ชีวิตพวกเขาคงง่ายขึ้นเยอะ
ถ้าทำให้ถูกเสียตั้งแต่ตอนทำการวิเคราะห์
มีบ่อยครั้งที่มีคนเอาสัญญาณที่มีลักษณะเป็นฟันเลื่อยมาถามผมว่า
กราฟแบบนี้จะแปลผลอย่างไรดี
ผมก็ถามกลับไปว่าผลการวิเคราะห์นี้ทำการสแกนทั้งสิ้นกี่รอบ
เขาก็ตอบก็มีทั้ง
ไม่ทราบเหมือนกันเพราะไม่ได้ทำการวิเคราะห์เอง
ทำเพียงแค่ส่งตัวอย่างไปให้ผู้อื่นวิเคราะห์ให้
หรือไม่ก็ทำตามที่รุ่นพี่ทำตาม
ๆ กันมา
ผมก็อธิบายกลับไปว่าจำนวนรอบการสแกนนั้นมันขึ้นอยู่กับอัตราส่วนที่เราเรียกว่า
Signal
to Noise ratio (คือความแรงของสัญญาณต่อความแรงของสัญญาณรบกวน
หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า
S/N
ratio) นั้นมันนิ่งหรือยัง
คือยิ่งสแกนซ้ำมากรอบขึ้น
ค่า S/N
ก็จะดีขึ้น
แต่มันก็จะดีขึ้นไปจนถึงระดับหนึ่งเท่านั้น
นั่นก็ถือได้ว่าจำนวนรอบการสแกนนั้นเพียงพอแล้ว
การวิเคราะห์หลายอย่างนั้นอยู่ในรูปการวัดข้อมูลที่ตำแหน่งต่าง
ๆ ไปจนตลอดช่วงที่ต้องการวิเคราะห์
เช่นการวัดการดูดกลืนคลื่นแสง
(จะเป็น
UV-Vis
หรือ
IR)
ที่ทำการวัดค่าการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นต่าง
ๆ การวัด XRD
ที่วัดความเข้มของรังสีเอ็กซ์ที่สะท้อนออกมาจากทิศทางมุมต่าง
ๆ การวัด XPS
ที่วัดพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ตัวอย่างปลดปล่อยออกมา
เป็นต้น
โดยในการวัดนี้เครื่องจะทำการวัดสัญญาณที่ค่าตำแหน่งต่าง
ๆ (ตำแหน่งในที่นี้อาจเป็นความยาวคลื่น
มุม พลังงาน ฯลฯ)
ไปเรื่อย
ๆ จนครอบคลุมตลอดทั้งช่วงที่สนใจ
ที่เรามักจะเรียกกันว่าสแกน
(scan)
ครบรอบ
จากนั้นก็อาจทำการวัดซ้ำเดิมหรือหยุดการวัด
(ตรงนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดของผู้ทำการวิเคราะห์และโปรแกรมควบคุมอุปกรณ์)
เป็นเรื่องปรกติที่จะพบว่าค่าที่วัดได้
ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งนั้นจะไม่คงที่
คือมีการเปลี่ยนแปลงกลับไปมาอยู่ในช่วงหนึ่ง
ตัวอย่างเช่นสมมุติว่าในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค
XRD
(x-ray diffraction)
เราต้องการวัดความเข้มของรังสีเอ็กซ์ที่กระเจิงออกมาจากตัวอย่างในช่วงมุม
20-80
องศา
สิ่งที่เราจะพบก็คือแม้ว่าตัวอย่างที่ใช้จะเป็นตัวอย่างเดิมก็ตาม
ค่าความเข้มรังสีเอ็กซ์ที่กระเจิงออกมา
ณ ตำแหน่งมุมต่าง ๆ
และนำค่าที่ได้จากการวัดซ้ำหลายรอบ
ๆ แต่ละรอบมาพิจารณา
เราะจพบว่าค่าที่ได้จากการวัดรอบแรกนั้นจะไม่เหมือนกับค่าที่ได้จากการวัดในรอบที่สองไปซะทีเดียว
