ข้อมูลปริมาณน้ำฝนในกรุงเทพเมื่อ ๑๓๐ ปีที่แล้ว MO Memoir : Saturday 29 September 2555

ในช่วงสมัยรัชกาลที่ ๕ ประเทศไทยได้จ้างชาวต่างชาติเข้ามาทำราชการในหน่วยงานต่าง ๆ ของประเทศไทย ไม่ว่าจะเป็นด้านกฎหมาย การแพทย์ วิศวกรรมศาสตร์ ฯลฯ และหนึ่งในจำนวนนั้นคือนาย เฮอเบิร์ท วาริงตัน สมิท (Herbert Warington Smyth)

จากประวัติของนายสมิทที่เขียนโดยนาวาเอกอาวุธ เงินชูกลิ่น (อธิบดีกรมศิลปากรในสมัยนั้น) ในคำนำหนังสือ "ห้าปีในสยาม" นายสมิทผู้นี้ได้เข้าทำงานเป็นผู้ช่วยเจ้ากรมราชโลหกิจและภูมิวิทยา (กรมเหมืองแร่) โดยทำงานร่วมกับนายวอลเตอร์ เดอ มุลเลอร์ (W. De Muller ชาวเยอรมัน) ที่ทำหน้าที่เป็นเจ้ากรมราชโลหกิจและภูมิวิทยา (กรมเหมืองแร่) ในช่วงปีพ.ศ. ๒๔๓๔ - พ.ศ. ๒๔๓๙ ก่อนจะได้ดำรงตำแหน่งเจ้ากรมในช่วงปีพ.ศ. ๒๔๓๔ - พ.ศ. ๒๔๓๙ ถัดจากนายมุลเลอร์

เมื่อออกจากราชการแล้ว นายสมิทได้เขียนหนังสือ Five Years in Siam vol. 1 ซึ่งจัดพิมพ์ในปีค.ศ. ๑๘๙๘ และ Five Year in Siam vol. 2 (ไม่ได้มีการระบุปีที่พิมพ์เอาไว้)

หนังสือ Five Years in Siam vol. 1 นั้นทางกรมศิลปากรได้ทำการแปลเป็นภาษาไทยและพิมพ์เผยแพร่ในปีพ.ศ. ๒๕๔๔ ส่วนฉบับภาษาอังกฤษนั้นทางสำนักพิมพ์ White Lotus ได้ทำการจัดพิมพ์ใหม่ในปีพ.ศ. ๒๕๓๗

รูปที่ ๑ หนังสือห้าปีในสยาม แปลมาจากหนังสือ Five years in Siam vol. 1 เขียนโดยนาย Herbert Warington Smyth อดีตเจ้ากรมเหมืองแร่ของประเทศสยาม แปลโดยน.ส. เสาวลักษณ์ กีชานนท์ จัดพิมพ์โดยกรมศิลปากร

ผมไปได้หนังสือแปลฉบับภาษาไทยจากศูนย์หนังสือจุฬา (ศาลาพระเกี้ยว) เมื่อเดือนมกราคม พ.ศ. ๒๕๔๗ ซึ่งหลังจากที่อ่านจบแล้วก็เก็บเอาไว้บนชั้นหนังสือ

เมื่อวานได้โอกาสเอามาเปิดดูใหม่ เพราะคลับคล้ายคลับคลาว่าจะมีข้อมูลที่น่าสนใจอยู่ในนั้น ..... แล้วก็พบจริง ๆ

ข้อมูลนั้นคือ "บันทึกปริมาณน้ำฝนที่ตกในกรุงเทพมหานครในช่วงปีค.ศ. ๑๘๘๒ - ค.ศ. ๑๘๙๐ หรือ "เมื่อ ๑๓๐ ปีที่แล้ว"

แต่ก่อนอื่นคงต้องขอทำความเข้าใจเรื่องการนับปีพ.ศ. กับปีค.ศ. กันก่อน

รูปที่ ๒ สถิติอุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนในกรุงเทพในปีค.ศ. ๑๘๙๐ จากหนังสือหน้า ๓๖๖ ที่ถูกต้องผมคิดว่าเดือนมกราคมถึงมีนาคมควรต้องเป็นปีพ.ศ. ๒๔๓๒ ส่วนพ.ศ. ๒๔๓๓ จะเริ่มต้นในเดือนเมษายน (ดูคำอธิบายเรื่องการเปลี่ยนวันขึ้นปีใหม่ของไทยในหน้าถัดไป)

ประเทศไทยเดิมนั้นวันขึ้นปีใหม่คือวันที่ ๑ เมษายน ซึ่งเป็นวันที่จะมีการเปลี่ยนปีพ.ศ. เช่นสมมุติว่าวันนี้คือวันที่ ๓๑ มีนาคม พ.ศ. ๒๔๘๐ (ตรงกับวันที่ ๓๑ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๓๘) วันรุ่งขึ้นจะเป็นวันที่ ๑ เมษายน พ.ศ. ๒๔๘๑ (ตรงกับวันที่ ๑ เมษายน ค.ศ. ๑๙๓๘) พอไปถึงวันที่ ๓๑ ธันวาคม พ.ศ. ๒๔๘๑ (ตรงกับวันที่ ๓๑ ธันวาคม ค.ศ. ๑๙๓๘) วันถัดไปจะเป็นวันที่ ๑ มกราคม พ.ศ. ๑๔๘๑ (แต่จะเป็นวันที่ ๑ มกราคม ค.ศ. ๑๙๓๙ - ปีค.ศ.เปลี่ยน แต่ปีพ.ศ. ยังไม่เปลี่ยน)

ประเทศไทยมาปรับวันขึ้นปีใหม่เป็นวันที่ ๑ มกราคมในปีพ.ศ. ๒๔๘๔ กล่าวคือปีพ.ศ. ๒๔๘๓ จะมีเพียง ๘ เดือนเท่านั้นเอง คือจากวันที่ ๑ เดือนมีนาคม พ.ศ. ๒๔๘๓ ถึงวันที่ ๓๑ ธันวาคม พ.ศ. ๒๔๘๓ (ค.ศ. ๑๙๔๐) วันถัดไปจะเป็นวันที่ ๑ มกราคม พ.ศ. ๒๔๘๔ (ค.ศ. ๑๙๔๑) ซึ่งเป็นครั้งแรกที่วันที่มีการเปลี่ยนปีพ.ศ. ตรงกับวันที่มีการเปลี่ยนปีค.ศ.

รูปที่ ๓ สถิติปริมาณน้ำฝนในกรุงเทพในช่วงปีค.ศ. ๑๘๘๒ ถึงปีค.ศ. ๑๘๙๐ จากหนังสือหน้า ๓๖๗ ตารางนี้ผมคิดว่าไม่น่าจะถูกต้องในส่วนการแปลงปีค.ศ. เป็นปีพ.ศ. ของเดือนมกราคมถึงมีนาคมเช่นเดียวกับตารางในรูปที่ ๒

รูปที่ ๔ สถิติการส่งออกข้าวในช่วงปีค.ศ. ๑๘๘๕ ถึงปีค.ศ. ๑๘๙๖ จากหนังสือหน้า ๓๘๐ จะเห็นว่ามีการพูดถึงปริมาณน้ำฝนในบางปีด้วย

ในภาคผนวก ๑ เรื่อง "กระแสน้ำและลมในแม่น้ำเจ้าพระยา" ของหนังสือดังกล่าวมีการให้ข้อมูลอุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนที่ตกในกรุงเทพมหานครในช่วงปีค.ศ. ๑๘๘๒ - ค.ศ. ๑๘๙๐ (หน้า ๓๖๖ ในรูปที่ ๒ และหน้า ๓๖๗ ในรูปที่ ๓) และยังมีปรากฏในภาคผนวก ๓ (หน้า ๓๘๐ ในรูปที่ ๔)

