๑ ชุดคำตอบ เป็นหน้าที่ของผู้หาคำตอบว่าคำตอบใดเป็นคำตอบที่ถูกต้อง ซึ่งอาจจะมีคำตอบที่ถูกต้องเพียงคำตอบเดียวหรือไม่มีเลย หรือมีได้หลายคำตอบก็ได้

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ cubic equation of state ที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่า P (ความดัน) V (ปริมาตร) และ T (อุณหภูมิ) ของแก๊ส ในช่วงที่สารนั้นเป็นแก๊ส ที่ค่า P และ T ใด ๆ สมการดังกล่าวจะให้คำตอบค่า V เพียงคำตอบเดียว ซึ่งเป็นปริมาตรจำเพาะของแก๊ส

แต่ในช่วง P และ T ที่สารนั้นเป็นได้ทั้งแก๊สและของเหลว สมการดังกล่าวจะมีค่า V ที่ทำให้สมการเป็นจริงนั้น 3 ค่าด้วยกัน แต่ค่าที่ใช้ได้นั้นมีเพียง 2 ค่าเท่านั้น คือค่า V ที่มากที่สุดจะแทนปริมาตรจำเพาะของเฟสแก๊ส ค่า V ที่น้อยที่สุดจะแทนปริมาตรจำเพาะของเฟสของเหลว ส่วนค่า V ที่อยู่ระหว่างสองค่าดังกล่าวแม้จะทำให้สมการเป็นจริง แต่ก็เป็นค่าที่ไม่มึความหมายใด ๆ ให้โยนทิ้งไป

ที่ยกเอาเรื่องนี้ขึ้นมาก็เพราะการทำ peak fitting ของเรานั้นก็เป็นการหาคำตอบระบบสมการพีชคณิตไม่เชิงเส้นแบบหนึ่ง คือการหาว่าควรใช้พีครูปร่างใด จำนวนเท่าใด จึงจะทำให้ค่าความแตกต่างของผลรวมของพีคเหล่านั้นกับข้อมูลที่ด้จากการวัดนั้นมีค่าน้อยที่สุด ซึ่งจำนวนพีคที่ต้องใช้ รูปร่างและตำแหน่งของพีคแต่ละพีค ขึ้นอยู่กับว่าเราเริ่มต้นวางตำแหน่งพีคแต่ละพีคอย่างไร และเริ่มวางกี่ตำแหน่ง ดังนั้นด้วยข้อมูลชุดเดียวกันแต่วิธีการทำต่างกันก็ทำให้ได้จำนวนพีค รูปร่างและตำแหน่งของพีค ที่เข้ากับข้อมูลจริงดีที่สุดนั้นแตกต่างกันไปได้

โครมาโทแกรมที่เอามาเป็นตัวอย่างนั้นได้มาจากการทดลองเมื่อวันศุกร์ที่ ๒๐ กรกฎาคม ๒๕๕๕ โดยเราได้บรรจุ TiO₂ ไว้ใน reactor และใช้ส่วนผสมแก๊สเหมือนกับการทำปฏิกิริยาจริง ทำการวัดพีค NO จากอุณหภูมิ 120ºC ไปจนถึง 450ºC แต่ที่เอามาเป็นตัวอย่างนั้นเป็นพีคที่ได้จากการวัดที่อุณหภูมิ 120ºC

วิธีการเป็นอย่างไรนั้นไปดูที่รูปแต่ละรูปเลยดีกว่า

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมหลังการสร้างส่วนหางของพีค O₂ แล้วด้วยวิธีการตาม Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๘๔ วันศุกร์ที่ ๒๗ กรกฎาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๒ การสร้างส่วนหางพีค O₂"

ในรูปที่ ๑ นี้ใช้พีคจำนวน 6 พีคในการสร้างส่วนหางของพีค O₂ เมื่อได้ส่วนหางของพีค O₂ แล้วก็ให้ทำการตรึงพีคทั้ง ๖6พีคเหล่านั้นด้วยการไปเลือกพีคทีละพีค (1) แล้วไปกดปุ่มล็อคพารามิเตอร์ทั้ง 4 ของทุกพีคตรงสัญลักษณ์แม่กุญแจซึ่งจะเปลี่ยนรูปจากยังไม่ล็อค (2) ไปเป็นล็อค (3) การที่ทำเช่นนี้ก็เพื่อไม่ให้พีคของ O₂ นั้นมีการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการทำ peak fitting ของพีค NO

จากนั้นก็เปลี่ยนให้จุดข้อมูลจากทางด้านขวาของพีค O₂ กลายเป็น active (ในรูปจะเป็นเส้นสีเขียว) ในรูปที่ ๑ นี้ผมตัดสินใจไม่นำจุดข้อมูลช่วงประมาณเวลา 16 นาที (4) มาใช้ เพราะดูเหมือนว่ามันทำท่าจะวกขึ้นไป

รูปที่ ๒ การวางตำแหน่งพีคแรกสำหรับพีค NO

การเลือกชนิดของพีคที่จะนำมาทำ peak fitting นั้นให้เลือกใช้พีคชนิด "SplitGaussian" (1) จากนั้นกดปุ่ม "auto add" เพื่อทำการวางพีค ซึ่งในตัวอย่างนี้จะได้พีค (3) เส้นสีน้ำเงินคือเส้นผลรวมของพีคสีแดงทุกพีค

รูปที่ ๓ การปรับตำแหน่งและรูปร่างของพีคที่วางลงไปเป็นพีคแรก

เนื่องจากการทำ regression นั้นจะให้ผลดีก็ต่อเมื่อจุดเริ่มต้นการคำนวณนั้นอยู่ใกล้กับคำตอบที่ต้องการ จากตำแหน่งและรูปร่างของพีคแรกที่วางลงไปในรูปที่ ๒ จะเห็นว่าเส้นผลรวมที่ได้ (เส้นสีน้ำเงิน) มีความแตกต่างจากข้อมูลจริง (เส้นสีเขียว) อยู่มาก ในกรณีนี้เราสามารถช่วยได้โดยการปรับแต่งพีคแรกที่วางลงไปโดยไปเปลี่ยนค่าต่าง ๆ ตรงกรอบมุมล่างขวาของโปรแกรม ซึ่งอาจทำโดยการเลื่อนปุ่ม (1) หรือป้อนตัวเลขเข้าไปโดยตรง (2)

ตรงนี้ไม่ต้องพยายามทำถึงขั้นให้มันเข้ากันพอดี เอาแค่เข้ากันใกล้ ๆ ก็พอ ที่เหลือก็ปล่อยให้โปรแกรมมันจัดการเองบ้าง

รูปที่ ๔ การวางพีคเพิ่มเติมและการทำ peak fitting

จากนั้นทำการวางพีคเพิ่มเติม (ผมทำโดยใช้ปุ่ม auto add) จำนวนพีคที่จะวางลงไปนั้นให้พิจารณาเส้นข้อมูลประกอบด้วย ถ้าเห็นว่ายังมีตำแหน่งว่างอยู่ก็ให้เพิ่มพีคลงไปที่ตำแหน่งนั้น ถ้าโปรแกรมวางพีคให้ในตำแหน่งที่ไม่ต้องการ ก็ให้ทำการลบหรือย้ายพีคดังกล่าวไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้

ในกรณีของตัวอย่างนี้ผมพบว่าต้องวางพีคเพิ่มอึก 4 พีค (1-4) จึงจะครอบคลุมข้อมูลส่วนที่เหลือ และหลังจากที่วางพีคเพิ่มอีก 4 พีคแล้วก็กดปุ่ม "fitting" ทำให้ได้ผลดังแสดงในรูป

การทำ fitting นั้นอาจจะไม่เข้ากันพอดีกับทุกตำแหน่ง แต่ถ้าเห็นว่าส่วนที่เกินกับส่วนที่ขาดนั้นพอจะชดเชยกันได้ก็ให้ถือว่าใช้ได้ อย่างเช่นในรูปที่ ๔ นั้นมีปัญหาตรงยอดพีค NO ซึ่งเข้ากันไม่พอดี (5) แต่เมื่อพิจารณาพื้นที่ส่วนเกินกับพื้นที่ส่วนขาดแล้วเห็นว่าพอ ๆ กัน ก็เลยปล่อยเลยตามเลย

อีกประเด็นที่ต้องพิจารณาคือลักษณะการลดคงของพีคนั้นควรจะเว้าลงแบบราบเรียบ ไม่มีการโป่งนูน ดังนั้นผมจึงเห็นว่าพีคท้ายสุด (4) นั้นไม่น่าจะเป็นพีคของ NO ดังนั้นในการคิดพื้นที่พีค NO จึงไม่ควรนำเอาพื้นที่พีค (4) นี้มาคิดด้วย

 รูปที่ ๕ รูปร่างพีคหลังจากที่ลบพีคส่วนหางทิ้งไป 1 พีค

พื้นที่พีค NO หาได้จากการรวมพื้นที่พีค 4 พีคที่เหลือ พื้นที่พีคแต่ละพีคดูจากคอลัมน์ทางด้านขวา (1) ซึ่งปรกติโปรแกรมมันจะไม่แสดงพื้นที่ ต้องไปตั้งคำสั่งให้มันแสดงพื้นที่ด้วย รายละเอียดทั้งหมดของแต่ละพีคก็ดูได้จากกล่องที่อยู่ถัดลงมา (2) อยากรู้รายละเอียดของพีคไหนก็ไปกดเลือกจากปุ่มสี่เหลี่ยมแดง ๆ ข้างบน รายละเอียดจะแสดงในกล่องข้างล่าง

อย่างเช่นในที่นี้พีคที่ใช้คำนวณพื้นที่คือพีคที่เวลา 9.451 นาที (พื้นที่ 4956.94) เวลา 10.42 นาที (พื้นที่ 3085.47) เวลา9.336 นาที (พื้นที่ 363.927) และที่เวลา 11.77 นาที (พื้นที่ 1847.66)

