วางความคิดให้เป็นกลาง แล้วตั้งคำถามพื้น ๆ MO Memoir : Thursday 28 September 2560

"เมื่อต้องเผชิญกับปัญหาที่หาต้นตอไม่เจอ ให้ลองตั้งคำถามพื้น ๆ"

ประโยคข้างบนเป็นสิ่งหนึ่งที่ผมบอกกับนิสิตป.โท ที่ผมสอนอยู่เป็นประจำ เวลาที่เขาทำการทดลองแล้วพบปัญหากับตัวอุปกรณ์หรือผลการทดลอง แล้วนึกหาสาเหตุไม่เจอว่าต้นตอของปัญหามันมาจากไหน ก็ให้ลองใช้วิธีนี้ดู
 

"คำถามพื้น ๆ" นี้หมายความถึงให้ตั้งคำถามว่า มีอะไรเกิดขึ้น พบเห็นอะไร ได้ยินสิ่งไหน ฯลฯ เอาแค่นั้นพอ อย่าพึ่งไปใส่ข้อมูลอื่น ๆ ลงไปว่ามันไม่น่าจะมีสาเหตุมาจากนั่นจากนี่ หรือมันต้องมีสาเหตุมาจากนั่นจากนี่ แต่การจะทำเช่นนี้ได้ก็ต้องสามารถวางความคิดให้เป็นกลางให้ได้ก่อน คืออย่าเพิ่งลำเอียงหรือใส่ความรู้สึกส่วนตัวใด ๆ เข้าไป การทำเช่นนี้จำเป็นต้องใช้สติช่วยกำกับ จากนั้นจึงค่อยพิจารณาหาเหตุผลว่า มีอะไรที่เป็นไปได้บ้างที่สามารถนำมาสู่ สิ่งที่เกิด ที่พบเห็น ที่ได้ยิน ฯลฯ เหล่านั้น ตรงนี้เป็นขั้นตอนของการใช้ปัญหาไตร่ตรอง
 

การทำเช่นนี้ไม่เพียงแค่อาจช่วยแก้ปัญหาในงานที่กระทำอยู่ แต่ยังช่วยให้เราตรวจสอบความรู้หรือข้อมูลที่เราได้รับมานั้นด้วยว่า มันถูกต้องหรือควรค่าต่อการน่าเชื่อถือมากน้อยเพียงใด

ตัวอย่างหนึ่งได้แก่กรณีที่มีนิสิตต้องการลดความอ้วนด้วยการงดอาหารมื้อเย็น ด้วยมีข้อมูล (จากไหนก็ไม่รู้) ที่บอกว่าอาหารมื้อเย็นเป็นตัวทำให้อ้วน พอผมย้อนถามกลับไปว่าถ้าการกินอาหารมื้อเย็นเป็นตัวทำให้อ้วนจริง พระภิกษุที่อ้วนก็ต้องไม่มี ซึ่งความจริงเป็นอย่างไรนั้นก็เห็น ๆ กันอยู่
  

ในกรณีนี้ถ้าลองวางความคิดที่เป็นกลางก่อน แล้วตั้งคำถามว่าทำไปจึงอ้วน คำตอบที่ได้ก็คือพลังงานที่ได้จากอาหารที่รับประทานเข้าไปนั้นสูงเกินกว่าการใช้งานในแต่ละวัน ทำให้ร่างกายมีการเปลี่ยนอาหารที่รับประทานเข้าไปนั้นให้อยู่ในรูปไขมันสะสมในร่างกาย ถ้าว่ากันตามนี้ สิ่งสำคัญในการควบคุมน้ำหนักคือการไม่รับประทานอาหารในปริมาณที่เกินกว่าที่ร่างกายต้องใช้ในแต่ละวัน ส่วนจะเป็นการรับประทานเพียงมื้อเดียว หรือหลายมื้อแยกกันนั้น มันเป็นอีกเรื่องหนึ่ง