ในส่วนท้ายของภาคผนวก ๑ นั้น (หน้า ๓๖๘ ในหนังสือ) นายสมิทได้กล่าวเอาไว้ว่า "การวัดปริมาณฝนตกที่มีอยู่เพียงแห่งเดียวในประเทศนี้จัดทำขึ้นโดยองค์กรเอกชนหรือเป็นของส่วนบุคคล^(๑) ข้อมูลที่เห็นอยู่ด้านบนได้มาจากบริษัทบอร์เนียว เป็นที่คาดหวังกันมากว่าประเทศที่ต้องพึ่งพาปริมาณฝนตกอย่างมากมายที่สยามและประเทศซึ่งความผันแปรต่าง ๆ มีอิทธิพลที่สำคัญยิ่งต่อผลผลิตประจำปีและต่อการติดต่อสื่อสารกับจังหวัดต่าง ๆ มากมายที่อยู่ห่างไกลเช่นนี้ รัฐบาลควรจะก่อตั้งสถานีเก็บข้อมูลไว้ในทุก ๆ จังหวัด และแม้ว่าจะได้มีการนำเข้าเครื่องวัดปริมาณน้ำฝนเป็นจำนวนมากตั้งแต่ ๓-๔ ปีที่แล้ว^(๒) แต่ข้าพเจ้าก็ไม่เคยได้เห็นผลงานใด ๆ ที่เกิดจากเครื่องวัดเหล่านั้น"

หมายเหตุ

(๑) คือข้อมูลในรูปที่ ๓ ที่เอามาแสดงให้ดู

(๒) น่าจะเป็นช่วงปีค.ศ. ๑๘๙๔ - ค.ศ. ๑๘๙๕ หรือปีพ.ศ. ๒๔๓๗ - พ.ศ. ๒๔๓๘

ผมลองค้นข้อมูลเกี่ยวกับหน่วยงานที่ทำหน้าที่พยากรณ์อากาศในประเทศไทย พบว่าหน่วยงานแรกที่ทำหน้าที่ดังกล่าวคือกองทัพเรือ จากหน้าเว็บของกองอุตุนิยมวิทยา กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ (รูปที่ ๕) ให้ข้อมูลไว้ว่า กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์ (ผู้บัญชาการทหารเรือในขณะนั้น) ได้วางแนวทางการศึกษาและเป็นผู้บรรยายวิชาการอุตุนิยมวิทยา ณ โรงเรียนนายเรือในปีพ.ศ. ๒๔๔๙ (ช่วงปลายรัชกาลที่ ๕) และมีการเรียบเรียงตำราอุตุนิยมวิทยาฉบับภาษาไทยเป็นครั้งแรกในปีพ.ศ. ๒๔๕๕ (ต้นรัชกาลที่ ๖) โดยพลเรือโทพระยาราชวังสัน ทำให้น่าจะเชื่อได้ว่าข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศของไทยควรจะมีการเก็บรวบรวมมาก่อนปีพ.ศ. ๒๔๔๙ แล้ว

ในเดือนสิงหาคมปีพ.ศ. ๒๕๐๕ จึงได้มีการโอนกิจการอุตุนิยมวิทยา (ก็คือพยากรณ์อากาศนั่นแหละ) จากกรมทดน้ำ กระทรวงเกษตราธิการไปสังกัดสำนักนายกรัฐมนตรี แต่ในกองทัพเรือเองก็ยังคงมีหน่วยงานพยากรณ์อากาศของตัวเอง ขึ้นอยู่กับสถานีทหารเรือสัตหีบ ๑ 

 

ดังนั้นปีพ.ศ. ๒๕๐๕ ก็น่าจะเป็นปีที่ก่อตั้งกรมอุตุนิยมวิทยาปัจจุบัน ดังนั้นถ้านับอายุจากวันดังกล่าวมาถึงปัจจุบัน กรมอุตุนิยมวิทยาก็พึ่งจะมีอายุครบรอบ ๕๐ ปีในเดือนสิงหาคมที่ผ่านมานี้เอง

รูปที่ ๕ หน้าเว็บของกองอุตุนิยมวิทยา กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ (ณ วันศุกร์ที่ ๒๘ กันยายน ๒๕๕๕)

การโอนกิจการนั้นอาจเป็นเพียงแค่ การโอนหน้าที่ไปให้หน่วยงานใหม่รับผิดชอบ คือให้หน่วยงานใหม่ทำหน้าที่ดังกล่าว ส่วนตัวหน่วยงานใหม่จะรับเอาบุคลากร อุปกรณ์ และข้อมูลต่าง ๆ ของหน่วยงานเดิมที่ทำหน้าที่อยู่นั้นไปด้วยหรือไม่นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง ถ้าไม่มีการโอนข้อมูลจากหน่วยงานเดิมไปยังหน่วยงานใหม่ หน่วยงานใหม่ที่ตั้งขึ้นก็คงจะมีช้อมูลสะสมย้อนหลังไปถึงเพียงแค่วันที่ก่อตั้งหน่วยงานนั้น

ประวัติของกรมอุทกศาสตร์กองทัพเรือเองก็แสดงให้เห็นว่าทางกองทัพเรือก็มีหน่วยงานด้านพยากรณ์อากาศเป็นของตนเองที่ทำหน้าที่คู่ขนานไปกับหน่วยงานด้านพยากรณ์อากาศในส่วนที่ไม่ใช่ของกองทัพ และกองทัพเรือเองก็เป็นหน่วยงานแรกของประเทศไทยที่ให้ความสนใจงานด้านอุตุนิยมวิทยา (เริ่มเมื่อกว่า ๑๐๐ ปีที่แล้ว)

ตอนนี้เราคงจะได้เห็นกันแล้วนะว่า ข้อมูลปริมาณน้ำฝนที่ตกในกรุงเทพมหานครมีการบันทึกเอาไว้อย่างเป็นระบบ (ส่วนจะต่อเนื่องแค่ไหนนั้นไม่รู้เหมือนกัน) เอาไว้อย่างน้อยเมื่อ ๑๓๐ ปีที่แล้ว

ผมพึ่งจะตรวจพบว่า Memoir ฉบับที่ ๔๘๘ นั้นไม่มี คือมันกระโดดจากฉบับที่ ๔๘๗ ไปยัง ๔๘๙ เลย ดังนั้นเพื่อเป็นการปรับแก้ตัวเลข Memoir ฉบับนี้แทนที่จะเป็นฉบับที่ ๕๑๒ ก็เลยต้องให้เป็นฉบับที่ ๕๑๑ก แล้วฉบับต่อไปจึงจะให้เป็นฉบับที่ ๕๑๒

Stud bolt กับ Machine bolt MO Memoir : Thursday 27 September 2555

ผมเคยเกริ่นถึง "นอตตัวผู้ - Bolt" และ "นอตตัวเมีย - Nut" เอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๑๒ วันเสาร์ที่ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การใช้ประแจและการขันนอต" ซึ่งบันทึกฉบับนั้นเน้นไปที่การขันนอตแต่ละตัวให้ตึงเท่า ๆ กัน ใครที่ต้องทำการทดลองโดยใช้ autoclave หรือ saturator ก็กรุณาไปอ่านดูด้วย

มาฉบับนี้อยากจะแนะนำให้รู้จักกับชนิดของ "นอตตัวผู้" บ้าง

นอตตัวผู้ที่เราใช้กันนั้นมีหลายแบบ แบบที่เราเห็นกันทั่วไปและอาจเป็นแบบที่พบมากที่สุดในชีวิตประจำวันคือนอตตัวผู้ที่มีหัวอยู่ที่ปลายข้างหนึ่ง และปลายอีกข้างหนึ่งทำเกลียวเอาไว้สำหรับสวมนอตตัวเมีย นอตแบบนี้เรียกว่า "Machine bolt" (ต่อไปจะขอใช้คำภาษาอังกฤษนี้แทนคำว่านอตตัวผู้ เพื่อป้องกันการสับสน)

Machine bolt นั้นอาจมีการทำเกลียวตลอดทั้งความยาวลำตัว ตั้งแต่ปลายด้านสำหรับสวมนอตตัวเมียไปจนถึงด้านหัว หรืออาจทำเกลียวจากปลายด้านสำหรับสวมนอตตัวเมียเข้ามาเป็นระยะหนึ่ง ซึ่งรูปแบบนี้มักจะทำในกรณีที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์จากเกลียวที่มีตลอดความยาวลำตัว (ดูรูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ Machine bolt ในรูปนี้ใช้ยึด butterfly valve เข้ากับท่อด้านขาออกของปั๊ม จะเห็นว่ามีการทำเกลียวจากปลายด้านสวมนอตตัวเมียเข้ามาเป็นระยะหนึ่งเท่านั้นเอง เพราะขันนอตตัวเมียเข้ามาได้ระยะหนึ่งก็ติดกับขอบหน้าแปลนแล้ว เกลียวส่วนที่อยู่ลึกเข้าไปไม่ได้ใช้ประโยชน์อะไร