ดังนั้นพื้นที่รวมของพีค NO = 4956.94 + 3085.47 + 363.927 + 1847.66 = 10253.997 หน่วย

อันที่จริงเราอาจตรวจสอบว่าผลรวมของพีคทั้ง 4 นั้นควรที่จะยอมรับได้หรือไม่โดยการไปลบพีค O₂ ทิ้งไปด้วย เหลือเอาไว้เฉพาะส่วนของพีค NO จำนวน 4 พีค แล้วก็ลองพิจารณาจากรูปร่างผลรวมของพีคทั้ง 4 นั้น (รูปที่ ๖) ว่ามันเข้ากับรูปร่างของพีค NO ที่ควรจะเป็นหรือไม่ ส่วนรูปร่างที่ควรจะเป็นนั้นเป็นอย่างไรก็คงต้องไปเทียบกับพีคที่เราทำกันในเดือนมิถุนายนช่วงที่ทำการปรับ GC เพื่อหาตำแหน่งพีค NO

รูปที่ 6 รูปร่างเฉพาะของพีค NO เมื่อลบพีค O₂ ทิ้งไป

เดือนนี้เขียนแต่เรื่องวิชาการเฉพาะทางหนัก ๆ ติดต่อกันตั้ง ๑๐ เรื่อง 

 

หวังว่าฉบับถัดไปคงได้เขียนเรื่องอื่นบ้าง

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๒ การสร้างส่วนหางพีค O2 MO Memoir : Friday 27 July 2555

บันทึกฉบับนี้เป็นบันทึกการสนทนาระหว่างผมกับสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ในช่วงบ่ายวันศุกร์ที่ ๒๗ กรกฎาคม ๒๕๕๕ ที่ผ่านมา เป็นเรื่องเกี่ยวกับแนวปฏิบัติในการสร้างส่วนหางของพีค O₂ และแนวปฏิบัติในการคำนวณพื้นที่พีค NO ทั้งนี้เพื่อที่จะได้ทำการคำนวณในทิศทางเดียวกัน ซึ่งตั้งแต่วันนี้จะขอให้ใช้วิธีการที่เขียนไว้ในบันทึกฉบับนี้ก่อน จนกว่าจะมีการแก้ไขใหม่

หลังจากที่เราได้โครมาโทแกรมมาแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการหาพื้นที่พีค NO

ปัญหาที่เราเจออยู่ก็คือความสูงของพีค O₂ นั้นประมาณ 1000 เท่าของพีค NOและพีค NO อยู่บนส่วนหางของพีค O₂ ซึ่งดูเหมือนว่าส่วนหน้าของพีค NO จะคร่อมอยู่บนส่วนหางของพีค O₂ โดยส่วนหลังของพีค NO จะอยู่บนเส้นสัญญาณอีกเส้นหนึ่งที่ไม่ใช่เส้น base line ซึ่งตอนนี้เราไม่สามารถระบุได้ว่าสัญญาณดังกล่าวเป็นของสารใด รู้แต่เพียงว่าถ้าไม่มี NO ก็จะไม่เห็นสัญญาณดังกล่าวหรือเห็นต่ำมาก แต่ถ้ามี NO ก็มักจะมีสัญญาณตัวนี้ปรากฏค่อนข้างชัดเจน

ในการสร้างส่วนหางของพีค O₂ นั้นเราได้ทดสอบโดยการนำเอาโครมาโทแกรม ๒ โครมาโทแกรมที่มีพีค O₂ เข้มข้น 15 vol% ที่ได้มาโดยไม่มีพีค NO ร่วมอยู่ มาเป็นตัวทดสอบ (ดูรูปที่ ๑ ประกอบ)

โครมาโทแกรมในรูปเป็นส่วนขยายบริเวณฐานของพีค O₂ (ความสูงของพีค O₂ นั้นสูงกว่า 1000000)

ที่ผ่านมานั้นเราสังเกตพบว่าเส้น base line มีการเคลื่อน (drift) น้อยมากจากจุดเริ่มต้นเก็บข้อมูลจนกระทั่งถึงจุดสิ้นสุดข้อมูลและนำ GC กลับมายังภาวะพร้อมเก็บตัวอย่างใหม่ จากข้อมูลนี้ทำให้เราสามารถประมาณได้ว่าแนวเส้น base line ของพีค O₂ นั้นเป็นเส้นที่ขนานแกน x (หรือความชันเป็นศูนย์)

การกำหนดเส้น base line ทางด้านซ้ายให้เริ่มจากตำแหน่งก่อนเกิดพีค O₂ เล็กน้อย (ลูกศรสีม่วงในรูป) และลากเส้นขนานแกน x ไป (เส้นประสีแดงในรูป) ซึ่งสัญญาณโครมาโทแกรมควรจะกลับมาตัดกับเส้น base line ที่ตำแหน่งใดสักตำแหน่งหนึ่งก่อนถึงเวลา 20 นาที

ในกรณีที่เส้น base line มีการเคลื่อนตัว (drift) ค่อนข้างชัดเจน ขอบเขตด้านขวาให้กำหนดที่จุด ณ เวลา 20 นาที

สัญญาณที่เกิดจาก O₂ เพียงอย่างเดียวนั้นจะเริ่มจากจุดที่เริ่มต้นเกิดพีค (ตรงลูกศรสีม่วงชี้) ไปจนถึงจุดที่เริ่มต้นปรากฏพีค NO จากการทดสอบที่ผ่านมาเราพบว่าตามภาวะการวิเคราะห์ของเรานั้น ที่ความเข้มข้น NO 120 ppm พีค NO จะเริ่มปรากฏที่เวลาประมาณก่อน 9.8 นาที ดังนั้นเราจะใช้ข้อมูลโครมาโทแกรมในช่วงจากจุดเริ่มต้นเกิดพีค O₂ ไปจนถึงเวลา "ก่อน" ที่พีค NO จะปรากฏเล็กน้อย (จุดที่ลูกศรสีเขียวชี้)

ขั้นตอนต่อไปคือทำให้ข้อมูลที่อยู่ทางด้านซ้ายของจุดเริ่มต้นเกิดพีค O₂ (ทางด้านซ้ายของลูกศรสีม่วง) เป็น inactive และจุดที่อยู่ทางด้านขวาของลูกศรสีเขียวให้กลายเป็น inactive ด้วย (ใช้คำสั่งของโปรแกรม fityk)

การสร้างส่วนหางของพีค O₂ ทำโดยการทำ peak fitting กับพีค O₂ ซึ่งทำได้โดยการใช้คำสั่ง "add peak" และกดปุ่มให้โปรแกรมทำ peak fitting เป็นระยะ พีคที่จะเติมเข้าไปนั้นให้เลือกใช้พีคชนิด "SplitGaussian" จากเมนูคำสั่งของโปรแกรม (SplitGaussian ในโปรแกรม fityk ก็คือพีค Gaussian ที่ไม่สมมาตรนั่นเอง กล่าวคือมีค่าความกว้างทางด้านซ้ายและทางด้านขวาของพีคที่ไม่เท่ากัน)

รูปที่ ๑ พีค O₂ 15 vol% ขยายเฉพาะตรงส่วนฐาน ทั้งสองรูปได้จากการวัดโดยให้แก๊สไหลผ่านเบด TiO₂ ใน reactor ที่อุณหภูมิ 120ºC เป็นการวัดสองครั้งต่อเนื่องกัน ในการลากเส้น base line นั้นให้กำหนดจุดแรกตรงตำแหน่งก่อนเกิดพีค O₂ เล็กน้อย (ตรงตำแหน่งลูกศรสีม่วง) แล้วลากเส้นขนานแกน x ไป (เส้นประสีแดง) ในกรณีที่ไม่มี NO ผสมอยู่นั้นพบว่าเส้น base line ที่ลากนั้นจะมาบรรจบกับโครมาโทแกรมใหม่ประมาณตำแหน่งเวลา 14 นาที

จำนวนพีคที่จะเติมและจำนวนครั้งที่จะกดปุ่มทำ peak fitting นั้นค่อนข้างจะเป็นศิลป์เล็กน้อย ต้องทดลองดูเอาเอง แต่สุดท้ายส่วนใหญ่ก็จะให้ผลที่ออกมาใกล้เคียงกันมาก ซึ่งตรงนี้ขึ้นกับความราบเรียบของข้อมูล ช่วงข้อมูลที่เราเลือกมาทำ peak fitting และการวางตำแหน่งเส้น base line

จากตัวอย่างในรูปที่ ๒ จะเห็นว่าในโครมาโทแกรมรูปบนนั้นผมต้องเติมพีคเข้าไปถึง ๙ พีคเพื่อให้ได้รูปร่างพีค O₂ ในรูปแบบที่มันควรเป็น (เส้นสีน้ำเงิน) ในขณะที่ในรูปบนนั้นใช้เพียง ๕ พีคก็พอ

ถ้าในระหว่างการทำ peak fitting พบว่ามีการเติมพีคที่กลับหัวและ/หรือเติมพีคที่มีจุดยอดอยู่นอกช่วงระหว่างลูกศรสีม่วงและลูกศรสีเขียว (ในรูปที่ ๑) ก็ให้ลบพีคดังกล่าวทิ้งเสีย

ที่สำคัญคือพยายามวางเส้น base line ให้ใกล้กับจุดต่ำสุดของข้อมูลโครมาโทแกรมให้มากที่สุด แต่อย่าให้มีจุดข้อมูลของโครมาโทแกรมอยู่ใต้เส้น base line เพราะจุดดังกล่าวอาจก่อให้เกิดปัญหาการวางพีคกลับหัวได้

รูปที่ ๒ การสร้างส่วนหางของพีค O₂ หลังจากที่ได้ทำการตัด base line และกำหนดช่วงข้อมูลที่เป็นเฉพาะของพีค O₂ แล้ว

ฉบับนี้คงพอเท่านี้ก่อน ฉบับถัดไปจะเป็นการหาพื้นที่พีค NO แล้ว

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๑ การยืนยันตำแหน่งพีค NO MO Memoir : Thursday 26 July 2555