และค่าที่ได้จากการวัดในรอบที่สองก็จะไม่เหมือนกับค่าที่ได้จากการวัดในรอบที่สามเช่นกัน
และจะเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย
ๆ พฤติกรรมเช่นนี้มีที่มาจากหลากหลายสาเหตุ
(ทั้งจากตัวอย่าง
ตัวอุปกรณ์ และสภาพแวดล้อมของการวัด)
ยากที่จะป้องกันให้หมดไปได้
จึงทำให้สัญญาณที่วัดได้นั้นไม่นิ่ง
เป็นสิ่งที่เราเรียกว่า
Noise
หรือสัญญาณรบกวน
Noise
ที่เข้าไปรวมอยู่ในสัญญาณที่ควรจะเป็นนั้นทำให้ค่าสัญญาณที่วัดได้มีขนาดสูงกว่าคือต่ำกว่าค่าที่ควรจะเป็น
แต่การรบกวนของ Noise
นั้นมีลักษณะเป็นแบบสุ่ม
คือบางครั้งก็จะแทรกเข้าไปในรูปแบบที่ทำให้ค่าที่วัดได้สูงกว่าค่าที่ควรเป็น
บางครั้งก็ทำให้ค่าที่วัดได้นั้นต่ำกว่าค่าที่ควรเป็น
วิธีการลดปัญญาที่เกิดจาก
Noise
ทำได้โดยการวัดค่าที่ตำแหน่งนั้นซ้ำหลาย
ๆ ครั้งแล้วนำค่าที่วัดได้แต่ละครั้งนั้นมาเฉลี่ย
เพื่อให้เห็นภาพจะขอยกตัวอย่างโดยสมมุติว่าสัญญาณการวัดที่ควรจะเป็นนั้นมีลักษณะดังแสดงในรูปที่
๑ คือเป็นพีค Gaussian
สองพีคที่อยู่ที่ตำแหน่งต่างกัน
จากนั้นจะทำการจำลองค่าที่ได้จากการวัดจริงด้วยการผสม
Noise
เข้าไปในพีค
Gaussian
ดังกล่าว
การเพิ่มค่า Noise
ทำโดยบวกค่า
0.5(RAND()
- 0.5) ที่เป็นตัวแทนฟังก์ชัน
Noise
ให้กับค่าฟังก์ชันแต่ละตำแหน่ง
x
ของกราฟในรูปที่
๑ ผลที่ได้คือกราฟที่แสดงในรูปที่
๒ ข้างล่าง
(การคำนวณกระทำในโปรแกรม
Spreadsheet
ของโปรแกรม
Spreadsheet
ของ
OpenOffice
4.1.3 โดยฟังก์ชัน
RAND()
เป็นฟังก์ชันสุ่มตัวเลขที่ให้ค่าตัวเลขในช่วง
0
- 1 ออกมา
ดังนั้นค่า 0.5(RAND()
- 0.5) จะมีค่าอยู่ในช่วง
-0.25
ถึง
+0.25
หรือกล่าวได้ว่า
Noise
มีขนาดเท่ากับ
+0.25
- (-0.25) = 0.5 ซึ่งเมื่อคิดขนาดของ
Noise
เทียบกับความแรงของสัญญาณ
(ความสูงของพีค
ซึ่งในที่นี้คือ 0.5
ทั้งสองพีค)
จะได้ค่า
S/N
= 1.0)
การจำลองการวัดซ้ำนั้นทำโดยการคำนวณค่าฟังก์ชันตามแบบรูปที่
๒ ขึ้นมาใหม่หลาย ๆ ครั้ง
(ซึ่งแน่นอนว่าค่าที่ได้แต่ละครั้งนั้นไม่เหมือนกัน)
จากนั้นนำค่าที่ได้จากการคำนวณหลาย
ๆ ครั้งนั้นมาเฉลี่ยนแล้วนำมาเขียนกราฟใหม่
รูปที่ ๓ เป็นค่าที่ได้จากการเฉลี่ยค่าที่ได้จากการคำนวณ
5
ครั้ง
รูปที่ ๔ เป็นค่าที่ได้จากการเฉลี่ยค่าที่ได้จากการคำนวณ
10
ครั้ง
และรูปที่ ๕
เป็นค่าที่ได้จากการเฉลี่ยค่าที่ได้จากการคำนวณ
15
ครั้ง
จะเห็นว่าเมื่อทำการคำนวณมากครั้งขึ้น
(หรือทำการวัดซ้ำหลายครั้งมากขึ้น)
กราฟค่าเฉลี่ยที่ได้นั้นจะมีลักษณะที่ราบเรียบมากขึ้นจนมีรูปร่างใกล้เคียงกับกราฟที่ควรเป็น
