เมื่อคิดในรูปของ ... MO Memoir : Thursday 19 June 2557

ระหว่างการสอบปกป้องวิทยานิพนธ์ของนิสิตผู้หนึ่งเมื่อบ่ายวันอังคารที่ผ่านมา ปัญหาหนึ่งที่นิสิตผู้นั้นไม่สามารถอธิบายให้กรรมการเข้าใจได้อย่างชัดเจนคือ ทำไมดุลมวลสารจึงมีสารหายไป และหายไปไหน
  

ปัญหาเกิดจากการที่ผู้ที่มีส่วนเกี่ยวข้องโดยตรงในการทำงานวิจัยนั้น ไม่เข้าใจหลักการของเทคนิคที่เขาใช้ในการวิเคราะห์ตัวอย่าง และรูปแบบการรายงานผลการวิเคราะห์ปริมาณที่มักใช้กัน กล่าวคือเทคนิคที่เขาเลือกใช้นั้นเป็นเทคนิคที่วัดปริมาณธาตุต่าง ๆ ในรูปของ "ธาตุ" ไม่ใช่ในรูปของ "สารประกอบ" แต่เวลารายงานผล เขามักจะรายงานผลในรูปแบบร้อยละโดยน้ำหนัก (wt%) "เมื่อคิดในรูปของ ..." โดย ... นี้คือสารประกอบที่สมมุติว่ามีอยู่ในตัวอย่าง แม้ว่าตัวอย่างนั้นจะไม่มีสารประกอบนั้นเลยก็ได้

เช่นในกรณีของการวัดค่า alkalinity หรือความเป็นด่างของน้ำ เราจะเอาน้ำตัวอย่างมาไทเทรตกับกรดแล้วดูว่าต้องใช้กรดเท่าใดจึงจะสะเทินน้ำนั้นได้ จากนั้นจึงรายผลในรูปของมีค่าความเป็นด่างเท่ากับสารละลายที่มีปริมาณ CaCO₃ ละลายอยู่ xxx.xx mg/l (หรือ ppm) ทั้ง ๆ ที่ในน้ำนั้นอาจไม่มี CaCO₃ ละลายอยู่เลยก็ได้ และความเป็นด่างอาจเกิดจาก OH^- ก็ได้โดยที่ไม่มี CO₃^2- เกี่ยวข้อง แต่ที่เขานิยมคิดในรูป CaCO₃ ก็เพราะความเป็นด่างของน้ำจากธรรมชาติส่วนใหญ่เกิดจาก CaCO₃

ในทำนองเดียวกันในการวิเคราะห์ความกระด้าง (hardness) ของน้ำ ไอออนบวกของโลหะตั้งแต่ 2+ ขึ้นไป (เช่น Ca²⁺, Mg²⁺) เป็นตัวที่ทำให้น้ำเกิดความกระด้าง แต่สาเหตุของความกระด้างส่วนใหญ่ของน้ำจากธรรมชาติมาจาก CaCO₃ ดังนั้นการรายงานผลการวิเคราะห์จึงนิยมรายงานในรูปน้ำนั้นมีค่าความกระด้างเท่ากับสารละลายที่มีปริมาณ CaCO₃ ละลายอยู่ xxx.xx mg/l (หรือ ppm) เช่นกัน

การวัดปริมาณธาตุด้วยเทคนิคทางด้าน x-ray fluorescence (XRF) หรือ atomic absorption (AA) เป็นการวัดในรูปแบบ "ธาตุ" ไม่ใช่ "สารประกอบ"

ตัวอย่างเช่นสมมุติว่าเราเตรียมสารละลายขึ้นมาสองตัว โดย

(ก) สารละลายตัวแรกเตรียมโดยการนำเอาเกลือ NaฺBr มาละลายน้ำให้ได้ความเข้มข้น Na⁺ 0.1 mol/l จากนั้นก็เอาเกลือ KCl มาละลายลงต่อไปในสารละลายเดิมนี้ให้ได้ความเข้มข้น K⁺ 0.1 mol/l