ในที่สุดความกังวลที่ผมได้กล่าวไว้ในบันทึกฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒๒ กรกฎาคม ก็ผ่านไปด้วยดี

รูปข้างล่างเป็นผลการทดลองของสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ที่ได้ทำไว้ในช่วงวันพุธที่ ๒๕ จนถึงเช้าวันพฤหัสบดีที่ ๒๖ กรกฎาคมที่ผ่านมา (เช้าวันนี้) ซึ่งผมเข้าไปเอาข้อมูลมาตอนราว ๆ ๘ โมงเช้า

อันที่จริงมันมีกราฟที่อุณหภูมิ 120ºC ด้วย แต่โปรแกรมมันแสดงได้แค่ ๘ เส้นก็เลยขอตัดเส้นนั้นทิ้งไปก่อน

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมของการวิเคราะห์ NO ด้านขาออกจาก reactor ที่อุณหภูมิทำปฏิกิริยาต่าง ๆ กัน ลูกศรสีแดงแสดงตำแหน่งพีค NO

ตอนนี้เท่าที่ทราบก็คือผลการทดลองของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) ที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอีกตัวก็ให้ผลออกมาทำนองเดียวกัน

ขั้นตอนต่อไปที่ต้องทำก็คือหาวิธีการคำนวณพื้นที่พีค NO โดยต้องแยกพีค O₂ ที่เป็น base line ออกไปก่อน

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๘ การฉีดแก๊สเข้า GC ด้วยวาล์วเก็บตัวอย่าง MO Memoir : Wednesday 25 July 2555

เรื่องเทคนิคการใช้ syringe เก็บตัวอย่างที่เป็นแก๊สและเทคนิคการฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊สจาก syringe เข้า GC ผมได้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๖ วันพุธที่ ๒๗ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การใช้ syringe ฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊ส

ส่วนเรื่องเทคนิคการใช้ sampling valve เก็บตัวอย่างที่เป็นแก๊สและเทคนิคการฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊สจาก sampling valve ผมเองก็เคยได้เล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๓ วันเสาร์ที่ ๑๙ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "GC-2014 FPD กับระบบ DeNOx ตอนที่ ๕ เหตุการณ์วันที่ ๑ มีนาคม" และปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๘๓ วันพุธที่ ๖ เมษายน ๒๕๕๔ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๒๗)"

บังเอิญ Memoir ฉบับที่ ๒๗๓ และ ๒๘๓ นั้นเราแจกจ่ายเป็นการภายใน เพราะมีเรื่องอื่นที่เป็นการสนทนาเป็นการภายในของกลุ่มเรา จึงไม่ได้นำเนื้อหาดังกล่าวเปิดเผยลงใน blog แต่ตอนนี้ก็เห็นว่าสมควรแก่เวลาแล้ว ก็เลยคิดว่าจะหยิบเอาเรื่องนี้มาเขียนสักที

การใช้ sampling valve ในการเก็บตัวอย่างเพื่อฉีดตัวอย่างเข้า GC นั้นมีข้อดีตรงที่ "ปริมาตร" ตัวอย่างที่ฉีดในแต่ละครั้งค่อนข้างแน่นอน เพราะไม่มีปัญหาเรื่องความคลาดเคลื่อนจากการอ่านขีดข้าง syringe

แต่การใช้ sampling valve ในการเก็บตัวอย่างก็ก่อให้เกิดปัญหาได้เหมือนกัน ปัญหาแรกก็คือความต้านทานการไหลที่สูงของระบบ sampling valve เพราะระบบท่อเก็บตัวอย่างเข้า sampling valve และรูตาม port ต่าง ๆ ที่ตัว sampling valve หรือแม้แต่ตัว sampling loop เองนั้นมักจะมีขนาดเล็ก (เพื่อลด dead volume และบ่อยครั้งที่ใช้ตัวอย่างในปริมาณเพียงเล็กน้อย) เช่นระบบที่เราใช้อยู่นั้นเป็นท่อขนาด 1/16" แค่นั้นเอง

ดังนั้นถ้าหากใช้วิธีการต่อท่อทางออกของ reactor ให้แก๊ส/ของเหลวไหลผ่าน sampling valve ทั้งหมดก็จะก่อให้เกิดความต้านทานการไหลที่สูงได้ และถ้าความดันก่อนเข้า reactor ค่อนข้างจะต่ำอยู่แล้วก็จะสามารถส่งผลให้อัตราการไหลของสารที่ไหลผ่าน reactor เปลี่ยนแปลงไปได้ (ไหลได้น้อยลงหรืออาจหยุดไหลได้)

ตัวอย่างเช่นในระบบ DeNOx ของเรานั้น เนื่องจากตามข้อกำหนดแล้วปฏิกิริยาจะเกิดที่ความดันบรรยากาศ โดยด้านขาออกจะระบายสู่ความดันบรรยากาศ (อันที่จริงความดันด้านขาเข้า reactor จะสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย) 

 

ด้วยความดันต้นทางเพียงแค่นี้ทำให้ถ้าเราต่อท่อแก๊สทางออกจาก reactor ให้แก๊สที่ไหลออกมาจาก reactor ผ่านเข้า sampling valve ทั้งหมดก็จะทำให้อัตราการไหลรวมของแก๊สตกลงหรือแทบจะไม่ไหล

การแก้ปัญหาโดยการไปเพิ่มความดันด้านขาเข้าของ reactor ก็สามารถทำให้แก๊สไหลผ่าน reactor ด้วยอัตราการไหลที่ต้องการได้ แต่การกระทำดังกล่าวจะไปทำให้ภาวะการเกิดปฏิกิริยาใน reactor ของเรานั้นแตกต่างไปจากภาวะการเกิดปฏิกิริยาจริง (ซึ่งในการใช้งานจริงนั้นปฏิกิริยาเกิดที่ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย หรือประมาณเท่ากับความดันบรรยากาศ) และอาจส่งผลได้ว่าผลการทดลองที่ได้นั้นไม่สามารถเป็นตัวแทนของสภาพการทำงานจริงได้ (เราไม่ได้แก้ปัญหาด้วยวิธีการเพิ่มความดัน แต่ได้ยินว่ามีระบบอื่นที่มีปัญหาคล้าย ๆ กับเราเขาแก้โดยวิธีการนี้ ทั้ง ๆ ที่ปฏิกิริยาของเขานั้นควรเกิดที่ความดันบรรยากาศ)

ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องหาวิธีการดึงเอาแก๊สด้านขาออกจาก reactor บางส่วนมาเพิ่มความดันเพื่อฉีดเข้าไปใน sampling valve ของเครื่อง GC โดยไม่ไปยุ่งเกี่ยวกับความดันในการเกิดปฏิกิริยาใน reactor

นอกจากนี้เนื่องจากปริมาณสารที่เราวัดนั้นอยู่ในระดับ ppm ดังนั้นการเก็บตัวอย่างทางด้านขาออกจาก reactor ต้องระวังไม่ให้มีการปนเปื้อนจากอากาศที่อยู่ภายนอกด้วย ซึ่งเรื่องนี้จะกล่าวถึงในช่วงต่อไป

ปัญหาที่สองที่เกิดขึ้นกับการใช้ samplig valve ฉีดตัวอย่างคือการควบคุม "ปริมาณ" ตัวอย่างที่ฉีดแต่ละครั้งให้เท่ากัน หรือต้องทราบ "ปริมาณ" ตัวอย่างในการฉีดแต่ละครั้ง ทั้งนี้จะได้เปรียบเทียบผลได้

ในกรณีของตัวอย่างที่เป็นของเหลวนั้น ที่ปริมาตรคงที่ ปริมาณของของเหลว (โดยน้ำหนัก) จะไม่ขึ้นกับความดัน (ความดันที่กล่าวในที่นี้คือความดันขนาดปรกติที่เราใช้งานกันทั่วไปนะ เดี๋ยวจะมีบางคนที่คิดจะเถียงว่าถ้าความดันสูงมาก ๆ ปริมาตรของเหลวก็เปลี่ยนได้) แต่ถ้าเป็นกรณีของตัวอย่างที่เป็นแก๊ส แม้ว่า "ปริมาตร" ของ sampling loop คงที่ แต่ถ้าความดันแก๊สใน sampling loop แตกต่างกัน ปริมาณของแก๊ส (โมลหรือน้ำหนัก) ที่ฉีดเข้าเครื่อง GC ก็จะแตกต่างกันไปด้วย ทำให้เกิดปัญหาในการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ได้

วิธีการปฏิบัติวิธีการหนึ่งเพื่อแก้ปัญหา "ปริมาณ" แก๊สที่เปลี่ยนไปตามความดันที่กระทำกันก็คือการผสมสารที่เรียกว่าเป็น internal standard เข้าไปในแก๊สตัวอย่าง โดยสารที่เป็น internal standard นั้นจะต้องไม่ยุ่งเกี่ยวอะไรกับการทำปฏิกิริยา และความเข้มข้นของ internal standard นั้นจะต้องคงที่ ดังนั้นก่อนที่จะทำการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์จึงต้องทำการปรับพื้นที่/ความสูงของพีคต่าง ๆ ที่ได้ ต้องทำการปรับให้พื้นที่/ความสูงของพีค internal standard จากการวิเคราะห์ในแต่ละครั้งเท่ากันก่อน