นอตอีกแบบหนึ่งนั้นเห็นใช้กันมากในโรงงาน โดยเฉพาะในส่วนของการต่อท่อด้วยหน้าแปลน (ท่อสารเคมีอันตราย อุณหภูมิสูงและความดันสูง) เรียกว่า "Stud bolt" นอตชนิดนี้ไม่มีหัวนอต มีลักษณะเป็นแท่งยาว ๆ มีการทำเกลียวที่ปลายทั้งสองข้าง เกลียวที่ทำนั้นอาจจะยาวตลอดทั้งลำตัว (ดังตัวที่แสดงในรูปที่ ๒) หรือเพียงแต่ลึกจากปลายทั้งสองด้านเข้ามาเป็นระยะหนึ่งเท่านั้นเอง (ไม่ตลอดความยาวลำตัว) การใช้งาน Stud bolt ต้องใช้นอตตัวเมียขันที่ปลายทั้งสองด้าน

รูปที่ ๒ Stud bolt ตัวที่แสดงในรูปใช้ยึดข้อต่อต่อด้านขาออกของปั๊มเข้ากับระบบท่อส่งน้ำขึ้นอาคารสูง จะเห็นว่าในกรณีนี้เป็น Stud bolt ที่มีการทำเกลียวตลอดความยาวลำตัว (แม้ว่าเกลียวตรงกลางจะไม่ใช้ประโยชน์ก็ตาม)

เวลาที่ใช้ Machine bolt เราก็เพียงแค่ทำการสอด Machine bolt เข้าไปในรู ให้ด้านหัวนั้นแนบกับพื้นผิว และทำการขันนอตตัวเมียเข้าทางปลายอีกด้านหนึ่ง (ดูตัวอย่างในรูปที่ ๓) แต่ในกรณีของ Stud bolt นั้นเราต้องทำการขันนอตตัวเมียเข้าที่ปลายทั้งสองข้าง ดังนั้นเวลาที่สอด Stud bolt จึงต้องระวังด้วยว่าปลายแต่ละข้างของ Stud bolt ที่โผล่พ้นรูออกมานั้นยาวมากพอที่จะเกลียวของนอตตัวเมียจะจับได้หมด

รูปที่ ๓ การยึด strainer (ตัวกรอง) และข้อต่ออ่อนเข้ากับระบบท่อด้านขาเข้าของปั๊มน้ำโดยใช้หน้าแปลน นอตที่ใช้ที่หน้าแปลนในที่นี้เป็นชนิด Machine bolt ทั้งหมด

หลังจากที่เราขันนอตตัวเมียลงไปจนแนบพื้นผิว จากนั้นทำการขันอัดนอตตัวเมียนั้นลงไปอีก การหมุนของนอตตัวเมียไปตามเกลียวของลำตัวนอต (ไม่ว่าจะเป็น Machine bolt หรือ Stud bolt) จะไปทำให้ลำตัวนอตยืดตัวออกโดยที่ลำตัวนอตนั้นไม่ได้หมุนตามการหมุนของนอตตัวเมีย ดังนั้นส่วนลำตัวนอตนั้นจะรับแต่แรงดึง โดยตัวนอตตัวเมีย (และหัวนอตในกรณีของ Machine bolt) จะออกแรงกดกระทำต่อพื้นผิว

ถ้าเป็นกรณีของ Stud bolt นั้น เนื่องจากมีนอตตัวเมียอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง ดังนั้นเวลาที่ขันนอตตัวเมียไม่ว่าจะเป็นด้านไหน ลำตัวของ Stud bolt ก็จะรับแต่แรงดึงเพียงอย่างเดียว

ในกรณีของ Machine bolt ถ้าเป็นการขันอัดทางด้านนอตตัวเมียก็จะทำให้ลำตัวนอตรับแต่แรงดึงเช่นเดียวกับกรณีของ Stud bolt แต่ถ้าเป็นการขันด้านหัวนอตต้องระวังให้ดี เพราะหัวนอตของ Machine bolt นั้นเป็นโลหะชิ้นเดียวกับลำตัวนอต การหมุนตัวหัวนอตจะทำให้ลำตัวนอตนั้นหมุนไปด้วย

ดังนั้นถ้าหากลำตัวนอตเกิดการยึดแน่นไม่สามารถหมุนได้ การหมุนหัวนอตจะทำให้ลำตัวนอตรับ "แรงบิด" ที่หัวนอต และทำให้หัวนอตขาดได้ ปัญหานี้เกิดได้ง่ายถ้าเป็นกรณีที่เป็นการขัน Machine bolt ฝังลงไปในพื้นผิว (ไม่มีการใช้นอตตัวเมียที่ปลายอีกด้าน) เพราะการขันต้องกระทำที่ด้านหัวนอตเพียงอย่างเดียว ในกรณีนี้การใช้ Stud bolt ขันฝังลงไปในพื้นผิวก่อนแล้วค่อยขันนอตตัวเมียกดอัดจะดีกว่า

รูปที่ ๔ (ซ้าย) การใช้ Stud bolt ฝังลงในพื้นผิวแล้วขันนอตตัวเมียกดอัด ลำตัว Stud bolt เองจะรับแต่แรงดึง (ขวา) แต่ถ้าใช้กันขัน Machine bolt ลงไป ถ้าหากลำตัว Machine bolt เคลื่อนไปจนสุดทางแล้วยังทำการหมุนหัวนอตต่อไปอีก ส่วนลำตัวของนอตจะรับแรงบิด ทำให้หัวฉีกขาดออกได้ (ลำตัวนอตจะมีเกลียวนะ แต่ผมไม่ได้วาดเอาไว้ในรูป)

"Stud" ยังมีความหมายอื่นด้วยนะ ในด้านที่เป็นคำ slang เกี่ยวกับสัตว์ตัวผู้หรือผู้ชาย มันมีความหมายอะไรก็ลองไปค้นดูเอาเอง

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๔ (ตอนที่ ๓) MO Memoir : Tuesday 25 September 2555

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

การดูดกลืนแสงสีแดง MO Memoir : Monday 24 September 2555

ผมเคยนั่งฟังการบรรยายการทำวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้แสง ไม่ว่าจะเป็น photocatalysis หรือการเลี้ยงสาหร่าย สิ่งหนึ่งที่ผมพบก็คือเวลาทำการทดลองนั้นผู้ทำการทดลองมักจะเน้นไปที่ "ความเข้ม - Intensity" ของแสงว่าเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อผลการทดลองเป็นหลัก ไม่ค่อยจะมีการกล่าวถึง "ความยาวคลื่น - Wavelength" ของแสง ทั้ง ๆ ที่ในการทดลองเหล่านี้ "ความยาวคลื่น" ควรจะเป็นปัจจัยที่สำคัญมากกว่า "ความเข้ม"

ตัวอย่างเช่นในการเลี้ยงสาหร่ายในห้องทดลองนั้น เพื่อให้การทดลองเป็นไปได้รวดเร็วภายใต้การควบคุมก็จะใช้แสงจากหลอดไฟฟ้าในการให้แสงสว่าง ซึ่งให้ได้ตลอด ๒๔ ชั่วโมง ส่วนจะใช้หลอดอะไรนั้นพบว่าผู้ทำการทดลองเลือกใช้หลอดที่หาได้สะดวก หรือไม่ก็เลือกใช้ตามงานของคนอื่น พอเจอคำถามว่า "ถ้าใช้หลอดต่างชนิดกันแต่ให้ "ความเข้ม" ของแสงเท่ากัน จะมีผลต่อการทดลองหรือไม่" ก็ไม่สามารถให้คำอธิบายได้

สำหรับคนที่ศึกษาการถ่ายรูปและได้ถ่ายรูปเป็นประจำนั้นจะพบว่าแสง "สีขาว" นั้นไม่เหมือนกันเสมอไป แสงแดดที่เห็นเป็นสีขาวจะให้สีต่าง ๆ ที่เป็นธรรมชาติ (อันที่จริงเราใช้แสงแดดเป็นตัวอ้างอิง) แสงสีขาวที่เราเห็นจากหลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นถ้าถ่ายรูปโดยไม่ใช้แฟลชจะพบว่ามันออกโทนสีเหลือง (รูปจะออกมาเหลือง) พวกหลอดทังสเตน (หลอด day light) ก็จะให้โทนสีขาวอีกแบบหนึ่ง ถ้าอยากทราบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องพวกนี้ก็ลองไปศึกษาเรื่องเกี่ยวกับ "อุณหภูมิสี - Colour temperature" ดู