(ข) สารละลายตัวที่สองเตรียมโดยการนำเอาเกลือ NaฺCl มาละลายน้ำให้ได้ความเข้มข้น Na⁺ 0.1 mol/l จากนั้นก็เอาเกลือ KBr มาละลายลงต่อไปในสารละลายเดิมนี้ให้ได้ความเข้มข้น K⁺ 0.1 mol/l

เมื่อนำสารละลายทั้งสองไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิคทางด้าน atomic absorption เราจะพบว่าสารละลายทั้งสองมีองค์ประกอบเหมือนกัน แต่จะบอกไม่ได้ว่าสารละลายแต่ละตัวอย่างนั้นเตรียมมาจากเกลือของสารใด และโดยปรกติการรายงานผลก็มักจะรายงานในรูปของความเข้มข้นของธาตุนั้นในสารละลายนั้น และถ้าเราเป็นคนเตรียมตัวอย่างเองเราก็จะต้องทำการคำนวณกลับไปว่าสารละลายของเรานั้นได้จากการละลายตัวอย่างหนักเท่าใด เพื่อที่จะคำนวณกลับไปเป็นความเข้มข้นในตัวอย่างที่เป็นของแข็งอีกที
  

สำหรับตัวอย่างของแข็งที่ละลายได้ยากหรือไม่ทราบแน่ชัดว่าประกอบด้วยธาตุอะไรบ้างนั้น ทางกลุ่มเรามักจะหันไปพึ่งเทคนิค XRF ก่อนเพราะมันวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นของแข็งได้โดยตรง เทคนิค XRF เป็นเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการวัดเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพโดยรายงานว่าตัวอย่างประกอบด้วย "ธาตุ" อะไรบ้าง ไม่ได้บอกว่าตัวอย่างประกอบด้วย "สารประกอบ" อะไรบ้าง แต่การรายงานผลมักจะรายงานในรูปที่สมมุติว่าธาตุดังกล่าวอยู่ในรูปของ "สารประกอบออกไซด์" ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นธาตุนั้นอาจอยู่ในรูปสารประกอบตัวอื่นที่ไม่ใช่ออกไซด์ และถ้าอยากรู้ว่าของแข็งนั้นเป็นผลึกของสารใด ก็ต้องใช้ผลการวิเคราะห์จากเทคนิค x-ray diffraction (XRD) ประกอบ

เพื่อให้เห็นภาพก็จะขอยกตัวอย่างให้ดู สมมุติว่าเราวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นเกลือ NaCl บริสุทธิ์ (M.W. 58.45) หนัก 1.00 g สิ่งที่เราวัดได้จาก XRF คือตัวอย่างของเราจะมีโลหะ Na ในปริมาณ 0.3935 g และถ้าสมมุติว่าโลหะ Na ในตัวอย่างของเรานี้อยู่ในรูปของสารประกอบ Na₂O เราก็จะคำนวณได้ว่าโลหะโซเดียม 0.3935 g นี้เทียบเท่ากับโลหะโซเดียมในสารประกอบ Na₂O หนัก 0.5304 g ดังนั้นเวลารายงานผลเขาก็จะรายงานว่ามีโลหะ Na เมื่อคิดในรูป Na₂O เท่ากับ 53.04 wt% ซึ่งถ้าไม่เข้าใจตรงนี้จะทำให้สงสัยได้ว่าแล้วตัวอย่างส่วนที่เหลืออีก 47% นั้นเป็นสารประกอบอะไร
  

หรือถ้าเราเปลี่ยนเป็นการวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นเกลือ Na₂SO₄ บริสุทธิ์ (M.W. 142.06) หนัก 1.00 g ด้วยเทคนิค XRF เราก็จะเห็นตัวอย่างเรามีปริมาณโลหะ Na 0.3238 g และถ้าสมมุติว่าโลหะโซเดียมนี้อยู่ในรูปสารประกอบ Na₂O ก็จะคำนวณได้ว่าโลหะโซเดียม 0.3238 g นี้เทียบเท่ากับโลหะโซเดียมในสารประกอบ Na₂O หนัก 0.4364 g และเวลารายงานผลเขาก็จะรายงานว่าตัวอย่างของเรามีโลหะ Na เมื่อคิดในรูปของ Na₂O เท่ากับ 43.64 wt% เช่นกัน