ตัวอย่างเช่นในการวิเคราะห์ครั้งที่หนึ่งได้พีค internal standard มีพื้นที่ 10000 ส่วนพีคสาร A มีพื้นที่ 5000 แต่พอการวิเคราะห์ครั้งที่สองได้พีค internal standard มีพื้นที่ 8000 ส่วนพีคสาร A มีพื้นที่ 4500 ซึ่งจะเห็นว่าพีคสาร A จากการวัดครั้งที่สองนั้นน้อยกว่าที่ได้จากการวัดครั้งแรก แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าความเข้มข้นสาร A ในการวัดครั้งที่สองต่ำกว่าความเข้มข้นที่ได้จากการวัดครั้งแรก เพราะในการวัดครั้งที่สองนั้นพีค internal standard มีพื้นที่เพียง 8000 แสดงว่าตัวอย่างที่ฉีดเข้าไปวิเคราะห์ครั้งที่สองมี "ปริมาณ" เพียง 80% ของตัวอย่างที่ฉีดครั้งแรก (ตัวเลข 80% ได้มากจากเอาพื้นที่พีค internal standard จากการฉีดครั้งที่สองหารด้วยค่าที่ได้จากการฉีดครั้งแรก แล้วคูณด้วย 100)

ดังนั้นก่อนที่จะทำการเปรียบเทียบจึงต้องทำการปรับ "ปริมาณ" ตัวอย่างที่ให้เท่ากันก่อน อย่างเช่นกรณีที่ยกมาข้างต้นถ้าเราปรับ "ปริมาณ" ตัวอย่างที่ทำการฉีดครั้งแรกให้เหลือ 80% ก่อน (เหลือเท่ากับปริมาณตัวอย่างที่ทำการฉีดครั้งที่สอง) กล่าวคือ 

 

ในการฉีดตัวอย่างครั้งแรกนั้นเห็นพื้นที่พีค internal standard 10000 ซึ่งทำให้เห็นพื้นที่พีคสาร A 5000

ดังนั้นถ้าพื้นที่พีค internal standard ลดลงเป็น 8000 ก็จะเห็น

พื้นที่สาร A = (8000*5000/10000) = 4000

ซึ่งจะเห็นว่าที่ "ปริมาณ" ตัวอย่างเท่ากันแล้ว ความเข้มข้นของสาร A ในตัวอย่างที่วิเคราะห์ครั้งแรกนั้น "ต่ำกว่า" ในตัวอย่างที่ทำการวิเคราะห์ครั้งที่สอง

หรืออยากจะทำกลับกันโดยการเอา 1.2 ไปคูณพื้นที่พีคสาร A ที่ได้จากการวิเคราะห์ครั้งที่สองก็ได้ (ตัวเลข 1.2 ได้มาจากพื้นที่พีคของ internal standard ที่ได้จากการฉีดครั้งแรก (10000) หารด้วยพื้นที่ที่ได้จากการฉีดครั้งที่สอง (8000) ซึ่งเท่ากับ 1.2)

แต่เนื่องจากระบบการทำปฏิกิริยาที่เราใช้นั้น เราไม่สามารถผสม internal standard เข้าไปในแก๊สได้ เราจึงต้องใช้วิธีการ "ปรับความดัน" ของแก๊สใน sampling loop ให้เท่ากันทุกครั้งก่อนทำการฉีดตัวอย่าง

รูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นรูปที่นำมาจาก Mermoir ฉบับที่ ๒๘๓ โดยมีการแก้ไขเล็กน้อยเพื่อให้ตรงกับอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ในขณะนี้

รูปที่ ๑ แผนผังระบบเก็บแก๊สตัวอย่างที่ใช้กับเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ในขณะนี้

แผนผังระบบเก็บและฉีดแก๊สตัวอย่างเข้าระบบวาล์วเก็บแก๊สตัวอย่างของเครื่อง GC-2014 ECD & PDD เป็นการนำเอาระบบที่ตอนแรกออกแบบเอาไว้ใช้กับเครื่อง GC-2014 FPD มาดัดแปลงเล็กน้อย (บันทึกฉบับที่ ๒๗๓) 

 

วิธีการเก็บแก๊สตัวอย่างมีขึ้นตอนดังต่อไปนี้

(๑) ในระหว่างที่ยังไม่มีการเก็บแก๊สตัวอย่างนั้น วาล์ว V1 อยู่ในตำแหน่งปิด แก๊สที่ออกมาจาก reactor จะถูกระบายออกสู่บรรยากาศทางปลายท่อ vent ของ reactor ที่จุ่มอยู่ในน้ำ

(๒) เมื่อต้องการเก็บแก๊สตัวอย่าง ให้เปิดวาล์ว V1 จากนั้นใช้ syringe ดูดแก๊สเข้าตัวหลอดอย่างช้า ๆ จนเต็มกระบอก syringe ในระหว่างการดูดแก๊สนี้น้ำจะไหลย้อนขึ้นมาทางปลายท่อ vent ของ reactor ที่จุ่มอยู่ในน้ำ ดังนั้นต้องระวังอย่าดูดน้ำเข้ามาในระบบ โดยต้องใช้วิธีดูดแก๊สเข้ามาทีละนิด แล้วปล่อยให้มีการระบายออกทาง vent แล้วก็ดูดแก๊สใหม่ ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ จนได้แก๊สเต็มหลอด syringe (ดึงก้านสูบมาจนสุดแล้วก็ให้รอสักพัก เพื่อให้แก๊สไหลเข้าจนเต็ม)

ในขณะเดียวกันต้องระวังไม่ให้เกิดการดูดน้ำเข้าไปในระบบวาล์วเก็บตัวอย่างทางปลายด้านระบายแก๊สทิ้งของระบบวาล์วเก็บตัวอย่างของ GC ด้วย (ในขณะนี้เราไม่ประสบปัญหานี้เพราะท่อด้านนี้ซึ่งต้องผ่าน sampling valve มีขนาดเล็ก)

เหตุผลที่เราเอาปลายท่อด้านขาออกจุ่มลงในน้ำก็เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการดูดอากาศภายนอกเข้ามาใน syringe ในจังหวะที่ทำการเก็บแก๊สตัวอย่างด้านขาออกจาก reactor

(๓) พอได้แก๊สเต็มหลอด syringe แล้วก็ปิดวาล์ว V1 และทำการไล่แก๊สเก่าในระบบท่อเก็บแก๊สตัวอย่าง (เส้นสีแดง) ทิ้งไปโดยการกดก้าน syringe เพื่อให้แก๊สตัวอย่างใหม่ในกระบอก syringe ไล่แก๊สเก่าที่ค้างอยู่ในระบบท่อออกไปทางท่อ vent ของระบบเก็บแก๊สตัวอย่างที่จุ่มอยู่ในน้ำ

(๔) ทำการเก็บแก๊สตามขั้นตอนที่ (๒) ซ้ำอีก และทำการไล่แก๊สตามขั้นตอนที่ (๓) ซ้ำอีก แต่ในการไล่แก๊สตามขั้นตอนที่ (๓) 

 

(๕) จำนวนครั้งที่ต้องทำซ้ำตามขั้นตอน (๒)-(๔) ขึ้นอยู่กับปริมาตรของ syringe และปริมาตรของระบบท่อนำแก๊สตัวอย่างไปยังเครื่อง GC ถ้าปริมาตรของ syringe สำหรับปริมาตรระบบปัจจุบันของเราและขนาด syringe 60 ml ที่เราใช้ ควรต้องทำการไล่แก๊สอย่างน้อย ๕ ครั้ง

(๖) หลังจากการทำตามขั้นตอนที่ (๔) ครั้งสุดท้ายแล้ว ในขณะนี้ความดันของแก๊สในท่อตั้งแต่วาล์ว V1 ที่ปิดอยู่ ไปจนถึงท่อ vent ที่จุ่มอยู่ในน้ำ จะสูงกว่าความดันบรรยากาศอยู่เล็กน้อย ซึ่งจะเห็นได้จากการที่ระดับน้ำในท่อสายยางที่จุ่มอยู่ในน้ำ อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำข้างนอกท่อสายยาง ดังนั้นเราต้องทำการปรับความดันภายใน sampling loop ของวาล์วฉีดตัวอย่างให้เหลือเท่ากับความดันบรรยากาศก่อนที่จะทำการวิเคราะห์โดยการยกปลายท่อ vent ของด้านระบบเก็บตัวอย่างแก๊สออกจากขวดน้ำ ซึ่งควรให้เวลารออีกสักครู่หนึ่งเพื่อให้มั่นใจว่าระบบเข้าที่ ทั้งนี้เพราะระบบท่อของระบบวาล์วเก็บตัวอย่างมีขนาดเล็กมาก (ขนาด 1/16 นิ้ว) ดังนั้นการปรับความดันอาจใช้เวลามากหน่อย และ sampling loop สำหรับฉีดเข้าคอลัมน์วัด NO นั้นอยู่ทางต้นทาง การระบายความดันจึงอาจใช้เวลาสักหน่อย

(๗) พอมั่นใจว่าความดันภายในระบบเก็บแก๊สตัวอย่างเท่ากับความดันบรรยากาศแล้ว จึงค่อยทำการฉีดสารตัวอย่างเข้าเครื่อง GC

รูปที่ ๒ ระบบเก็บแก๊สตัวอย่างของ GC-2014 ECD & PDD

เราเหนื่อยกับ GC สองเครื่องนี้มาสามปีแล้วในการแยกพีคสารต่าง ๆ ที่เราต้องการ ในที่สุดวันนี้ก็ประสบความสำเร็จสักที งานที่เหลือก็เพียงแค่เก็บรายละเอียดต่าง ๆ ของการทำงานเท่านั้นเอง

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๔ (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Sunday 22 July 2555

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

ในที่สุดก็ได้ฤกษ์ออกบันทึกเรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัศ ๕๔ (ตอนที่ ๑)" ซึ่งเป็นบันทึกการทำวิทยานิพนธ์สำหรับสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) สักที

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้จะเกี่ยวข้องกับงานที่สาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ควรต้องทำก่อนในสัปดาห์นี้ เพื่อที่จะได้ทันแก้ไขบทความที่จะส่งไปเข้าร่วมประชุมวิชาการในเดือนตุลาคม 

 

ว่าแต่เขียนส่งให้วันนี้คาดว่าพรุ่งนี้ทั้งสองคนอาจจะยังไม่ทันเห็น

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๐ ตำแหน่งจุดเกิดพีค NO MO Memoir : Saturday 21 July 2555

