เทคนิคทางด้าน
atomic
spectroscopy ไม่ว่าจะเป็นการวัดการดูดกลืน
(absorption)
หรือการเปล่งแสง
(emission)
นั้นจัดว่าเป็นเทคนิคที่มีความว่องไว
(sensitivity)
ในการวัดที่สูง
สามารถวัดธาตุในสารตัวอย่างที่ระดับปริมาณ
ppm
(part per million - ส่วนต่อล้านส่วน)
หรือ
ppb
(part per billion - ส่วนต่อพันล้านส่วน)
ได้
แต่นั่นหมายถึงตัวอย่างที่ต้องการวัดปริมาณธาตุนั้นจำเป็นต้องมีธาตุเหล่านั้นที่ความเข้มข้นระดับ
ppm
ด้วย
เพราะถ้าความเข้มข้นของธาตุในสารตัวอย่างสูงเกินไป
เครื่องจะวัดไม่ไหว
ในกรณีที่เรามีตัวอย่างเป็นของแข็งและต้องการวัดปริมาณธาตุในตัวอย่างนั้น
สิ่งที่ต้องกระทำก็คือละลายตัวอย่างในตัวทำละลายที่เหมาะสม
เนื่องจากการละลายให้ได้ความเข้มข้นระดับ
ppm
ในครั้งเดียวเป็นเรื่องยากที่จะทำ
(ปัญหาหนักข้อหนึ่งมันอยู่ตรงที่การชั่งสารในปริมาณน้อย
ๆ)
วิธีการที่ทำกันมากกว่าคือการเตรียมตัวอย่างให้เป็นสารละลายที่ความเข้มข้นสูงก่อน
จากนั้นจึงค่อยทำการเจือจางสารละลายนั้นให้อยู่ในระดับความเข้มข้นที่เครื่องสามารถวัดได้
แต่วิธีการเจือจางก็ยังมีปัญหาเรื่องความคลาดเคลื่อนอยู่ดี
ปัญหาหลักก็คือประสบการณ์ของผู้ที่เตรียมสารละลายในการใช้อุปกรณ์เครื่องแก้วต่าง
ๆ ในการวัดปริมาตร
ในสัปดาห์ที่แล้วสมาชิกผู้หนึ่งของกลุ่มเราได้ส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค
inductively
coupled plasma หรือที่เรียกย่อว่า
ICP
ปรากฏว่าผลการวัดที่ได้นั้นเกิดปัญหาขึ้น
คือค่าความเข้มข้นที่วัดได้นั้นมันติดลบ
ก็เลยได้มีการปรึกษากันระหว่างผมกับทางเจ้าหน้าที่ผู้วิเคราะห์
(เขาเพิ่งจะย้ายมารับงานนี้)
ในการส่งตัวอย่างไปนั้นผู้ส่งตัวอย่างต้องเตรียมสารละลายตัวอย่างและสารละลายที่จะใช้สร้าง
calibration
curve การเตรียมสารละลายที่ใช้สร้าง
calibration
curve นั้นจะใช้สารละลายมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้นแน่นอน
มาเจือจางให้ได้ระดับความเข้มข้นต่าง
ๆ กัน
ซึ่งหลังจากที่ได้ปรึกษากันแล้วผมก็เสนอว่าปัญหามันน่าจะอยู่ตรงที่การสร้าง
calibration
curve และความเข้มข้นของสารในตัวอย่างที่นำมาวัด
ผมก็เลยขอให้ทางผู้วิเคราะห์นั้นส่งข้อมูลความแรงของสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างความเข้มข้นต่าง
ๆ เพื่อตรวจสอบการสร้าง
calibration
curve
กล่าวคือในการวิเคราะห์นั้น
ทางผู้ส่งตัวอย่างส่งสารที่ความเข้มข้น
0,
1, 3, 5, 10 และ
15
ppm ที่เตรียมขึ้นเองเพื่อใช้สร้าง
calibration
curve
ผู้ทำการวิเคราะห์ก็ทำการวัดสัญญาณที่ได้จากสารเหล่านี้ความเข้มข้นละ
3
ครั้งก่อนที่จะหาค่าเฉลี่ย
จากนั้นจะใช้ค่าเฉลี่ยที่ได้นั้นมาสร้าง
calibration
curve โดยกำหนดให้
calibration
curve เป็นเส้นตรงที่ตัดผ่านจุดกำเนิด
ข้อมูลดิบที่ได้และและผลการคำนวณแสดงไว้ในตารางที่
๑ ข้างล่าง
ตารางที่
๑ ข้อมูลดิบที่ได้จากการวัดและข้อมูลที่ทำการปรับแก้แล้ว
ข้อมูลดิบ
|
เฉลี่ย
|
เทียบกับค่าเฉลี่ย
|
สัญญาณ
|
|||||
ppm
|
ครั้งที่
๑
|
ครั้งที่
๒
|
ครี้งที่
๓
|
ครั้งที่
๑
|
ครั้งที่