(รูปที่
๑)
(ค่าที่นำมาเฉลี่ยนั้นต้องเป็นค่าที่ตำแหน่ง
x
เดียวกัน)
เครื่องมือวิเคราะห์แต่ละชนิดแต่ละยี่ห้อมีวิธีการวัดซ้ำที่แตกต่างกันออกไป
บางเครื่องใช้วิธีการวัดหลาย
ๆ รอบ (ที่เรียกว่าสแกน)
บางเครื่องก็ใช้วิธีการกำหนดระยะเวลาที่จะทำการวัดค่าที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง
เช่นเครื่อง XRD
นั้นที่เคยเจอก็มีทั้งการใช้วิธีการวัดสัญญาณในช่วงมุมที่ต้องการศึกษาซ้ำ
ๆ กันหลาย ๆ รอบ
แล้วนำค่าที่วัดได้ทั้งหมดนั้นมาเฉลี่ย
(ยิ่งวัดซ้ำหลายรอบ
ก็ยิ่งได้สัญญาณเฉลี่ยออกมาดีขึ้น)
และรุ่นที่ใช้การกำหนดระยะเวลาว่าจะให้ว่าค่าที่แต่ละตำแหน่งมุมนั้นเป็นเวลานานเท่าใด
(ยิ่งนาน
ก็ยิ่งได้สัญญาณเฉลี่ยออกมาดีขึ้น)
อุปกรณ์
FT-IR
(Fourier Transform Infrared)
ที่เคยใช้นั้นก็ยังสามารถไปปรับตั้งความเร็วในการเคลื่อนที่ของ
moving
mirror ได้อีก
(คือถ้าไปลดความเร็วให้ต่ำลง
ผลการวิเคราะห์ที่ได้ก็จะดีขึ้น)
แต่ที่แน่
ๆ
สิ่งที่ต้องจ่ายก็คือระยะเวลาในการวิเคราะห์ตัวอย่างที่จะต้องเพิ่มมากขึ้น
ส่วนที่ว่าต้องทำการวัดซ้ำกี่รอบหรือต้องว่าค่าที่ตำแหน่งต่าง
ๆ นานเท่าใดนั้นตรงนี้คงจะบอกไม่ได้
เพราะมันขึ้นอยู่กับตัวอย่างแต่ละชนิดที่ต้องทำลองการทดลองหลาย
ๆ
ครั้งเพื่อหาจำนวนรอบการสแกนหรือระยะเวลาที่ต้องวัดสัญญาณแต่ละตำแหน่งที่เหมาะสม
ตัวอย่างเช่นกรณีของ FT-IR
นั้นก็เคยพบทั้งตัวอย่างที่สแกนเพียงแค่
2-3
รอบ
ผลที่ได้ก็ใช้ได้แล้ว
ไปจนถึงตัวอย่างที่ต้องสแกนในระดับ
500-1000
รอบจึงจะสามารถยืนยันตำแหน่งพีคได้
โดยเฉพาะกรณีการหาพีคที่มีขนาดเล็กและ/หรือการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งเพียงเล็กน้อย
ยิ่งต้องให้ความสำคัญกับสิ่งนี้ให้มากขึ้น
เป็นประจำที่พบว่าปัญหาผลการวิเคราะห์ที่ออกมาในแบบในรูปที่
๒ นั้นเกิดจากการที่ผู้ทำการวิเคราะห์นั้นไม่ทราบว่าพารามิเตอร์ต่าง
ๆ ของเครื่องมือวิเคราะห์นั้นสำคัญอย่างไรต่อผลการวัดที่ได้
หรือไม่ก็ไม่รู้ว่าสามารถปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์เหล่านั้นให้เหมาะสมกับแต่ละตัวอย่างได้
หรือไม่ก็ความต้องการให้งานเสร็จเร็ว
ๆ มักจะมาก่อนความถูกต้อง
หรือไม่ก็ขอให้ได้ผลการวัดออกมาก่อน
ส่วนจะแปลผลได้หรือไม่นั้นก็ค่อยว่ากันภายหลัง
ทั้งนี้ไม่ว่าการวิเคราะห์นั้นจะเป็นการทำการวิเคราะห์ด้วยตนเองหรือส่งตัวอย่างไปให้ผู้อื่นวิเคราะห์ก็ตาม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น