ตอนที่ผมปรับตั้งเครื่อง GC-2014 ECD เพื่อการวิเคราะห์แก๊ส NO นั้น หลังจากที่ปรับเครื่องจนมองเห็นพีค NO ออกมาจากคอลัมน์ ก็พบว่ามันใช้เวลาในการวิเคราะห์นานเกินไป จึงพยายามลดเวลาการวิเคราะห์ด้วยกาารหาทางทำให้พีค NO ออกมาจากคอลัมน์เร็วขึ้น สิ่งที่ผมเรียนมาและมีประสบการณ์ตรงกับสิ่งที่ได้เรียนมาตลอดระยะเวลาทำงานกับเรื่อง GC มาเกือบ ๒๐ ปี (ณ เวลานั้น) คือถ้าอยากให้สารออกจากคอลัมน์เร็วขึ้น ก็ให้เพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้น
 

แต่พอเอาเข้าจริง พอเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้น กลับไม่พบ NO ออกมาจากคอลัมน์ แต่พอลดอุณหภูมิกลับคืนเดิม ก็พบพีค NO ออกมาเหมือนเดิม พอเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นใหม่เพียงเล็กน้อย ก็ยังพบพีค NO ออกมาจากคอลัมน์ แต่ออกมา "ช้าลง"
  

งานนี้ทำเอาผมต้องกลับไปทบทวนสิ่งที่เรียนและประสบการณ์ที่เคยมีมานั้นใหม่ ว่าประสบการณ์ในอดีต (ที่ตรงกับสิ่งที่ได้เรียนมา) กับระบบที่กำลังปรับตั้งอยู่นี้มีอะไรที่แตกต่างกัน คำตอบก็คือขนาดของคอลัมน์ที่แตกต่างกัน โดยคอลัมน์ของเครื่องที่กำลังปรับแต่งอยู่นั้น แม้ว่าจะเป็น packed column แบบที่ผมมีประสบการณ์ใช้งานมา แต่มันเป็นรุ่นใหม่ที่มีขนาดเล็กกว่ารุ่นเก่ามาก คือมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงแค่ 1/8 นิ้ว
  

เพื่อที่จะทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้น ผมก็เลยต้องกลับไปตั้งคำถามว่า เกิดอะไรขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้น คำตอบก็คือ 
  

(ก) การดูดซับจะแย่ลง ตรงนี้จะทำให้สารนั้นออกมาอยู่ใน carrier gas มากขึ้น ปัจจัยนี้ทำให้สารออกพ้นคอลัมน์ได้เร็วขึ้น และ 
   

(ข) แก๊สมีความหนืดสูงขึ้น ทำให้ไหลผ่าน packed bed ได้ยากขึ้น ปัจจัยนี้ทำให้สารออกพ้นคอลัมน์ช้าลง
 

ประสบการณ์ก่อนหน้านี้ของผมทำงานเกี่ยวกับ packed column ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เล็กมาก ดังนั้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ ปัจจัยข้อ (ก) จึงเด่นกว่าปัจจัยข้อ (ข) แต่สำหรับเครื่องที่กำลังปรับแต่งอยู่นั้นใช้คอลัมน์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก ปัจจัยข้อ (ข) จึงเด่นกว่าปัจจัยข้อ (ก) ประกอบกับในความเป็นจริงนั้นตัวเครื่องไม่ได้ออกแบบมาให้รักษาอัตราการไหลผ่านคอลัมน์ให้คงที่ (ด้วยการปรับความดันด้านขาเข้า) แต่ใช้การควบคุมความดันด้านขาเข้าให้คงที่ (ที่จะทำให้อัตราการไหลลดต่ำลงถ้าหากความต้านทานการไหลสูงขึ้น) ดังนั้นถ้าผมจึงพบว่าในกรณีของเครื่อง GC เครื่องนี้ ถ้าต้องการให้ NO เคลื่อนผ่านพ้นคอลัมน์เร็วขึ้น ก็ต้องลดอุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์ให้ต่ำลง (ที่ความดันขาเข้าเท่าเดิม)

ก่อนหน้านั้นเคยมีกรณีนิสิตบอกว่ามีปัญหาเรื่องพีค GC ที่เวลาที่มันออกมาจากคอลัมน์นั้นไม่นิ่ง มีการขยับตำแหน่งไปมา ผมก็บอกเขาไปว่าถ้าเวลาที่พีคออกมานั้นไม่คงที่ ก็ต้องไปดูว่าอัตราการไหลของ carrier gas และระบบควบคุมอุณหภูมิคอลัมน์มีปัญหาหรือไม่ เขาก็ตอบกลับมาว่าตรวจสอบแล้วและไม่พบว่าทั้งสองระบบมีปัญหา ก็เลยขอให้ผมเข้าไปช่วยตรวจสอบหน่อย
  