๒
|
ครี้งที่
๓
|
ที่ปรับแก้
|
|
0
|
860128.9
|
854053.3
|
854289.8
|
856157.3
|
3971.6
|
-2104.0
|
-1867.5
|
0.0
|
1
|
1372324.5
|
1371738.1
|
1372463.0
|
1372175.2
|
516167.2
|
515580.8
|
516305.7
|
516017.9
|
3
|
2389482.1
|
2395157.7
|
2384729.7
|
2389789.8
|
1533324.8
|
1539000.4
|
1528572.4
|
1533632.5
|
5
|
3390577.3
|
3392577.0
|
3403565.6
|
3395573.3
|
2534420.0
|
2536419.7
|
2547408.3
|
2539416.0
|
10
|
5947784.0
|
5915905.6
|
5903768.8
|
5922486.1
|
5091626.7
|
5059748.3
|
5047611.5
|
5066328.8
|
15
|
8434312.8
|
8433330.6
|
8406988.8
|
8424877.4
|
7578155.5
|
7577173.3
|
7550831.5
|
7568720.1
|
รูปที่
๑ (ซ้าย)
สัญญาณข้อมูลดิบที่วัดได้กับความเข้มข้นของสาร
(ขวา)
ปรับแก้
base
line
ด้วยการลบสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างแต่ละความเข้มข้นด้วยสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างความเข้มข้น
0
ppm
ถ้านำเอาข้อมูลดิบ
(หรือที่ตัด
base
line ทิ้งไปแล้ว)
คือความแรงของสัญญาณที่วัดได้กับความเข้มข้นของสารมาตรฐานที่เตรียมขึ้นมาเขียนกราฟ
ก็จะได้กราฟดังแสดงในรูปที่
๑ ข้างบน
มองแบบนี้จะเห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสัญญาณกับความเข้มข้นของสารมีลักษณะเป็นกราฟเส้นตรงซึ่งเป็นไปตาม
Beer's
law
อันที่จริง
calibration
curve ในรูปที่
๑ ก็ใช้การได้
แต่ถ้าจะดูให้ละเอียดโดยเอาตัวเลขข้อมูลดิบมาตรวจสอบว่าความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสัญญาณกับความเข้มข้นของสารนั้นเป็นเส้นตรงที่ตัดจุดกำเนิดของกราฟหรือไม่ก็จะพบว่ามีปัญหาเล็กน้อย
(ดูตารางที่
๒)
กล่าวคือถ้าเอาจุด
0
ppm และ
1
ppm เป็นหลัก
จากนั้นตรวจสอบว่าที่ความเข้มข้น
3,
5, 10 และ
15
ppm นั้นสัญญาณแรงเป็น
3,
5, 10 และ
15
เท่าของสัญญาณที่
1
ppm หรือไม่ก็พบว่าความแรงของสัญญาณที่ความเข้มข้น
3,
5, 10 และ
15
ppm นั้น
"ต่ำกว่า"
3, 5, 10 และ
15
เท่าของสัญญาณที่
1
ppm อยู่เล็กน้อย
โดยยิ่งห่างจุด 1
ppm มากก็ยิ่งต่ำลงมากขึ้น
ตารางที่
๒
เปรียบเทียบค่าเฉลี่ยสัญญาณที่วัดได้จริงกับค่าที่ควรเป็นถ้าอ้างอิงจุด
1
ppm และ
15
ppm
ppm
|
เฉลี่ย
|
ref
ที่
1
ppm
|
ref
ที่
15
ppm
|
0
|
0.0
|
0.0
|
0.0
|
1
|
516017.9
|
516017.9
|
504581.3
|
3
|
1533632.5
|
1548053.6
|
1513744.0
|
5
|
2539416.0
|
2580089.3
|
2522906.7
|
10
|
5066328.8
|
5160178.7
|
5045813.4
|
15
|
7568720.1
|
7740268.0
|
7568720.1
|
และในทางกลับกันถ้าเอาจุด
0
ppm และ
15
ppm เป็นหลัก
จากนั้นตรวจสอบว่าที่ความเข้มข้น
1,
3, 5 และ
10
ppm นั้นสัญญาณแรงเป็น
1/15,
3/15, 5/15 และ
10/15
เท่าของสัญญาณที่
15
ppm หรือไม่ก็พบว่าความแรงของสัญญาณที่ความเข้มข้น
1,
3, 5 และ
10
ppm นั้น
"สูงกว่า"
1/15, 3/15, 5/15 และ
10/15
เท่าของสัญญาณที่
15
ppm อยู่เล็กน้อยเช่นเดียวกัน
โดยยิ่งเข้าใกล้จุด 0
ppm มากก็ยิ่งสูงขึ้นมากขึ้น
(ค่าสัมพัทธ์)