ใน Memoir ฉบับที่ ๔๗๙ ผมได้กล่าวไว้ว่าได้ให้สาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) ทดสอบฉีดแก๊สตัวอย่างที่มีและไม่มี NO ทั้งนี้เพื่อจะหาตำแหน่งจุดเริ่มเกิดพีค NO และจะได้รู้ไม่ควรเอาข้อมูลบริเวณไหนไปใช้ในการระบุรูปร่างของพีค O₂

 

ผลที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๑ และ ๒ แล้ว (เข้ามาไปเอามาจากเครื่องคอมเมื่อเช้าวันนี้)

รูปที่ ๑ พีค NO 120 ppm วัดผ่าน reactor ที่อุณหภูมิ 120ºC เทียบกับพีค O₂ ที่อุณหภูมิเดียวกัน จะเห็นว่าพีค NO เริ่มเกิดที่เวลาประมาณ 9.2-9.3 นาที

รูปที่ ๒ จุดเริ่มเกิดพีค NO เมื่อความเข้มข้น NO แตกต่างกัน รูปนี้เป็นโครมาโทแกรมที่ได้จากการวัด NO ที่อุณหภูมิ 450ºC โดยตั้งอัตราการไหลของ Mass flow controller ไว้ที่ 5.00 (เส้นสีน้ำเงิน) และ 1.48 (เส้นสีชมพู) นำมาเปรียบเทียบกับพีค O₂ 15% ในกรณีที่ไม่มี NO (เส้นสีดำ) จะเห็นว่าเมื่อความเข้มข้น NO ในแก๊สตัวอย่างลดลง พีค NO จะออกมาช้าลง โดยเมื่อตั้ง Mass flow controller ไว้ที่ 5.00 พีค NO จะออกมาที่เวลาประมาณ 9.1 นาทีเศษ แต่พอลดเหลือ 1.48 จะออกมาที่เวลาประมาณ 9.2 นาทีเศษ หรือเกิดการเลื่อนไปประมาณ 6 วินาที นอกจากนี้ในการทดลองที่พบพีค NO ในที่น้อยกว่า 120 ppm ยังพบว่าบางครั้งพีคจะออกมาที่เวลาประมาณเกือบ 10 นาทีด้วย

ขั้นตอนต่อไปก็จะเป็นการหาแนวเส้นส่วนหางของพีค O₂ เพื่อคำนวณพื้นที่พีค NO

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๙ พีค NO ที่ 450ºC เมื่อมีไอน้ำร่วม MO Memoir : Friday 20 July 2555

ในที่สุดมันก็ออกมาสักที แต่ก็เล่นเอากลุ่มเราหัวปั่นไปกว่าเดือน

อย่างที่ได้เกริ่นเอาไว้ใน Memoir ฉบับที่แล้วว่า "บ่อยครั้งที่ปัญหาของการวัดด้วยเครื่องมือวิเคราะห์นั้น มันไม่ได้อยู่ที่ตัวเครื่องมือ แต่มันอยู่ที่ระบบเก็บตัวอย่าง หรือวิธีการเตรียมสารตัวอย่าง ทำให้ผลการวิเคราะห์ที่ได้นั้นมัน "ไม่ออกมาอย่างที่เราต้องการ" แต่ผลที่ได้นั้นมัน "ถูกต้อง"" ซึ่งในคราวนี้มันดูเหมือนว่าจะเป็นอย่างนั้นจริง ๆ

ส่วนที่ว่าเหตุการณ์มันเป็นอย่างไรนั้นคงต้องขอแยกออกไปเขียนเป็นเรื่องต่างหาก เพราะแม้ว่ามันเป็นเรื่องที่ผมเคยประสบและได้เขียนบันทึกเอาไว้แล้ว แต่ก็นึกไม่ถึงแต่แรกว่าปัญหาคราวนี้ปัญหามันจะอยู่ตรงนั้นอีก แต่เมื่อพิจารณาตัดปัจจัยอื่น ๆ ที่คาดว่าเป็นต้นเหตุออกไปจนหมดแล้วก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ ก็เลยต้องทดสอบในสิ่งที่ไม่คาดคิดว่ามันจะเป็นตัวปัญหาแต่ต้น แต่ดูเหมือนว่ามันจะเป็นอย่างนั้นจริง ๆ

ตอนนี้ทั้งสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) คงจะเห็นแล้วว่า ระบบการทดลองที่ดูสวยงามเป็นระเบียบเรียบร้อยกับระบบการทดลองที่ใช้งานได้โดยไม่มีปัญหานั้นมันไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องเดียวกัน ทั้งนี้เพราะการทำสิ่งที่คิดว่ามันรกดูไม่สวยงามให้เป็นระเบียบนั้นสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมการไหลของระบบได้ ถ้าหากผู้ที่ทำการปรับเปลี่ยนนั้นไม่เข้าใจว่าทำไมจึงทำเช่นนั้น

กลับมาที่การทดลองของเราก่อน หลังจากที่เราประสบความสำเร็จในการวัดพีค NO ในภาวะที่ไม่มีไอน้ำผสมไปเมื่อวันพุธที่ ๑๘ ที่ผ่านมา พอวันนี้เราก็เริ่มกันใหม่แต่เช้า (วันที่ ๑๙ เราหยุดพักถ่ายรูปแสดงความยินดีกับสมาชิกที่เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรกันหนึ่งวัน) โดยคราวนี้มีการผสมไอน้ำเข้าไปแก๊สผสมด้วย (ใช้ O₂ เป็นตัวพาไอน้ำออกจาก saturator) และมาบรรจบกับท่อ N₂ (ที่นำพา NH₃ SO₂ และ NO) ก่อนเข้า reactor

การทดลองยังเป็นรูปแบบเดิมเหมือนวันพุธ คือเริ่มจากอุณหภูมิ 300ºC ถ้าเห็นพีค NO ก็จะค่อย ๆ ไต่อุณหภูมิขึ้นทีละ 20 หรือ 30ºC ไปจนถึง 450ºC โดยในช่วงแรกตั้งค่า Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 5.00 ก่อน (อัตราการไหลรวมประมาณ 200 ml/min) ถ้าเห็นพีคที่อุณหภูมิ 450ºC ก็จะปรับลด Mass flow controller ของ NO ลงมา 3.00 และ 1.48 โดยที่ยังคงอุณหภูมิไว้ที่ 450ºC จากนั้นก็จะลดอุณหภูมิลงเหลือ 120ºC โดยคง Mass flow controller ของ NO ที่ 1.48 (0.95 ml/min)

ผลการฉีดตัวอย่างครั้งแรกที่อุณหภูมิ 300ºC ปรากฏว่า "ไม่มีพีค NO" ก็เลยทดลองฉีดซ้ำใหม่ ทีนี้ปรากฏว่ามีพีค NO ปรากฏแล้ว (แต่ขนาดพีคมันดูเล็กไปหน่อย - ดูรูปที่ ๑) แต่เมื่อฉีดที่อุณหภูมิสูงขึ้นก็ปรากฏว่าได้พีคใหญ่ขึ้นและขนาดประมาณเดิมกับที่ได้จากผลการทดลองในภาวะที่ไม่มีไอน้ำ (ดูรูปที่ ๒)

เนื่องจากเป็นการทดลองเพื่อทดสอบระบบ ในการฉีดตัวอย่างแต่ละอุณหภูมินั้นเราจึงไม่ได้ทำการฉีดซ้ำ ถ้าเห็นพีค NO ปรากฏก็ถือว่าใช้ได้ และทำการปรับอุณหภูมิ reactor ไปยังอุณหภูมิถัดไป

เมื่อได้พีค NO ที่อุณหภูมิ 450ºC แล้วก็ได้ทำการปรับลดอัตราการไหลของ Mass flow controller ของ NO จาก 5.00 เหลือ 3.00 และ 1.48 ตามลำดับ ซึ่งก็พบว่าได้พีคที่มีขนาดเล็กลง (ดูรูปที่ ๓)

จากนั้นจึงได้ทำการลดอุณหภูมิ reactor ลงจาก 450ºC เหลือ 120ºC โดยที่ยังคง Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 1.48 ซึ่งภาวะนี้จะเป็นการจำลองภาวะก่อนเริ่มการทดลองปรกติ ที่ภาวะนี้ปฏิกิริยา SCR ถือได้ว่ายังไม่เกิด ดังนั้นความเข้มข้นของ NO ที่วัดได้ทางขาออกของ reactor จึงเท่ากับความเข้มข้นด้านขาเข้าของ reactor

จากการโทรสอบถามสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ตอน ๑๘.๔๐ น ทำให้ทราบว่าสามารถทำซ้ำการวัดพีค NO ที่อุณหภูมิ 120ºC ได้ จากนั้นจึงได้ทำการตัด NO ออกจากแก๊สผสม ทั้งนี้เพื่อที่จะทำการวัดขนาดของพีค O₂ 15% ซึ่งก็ได้รับแจ้งทางโทรศํพท์ว่าสามารถทำซ้ำได้เช่นเดียวกัน

รูปที่ ๑ ผลการฉีดแก๊สตัวอย่าง (NO ในภาวะที่มีไอน้ำร่วม) ที่อุณหภูมิ reactor ต่าง ๆ กัน GC เครื่องนี้มันประหลาดหน่อยอยู่ตรงที่ในการฉีดครั้งแรกมักจะเห็นแค่พีคออกซิเจน แต่พอฉีดครั้งที่สองและครั้งถัดไปพีคมักขึ้นเรียบร้อยดี พีค NO ที่ 300ºC ที่มันเล็กกว่าพีคอื่นอาจเป็นเพราะระบบยังไม่เข้าที่ ส่วนพีคที่อุณหภูมิสูงขึ้นที่มีแนวโน้มใหญ่ขึ้นน่าจะเกิดจากปฏิกิริยา NH₃ oxidation (ส่วนที่เป็น homogeneous reaction) ทำให้เกิด NO เพิ่มมากขึ้น