กลับมาที่เรื่องการเลี้ยงสาหร่าย เราทราบกันดีว่าสาหร่ายนั้นสามารถใช้แสงแดดในการสังเคราะห์แสงเพื่อการเจริญเติบโต สาหร่ายส่วนใหญ่ที่เราเห็นกันนั้นมีสีเขียว การที่เราเห็นสีเขียวแสดงว่าเมื่อแสงอาทิตย์ส่องไปที่สาหร่าย เฉพาะแสงสีเขียวเท่านั้นที่สามารถเดินทางมาถึงดวงตาของเรา แสดงว่าสาหร่ายนั้นดูดกลืนแสงสีอื่นยกเว้นสีเขียว แต่เวลาที่เราวัดความเข้มของแสงนั้นเราวัดความเข้มของแสงทุกความยาวคลื่น แต่ในการนำไปใช้งานนั้นสาหร่ายนำไปใช้งานได้เพียงแค่ความยาวคลื่นในช่วงหนึ่งเท่านั้น (คือช่วงที่อยู่นอกเหนือช่วงความยาวคลื่นแสงสีเขียว) ดังนั้นถ้าเราให้แสงที่มีความเข้มเท่ากันแต่ช่วงความยาวคลื่นต่างกัน ผลการทดลองก็มีสิทธิที่จะแตกต่างกันออกไปได้

รูปที่ ๑ การดูดกลืนแสงเลเซอร์สีแดงด้วยน้ำแดง จะเห็นว่าลำแสงสีแดงนั้นสามารถส่องผ่านทะลุน้ำแดงในขวดจากทางด้านก้นขวดไปยังฝาขวดได้ (จะเห็นด้านฝาขวดที่อยู่ในกรอบมีความสว่าง)

เช่นถ้าคนหนึ่งทำการทดลองโดยให้แสงสีแดง ส่วนอีกคนทำการทดลองโดยให้แสงสีเขียว ผลการทดลองของคนที่ใช้แสงสีแดงควรที่จะออกมาดีกว่าผลการทดลองของคนที่ใช้แสงสีเขียว เพราะคลอโรฟิลล์ในสาหร่ายสามารถดูดกลืนแสงสีแดงเอาไปใช้ประโยชน์ได้ แต่คลอโรฟิลล์ไม่สามารถดูดกลืนแสงสีเขียวไปใช้ประโยชน์ได้

ศุกร์ที่แล้วบังเอิญผ่านไปทางห้องปฏิบัติการเคมี เห็นในห้องพักมีน้ำอัดลมอยู่ ๓ สี เลยคิดว่าน่าจะเอามาสาธิตให้เห็นการดูดกลืนแสงได้ ก็เลยทดลองเอา laser pointer สีแดงที่ใช้งานประจำมาทดลองยิงผ่านน้ำอัดลมแต่ละสีในห้องที่ค่อนข้างมืดสักนิด และถือโอกาสถ่ายรูปมาให้ดูกัน

ในการทดลองนั้นผมเอาขวดน้ำอัดลมวางนอน เอาด้านฝาขวด (ด้านขวาในรูป) ยันไว้กับผนัง จากนั้นแนบ laser pointer เข้าที่กดขวด (ด้านซ้ายในรูป) ใช้มือซ้ายกดเปิดเลเซอร์ ส่วนมือขวาใช้ถ่ายรูปด้วยกล้องโทรศัพท์ ผลการทดลองกับน้ำสี ๓ สีก็ออกมาดังแสดงในรูปที่ ๑-๓

ในกรณีของน้ำแดง (รูปที่ ๑) พบว่าลำแสงเลเซอร์สีแดงสามารถวิ่งไปจนถึงฝั่งฝาขวด โดยจากทางเข้าไปจนถึงฝาขวดนั้นมองไม่เห็นลำแสง ที่เห็นด้านฝาขวดสว่างนั้นเพราะลำแสงเลเซอร์สีแดงกระทบและกระเจิงออกมา

รูปที่ ๒ การดูดกลืนแสงเลเซอร์สีแดงด้วยน้ำส้ม จะเห็นว่าลำแสงสีแดงค่อย ๆ จางลงเนื่องจากถูกดูดกลืน (เห็นเป็นลำแสงที่มีความเข้มค่อย ๆ ลดลงจากซ้ายมาขวาในกรอบ)

รูปที่ ๓ การดูดกลืนแสงเลเซอร์สีแดงด้วยน้ำเขียว จะมองไม่เห็นแม้แต่ลำแสงเลเซอร์สีแดง แสดงว่าน้ำเขียวดูดกลืนแสงสีแดงเอาไว้หมดตั้งแต่ทางก้นขวด

พอเปลี่ยนมาเป็นน้ำส้มพบว่า จะเห็นลำแสงเลเซอร์สีแดงพุ่งออกมาจากก้นขวด (ด้านซ้ายมือในรูปที่ ๒) โดยลำแสงสีแดงจะค่อย ๆ จางลงและหายไป โดยไปไม่ถึงฝาขวด แสดงว่าน้ำส้มนั้นสามารถดูดกลืนแสงสีแดงได้บ้าง

แต่พอเปลี่ยนมาเป็นน้ำเขียวพบว่าจะไม่เห็นน้ำเขียวในขวดสว่างขึ้นเลย (รูปที่ ๓) ทั้งนี้เพราะน้ำเขียวนั้นดูดกลืนแสงสีแดงเอาไว้ทั้งหมด

ในการทดลองเกี่ยวกับแสงนั้นบ่อยครั้งที่ผู้ทำการทดลองมักจะรายงานในรูป "พลังงานแสงต่อหน่วยพื้นที่" ซึ่งคำนวณได้จาก ((nhv)/(At)) เมื่อ n คือจำนวนโฟตอน h คือค่าคงที่ของพลังค์ v คือความถี่ A คือพื้นที่ และ t คือเวลา

ดังนั้นตามสมการนี้พื้นที่ที่มีแสงความถี่สูง (ความยาวคลื่นสั้น) ตกกระทบ แต่ความเข้มต่ำ (โฟตอนจำนวนน้อย) ก็มีสิทธิที่จะมีค่าพลังงานแสงต่อหน่วยพื้นที่เท่ากับพื้นที่ที่มีแสงความถี่ต่ำ (ความยาวคลื่นสูง) ตกกระทบ แต่ความเข้มสูง (โฟตอนจำนวนมาก) และถ้าในการทดลองที่ศึกษานั้น "ความยาวคลื่น" เป็นตัวกำหนดว่าจะเกิดการดูดกลืนหรือไม่ดูดกลืน การทดลองด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน แม้ว่าจะมีความเข้มเท่ากัน ก็สามารถให้ผลที่แตกต่างกันไปได้

ความสัมพันธ์ระหว่างค่าการดูดกลืนแสง (Absorbance) กับความเข้มข้น MO Memoir : Saturday 22 September 2555

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้เกี่ยวข้องกับบันทึกก่อนหน้านี้ ๒ ฉบับคือ

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๐ วันพุธที่ ๑๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๔ เรื่อง "Distribution functions"

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๓ วันพฤหัสบดีที่ ๒๒ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๔ เรื่อง "UV-Vis - peak fitting"

เรื่องทั้งเรื่องมันเริ่มจากเมื่อประมาณ ๒ สัปดาห์ที่แล้ว ระหว่างนั่งฟังการนำเสนอวิธีการการแยกสารธรรมชาติจากพืชสมุนไพร ผู้บรรยายได้เล่าถึงวิธีการที่เขาใช้ในการหาปริมาณสารสกัดที่ได้ซึ่งใช้เทคนิคการวัดการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นหนึ่ง ซึ่งผมเห็นว่าวิธีการที่เขาเลือกใช้นั้นมันมีประเด็นที่ต้องพิจารณาให้ดี เพราะสามารถส่งผลต่อการแปลผลการทดลองที่ได้

แต่ก่อนอื่นเราลองมาทบทวนเรื่องการวัดการดูดกลืนคลื่นแสงกันสักหน่อยดีกว่า

การใช้เทคนิคการวัดการดูดกลืนคลื่นแสงเป็นเทคนิคที่มีการนำมาใช้ในการระบุชนิดของสารและวัดความเข้มข้น ของสารในสารละลาย (ส่วนใหญ่ก็เป็นสารละลายในน้ำ) ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่มีการใช้กันมากในการวัดความเข้มข้นคือแสงช่วง UV-Vis