ผมเข้าไปตรวจเครื่องตอนที่เขาเปิดเครื่องรอการวิเคราะห์อยู่พอดี สิ่งแรกที่ผมถามเขาก็คือปรกติเวลาเครื่อง GC เครื่องนี้ทำงาน "เสียง" มันเงียบแบบนี้เหรอ เขาก็ตอบกลับมาว่าไม่ทราบเหมือนกัน เพราะไม่เคยสังเกต
  

ในกรณีนี้พบว่าพัดลมหมุนเวียนอากาศภายใน oven ที่ติดตั้งคอลัมน์นั้นไม่ทำงาน ประกอบกับการวิเคราะห์ที่ใช้เทคนิคการเพิ่มอุณหภูมิ ก็เลยทำให้อุณหภูมิ "อากาศร้อน" ใน oven นั้นไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลต่ออุณหภูมิที่แท้จริงของคอลัมน์ด้วย สิ่งที่เครืองวัดจริงก็คืออุณหภูมิ "อากาศ" ใน oven ไม่ใช่อุณหภูมิของคอลัมน์
  

หรืออย่างเช่นเมื่อไม่นานมานี้ที่กลุ่มเราเจอ ก็คือพบว่าระบบป้อนแก๊สเข้าสู่ระบบนั้นทำงานปรกติ แต่พบว่าแก๊สด้านขาออกนั้นหายไป แสดงว่ามีการรั่วไหลเกิดขึ้นในระบบ การตรวจสอบข้อต่อ "ท่อ" ทุกตำแหน่งก็ไม่พบการรั่วไหล แต่พอเรากลับมาตั้งคำถามกันว่า ยังมีข้อต่อตำแหน่งไหนอีกที่เราไม่ได้ตรวจสอบ ซึ่งก็พบว่ายังมีอยู่ นั่นก็คือข้อต่อที่ตัวโครงสร้างของ "วาล์ว" ที่ทำให้แก๊สรั่วออกมาตรงตำแหน่งติดตั้งก้านหมุนลูกบอลของตัววาล์ว งานนี้พอเปลี่ยนวาล์วตัวใหม่ปัญหาก็หมดไป

สิบกว่าปีที่แล้ว มีลูกศิษย์ที่เรียนจบโทไป คนหนึ่งเพิ่งจะได้งานในบริษัทในเครือบริษัทใหญ่แห่งหนึ่ง อีกคนยังไม่ได้งาน แต่ไปช่วยเพื่อนเป็นครูสอนกวดวิชาเด็กนักเรียนตอนเย็นหลังเลิกเรียนในห้างสรรพสินค้า วันหนึ่งบังเอิญทั้งสองคนแวะมาเยี่ยมผมที่ห้องทำงานพร้อมกัน คนที่ยังไม่ได้งานก็บ่นว่าทำงานสอนหนังสือได้เงินรายชั่วโมงไม่มาก ผมก็เลยถามคนที่ได้งานบริษัททำว่าเขาได้เงินเดือนเดือนละเท่าไร และชั่วโมงทำงาน "จริง" นั้นสัปดาห์ละกี่ชั่วโมง (เรื่องเลิกงานตามเวลาไม่ต้องกล่าวถึง เรียกว่าถ้าไม่ค่ำหรือดึกก็คงไม่ได้กลับ รวมทั้งงานที่ต้องหอบมาทำที่บ้านในช่วงวันหยุดอีก) พอหารออกมาแล้วก็ปรากฏว่าทั้งสองคนมีรายได้คิด "ต่อชั่วโมงทำงาน" เท่ากัน ผมก็ถามคนที่ทำงานเป็นครูสอนกวดวิชาว่า นี่ขนาดคุณยังไม่ได้ทำงานเต็มที่นะ เพื่อนคุณก็ชวนให้ไปร่วมทำเต็มเวลาเลยไม่ใช่เหรอ แถมงานนี้ก็ไม่ต้องตื่นมาทำงานแต่เช้าหรือกลับดึก ๆ อีก เวลาทำงานก็ตกลงกันได้กับผู้เรียน ถ้าคุณเพียงแต่ไม่มองเฉพาะ "ตัวเงิน" ที่ได้อยู่ในขณะนี้ บางทีคุณอาจมองเห็นผลประโยชน์ในแง่อื่นที่สามารถทดแทนกันได้หรือได้มากกว่าอีก
  

และเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ ก็มีนิสิตปี ๔ ที่เพิ่งได้งานทำสองที่ แวะเข้ามาถามความเห็นว่าควรไปทำงานที่ไหนดี ระหว่างสถานที่ทำงานใกล้บ้าน เป็นบริษัทยักษ์ใหญ่ในวงการน้ำมัน เงินเดือนเริ่มต้นห้าหมื่นบาท กับอีกบริษัทหนึ่งที่ต้องเดินทางไปทำงานที่นิคมอุตสาหกรรม เดินทางไป-กลับแต่ละวันร่วมเกือบร้อยกิโล (บริษัทมีรถรับส่ง) เงินเดือนเริ่มต้นสามหมื่นบาท ตัวเลือกอย่างนี้ผมเชื่อว่าคนส่วนใหญ่คงเลือกตัวเลือกแรก แต่เขากลับมาถามความเห็นผมว่าคิดอย่างไร นั่นแสดงว่าเขาคงไม่มั่นใจสภาพแวดล้อมการทำงานในบริษัทแรก ผมก็เลยถามเขากลับไปว่า "เลิกงานตอนเย็นแล้วคุณคิดจะทำอะไร" เท่านั้นแหละครับ เขาตอบผมทันทีเลยว่า ผมตัดสินใจได้แล้วครับอาจารย์ ผมไปยังบริษัทที่สองดีกว่า แม้ว่าจะต้องเดินทางไกล แต่มั่นใจว่าเลิกงานตอน "เย็น" ได้กลับบ้านชัวร์ นั่นเป็นเพราะตอนที่เขาฝึกงานภาคฤดูร้อนนั้น เขาได้ไปฝึกกับบริษัทแรก และโดนรุ่นที่ในที่ทำงานนั้นตำหนิมาว่ากลับบ้านเร็วเกินไป (สี่ทุ่มเนี่ยนะ) ไม่กลับตอนเที่ยงคืนเหมือนเขา

ท้ายสุดนี้ เนื่องในโอกาสที่เช้าวันนี้ สมาชิกสองคนของกลุ่มวิจัยของเรา ได้เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ก็เลยต้องขอถือโอกาสแสดงความยินดีแก่ทั้งสองคนที่ได้ฝ่าฝันอุปสรรคต่าง ๆ นับตั้งแต่หลังการประกาศผลการสอบสัมภาษณ์ (ที่หวังว่าคงจะไม่มีใครต้องเจอเหตุการณ์แบบพวกคุณทั้งสองคนอีก) จนกระทั่งมาถึงวันนี้ได้ ก็ขออวยพรให้แต่ละคนประสบกับความสุขความสำเร็จในชีวิตครอบครัวและหน้าที่การงานตลอดไป ไม่ว่าจะลงมือทำอะไรก็ขอให้ทำอย่างมีสติ จากนั้นจึงใช้ปัญญาไตร่ตรอง หวังว่าสิ่งที่คุณได้ไปจากการทำงานร่วมกันมาคือ "วิธีการคิดเพื่อแก้ปัญหา" จะสามารถช่วยการทำงานของพวกคุณต่อไปในอนาคตได้

และเช่นเคย Memoir ฉบับนี้ก็จะเป็นฉบับสุดท้ายที่จัดส่งตรงให้กับพวกคุณทั้งสองทางอีเมล์

Monolayer หรือความหนาเพียงชั้นอะตอมเดียว MO Memoir : Wednesday 6 July 2559

ในช่วงเดือนที่ผ่านมาดูเหมือนว่าจะมีหลายคนในกลุ่มของเรา (พูดให้ถูกก็น่าจะเป็นทุกคนมากกว่านะ) ค่อนข้างสับสนในหลายเรื่อง แม้ว่าจะอธิบายด้วยวาจาให้ฟังแล้วก็ดูเหมือนยังทำหน้างง ๆ กันอยู่ วันนี้ก็เลยถือโอกาสเขียนให้อ่านกันก็แล้วกัน โดยจะว่ากันไปทีละเรื่องเลย โดยจะขอเริ่มจากเรื่อง "Monolayer" หรือความหนาเพียงชั้นอะตอม/โมเลกุลเดียวก่อน