การวัดพีค O₂ ในภาวะที่ไม่มี NO นั้นจำเป็นต้องเพราะเราต้องการรู้ว่าพีค NO เริ่มซ้อนทับกับพีค O₂ ณ เวลาใด เพราะในการคำนวณพื้นที่พีค NO นั้นเราจำเป็นต้องตัดพีค O₂ ออกเสียก่อน ซึ่งการตัดพีค O₂ ออก จำเป็นใช้ข้อมูลที่เป็นสัญญาณของพีค O₂ เท่านั้นในการทำ peak fitting และหลังจากที่ได้ทำการตรึงพีค O₂ แล้วก็จะทำ peak fitting สัญญาณของ NO เพื่อคำนวณหาพื้นที่พีค NO ซึ่งตรงจุดนี้ผมได้ทดลองทำไปบ้างแล้ว ขาดแต่ข้อมูลที่แน่นอนท่จะนำมาทดสอบ เอาไว้ได้ผลเมื่อไรจะเขียนมาเพื่อให้กลุ่มเราใช้เป็นวิธีมาตรฐานในการคำนวณพื้นที่พีคกันอีกที

รูปที่ ๒ เปรียบเทียบพีค NO ที่อุณหภูมิ 370ºC และ 420ºC ในภาวะที่ไม่มี/มีไอน้ำ ตั้ง Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 5.00 (หรือ 2.94 ml/min) ที่หยิบเอาสองอุณหภูมินี้มาเพราะมันให้พีคที่มีขนาดใกล้เคียงกันที่สุด

รูปที่ ๓ พีค NO ที่เก็บตัวอย่างที่อุณหภูมิ reactor 450ºC ในภาวะที่มีไอน้ำ โดยตั้งอัตราการไหล Mass flow controller ของ NO ที่ 5.00 3.00 และ 1.48

เรื่องการใช้ GC วัดปริมาณ NO เนี่ยตอนที่ผมพยายามปรับแต่งการทำงานของเครื่องนี้อยู่ (ร่วมกับสมาชิกกลุ่มรุ่นก่อน ๆ และเจ้าหน้าที่ของทางบริษัทผู้จำหน่ายเครื่อง) เคยมีคนพูดต่อหน้าผมเลยว่า

"มันไม่มีทางทำได้หรอก ถ้าทำได้ก็คงมีคนทำไปนานแล้ว"

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๘ พีค NO ที่ 450ºC MO Memoir : Thursday 19 July 2555

ก็ต้องขอแสดงความยินดีกับสมาชิกที่สำเร็จการศึกษาไปเมื่อภาคการศึกษาต้นและภาคการศึกษาปลายปีการศึกษา ๒๕๕๔ ทั้ง ๖ คนที่เข้ารับพระราชทานปริญญามหาบัณฑิตในช่วงบ่ายของวันนี้ ก็ขอให้ทุกคนประสบแต่ความสุขความสำเร็จในชีวิต ได้มีครอบครัวที่มีแต่ความสุข (ผมไม่ได้เอ่ยถึงหน้าที่การงานนะ เพราะบางทีความสุขความสำเร็จในชีวิตก็ไม่ต้องอยู่ที่การได้งานทำที่มีรายได้สูง ตำแหน่งหน้าที่สูง แต่กลับไม่มีเวลาให้กับตัวเองหรือครอบครัว การมีสามีดี ๆ ทำงานหาเงินให้ใช้สบาย ๆ ผมว่าพวกคุณก็มีความสุขในชีวิตได้เช่นเดียวกัน)

และเช่นเคย เมื่อพวกคุณเข้ามาร่วมกลุ่มผมก็ได้จัดส่ง Memoir ฉบับแรกให้กับพวกคุณทางอีเมล์ และเมื่อพวกคุณเข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรก็จะจัดส่งฉบับสุดท้ายให้ ดังนั้น Memoir ฉบับนี้จึงเป็นฉบับสุดท้ายที่ส่งให้ทางอีเมล์กับผู้ที่เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรในวันนี้

ส่วนคนอื่นที่อยากรู้ว่า ๖ คนนั้นเป็นใครและรูปร่างหน้าตาอย่างไรก็ดูเอาเองในรูปข้างล่างก็แล้วกัน

รูปที่ ๑ สมาชิกที่เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรในวันนี้ จากซ้ายไปขวา สาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ สาวน้อยจากเมืองชายฝั่งทะเลภาคตะวันออก สาวน้อยผมหยิกจากนครศรีธรรมราช สาวน้อยหน้าบาน (สี่คนแรกนี้มีแฟนมาเป็นช่างภาพถ่ายรูปให้) สาวน้อยผมยาวจากชายแดนใต้ (คนเดียวในกลุ่มที่ยังไม่มีแฟน คงเป็นเพราะสเป็กสูงและเลือกมาก) และสาวน้อยนักแสดง (ที่รับปริญญาพร้อมกับแฟนในบ่ายวันเดียวกัน)

ทีนี้ก็ได้เวลากลับมายังเรื่องการแก้ปัญหา GC-2014 ECD & PDD ของเราต่อ

จากประสบการณ์การทำงานกับเครื่องมือวิเคราะห์ทางเคมีนั้นพบว่า บ่อยครั้งที่ปัญหาของการวัดด้วยเครื่องมือวิเคราะห์นั้น มันไม่ได้อยู่ที่ตัวเครื่องมือ แต่มันอยู่ที่ระบบเก็บตัวอย่าง หรือวิธีการเตรียมสารตัวอย่าง ทำให้ผลการวิเคราะห์ที่ได้นั้นมัน "ไม่ออกมาอย่างที่เราต้องการ" แต่ผลที่ได้นั้นมัน "ถูกต้อง"

กรณีของการทดลองเก็บตัวอย่างแก๊ส NO ที่ไหลผ่าน fixed-bed ที่อุณหภูมิสูงที่บรรจุ inert packing เอาไว้ ที่เราประสบปัญหามาตลอด คือ mass flow controller แสดงให้เห็นว่ามีแก๊สไหลเข้าระบบตลอดเวลา แต่พอเก็บตัวอย่างด้านขาออกกลับไม่พบ NO ในแก๊สตัวอย่าง ทั้ง ๆ ที่เมื่อเก็บตัวอย่างจากระบบเดียวกันที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า เรากลับตรวจพบ NO ได้อย่างชัดเจนในปริมาณที่สม่ำเสมอ

เมื่อวานได้ปรับแต่งระบบอุปกรณ์ใหม่อีกครั้ง โดยให้นำเอา saturator ที่เราใช้สำหรับผสมน้ำเข้าระบบออก แล้วต่อท่อตรงแทน (ท่อด้านนี้เป็นด้านการไหลของ O₂) ส่วนอีกท่อหนึ่งที่เป็นท่อแก๊ส N₂ ที่นำพาแก๊ส NH₃ SO₂ และ NO มานั้นก็ทดลองต่อท่อชั่วคราวขึ้นมาใหม่ จากเดิมที่ต้องไหลไปยังวาล์วสามทางเพื่อเลือกจะไปยัง reactor หรือจะ bypass ไปยังด้านขาออกเลยนั้น ให้กลายมาเป็นตรงไปยัง reactor เลยโดยไม่ต้องเข้าวาล์วสามทาง

อีกสิ่งหนึ่งที่ได้ทำก็คือทำการเพิ่มอัตราการไหลของ NO จากเดิมที่ตั้ง mass flow controller ไว้ที่ 1.48 (หรือ 0.95 ml/min) ให้กลายเป็น 5.00 (หรือ 2.94 ml/minที่ความดันด้านขาเข้า 2 kg/cm²) โดยที่คงอัตราการไหลของแก๊สตัวอื่น (N₂ NH₃ O₂ และ SO₂) ไว้ที่อัตราการไหลเดียวกันกับที่ใช้ในการทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยา

เหตุผลที่ได้ให้เพิ่มอัตราการไหล NO ให้สูงขึ้นก่อนก็เพราะต้องการตัดปัญหาเรื่องความดันย้อนกลับที่อาจส่งผลต่ออัตราการไหลของ NO (มันมีหรือเปล่าก็ไม่รู้ แต่เลือกทำการทดลองที่อัตราการไหลที่คิดว่ามันไม่ส่งผลก่อน) และเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงพีค NO ที่ชัดเจนขึ้น (ในกรณีที่ถ้าหากมันจะหายไป)

การทดลองเริ่มจากอุณหภูมิ 300ºC ก่อนในช่วงบ่าย ถ้าเห็นพีค NO ก็จะค่อย ๆ ไต่อุณหภูมิขึ้นทีละ 20 หรือ 30ºC ไปจนถึง 450ºC ซึ่งกว่าจะไปถึง 450ºC ก็พอดีดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้า ซึ่งในระหว่างนี้ก็มีน้องนกเพนกวิน (นิสิตป.ตรี)มาช่วยร่วมลุ้นและเป็นกำลังให้กับพวกพี่ ๆ (นิสิตป.โท) ที่ทำการทดลอง

ปรากฏว่าคราวนี้เห็นพีค NO ได้ค่อนข้างคงเส้นคงวาไปจนถึงอุณหภูมิ 450ºC (ดูรูปที่ ๑)

ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบผลของความดันย้อนกลับ โดยทำการปรับลด mass flow controller ของ NO จากระดับ 5.00 (หรือ 2.94 ml/min) ลงมาเหลือ 3.00 (หรือ 1.81 ml/min) ก่อน ถ้ายังเห็นพีค NO ก็จะลดต่อลงมาที่ระดับ 1.48 (หรือ 0.95 ml/min) ซึ่งก็ปรากฏว่าได้พีคดังแสดงในรูปที่ ๓ ซึ่งกว่าจะเสร็จทั้งสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) ก็ต้องอยู่ทำแลปถึงสองทุ่ม ทำเอาวันนี้ตื่นสายมาแทบไม่ทันถ่ายรูปร่วมกับผู้ที่รับปริญญา