ในการวัดความเข้มข้นนั้น ผู้ทำการทดลองจะต้องทำการทดสอบก่อนว่าตัวอย่างที่ต้องการวัดนั้นดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นใดมากที่สุด (หาตำแหน่งการดูดกลืนที่เด่นชัด) ซึ่งทำได้โดยการนำเอาสารตัวอย่างนั้นไปวัดการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ จากนั้นจะใช้ความยาวคลื่นที่พบการดูดกลืนที่เด่นชัดที่สุดนั้นเป็นตำแหน่งความยาวคลื่นที่จะวัดความเข้มข้นของสารตัวอย่าง

ถ้าให้ I₀ คือความเข้มของแสงที่ส่องออกมาจากแหล่งกำเนิด I คือความเข้มของแสงที่ส่องผ่านสารตัวอย่าง ค่าการส่องผ่าน (Transmittance - T) ซึ่งนิยมรายงานผลในรูปของร้อยละ จะคำนวณได้จากสมการ

%T = I/I₀ x 100

 

อีกหน่วยหนึ่งที่นิยมใช้กันในการรายงานผลคือค่าการดูดกลืน (Absorbance - A) ซึ่งคำนวณได้จากสมการ

A = log (I₀/I)

 

ค่า %T และ A สัมพันธ์กันตามสมการ

A = 2 - log(%T)

ต่อไปเราจะลองพิจารณาดูความสัมพันธ์ระหว่าง ระยะทางที่แสงเดินทางผ่านตัวอย่างหรือความเข้มข้นของตัวอย่าง กับค่า %T หรือ A

 

ในการดูดกลืนคลื่นแสงนั้น ปริมาณแสงที่ถูกดูดกลืนจะไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงที่ตกกระทบ แต่จะขึ้นอยู่กับระยะทางที่แสงเดินทางผ่านหรือความเข้มข้นของสารตัวอย่าง กล่าวคือสมมุติว่าถ้าเราให้แสงเดินทางผ่านตัวอย่างเป็นระยะทาง 1 หน่วยแล้วพบว่าแสงผ่านได้เพียง 50% (%T = 50%) ดังนั้นถ้าเราให้แสงเดินทางผ่านตัวอย่างเป็นระยะทาง 2 หน่วย แสงที่ผ่านออกมาก็จะเหลือเพียง 25% (%T = 25%) และถ้าแสงต้องเดินทางผ่านตัวอย่างเป็นระยะทาง 3 หน่วยความเข้มของแสงที่ผ่านออกมาก็จะเหลือเพียง 12.5 % (%T = 12.5%) (ดูรูปที่ ๑ (บน) ประกอบ ถ้าเปลี่ยนระยะทางเป็นความเข้มข้นก็จะให้ผลแบบเดียวกัน) ดังนั้นถ้าเราเขียนกราฟระหว่างระยะทาง/ความเข้มข้นกับ %T หรือ A ก็จะได้กราฟดังรูปที่ ๑ (ล่าง)

รูปที่ ๑ (บน) ตัวอย่างการลดลงของความเข้มของแสงเมื่อต้องเดินทางผ่านตัวกลาง (ล่าง) กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง ระยะทาง/ปริมาณ กับค่า %Transmittance และ Absorbance

จากรูปที่ ๑ จะเห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างระยะทาง/ปริมาณกับค่าการดูดกลืน A นั้นมีความสัมพันธ์ที่เป็นเส้นตรงที่ดีกว่าความสัมพันธ์ระหว่างระยะทาง/ปริมาณกับค่าร้อยละการส่องผ่าน (%T) ดังนั้นในการวิเคราะห์เชิงปริมาณจึงนิยมวัดการดูดกลืนในรูปของ A มากกว่า %T

ทฤษฎีที่นำมาใช้กันในการหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงที่ส่องผ่านสารตัวอย่างหรือถูกสารตัวอย่างดูดกลืนและปริมาณสารตัวอย่างนั้นได้แก่กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต (ฺBeer-Lambert's Law) ซึ่งบ่อยครั้งมักจะเรียกสั้น ๆ ว่ากฎของเบียร์ (Beer's Law) ซึ่งกล่าวว่า

A = e.b.c

 

เมื่อ e คือค่าคงที่การดูดกลืนคลื่นแสงซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและชนิดของสาร b คือระยะทางที่แสงเดินทางผ่านซึ่งโดยปรกติในการวัดนั้นระยะทางนี้จะคงที่ และ c คือความเข้มข้นของสาร ดังนั้นถ้าจะว่าตามกฎของเบียร์แล้ว สำหรับสารหนึ่งที่มีค่า e คงที่และการวัดการดูดกลืนแสงด้วยเครื่องมือที่มีค่า b คงที่ ความเข้มข้นของแสงควรแปรผันตรงกับค่าการดูดกลืนคลื่นแสงที่วัดได้ ซึ่งในความเป็นจริงความสัมพันธ์ที่เป็นเส้นตรงดังกล่าว (ระหว่างระยะทาง/ปริมาณกับค่า A ดังที่แสดงในรูปที่ ๑) จะใช้ได้ดีในกรณีที่สารตัวอย่างมีความเข้มข้นไม่สูงมากเกินไปและไม่ต่ำเกินไป เพราะที่ความเข้มข้นสูงมากเกินไปหรือต่ำเกินไปจะมีการเบี่ยงเบนเกิดขึ้น โดยบางรายงานนั้นกล่าวว่าช่วงที่ความสัมพันธ์มีความเป็นเส้นตรงที่ดีนั้นคือช่วงที่ค่า A อยู่ระหว่าง 0.2-0.8

ดังนั้นในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ (quantitative analysis) เพื่อตัดปัญหาเรื่องความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเส้นตรง จึงควรใช้ calibration curve เป็นตัวบ่งบอกปริมาณ แทนที่จะใช้กฎของเบียร์

 

ในการสร้าง calibration curve นั้นผู้ทำการทดลองต้องทำการเตรียมสารละลายมาตรฐานที่ความเข้มข้นต่าง ๆ กัน และนำมาวัดค่าการดูดกลืน (A) จากนั้นจึงสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าการดูดกลืน (A) และความเข้มข้นของสาร และใช้กราฟดังกล่าวในการหาความเข้มข้นของสารที่ต้องการวัดในสารตัวอย่าง

นี่คือประเด็นที่เราจะคุยกันใน Memoir ฉบับนี้

ประเด็นคำถามที่ผมยกขึ้นมาในการบรรยายดังกล่าวคือ ในการค่าการดูดกลืนนั้น ผู้ทำการทดลองเลือกใช้ค่าที่ได้จากการวัดที่ค่าความยาวคลื่นใดความยาวคลื่นหนึ่งเพียงค่าเดียวเท่านั้น โดยไม่ได้มีการพิจารณาภาพสเปกตรัมโดยรวม การใช้การวัดที่ค่าความยาวคลื่นเฉพาะเพียงค่าเดียวนั้นใช้ได้ดีในกรณีที่สารตัวอย่างของเราเป็นสารบริสุทธิ์ แต่ถ้าหากสารตัวอย่างของเรานั้นมีสารอื่นปนอยู่ด้วย และสารเหล่านั้นก็ให้ค่าการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นใกล้เคียงกัน 

 

คำถามก็คือการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นข้างเคียงนั้นส่งผลต่อค่าการดูดกลืนของความยาวคลื่นแสงที่เราต้องการวัดหรือไม่

เวลาที่เราบอกว่าสารใดสารหนึ่งให้พีคการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นใดนั้น เช่นสมมุติว่าให้พีคที่ 380 nm ก็ไม่ได้หมายความว่าสารนั้นจะดูดกลืนคลื่นแสงที่เฉพาะความยาวคลื่น 380 nm และที่ความยาวคลื่นข้าง ๆ (เช่น 381 หรือ 379 nm) จะไม่มีการดูดกลืน แต่มันหมายความว่าพีคการดูดกลืนนั้นมีจุดสูงสุดที่ตำแหน่งความยาวคลื่น 380 nm และการดูดกลืนที่ความยาวคลื่นข้างเคียงนั้นจะต่ำกว่า รูปร่างพีคการดูดกลืนคลื่นแสงนั้นมีลักษณะพีคเป็นรูปร่างที่เข้ากับฟังก์ชัน Gaussian distribution (ดูบันทึกฉบับที่ ๒๖๐ และ ๒๖๓)