ลองนึกภาพเวลาที่คุณหยดน้ำลงไปบนพื้นผิวของแข็ง หยดน้ำบนพื้นผิวของแข็งนั้นมีลักษณะเช่นใดครับ

รูปร่างของหยดน้ำบนพื้นผิวของแข็งนั้นขึ้นอยู่กับแรงกระทำ (ที่เรียกว่าอันตรกิริยาหรือ interaction) ระหว่างโมเลกุลน้ำและโมเลกุล/อะตอม/ไอออน บนพื้นผิวของแข็งนั้น และแรงกระทำระหว่างโมเลกุลน้ำด้วยกันเอง (ดูรูปที่ ๑ ข้างล่างประกอบ) ถ้าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลน้ำด้วยกันเองนั้นสูงกว่าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลน้ำกับพื้นผิวของแข็ง หยดน้ำนั้นก็จะมีแนวโน้มที่จะรวมกันกันเป็นหยด ถ้าพื้นผิวนั้นไม่ได้วางตัวในแนวราบ เราก็จะเห็นหยดน้ำนั้นไหลลงไปยังตำแหน่งที่อยู่ต่ำกว่าได้ง่าย ทำนองเดียวกับหยดน้ำที่กลิ้งอยู่บนใบไม้บางชนิดเช่นใบบอน (ว่าแต่รู้จักต้นบอนหรือเปล่าครับ)
 

แต่ถ้าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของน้ำกับพื้นผิวของแข็งนั้นสูงกว่าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเอง น้ำที่หยดลงไปนั้นจะมีลักษณะแผ่กระจายกว้างออกไป ส่วนจะกว้างออกไปแค่นั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดแรงที่กระทำระหว่างกันนั้น ถ้าแรงที่กระทำระหว่างกันนั้นมีค่ามาก น้ำที่หยดลงไปก็จะมีการแผ่กว้างออกไปมากจนอาจถือได้ว่าความหนาของชั้นน้ำบนพื้นผิวของแข็งนั้นมีความหนาเพียงแค่ชั้นโมเลกุลเดียว ที่เรียกว่า "Monolayer"
 

รูปที่ ๑ รูปร่างของหยดของเหลวบนพื้นผิวของแข็งขึ้นอยู่กับแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวกับพื้นผิวของแข็ง เทียบกับแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวด้วยกันเอง ถ้าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวกับพื้นผิวของแข็งมีขนาดต่ำเมื่อเทียบกับแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวด้วยกันเอง ของเหลวก็มีแนวโน้มที่จะจับรวมเป็นหยดโดยไม่ค่อยเปียกผิวของแข็ง (รูปซ้าย) แต่ถ้าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวกับพื้นผิวของแข็งมีค่ามากกว่าแรงกระทำระหว่างโมเลกุลของเหลวด้วยกันเอง หยดของเหลวมีแนวโน้มที่จะแผ่กว้างออกไป (รูปขวา)

ในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานั้น เราเริ่มด้วยการ impregnate (เคลือบฝัง) เกลือของสารประกอบโลหะที่ต้องการลงไปบนผิวของโลหะออกไซด์ที่ใช้เป็น catalyst support (ต่อไปจะเรียกสั้น ๆ ว่า support) จากนั้นจึงทำการเผา (calcination) เพื่อให้เกลือสารประกอบโลหะนั้นสลายตัวกลายเป็นสารประกอบออกไซด์ ในช่วงเวลานี้เองที่จะมีการเกิดอันตรกิริยาระหว่างสารประกอบโลหะออกไซด์ที่กำลังก่อตัวและพื้นผิวของ support ถ้าอันตรกิริยาดังกล่าวมีความแรงมาก (ที่เรียกว่า strong interaction) สารประกอบโลหะออกไซด์ที่ก่อตัวนั้นจะไม่รวมตัวกันเป็นผลึกสารประกอบโลหะออกไซด์ แต่จะแผ่กว้างออกไปบนพื้นผิว support กลายเป็นชั้นบาง ๆ ที่อาจกล่าวได้ว่าเป็นชั้น "Monolayer" หรือหนาเพียงชั้นอะตอมเดียว
 