อันที่จริงพีค NO ในรูปที่ ๓ มันก็ไม่ได้เท่ากันซะทีเดียว มันมีขนาดเล็กลงเล็กน้อยเมื่อปรับลดอัตราการไหลของ NO (แต่คิดว่าคงจะยังไม่เข้าที่เท่าไรนัก) จากการทดลองที่ผ่านมาเราพบว่าถ้าหากความเข้มข้น NO ในแก๊สลดลง พีค NO จะออกมาช้าลง ซึ่งถ้าเอาโครมาโทแกรมในรูปที่ ๓ มาซ้อนทับเอาโดยเอาจุดเริ่มต้นเกิดพีค O₂ เป็นหลักดังแสดงในรูปที่ ๔ เราก็จะเห็นได้ว่าเมื่อลดอัตราการไหลผ่าน mass flow controller จาก 5.00 ลงเหลือ 3.00 และเหลือ 1.48 นั้น พีค NO ที่ออกมาจะออกมาช้าลงเป็นลำดับ (ตรงที่ลูกศรสีแดงชี้ในรูปที่ ๔)

ส่วนเรื่องที่ว่าเราแก้ปัญหาอย่างไรนั้นจึงทำให้เห็นพีค NO ได้ต้องขอเก็บไว้ก่อน เพราะต้องขอตรวจสอบในเรื่องผลของน้ำที่มีต่อการเกิดพีค NO ก่อน จากนั้นจึงค่อยว่ากันอีกที

วันนี้หยุดทำการทดลอง ๑ วันเพื่อพักผ่อน งานต่อไปที่จะทำต่อในวันพรุ่งนี้ (ศุกร์ ๒๐) คือการต่อ saturator กลับคืนและเพิ่มไอน้ำเข้าไปในระบบ ซึ่งคิดว่าคงจะเริ่มเหมือนกับเมื่อวาน คือเริ่มที่อุณหภูมิ 300ºC และตั้ง mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 5.00 ก่อน

งานนี้ยังคงต้องลุ้นกันต่อไป จากนั้นจึงค่อยมาพิจารณาว่าจะหาทางคำนวณพื้นที่พีค NO ที่ซ้อนทับอยู่บนหางของพีค O₂ ด้วยวิธีการไหนดี จึงจะได้พื้นที่พีคที่คงเส้นคงวาและอธิบายได้

รูปที่ ๒ ผลการวัดความเข้มข้นของ NO ในแก๊สด้านขาออกจาก reactor ที่บรรจุ TiO₂ (anatase) เอาไว้ ที่อุณหภูมิต่าง ๆ

GC-2014 FPD และ GC-2014 ECD & PDD ทั้งสองเครื่องนี้เราได้รับมาในสมัยสาวน้อยหน้าใสใส่แว่นยิ้มได้ทั้งวัน ซึ่งตอนนั้นเป็นแค่การตรวจรับแต่ยังไม่ได้นำมาใช้งาน

ปีถัดมาเป็นคราวของสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ที่ทำหน้าที่ปรับแต่งการทำงานของ GC-2014 FPD จนเราสามารถตรวจวัด SO₂ ได้ ตามด้วยยุคของสาวน้อยหน้าบานและสาวน้อยจากเมืองชายฝั่งทะเลภาคตะวันออกที่ข่วยกันจนกระทั่งสามารถใช้ PDD ตรวจวัด NH₃ ได้ 

และคงปิดท้ายด้วยเวลาของสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) ที่จะทำให้เราสามารถใช้ ECD วัด NO ได้

รูปที่ ๓ โครมาโทแกรมที่ได้จากการเก็บแก๊สตัวอย่างที่อุณหภูมิ 450ºC ที่ความเข้มข้น NO ที่แตกต่างกัน โดยตั้งค่า Mass flow controller ไว้ดังนี้ เส้นสีดำ 5.00 เส้นสีม่วง 3.00 และเส้นสีน้ำเงิน 1.48

 รูปที่ ๔ ลูกศรสีแดงแสดงจุดเริ่มต้นเกิดพีคของ NO ที่ผ่านมานั้นเราพบว่าเมื่อความเข้มข้น NO ในแก๊สตัวอย่างลดลง พีค NO จะออกมาล่าช้าลง โครมาโทแกรมทั้งสามเส้นเป็นเส้นเดียวกับที่แสดงในรูปที่ ๒ แต่นำมาซ้อนกันเพื่อต้องการเปรียบเทียบให้เห็นตำแหน่งของการเริ่มเกิดพีค และขนาดของพีคที่แตกต่างกันอยู่ โดยตั้งค่า Mass flow controller ไว้ดังนี้

เส้นสีดำ 5.00 เส้นสีม่วง 3.00 และเส้นสีน้ำเงิน 1.48

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๗ ผลการทดลองด้วย reactor เปล่า MO Memoir : Sunday 15 July 2555

บันทึกฉบับนี้เป็นตอนต่อจากฉบับเมื่อวาน โดยเป็นผลการทดลองหลังจากที่ได้ทำการปรับเปลี่ยนแนวท่อแล้ว โดยได้ทำการทดสอบระบบกับ reactor เปล่าก่อน ผลการวิเคราะห์ที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมสองเส้นล่าง (สีน้ำเงินกับสีน้ำตาล) ได้จากการทดลองที่ 120ºC ส่วนโครมาโทแกรมสองเส้นบน (สีน้ำเงินเข้มและสีม่วง) ได้จากการทดลองที่ 450ºC แก๊สผสมประกอบด้วย NO 120 ppm O₂ 15% โดยมี NH₃ SO₂ และไอน้ำร่วมอยู่ด้วย

ผลการทดลองในรูปที่ ๑ เป็นการทดลองเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ ๑๓ กรกฎาคมที่ผ่านมาของสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่)  ผมแวะเข้าไปเอามาจากคอมพิวเตอร์เมื่อตอนเที่ยงวันนี้ จะเห็นว่าพีค NO ที่ได้จากแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่าที่ 450ºC นั้นมีขนาดเล็กกว่าพีคที่ได้จากแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่าที่ 120ºC นอกจากนี้พีคที่ได้จากแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่าที่ 450ºC ยังมีออกช้าลงเล็กน้อยและมีรูปร่างที่แผ่กว้างออกมากกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับพีคที่ได้จากแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่าที่ 450ºC

ส่วนพีคแปลกปลอมที่ปรากฏยังไม่รู้ว่าเป็นพีคของอะไร ค่อย ๆ ว่ากันไปอีกที

เนื่องจากพฤติกรรมการไหลของแก๊สใน reactor เปล่าและอุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่านั้นจะแตกต่างไปจาก reactor ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาบรรจุอยู่ กล่าวคือแก๊สที่ไหลผ่าน reactor เปล่าจะเย็นกว่าเพราะไม่มีของแข็งนำความร้อนจากผนังมายังแก๊สที่อยู่บริเวณตอนกลางท่อ และการไหลยังได้รับผลกระทบจากความดันลดที่เพิ่มขึ้น (เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น) ที่ต่ำกว่าด้วย

ดังนั้นหลังจากที่ได้ทดสอบกับ reactor เปล่าแล้ว (ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม SS-304) ก็ได้ทำการทดลองต่อโดยทดลองบรรจุ TiO₂ เข้าไปใน reactor เพื่อทดสอบในสภาพที่ใกล้กับการทดลองจริงมากที่สุด ขณะนี้ผลการทดสอบดังกล่าวก็ผ่านไปถึงระดับหนึ่งแล้ว ยังติดขัดปัญหาอยู่เล็กน้อย ซึ่งคงต้องว่ากันต่อในเช้าวันพรุ่งนี้

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๖ การปรับแนวท่อระบบ DeNOx MO Memoir : Saturday 14 July 2555

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้เกี่ยวข้องกับบทเรียนของกลุ่มเราที่ได้บันทึกเอาไว้ Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๒ วันศุกร์ที่ ๑๘ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "GC-2014 FPD กับระบบ DeNOx ตอนที่ ๔ ผลกระทบจากออกซิเจน"

ตอนนั้นเราได้เห็นผลกระทบจากการวางแนวท่อที่ไม่เหมาะสม ทำให้เมื่อเราวัดความเข้มข้นของ SO₂ ด้วยเครื่อง Gas chromatograph (GC) เราจึงมีปัญหาเรื่องตรวจไม่พบแก๊ส SO₂ แม้จะเห็นว่า mass flow controller ทำงานเป็นปรกติโดยให้อัตราการไหลที่นิ่ง

สิ่งที่แก้ไขไปในตอนนั้นคือได้ทำการปรับแต่งแนวท่อ (แบบชั่วคราว) เพียงเล็กน้อย ก็สามารถแก้ไขเรื่องความเข้มข้นที่ไม่แน่นอนของ SO₂ ที่ GC ตรวจวัดได้ แต่ต่อมาภายหลังมีการเปลี่ยนแปลงแนวท่อ (เพื่อให้มันดูเรียบร้อยขึ้น) ประกอบกับไม่ได้มีการวิเคราะห์การออกซิไดซ์ SO₂ ไปเป็น SO₃ ชึ่งในช่วงดังกล่าวเน้นการวิเคราะห์โดยใช้เครื่อง NOx analyzer NOA-7000 ซึ่งเครื่องดังกล่าวทำการดูดแก๊สตัวอย่างเข้ามาวิเคราะห์อย่างต่อเนื่อง ค่าที่แสดงจึงเป็นค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่ง

รูปที่ ๑ การเดินท่อผสมแก๊สก่อนทำการปรับปรุง NO ต้องไหลมาบรรจบกับ NH₃ ก่อนที่จะเข้าบรรจบกับ N₂ (ลูกศรสีเขียว) ส่วน O₂ (ตัวซ้ายสุด) นั้นในกรณีที่ไม่มีการผสมน้ำจะไหลมารวมกับ SO₂ ก่อน แล้วจึงมาบรรจบกับ N₂ (ลูกศรสีน้ำเงิน) แต่ถ้าเป็นกรณีที่มีการผสมน้ำ O₂ จะถูกปรับให้ไหลไปทาง Saturator และเข้าบรรจบกับสาย N₂ ที่อยู่ทางด้านหลังก่อนเข้า reactor ส่วน SO₂ จะไหลเข้าบรรจบกับ N₂ ด้วยตัวมันเอง