ที่นี้เราจะมาลองดูว่าขนาดและความกว้างของพีคที่อยู่เคียงข้างนั้นจะส่งผลอย่างไรบ้างต่อความสูงของพีคที่เราต้องการอ่านค่า

รูปแบบหนึ่งของสมการ Gaussian distribution function คือ

ในสมการข้างบน a คือ amplitude หรือความสูงของพีคที่ตำแหน่งกึ่งกลาง b คือตำแหน่งกึ่งกลางพีค และ c เป็นพารามิเตอร์ที่สัมพันธ์กับความกว้างของพีค ณ ตำแหน่งกึ่งกลางความสูง (Full Width at Half Maximum - FWHM)

สมมุติว่าเรามีพีคการดูดกลืนคลื่นแสง ๒ พีคที่อยู่ห่างกัน 20 nm โดยพีคแรกมีกึ่งกลางอยู่ที่ตำแหน่งความยาวคลื่น 380 nm (b = 380) และพีคที่สองมีกึ่งกลางอยู่ที่ตำแหน่งความยาวคลื่น 400 nm (b = 400) โดยให้พีคทั้งสองนั้นมี amplitude เท่ากันคือ 1.0 รูปที่ ๒ แสดงกราฟของพีคแต่ละพีคและพีคที่เป็นผลรวมของทั้งสองพีค เมื่อพีคนั้นมีค่า FWHM (ค่า c) แตกต่างกันไป

รูปที่ ๒ ผลรวมพีค Gaussian สองพีคที่มีศูนย์กลาง (b) อยู่ที่ตำแหน่ง 380 nm และ 400 nm และมีความสูงเท่ากันคือ a = 1.00 แต่มีค่า FWHM แตกต่างกันคือ (บนซ้าย) c = 5 (บนขวา) c = 10 (ล่าง) c = 20

ลักษณะของพีค Gaussian นั้นความกว้างที่ฐานของพีคจะประมาณ 4 เท่าของค่า FWHM (ค่า c) จากรูปที่ ๒(บนซ้าย) จะเห็นได้ว่าสำหรับพีคที่อยู่ห่างกัน 20 nm นั้นในกรณีที่ c มีค่าไม่เกิน 1/4 ของระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของพีค (ในรูปนี้ค่า c = 5) ส่วนฐานของแต่ละพีคจะลู่เข้าหาแกน x ก่อนถึงตำแหน่งศูนย์กลางของพีคที่อยู่เคียงข้าง ถ้าพิจารณาความสูงของพีคแต่ละพีค (เส้นสีน้ำเงินกับเส้นสีส้ม) กับเส้นสัญญาณรวม (เส้นสีเขียว) จะเห็นว่าค่าความสูงที่อ่านได้นั้นไม่แตกต่างกัน

แต่พอค่า FWHM (ค่า c) เพิ่มมากขึ้น เช่นในกรณีของรูปที่ ๒(บนขวา) ที่ค่า c = 10 จะเห็นว่าสัญญาณรวมที่ได้นั้นแตกต่างไปจากสัญญาณของแต่ละพีค กล่าวคือเห็นเป็นพีคหัวป้านเพียงพีคเดียวที่มีตำแหน่งศูนย์กลางอยู่ที่ 390 nm และความสูงเพิ่มเป็น 1.213 (เพิ่มมากขึ้น 21%) และเมื่อค่า c เพิ่มมากขึ้นไปอีกเช่นเพิ่มเป็น 20 ดังกรณีที่แสดงในรูปที่ ๒(ล่าง) จะเห็นว่าพีคที่ได้นั้นจะเห็นเป็นพีคใหญ่เพียงพีคเดียวที่มีตำแหน่งศูนย์กลางอยู่ที่ประมาณ 390 nm และมีความสูง 1.765 (เพิ่มมากขึ้น 76.5%)

แต่ถ้าเราทำการ deconvolution สัญญาณรวมออกมาเป็นพีคย่อยสองพีค เราจะพบว่าทั้งสามกรณีนั้นพีคที่ตำแหน่ง 380 nm และ 400 nm มีความสูงเท่ากันคือ 1.00

รูปที่ ๓ ผลรวมพีค Gaussian สองพีคที่มีศูนย์กลาง (b) อยู่ที่ตำแหน่ง 380 nm และ 400 nm โดยคงความสูงของพีคที่ตำแหน่ง 380 nm ไว้ที่ a = 1.00 (บนซ้าย) c = 10 โดยพีคที่ 400 nm มีค่า a = 0.50 (บนขวา) c = 20 โดยพีคที่ 400 nm มีค่า a = 0.50 และ (ล่าง) c = 20 โดยพีคที่ 400 nm มีค่า a = 0.20

 

ที่นี้เราลองมาดูกรณีที่สอง โดยที่ยังคงตำแหน่งศูนย์กลางของพีคทั้งสองไว้ที่ตำแหน่งเดิม โดยในกรณีนี้เราจะลองสมมุติว่าพีคที่เราต้องการหาความสูงนั้นคือพีคที่ตำแหน่ง 380 nm แล้วเราจะมาลองดูว่าพีคข้างเคียงที่ตำแหน่ง 400 nm นั้นจะส่งผลอย่างไรต่อความสูงของพีคที่ตำแหน่ง 380 nm เมื่อพีคที่ตำแหน่ง 400 nmนั้นมีค่า a เปลี่ยนไปที่ค่า c แตกต่างกัน

ในรูปที่ ๓ จะเห็นได้ว่าเมื่อพีคมีการเหลื่อมซ้อนกัน ความสูงของพีคเล็กที่อยู่เคียงข้างสามารถส่งผลกระทบต่อความสูงของพีคใหญ่ที่อยู่ใกล้เคียงได้ เช่นในกรณีของรูปบนซ้ายที่มีค่า c = 10 พบว่าจากสัญญาณรวมนั้น (เส้นสีเขียว) จะเห็นพีคใหญ่ที่ตำแหน่งประมาณ 382 nm โดยมีความสูงประมาณ 1.079 และมีส่วนที่เป็นไหล่ (shoulder) ที่พอจะเห็นได้ที่ตำแหน่งประมาณ 400 nm แต่ถ้าหากว่าค่า c เพิ่มขึ้นเช่นเป็น 20 ดังรูปบนขวา จะเห็นเป็นพีคใหญ่พีคเดียวที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตำแหน่งประมาณ 382 nm และมีความสูงประมาณ 1.347 (มากกว่าที่ควรเป็นประมาณ 35%)

ส่วนรูปที่ ๓ (ล่าง) นั้นเป็นกรณีเดียวกับรูปที่ ๓ (บนขวา) เพียงแต่ลดค่า a ของพีคที่ตำแหน่ง 400 nm ลงเหลือ 0.2 ซึ่งก็พบว่าพีคสัญญาณรวมจะมีศูนย์กลางอยู่ที่ 382 nm และมีความสูงประมาณ 1.128

ต่อไปขอให้ลองพิจารณารูปที่ ๔ ดูก่อน ซึ่งเป็นกรณีผลรวมของพีคสองพีคที่มีค่า c เท่ากันคือ 20 แต่ค่า a ของพีคทั้งสองเปลี่ยนไปโดยที่ยังคงสัดส่วนของค่า a ของพีคที่ตำแหน่ง 380 และ 400 nm กล่าวคือให้ค่า a ของพีคที่ตำแหน่ง 400 nm มีค่าเพียง 60% ของค่า a ของพีคที่ตำแหน่ง 380 nm

รูปที่ ๔ พีครวมของสองพีคที่มีอัตราส่วนความสูงเท่ากัน (ซ้าย) พีคที่ 380 nm มี a = 1.00 ส่วนพีคที่ 400 nm มี a = 0.50 (ขวา) พีคที่ 380 nm มี a = 0.60 ส่วนพีคที่ 400 nm มี a = 0.30 โดยค่า c ของพีคในรูปทั้งสองเท่ากับ 20