อันตรกิริยาที่แรงระหว่างโลหะออกไซด์สองชนิดนี้ทำให้สามารถเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยการผสมสารประกอบโลหะออกไซด์สองชนิดเข้าด้วยกัน (mechanical mixing) จากนั้นก็ให้ความร้อนแก่สารผสมนั้น สารประกอบโลหะออกไซด์ตัวที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า (คือตัวที่เป็น active species) จะแผ่กระจายออกไปบนพื้นผิวของสารประกอบโลหะออกไซด์ที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่า (ตัวที่เป็น catalyst support)
 

ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะออกไซด์แรก ๆ เลยที่พบว่าสามารถเกิดอันตรกิริยาที่แรงกับ support เห็นจะได้แก่ V₂O₅ ที่สังเกตพบกันมาตั้งแต่การศึกษาปฏิกิริยาการผลิต phthalic anhydride จาก naphthalene และ o-xylene โดยได้มีการสังเกตว่าในกรณีที่ใช้ naphthalene เป็นสารตั้งต้นการนำ V₂O₅ ไปเคลือบบน SiO₂ Al₂O₃ หรือ TiO₂ (ไม่ว่าจะเป็น anatase หรือ rutile) นั้น ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมในการทำปฏิกิริยาของ V₂O₅ แต่ในกรณีที่ใช้ o-xylene เป็นสารตั้งต้นกลับพบว่า V₂O₅ ที่เคลือบบน TiO₂ (anatase) มีพฤติกรรมการทำปฏิกิริยาที่แตกต่างออกไป โดยมีความสามารถในการทำปฏิกิริยาที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับการใช้ support ตัวอื่น ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นผลของ support ที่มีต่อความสามารถในการทำปฏิกิริยาของ active species
 

ปรากฏการณ์นี้ทำให้แนวความคิดเดิมที่มองว่า support เป็นเพียงแค่ inert species ช่วยในการกระจายตัวของ active species ที่ไม่ส่งผลต่อการทำงานของ active species นั้นเปลี่ยนแปลงไป โดยการเลือกชนิด support ที่เหมาะสมจะสามารถเพิ่มความสามารถในการทำงานของ active species ได้

ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิวของแข็งที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์นั้น การเกิดปฏิกิริยาเริ่มจากการที่มีโมเลกุลสารตั้งต้นอย่างน้อย ๑ ชนิดถูกดูดซับเอาไว้บนพื้นผิวของแข็งนั้น ความสามารถของอะออม/ไอออนที่อยู่บนพื้นผิวชั้นบนสุด ในการดูดซับโมเลกุลสาร ขึ้นอยู่กับความไม่สมดุลของแรงที่กระทำต่ออะตอม/ไอออนที่อยู่บนพื้นผิวนั้น ความไม่สมดุลนี้เปลี่ยนแปลงไปตาม "จำนวน" และ "ชนิด" ของอะตอม/ไอออนที่อยู่เคียงข้าง ตัวอย่างเช่นในกรณีของผลึกโลหะหรือผลึกสารประกอบโลหะออกไซด์ อะตอม/ไอออนที่อยู่ "บนระนาบ" พื้นผิวของผลึกจะมีจำนวนอะตอม/ไอออนข้างเคียงที่มากกว่าอะตอม/ไอออนที่อยู่ตรงตำแหน่ง "ขอบ" ของผลึก อะตอม/ไอออนที่อยู่ตรงตำแหน่ง "ขอบ" ของผลึกจะมีจำนวนอะตอม/ไอออนข้างเคียงที่มากกว่าอะตอม/ไอออนที่อยู่ตรงตำแหน่ง "มุม" ของผลึก (รูปที่ ๒) ทำให้ความสามารถในการดูดซับและ/หรือความแรงของการดูดซับโมเลกุลสารตั้งต้นเดียวกันของอะตอม/ไอออนที่อยู่ตรงตำแหน่งต่าง ๆ ของผลึกนั้นแตกต่างไปด้วย และสามารถทำให้โมเลกุลสารตั้งต้นเดียวกันเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกันได้ และนี่ก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ที่เป็นของแข็งนั้นมักจะให้ค่าการเลือกเกิด (selectivity) ไม่ถึง 100%
 

