ผลกระทบของน้ำที่มีต่อการวัดคาร์บอนไดออกไซด์ ตอนที่ ๑ (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๗๔) MO Memoir : Monday 23 November 2558

ในการวัดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ด้วยเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟและใช้คอลัมน์ molecular sieve 5A นั้น สิ่งหนึ่งที่เป็นที่ทราบคือถ้าหากตัวอย่างมีไอน้ำ (H₂O) ผสมอยู่ และอุณหภูมิของคอลัมน์ต่ำเกินไป ไอน้ำนั้นจะสะสมอยู่ในคอลัมน์ และถ้าสะสมไว้มากก็จะทำให้ความแรงของพีค CO₂ นั้นลดลงไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งไม่ปรากฏได้ (ทั้ง ๆ ที่ฉีด CO₂ ในปริมาณเท่าเดิม)
  

ดังนั้นถ้า CO₂ เป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยา (เช่นในปฏิกิริยา dry reforming) ก็จะเห็น CO₂ ด้านขาออกต่ำกว่าที่ควรจะเป็น ก็จะทำให้หลงเข้าใจผิดได้ว่าได้ค่า conversion สูง ในทางกลับกันถ้าCO₂ เป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา (เช่นในปฏิกิริยา oxidation สารอินทรีย์) ก็จะทำให้แปลผลผิดได้ว่าได้ค่า conversion ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น
  

ดังนั้นในกรณีที่ตัวอย่างนั้นมีน้ำปะปนอยู่ ก็ต้องปรับตั้งเครื่อง GC เพื่อให้มั่นใจว่าน้ำนั้นจะไม่ส่งผลกระทบต่อขนาดพื้นที่พีค CO₂ ที่วัดได้ อย่างน้อยก็ในช่วงเวลาที่ทำการวิเคราะห์ และควรต้องมีการ regenerate (ฟื้นคืนสภาพ) คอลัมน์เป็นระยะด้วย โดยไม่ต้องรอให้พีค CO₂ หายไปก่อน
  

รูปที่ ๑-๓ แสดงตัวอย่างการวิเคราะห์ปริมาณ CO₂ ที่ทางกลุ่มเราทำการทดลองในวันศุกร์ที่ ๑๙ พฤศจิกายนที่ผ่านมา โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ Shimadzu GC-8A ติดตั้ง Thermal Conductivity Detector (TCD) ตั้งอุณหภูมิ TCD ไว้ที่ 130ºC กระแส TCD ตั้งไว้ที่ 120 mA ส่วนอุณหภูมิคอลัมน์ตั้งไว้ที่ 210ºC อัตราการไหลของ He ที่ใช้เป็น carrier gas 40 ml/min ทั้งสองคอลัมน์ คอลัมน์ที่ใช้วิเคราะห์คือ molecular sieve 5A 60/80 mesh เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 mm ยาว 6 ฟุต คอลัมน์อ้างอิงคือ UNIBEED C 60/80 mesh เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 mm ยาว 6 ฟุต
  

เหตุการณ์เริ่มจากวันพฤหัสบดีที่ ๑๙ ที่ได้ทำการทดลองฉีดสารละลาย NaHCO₃ เข้มข้น 1 mol/l ปริมาตร 10 microlitre ในช่วงเช้า พบว่าได้พื้นที่พีคออกมาประมาณ 100000 หน่วย จากนั้นพบว่าเกิดปัญหาพื้นที่พีคมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และจากการตรวจสอบพบว่าปัญหาเกิดจากการมีฟองแก๊สเกิดขึ้นใน syringe (ที่เล่าไว้ใน Memoir ฉบับวันเสาร์ที่ ๒๑ พฤศจิกายน ๒๕๕๘ ที่ผ่านมา) และหลังจากปรับแก้ปัญหาฟองอากาศแล้ว พบว่าพื้นที่พีคที่ได้จากการฉีดสารตัวอย่างปริมาตรเดียวกันนั้นออกมาใกล้กัน แต่พื้นที่พีคที่ได้จากการวัดในช่วงบ่ายวันนั้นนั้น "ต่ำกว่า" ค่าที่วัดได้ในช่วงเช้าอยู่มาก (คือช่วงบ่ายพื้นที่จากระดับ 100000 เหลือประมาณ 370000 หรือเพียงแค่ 1 ใน 3 เท่านั้น)
  

หลังจากเปิดเครื่องทิ้งไว้ทั้งคืนโดยคงอุณหภูมิคอลัมน์ไว้ที่ 210ºC แล้วมาทำการทดลองใหม่ซ้ำเดิมในเช้าวันศุกร์พบว่าพื้นที่พีคที่ได้นั้นกลับมีค่ามากขึ้นไปเท่ากับค่าที่วัดได้ในช่วงเช้าวันพฤหัสบดี แต่เมื่อทำการฉีดสารตัวอย่างซ้ำปริมาตรเดิม (คือฉีด 5 microlitre 3 ครั้ง (รูปที่ ๑) ตามด้วย 3 microlitre 3 ครั้ง (รูปที่ ๒) และ 7 microlitre 3 ครั้ง (รูปที่ ๓) ส่วนเวลาที่ทำการฉีดสารตัวอย่างดูได้จากโครมาโทแกรม) พบว่าพื้นที่พีคที่ได้นั้นมีแนวโน้มลดต่ำลงเรื่อย ๆ ในขณะที่แนวเส้น base line นั้นมีแนวโน้มเคลื่อนต่ำลงอย่างช้า ๆ ตลอดเวลา
  

การแก้ปัญหาเบื้องต้นด้วยการเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ขึ้นอีก 10ºC และลดปริมาตรตัวอย่างที่ฉีดลงเหลือระดับต่ำกว่า 1 microlitre ที่ได้กระทำไปเมื่อเย็นวันศุกร์ที่ผ่านมา ทำให้ดูเหมือนว่าจะสามารถแก้ไขปัญหาที่เกิดจากน้ำได้ แต่อย่างไรก็ตามก็ต้องรอผลการทดลองยืนยันที่จะต้องกระทำกันต่อไป

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมจากการฉีดสารละลาย NaHCO₃ 1 mol/l 5 microlitre

รูปที่ ๒ โครมาโทแกรมจากการฉีดสารละลาย NaHCO₃ 1 mol/l 3 microlitre
 

รูปที่ ๓ โครมาโทแกรมจากการฉีดสารละลาย NaHCO₃ 1 mol/l 7 microlitre