พอเปลี่ยนมาใช้ GC-2014 ECD & PDD วิเคราะห์ปริมาณ NO ความแตกต่างข้อหนึ่งที่สำคัญคือ GC นั้นจะใช้ตัวอย่างแก๊สที่เก็บมา ณ ช่วงขณะหนึ่งในปริมาณน้อย ๆ (แก๊สในระบบของเราไหลด้วยอัตรา 200 ml/min แต่เราใช้ตัวอย่างวิเคราะห์เพียงแค่ 0.1 ml) ดังนั้นถ้าองค์ประกอบของแก๊สถ้าดูละเอียด ณ ช่วงเวลาใด ๆ แล้วไม่สม่ำเสมอ GC ก็จะมองเห็น

ในช่วงหลายสัปดาห์ที่ผ่านมาทางกลุ่มเราได้ทำการทดลองหาวิธีการเก็บตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ปริมาณ NO ในแก๊สขาออกจาก reactor งานดังกล่าวเริ่มจากการหาตำแหน่งพีค NO และหาภาวะการทำงานที่เหมาะสมของเครื่อง GC (เรื่องนี้จะนำมาเล่าโดยละเอียดอีกที) โดยในระหว่างช่วงงานดังกล่าวเรากระทำโดยการต่อแก๊สตรงจากถังแก๊สเข้าระบบวาล์วเก็บตัวอย่างของเครื่อง GC

งานในช่วงถัดมาคือการทดสอบการเก็บแก๊สตัวอย่างจากระบบการทดลอง โดยได้เริ่มทำการทดลองจากการให้แก๊สผสมไหลผ่านระบบ reactor จากนั้นจึงทำการดึงเอาแก๊สผสมนั้นมาวิเคราะห์ด้วยเครื่อง GC โดยเริ่มจากการใช้แก๊ส NO ผสมเพียงตัวเดียวก่อน จากนั้นจึงทำการเจือจางด้วยการใช้แก๊ส N₂ เพื่อดูว่า GC ของเราสามารถวัดความเข้มข้น NO ได้ต่ำเพียงใด ซึ่งตรงจุดนี้ทำให้ทางกลุ่มเราได้ทำการปรับปรุงระบบเก็บแก๊สตัวอย่างใหม่ (เปลี่ยนจากสายยางมาเป็นระบบท่อและวาล์วโลหะ) และผลการทดสอบระบบดังกล่าวก็พบว่าทำงานได้เป็นที่น่าพอใจ

จากนั้นจึงเพิ่มแก๊ส O₂ ผสมเข้าไป เพื่อดูว่าพีคของ O₂ ซึ่งเป็นพีคขนาดใหญ่มากและนำอยู่หน้าพีค NO (พีค NO จะอยู่บนส่วนหางของพีค O₂) จะก่อปัญหาในการระบุพีค NO หรือไม่ ซึ่งงานตรงส่วนนี้ทำให้เราพบว่าถ้าใช้ sampling loop ขนาด 0.5 ml จะทำให้พีค O₂ นั้นเบียดพีค NO มาก แม้ว่าสัญญาณพีค NO จะแรงก็ตาม การใช้ sampling loop ขนาด 0.1 ml นั้นแม้จะให้พีค NO ที่มีขนาดเล็กกว่า 5 เท่า แต่ก็ให้รูปร่างพีคที่ดีกว่าและแยกห่างจากพีค O₂ มากกว่า ดังนั้นในขณะนี้จึงจะทำการวัดปริมาณ NO โดยใช้ sampling loop ขนาด 0.1 ml

รูปที่ ๒ การเดินท่อผสมแก๊สหลังทำการปรับปรุง ตอนนี้แก๊ส NO NH₃ และ SO₂ ต่างไหลตรงเข้าท่อ N₂ ส่วน O₂ นั้นต้องให้ไหลผ่านทาง saturator เพียงอย่างเดียว ไม่ว่าจะมีการผสมไอน้ำหรือไม่ก็ตาม (ถ้าไม่ต้องการผสมไอน้ำก็ไม่ต้องเติมน้ำเข้าไปใน saturator)

การศึกษาผลกระทบของพีค O₂ ที่มีต่อพีค NO ทำให้เราพบปรากฎการณ์หนึ่งในทำนองเดียวกับที่ได้เล่าไว้ในบันทึกฉบับที่ ๒๗๒ กล่าวคือเมื่อเพิ่มอัตราการไหลของ O₂ ให้มากขึ้นเรื่อย ๆ พบว่าพีค NO เกิดการหายไปกระทันหันทั้ง ๆ ที่ mass flow controller ของ NO นั้นยังแสดงการไหลปรกติอยู่ ดังนั้นเมื่อเช้าวันพฤหัสบดีที่ ๑๒ กรกฎาคม ที่ผ่านมา เราจึงได้ทำการปรับปรุงแนวท่อแก๊สเสียใหม่ จากของเดิมในรูปที่ ๑ ที่ NO กับ NH₃ นั้นต้องไหลมารวมกันก่อนที่จะไหลเข้าท่อแก๊ส N₂ กลายเป็นให้แก๊สแต่ละตัวไหลเข้าท่อแก๊ส N₂ โดยตรง โดยไม่ต้องมารวมกันก่อน ซึ่งก็ได้ระบบท่อดังแสดงในรูปที่ ๒ จากนั้นก็ทำการทดสอบการผสมแก๊สใหม่ พบว่า .....

ยังไม่พบพีค NO เหมือนเดิม

แต่เมื่อทดลองให้แก๊ส O₂ นั้นไหลผ่านทาง saturator กลับพบว่าวัดปริมาณ NO ในแก๊สผสมได้ตามที่คาดการณ์ไว้ ทั้ง ๆ ที่ไม่ได้ทำการปรับแต่งส่วนอื่น ทำเพียงแค่สับวาล์วเปลี่ยนเส้นทางการไหลของแก๊ส O₂ เท่านั้นเอง ดังนั้นในขณะนี้เราจึงได้ข้อสรุปว่าต้องให้แก๊ส O₂ ไหลในเส้นทางผ่าน saturator

สาเหตุที่เกิดปัญหาผมสงสัยว่าเป็นเพราะอัตราการไหลของแก๊ส O₂ ก็ค่อนข้างมาก (ประมาณ 30 ml/min) และจุดที่ท่อ O₂ เข้าบรรจบท่อ N₂ นั้น "อยู่ก่อนถึงจุดบรรจบของท่อแก๊ส NO เพียงเล็กน้อย" ทำให้ความดันผันผวนที่เกิดจากการที่แก๊สที่มีอัตราการไหลสูงสองเส้นทางมาบรรจบกันส่งผลต่อการไหลของแก๊ส NO ที่อยู่ถัดไปที่มีอัตราการไหลต่ำกว่ามาก (ประมาณ 1-3 ml/min) ทำให้แม้ว่าแก๊ส NO จะไหลผ่าน mass flow meter อย่างต่อเนื่อง แต่จะไหลเข้าผสมกับแก๊สผสม N₂ + O₂ อย่างเป็นจังหวะ

จุดที่แก๊ส O₂ ที่ไหลผ่าน saturator มาบรรจบกับท่อแก๊สผสมที่มี N₂ เป็นตัวพามานั้นอยู่ห่างออกไป โดยไปอยู่เหนือทางเข้า reactor ประกอบกับการไหลในเส้นท่อแก๊สผสมที่มี N₂ เป็นตัวพามานั้นมีค่าสูง (ประมาณ 170 ml/min) ทำให้ความดันผันผวนที่เกิดจากแก๊ส O₂ (+ ไอน้ำ ถ้ามี) เข้าผสมกับแก๊สผสมที่มี N₂ เป็นตัวพามานั้นไม่ส่งผลกระทบต่อระบบที่อยู่ทางด้านต้นทางการไหล

เรื่องที่เขียนมานี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเหตุการณ์หลาย ๆ อย่างที่ทางกลุ่มเราได้ประสบในช่วง ๒ สัปดาห์ที่ผ่านมา ซึ่งพอระบบทุกอย่างทำงานได้เรียบร้อยก็คงจะมีการเขียนสรุปเหตุการณ์ทุกอย่างที่เกิดขึ้นอีกที สิ่งที่น่าเสียดายคือในช่วงที่ผ่านมานั้นไม่มีนิสิตปี ๑ เข้ามาร่วมสังเกตการณ์ด้วยเลย (ทั้ง ๆ ที่เรียนแค่วันละ ๓ ชั่วโมงเอง และก็เรียนแค่ ๔ วันต่อสัปดาห์ แต่ทางสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) ต่างมาทำงานแต่เช้าจนค่ำทุกวัน ซึ่งในช่วงที่ผ่านมากเชื่อว่าทั้งสองคนนั้นได้ประสบการณ์การทำงานจริงที่มีคุณค่ามา เพราะได้เห็นว่าการแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นนั้นไม่ได้ใช้ความรู้เกินกว่าระดับป.ตรีที่เรียนกันมาเลย เพียงแต่เราจะตั้งสมมุติฐานที่มาของปัญหาได้หรือไม่ และจะทำการทดสอบสมมุติฐานเหล่านั้นอย่างไร

เหตุการณ์ที่ต่อเนื่องจากเช้าวันวานไปจนถึงช่วงหัวค่ำของคืนวันศุกร์ที่ผ่านมาก็เรียกได้ว่าคืบหน้าไปมาก เหลือเพียงบางสิ่งที่ต้องลุ้นต่อในเช้าวันจันทร์เท่านั้นว่าจะผ่านพ้นไปได้หรือไม่