ในกรณีที่ค่า a ของพีคที่ 380 nm มีค่าเท่ากับ 1.00 และของพีคที่ 400 nm มีค่าเท่ากับ 0.50 นั้น (รูปที่ ๔ ซ้าย) พบว่าพีครวมมียอดอยู่ที่ตำแหน่ง 386 nm และความสูง 1.347 หรือสูงกว่าความสูงของพีคที่ 380 nm อยู่ประมาณ 35% ส่วนกรณีที่ค่า a ของพีคที่ 380 nm มีค่าเท่ากับ 0.60 และของพีคที่ 400 nm มีค่าเท่ากับ 0.30 นั้น (รูปที่ ๔ ขวา) พบว่าตำแหน่งยอดของพีครวมยังคงอยู่ที่ 386 nm และความสูงเท่ากับ 0.808 หรือสูงกว่าความสูงของพีคที่ 380 nm อยู่ประมาณ 35% เช่นเดียวกัน

โครงสร้างโมเลกุลของสารอินทรีย์จากธรรมชาตินั้นมักจะมีโครงสร้างขนาดใหญ่และมีการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นหลายตำแหน่ง แต่ในการวิเคราะห์นั้นมักจะใช้ความยาวคลื่นที่มีการดูดกลืนที่เด่นชัดมากที่สุด เช่นสมมุติว่าเรามีสารชนิดหนึ่งที่มีการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่น 380 nm และ 400 nm โดยการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 380 nm นั้นเด่นชัดกว่าที่ 400 nm (กรณีดังรูปที่ ๔) ในกรณีที่สารนี้มีความเข้มข้นแตกต่างกันไป ค่าการดูดกลืนที่ตำแหน่งความยาวคลื่นต่าง ๆ ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย โดยจะเปลี่ยนแปลงด้วยอัตราส่วนเดียวกัน ดังเช่นที่แสดงในรูปที่ ๔ ซึ่งเราอาจใช้ความสูงของพีคที่ความยาวคลื่น 380 nm (ต้องทำการ deconvolution สัญญาณที่ได้ก่อน) หรือความสูงของพีคสัญญาณรวม เป็นตัวระบุความเข้มข้นของสารตัวอย่างก็ได้

แต่ถ้าเป็นตัวอย่างที่ประกอบด้วยสารหลายชนิดปนกันอยู่นั้น พีคการดูดกลืนที่เกิดจากสารตัวอื่นที่ให้พีคการดูดกลืนในตำแหน่งที่ใกล้เคียงกับพีคการดูดกลืนของสารตัวอย่างที่เราต้องการวัดปริมาณ สามารถส่งผลกระทบต่อความสูงและตำแหน่งพีคการดูดกลืนของสารตัวอย่างที่เราต้องการวัดปริมาณได้ ตัวอย่างของกรณีนี้ได้แก่กรณีที่แสดงในรูปที่ ๓

สมมุติว่าสารที่เราต้องการวิเคราะห์นั้นให้พีคการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 380 nm แต่ในสารตัวอย่างของเรานั้นมีสารอื่นรวมอยู่ด้วยที่ให้พีคการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 400 nm กราฟในรูปที่ ๓ แสดงให้เห็นชัดว่าที่พีคการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 380 nm ที่มีขนาดคงที่ แต่ถ้าพีคการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 400 nm เปลี่ยนแปลงไป จะทำให้พีคผลรวมนั้นเปลี่ยนแปลงไปด้วย และการเปลี่ยนแปลงนั้นจะมากขึ้นถ้าหากพีคมีความกว้างมากขึ้น

กรณีที่แสดงในรูปที่ ๓ นั้นสามารถก่อปัญหาได้ถ้าผู้อ่านผลการทดลองคิดว่าพีคเส้นสีเขียวที่ได้มานั้นเป็นพีคการดูดกลืนที่ตำแหน่ง 380 nm เพียงพีคเดียว ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นพีคเส้นสีเขียวดังกล่าวเป็นพีครวมของการดูดกลืนที่ตำแหน่ง 380 nm (ที่เกิดจากสารที่เราต้องการวัด) และที่ตำแหน่ง 400 nm (ที่เกิดจากสารตัวอื่น) รวมกันอยู่ ดังนั้นถ้านำความสูงของพีคผลรวมที่ได้ไปแปลผลว่าเป็นของสัญญาณการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 380 nm เพียงพีคเดียวเท่านั้น ก็จะให้ผลที่ผิดพลาดไปจากความเป็นจริงได้มาก โดยจะทำให้อ่านค่าได้สูงกว่าความเป็นจริง (แต่บางคนอาจจะชอบ โดยเฉพาะเวลาที่ต้องการวัดปริมาณสารที่สกัดออกมาได้ เพราะมันทำให้ผลการทดลองดูดีขึ้น) แต่ถ้านำสัญญาณที่ได้นั้นไปทำการแยกพีค (deconvolution) ก่อน ก็จะเห็นผลการวัดที่แตกต่างออกไป คือจะเห็นว่าความสูงของพีคการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 380 nm นั้นเท่ากันหมด

ถึงตอนท้ายนี้คงมีคนสงสัยว่าพีคการดูดกลืนที่เราเคยวัดนั้นมีความกว้างเท่าใด ตัวอย่างผลการวิเคราะห์ที่เคยนำมาแสดงในรูปที่ ๒ ของ Memoir ฉบับที่ ๒๖๓ "UV-Vis - peak fitting" แสดงให้เห็นพีคที่ผ่านการ deconvolution แล้วมีค่า c ประมาณ 20 ซึ่งก็อยู่ในระดับเดียวกันกับตัวอย่างที่นำมาแสดงใน Memoir ฉบับที่ ๕๐๘ นี้

ท่อคาดสี MO Memoir : Thursday 20 September 2555

การใช้รหัสสีเป็นวิธีการหนึ่งในการทำเครื่องหมายบนท่อว่าท่อนั้นใช้สำหรับงานอะไร หรือมีคุณสมบัติอย่างไร ท่อบางชนิดผู้ผลิตจะให้สีมาจากโรงงานโดยสีที่ให้มานั้นเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน เช่นท่อพีวีซีถ้าเป็นท่อสีฟ้าก็จะใช้กับงานประปา (ทั้งน้ำดีและน้ำเสีย) ถ้าเป็นท่อสีเหลืองหรือสีขาวก็จะใช้กับงานร้อยสายไฟฟ้าสายโทรศัพท์ต่าง ๆ

ท่อที่ทำจากพอลิเมอร์พวกพอลิโอเลฟินส์ (เช่นจากพอลิเอทิลีน (PE) พอลิโพรพิลีน (PP) หรือพอลิบิวทิลีน (PB)) เมื่อผลิตมาจะเป็นท่อสีดำ (ไม่ได้มีการทำให้ตัวท่อเป็นสีต่าง ๆ กันเหมือนกรณีท่อพีวีซี) ดังนั้นจึงใช้วิธีการทำแถบสีตลอดทั้งความยาวท่อ เช่นถ้าเป็นแถบสีส้มก็แสดงว่าเป็นท่อสำหรับร้อยสายไฟฟ้า (รูปที่ ๑) ถ้าเป็นแถบสีฟ้าก็เป็นท่อน้ำ การให้แถบสีแบบนี้เรียกว่า "คาดสี"

รูปที่ ๑ ท่อ PE สีดำคาดสีส้ม สำหรับงานร้อยสายไฟ

ท่อเหล็กกล้าก็มีการคาดสีเหมือนกัน โดยสีแต่ละสีจะบ่งบอกถึงความหนาของผนังท่อ เช่นมาตรฐานมอก. ๒๗๖ - ๒๕๓๒ ที่เกี่ยวข้องกับท่อเหล็กกล้านั้น แบ่งประเภทท่อเหล็กกล้าออกเป็น ๔ ประเภทและกำหนดรหัสสีเอาไว้ดังนี้