และในกรณีของการเกิดโครงสร้างที่เป็น monolayer นั้น อะตอม/ไอออนที่อยู่ข้างใต้อะตอม/ไอออนบนพื้นผิวนั้นเป็นอะตอม/ไอออนที่ต่างชนิดกัน ทำให้อะตอม/ไอออนของ active species ที่วางซ้อนทับลงไปบนโครงสร้างผลึกของสารประกอบไอออนิกต่างชนิดกันที่ใช้เป็น catalyst support นั้น สามารถมีความสามารถในการทำปฏิกิริยาทีแตกต่างไปจากกรณีที่มันวางซ้อนทับลงไปบนโครงร่างผลึกของตัวมันเองได้

รูปที่ ๒ (ซ้าย) อะตอมที่อยู่ ณ ตำแหน่งแตกต่างกันของผลึก มีจำนวนอะตอมเคียงข้างที่แตกต่างกัน ทำให้ความไม่สมดุลของแรงที่กระทำนั้นแตกต่างกัน ความสามารถในการดูดซับจึงแตกต่างไปด้วย (ขวา) ในกรณีของ monolayer ชั้นข้างใต้นั้นเป็นสารประกอบต่างชนิดกัน แรงกระทำจึงแตกต่างไปจากกรณีที่วางซ้อนลงไปบนสารประกอบชนิดเดียวกัน
 

เทคนิคหนึ่งที่สามารถใช้ในการตรวจสอบว่ามีโอกาสเกิด monolayer หรือไม่คือ XRD (x-ray diffraction) ในกรณีที่ไม่มีการเกิด monolayer ระหว่างพื้นผิว support กับสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เป็น active species นั้น จะตรวจพบพีคของสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เติมลงไปนั้นได้ง่าย แม้ว่าจะเติมลงไปในปริมาณไม่มากก็ตาม แต่ถ้ามีการเกิดอันตรกิริยาที่แรงจนทำให้เกิดเป็น monolayer ได้ ก็จะพบว่าเมื่อเทียบกับ support ตัวอื่นแล้ว support ตัวที่ทำให้เกิด monolayer ไดนั้นต้องมีการเติมสารประกอบโลหะออกไซด์ในปริมาณที่สูงกว่า support ตัวอื่นที่ไม่ทำให้เกิด monlayer จึงจะสามารถมองเห็นพีคสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เติมเข้าไปได้ ทั้งนี้เพราะสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เติมเข้าไปนั้นจะต้องลงไปปกคลุมพื้นผิวของ support เอาไว้จนหมดหรือเกือบหมดเสียก่อน พอพื้นผิวไม่มีเหลือให้ปกคลุมแล้วจึงค่อยเรียงซ้อนลงบนพวกเดียวกันเอง ทำให้เกิดเป็นผลึกที่มีขนาดที่ตรวจวัดได้ด้วยเทคนิค XRD
 

เทคนิคพวก H₂-TPR (hydrogen temperature programmed reduction) นั้น บอกได้ว่าสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว support ต่างชนิดกันนั้นมีความแตกต่างกันหรือไม่ โดยดูจากอุณหภูมิการีดิวซ์ที่เปลี่ยนแปลงไป แต่ไม่สามารถใช้ยืนยันได้โดยตรงว่ามีการเกิด monlayer เพราะความแตกต่างนั้นอาจเกิดจากการที่โลหะออกไซด์ที่เติมลงไปและตัว support นั้นมีการหลอมรวมกันกลายเป็นสารประกอบโลหะออกไซด์ผสมตัวใหม่ขึ้นมาได้
 

XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) นั้นแม้ว่าจะเป็นเทคนิคการวิเคราะห์พื้นผิว แต่ก็วัดลงไปได้ถึงระดับประมาณ 10 ชั้นอะตอม ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้สามารถใช้ประกอบการพิจารณาว่ามีโอกาสที่จะเกิดอันตรกิริยาที่แรงระหว่างสารประกอบโลหะออกไซด์กับพื้นผิว support หรือไม่โดยดูจากขนาดพีค photo electron ของโลหะที่ทำการเติมลงไป กล่าวคือบอกได้ว่ามีสัดส่วนอยู่บนพื้นผิวมากหรือน้อยได้ แต่อย่าเพิ่งด่วนสรุปว่าถ้าเห็นสัดส่วนบนพื้นผิวมาก ต้องเป็นการเกิด monolayer เสมอไป
 

ท้ายสุดก็ขอปิดท้ายด้วยรูปบรรยากาศการเตรียมสอบสำหรับคนที่เหลือก็แล้วกัน