ปัญหานี้เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นเป็นประจำเวลาที่ตวงของเหลวปริมาตรน้อย
ๆ ด้วยอุปกรณ์ที่เพียงชิ้นเดียวก็สามารถตวงของเหลวได้หลายปริมาตรเช่น
graduate
pipette หรือบิวเรต
หรือแม้แต่การใช้ syringe
ขนาดใหญ่ในการฉีดตัวอย่างปริมาตรน้อย
(เช่นเอา
syringe
ขนาด
1
ไมโครลิตรมาฉีดตัวอย่างขนาด
0.1-0.2
ไมโครลิตร)
ทั้งนี้เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้จะมีความคลาดเคลื่อนในการวัดปริมาตรอยู่ในระดับหนึ่ง
โดยไม่ขึ้นกับปริมาตรที่ทำการตวง
สมมุติว่าเราใช้
graduate
pipette ขนาด
10
ml ในการตวงของเหลวปริมาตร
10
ml
ความคลาดเคลื่อนจากการตวงจะอยู่ที่ฝีมือผู้ทำการตวงของเหลวในการอ่านสเกลและปรับปริมาตรของเหลวให้ตรงกับขีด
และปริมาตรของเหลวที่ตกค้างอยู่ที่ปลายปิเปต
ซึ่งความคลาดเคลื่อนตรงนี้จะมีขนาดคงที่
ไม่ขึ้นกับปริมาตรของเหลวที่ทำการตวง
ถ้าสมมุติว่าขนาดความคลาดเคลื่อนสองส่วนนี้รวมกันเท่ากับ
0.02
ml ดังนั้นถ้าเรานำเอา
graduate
pipette ตัวนี้มาตวงของเหลว
10
ml ก็จะมีสิทธิคลาดเคลื่อนไปได้
(0.02/10.0)*100
= 0.2%
แต่ถ้าเรานำเอา
graduate
pipette ตัวนี้มาตวงของเหลวปริมาตร
1.0
ml ความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการอ่านสเกล
การปรับระดับของเหลวให้ตรงขีด
และปริมาตรของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายก็ยังคงเท่ากับ
0.02
ml เหมือนเดิม
แต่ในขณะนี้เมื่อเทียบกับปริมาตร
1.0
ml ที่ทำการตวง
การตวงจะมีควรคลาดเคลื่อนเพิ่มเป็น
(0.02/1.0)*100
= 2.0% ดังนั้นเพื่อที่จะลดขนาดความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ตรงนี้
จึงไม่ควรตวงสารในปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของอุปกรณ์ที่ใช้ตวง
ในกรณีนี้สิ่งที่ผมคิดว่าพวกเราควรต้องปฏิบัติคือให้ไปดูว่าสารมาตรฐานที่เขาซื้อมานั้นมีความเข้มข้นเท่าใด
ก็ให้เตรียมสารตัวอย่างให้มีความเข้มข้นประมาณนั้น
เช่นสมมุติว่าโลหะที่เราต้องการวัดนั้นมีสารมาตรฐานเข้มข้น
15
ppm การสร้าง
calibration
curve ก็ใช้จุด
2
คือ
0
ppm กับ
15
ppm
ที่ผมคิดว่าใช้เพียงแค่สองจุดได้ก็เพราะความสัมพันธ์ระหว่างความแรงสัญญาณและความเข้มข้นนั้นเป็นเส้นตรงที่ดีและผ่านจุดกำเนิด
(ดูรูปที่
๑)
จุด
0
ppm ได้จากการวัดตัวทำละลายเปล่า
ตัวทำละลายเปล่านี้คือตัวทำละลายที่เราใช้ละลายตัวเร่งปฏิกิริยา
ที่ต้องทำการวัดตัวทำละลายเปล่าก็เพื่อหาว่าสัญญาณของตัวทำละลายเปล่าเมื่อไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาละลายอยู่นั้นแรงเท่าใด
ส่วนจุด 15
ppm ก็วัดจากสารละลายมาตรฐานนั้นเลย
เมื่อได้ผลการวิเคราะห์ออกมาก็เทียบกับcalibration
curve เส้นนี้
ส่วนการเตรียมสารละลายตัวอย่างนั้นก็ให้คำนวณก่อนว่าควรนำตัวเร่งปฏิกิริยาหนักกี่กรัม
ละลายในตัวทำละลายกี่ ml
จึงจะได้ความเข้มข้นของโลหะที่ต้องการวัดในสารละลายนั้นเข้มข้นประมาณ
15
ppm
(เราทราบปริมาณโลหะโดยประมาณของตัวอย่างจากปริมาณโลหะที่เราเติมเข้าไปตอนสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น