ประเภท ๑ ท่อเหล็กแบบมีตะเข็บ ผนังท่อบาง คาดสีน้ำตาล

ประเภท ๒ ท่อเหล็กแบบมีตะเข็บและไม่มีตะเข็บ ผนังท่อหนาปานกลาง คาดสีน้ำเงิน

ประเภท ๓ ท่อเหล็กแบบมีตะเข็บและไม่มีตะเข็บ ผนังท่อหนา คาดสีแดง

ประเภท ๔ ท่อเหล็กแบบมีตะเข็บและไม่มีตะเข็บ ผนังท่อหนาพิเศษ คาดสีเขียว

โดยการคาดสีท่อนั้นกำหนดให้เป็นแถบสีกว้างประมาณ ๕๐ มิลลิเมตร

ถ้าเอาท่อเหล็กกล้าตามมอก. ๒๗๖ - ๒๕๓๒ ไปอาบสังกะสี ท่อดังกล่าวก็จะแลายเป็นท่อเหล็กกล้าอาบสังกะสี (Galvanized steel pipe - GSP) ซึ่งจะไปเข้ามาตรฐานมอก. ๒๗๗ - ๒๕๓๒ ที่เกี่ยวข้องกับท่อเหล็กกล้าอาบสังกะสี การคาดสีท่อเหล็กกล้าอาบสังกะสีก็เป็นแบบเดียวกับท่อเหล็กกล้า

แต่การคาดสีตามมาตรฐานมอก. ที่กล่าวมาข้างต้นนั้นไม่ได้ทำเป็นแถบสียาวตลอดความยาวท่อ ทำเป็นเพียงแค่แถบสีตามแนวเส้นรอบวงของท่ออยู่ที่บริเวณปลายท่อเท่านั้นเอง (ดูรูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ ท่อเหล็กอาบสังกะสีคาดสีเหลืองนี้เป็นท่อเหล็กบาง ท่อนี้ซื้อมาทำเสาติดจานดาวเทียม (สงสัยว่าคงจะเป็นตัวเดียวกับประเภท ๑ ตามมาตรฐานมอก. แต่ทำไมใช้สีต่างกันก็ไม่รู้)

พวกโรงกลั่นน้ำมันและโรงงานปิโตรเคมีนั้นมีการใช้ท่อหลายหลายทั้งขนาดและชนิดวัสดุ สิ่งที่ต้องระมัดระวังมากคือต้องใช้ท่อที่ทำจากวัสดุที่ถูกต้องกับอุณหภูมิและความดันของระบบ การที่จะดูว่าท่อไหนรับความดันได้แค่ไหนนั้นยังพอจะคาดการณ์ได้จากการดูที่ความหนาของผนังท่อ แต่การที่จะดูว่าท่อไหนใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงแค่ไหนนั้นไม่สามารถใช้การดูด้วยสายตาได้ เพราะมันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะที่ใช้ทำท่อ ดังนั้นในการก่อสร้างโรงงานนั้นจึงจำเป็นต้องมีการทำรหัสบนตัวท่อตลอดทั้งเส้น วิธีการที่ใช้กันทั่วไปคือการทาสีเป็นเส้นยาวตลอดทั้งความยาวท่อ (จะได้ไม่มีปัญหาเมื่อท่อถูกตัดให้สั้นลง) โดยต้องมีการกำหนดว่าสีไหนเป็นตัวแทนของท่อที่ทำจากโลหะอะไรและความหนาเท่าใด การทำเครื่องหมายสีดังกล่าวก็เรียกว่าการ "คาดสี" เหมือนกัน

การคาดสีท่อนั้นเริ่มจากการนำเอาท่อเหล็กมาขัดสนิมที่ผิวนอกออกก่อน การขัดสนิมทำด้วยการพ่นทราย (ภาษาอังกฤษเรียก sand blasting แต่คนไทยมักเรียกสั้น ๆ ว่าทำ "แซนด์บลาส") ซึ่งเป็นการใช้ทรายละเอียดผสมเข้าไปในอากาศอัดความดันและพ่นลงไปบนผิวท่อ ทรายที่พ่นลงไปกระทบผิวท่อก็จะแตกหักเป็นผงที่เล็กลง ไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก พอขัดสนิมเสร็จแล้วก็จะทำการทาสีรองพื้นซึ่งเป็นสีพวกซิงค์ฟอสเฟต (zinc phosphate หรือสังกะสีฟอสเฟตนั่นเอง) สีรองพื้นนี้ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่ป้องกันสนิม แต่ยังช่วยทำให้สีที่จะทาทับนั้นเกาะติดผิวท่อได้ดีขึ้น (คือถ้าทาสีลงไปบนผิวท่อเลย สีจะเกาะติดไม่ดี จะร่อนง่าย เพราะโมเลกุลสียึดเกาะกับผิวโลหะได้ไม่ดี เลยต้องมีการทาสีรองพื้นก่อนโดยสีรองพื้นจะยึดเกาะกับผิวโลหะได้ดี และยึดเกาะกับตัวสีที่จะทาทับลงไปทีหลังได้ดี)

เมื่อทาสีรองพื้นเสร็จแล้วก็จะทำการทาสีบ่งบอกชนิดท่อตลอดความยาวท่อ (รูปที่ ๓ ข้างล่าง) สาเหตุที่ต้องทาตลอดความยาวก็เพื่อให้มันมีเครื่องหมายอยู่ตลอดไม่ว่าจะตัดท่อให้สั้นลงแค่ไหน เวลาที่พวกช่างที่ทำงานเดินท่อเรียกชนิดท่อเขาก็จะเรียกตามสีที่คาด เช่น ท่อคาดส้ม ท่อคาดแดง ท่อคาดเขียว เป็นต้น

รูปที่ ๓ สีที่ทาตลอดความยาวท่อเป็นตัวบอกว่าท่อโลหะนั้นเป็นท่อทำจากโลหะชนิดเดียวกัน

เพื่อไม่ให้เกิดความสับสน เวลาที่จะคาดสีท่อชนิดใดนั้นก็จะทำเฉพาะท่อชนิดนั้นไปจนเสร็จ จากนั้นจึงค่อยเปลี่ยนไปคาดสีท่อชนิดอื่น

การพ่นทรายเพื่อขัดสนิมที่ผิวนอกของท่อและการทาสีรองพื้นนั้นทำกันกับท่อที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูงไม่มาก แต่ถ้าเป็นท่อที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูงมาก (หลายร้อยองศาเซลเซียส) ก็ไม่จำเป็นต้องทาสีรองพื้น เพราะตัวสีเองมันทนอุณหภูมิได้ไม่สูงอยู่แล้ว (ลองดูท่อไอเสียรถยนต์ที่ออกมาจากเครื่องยนต์ก็ได้ ไม่มีการทาสีหรอก) อีกอย่างคือท่อที่ขึ้นสนิมนั้น เมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้นสนิมจะหลุดออกมาผิวท่อได้เอง ทั้งนี้เพราะการขยายตัวของสนิมเหล็กกับเนื้อเหล็กนั้นแตกต่างกัน หลักการนี้ใช้กันในการกำจัดสนิมที่อยู่ด้านในของท่อ โดยการป้อนไอน้ำเข้าไปเพื่อให้ท่อร้อน จากนั้นจึงชะไล่เอาสนิมเหล็กที่หลุดร่วงออกมาจากผิวท่อออกจากระบบท่อ (ต้องไม่ลืมนะว่าการเหล็กที่สัมผัสกับน้ำจะเป็นสนิมก็ต่อเมื่อมีออกซิเจนอยู่ ถ้ามีแต่น้ำหรือไอน้ำโดยที่ไม่มีออกซิเจน เหล็กก็จะไม่เป็นสนิม)

วันหนึ่งในขณะที่คุมงานวางท่ออยู่นั้น ก็มองขึ้นไปบน pipe rack เพื่อดูว่างานคืบหน้าไปแค่ไหน สิ่งหนึ่งที่สะดุดตาก็คือท่อน้ำประปา (สำหรับ emergency shower กับ eye washer) ซึ่งเป็นท่อเหล็กอาบสังกะสีนั้น ผิวนอกมีความมันวาวที่แตกต่างกันมาก คือมีท่อนหนึ่งมีความมันวาวผิดปรกติ ก็เลยเข้าไปทำการตรวจสอบ

ปรากฏว่าคนงานหยิบท่อผิดมาประกอบ คือแทนที่จะหยิบท่อประปากลับไปหยิบท่อร้อยสายไฟฟ้า (ชนิดท่อโลหะอาบสังกะสี) มาต่อแทน ผิวด้านในของท่อโลหะสำหรับร้อยสายไฟฟ้านั้นจะเรียบกว่าผิวท่อประปา ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ฉนวนหุ้มสายไฟเกิดความเสียหายเมื่อร้อยสายไฟฟ้าเข้าไปในท่อ 

 

งานนี้ไม่รู้เหมือนกันว่าคนงานไปหยิบเอาท่อร้อยสายไฟมาจากไหนได้อย่างไร