ปัญหามันอยู่ตรงที่คำว่า "เมื่อคิดในรูปของ ..." บ่อยครั้งที่มันไม่ได้ระบุเอาไว้ในรายงานการวิเคราะห์ โดยอาจถือกันว่าเป็นที่ทราบกันอยู่แล้วในหมู่ผู้ที่ทำงานทางด้านนี้ และผู้วิเคราะห์เองก็คงคิดว่าผู้ส่งตัวอย่างให้วิเคราะห์นั้นก็ทราบดีอยู่แล้วว่ารูปแบบการรายงานผลที่เขาใช้กันทั่วไปในวงการนี้นั้นเขาใช้รูปแบบไหน แต่พอผู้นำผลการวิเคราะห์ไปใช้ไปตีความผลเป็นอีกแบบ มันก็เลยเกิดปัญหาในการนำเอาไปใช้งาน ดังเช่นที่เกิดขึ้นเมื่อบ่ายวันอังคารที่ผ่านมา

คนส่วนใหญ่นั้นมักจะไม่กล้าตั้งคำถามว่าคำศัพท์หรือคำย่อที่อีกฝ่ายหนึ่งกำลังใช้ในการสื่อสารนั้นหมายความว่าอะไร โดยเฉพาะเมื่ออยู่ในการประชุมวงใหญ่ ด้วยเหตุผลต่าง ๆ นานา แต่จากประสบการณ์ที่เจอมานั้นพบว่าบ่อยครั้งมากที่ตัวผู้ใช้คำศัพท์นั้นเองยังไม่เข้าใจความหมายในสิ่งที่ตนเองพูดออกมา หรือไม่ก็ผู้พูดกับผู้ฟังนั้นเข้าใจไปกันคนละทาง คนที่มีตำแหน่งสูงก็ไม่กล้าถามเพราะกลัวว่าจะโดนลูกน้องมองว่าเรื่องแค่นี้ยังไม่รู้ แล้วมาเป็นหัวหน้าได้อย่างไร ส่วนคนที่เป็นลูกน้องก็ไม่กล้าถามเพราะเกรงจะโดนหัวหน้าหาว่าไม่มีความรู้ความสามารถในหน้าที่การงานที่ได้รับมอบหมาย
  

เคยมีกรณีของอาจารย์รายหนึ่งสั่งให้นิสิตไปติดต่อขอข้อมูลอุปกรณ์ "in situ" นิสิตถามอาจารย์กลับไปว่ามันคืออะไร อาจารย์ก็ไม่ยอมตอบ แต่บอกให้นิสิตไปจัดการมาให้ได้ ถ้าไม่รู้ก็ให้ติดต่อไปทางบริษัท พอนิสิตติดต่อไปเจ้าหน้าที่ทางบริษัทก็งงเหมือนกันว่ามันคืออะไรขอให้นิสิตกลับมาถามอาจารย์ใหม่ว่าต้องการอะไร พอนิสิตกลับมาแจ้งอาจารย์ก็โดนอาจารย์ว่ากลับไปว่าไปจัดการมาให้ได้ โดยที่ไม่ยอมอธิบายว่าอุปกรณ์ "in situ" ที่แกพูดนั้นคืออะไร
  

เรื่องมาจบลงตรงที่อาจารย์คนดังกล่าวมาบอกกับผมให้ช่วยดำเนินการเรื่องดังกล่าวให้ที ผมก็ถามย้อนกลับไปว่ารู้หรือเปล่าว่าสิ่งที่พูดออกมานั้นคืออะไร ก็ได้คำตอบออกมาว่า "ผมก็ไม่รู้เหมือนกัน"

ได้ยินอย่างนี้แล้วก็ทำให้สงสัยว่า ผลงานวิจัยที่ตีพิมพ์ซะมากมายไปหมดก่อนหน้านี้ ได้ผลมาได้อย่างไร