การวัดปริมาณไฮโดรเจนด้วย GC-TCD MO Memoir : Wednesday 3 February 2564

Thermal Conductivity Detector (ที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า TCD) หรือในชื่อเดิมคือ Katharometer นั้นเป็นตัวตรวจวัดที่มีการนำมาใช้กับเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ (Gas Chromatograph - GC) มานานแล้ว และก็ยังใช้กันอยู่อย่างแพร่หลายในปัจจุบันด้วย เพราะมันมีจุดเด่นที่มีราคาไม่แพง และให้การตอบสนองต่อสารต่าง ๆ แบบจะเรียกว่าแทบทุกชนิดก็น่าจะได้ เรียกว่าถ้ามีสิทธิซื้อเครื่อง GC ได้เพียงเครื่องเดียวเพื่อเอาทำงานหลาย ๆ อย่าง (เช่นงานวิจัยที่เปลี่ยนหัวข้อไปเรื่อย ๆ) ตัว TCD ก็จะเป็นตัวเลือกตัวแรก

รูปที่ ๑ ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมระหว่าง He กับ H₂ ที่สัดส่วนโมลของ H₂ ต่าง ๆ จะเห็นว่าในช่วงแรกค่าการนำความร้อนจะลดลง ก่อนจะเพิ่มสูงขึ้นเมื่อสัดส่วน H₂ เพิ่มขึ้น (จากบทความเรื่อง "Thermal Conductivity of Binary Mixtures of Gases. I. Hydrogen-Helium Mixtures, The Journal of Physical Chemistry, Vol. 72, No. 6, pp. 1924-1926, June 1968 โดย Clarke C. Minter)

การทำงานของตัวตรวจวัดชนิดนี้จะอาศัยสมดุลที่เปลี่ยนไประหว่างความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด และการระบายความร้อนออกจากขดลวดโดยแก๊สไหลผ่านขดลดนั้น ณ สภาวะการทำงานหนึ่ง (ที่อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล และกระแสไฟฟ้า คงที่) ถ้าองค์ประกอบของแก๊สที่ไหลผ่านนั้นเปลี่ยนไป ก็จะทำให้ความสามารถในการระบายความร้อนของแก๊สนั้นเปลี่ยนไปด้วย ผลที่ตามมาก็คืออุณหภูมิของขดลวดจะเปลี่ยนไป พออุณหภูมิขดลวดเปลี่ยน ความต้านทานของขดลวดก็จะเปลี่ยน ดังนั้นถ้าจะให้กระแสไหลขดลวดผ่านเท่าเดิม ก็ต้องมีการปรับความต่างศักย์ และขนาดของความต่างศักย์ที่ต้องปรับเพื่อให้กระแสไหลผ่านเท่าเดิมนี้ เป็นตัวบ่งบอกว่าแก๊สที่ไหลผ่านขดลวดนั้นมีองค์ประกอบเปลี่ยนไปมากน้อยเพียงใด

ความว่องไว (sensitivity) ของตัวตรวจวัดชนิดนี้แปรผันตามขนาดกระแสไฟฟ้า (I) ที่ไหลผ่านขดลวดยกกำลัง 3 (I³) แต่ความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดจะแปรผันตามกระแสไฟฟ้ายกกำลัง 2 (I²) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือถ้าเราเพิ่มขนาดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเป็น 2 เท่า ความว่องไวในการตรวจวัดจะเพิ่มเป็น 8 เท่า แต่ในขณะเดียวกันความร้อนที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่า ดังนั้นถ้าแก๊สที่ไหลผ่านนั้นมีความสามารถในการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอ ขดลวดก็จะร้อนจัดจนทำให้อายุการใช้งานสั้นลงหรือขาดได้

ความสามารถในการนำความร้อนของแก๊สแปรผกผันคร่าว ๆ ก็ประมาณรากที่สองของน้ำหนักโมเลกุล ดังนั้นแก๊สที่เบากว่า (คือมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่า) ก็จะระบายความร้อนได้ดีกว่า ทำให้สามารถใช้กระแสที่สูงได้ ทำให้ตัวตรวจวัดมีความว่องไวในการวัดสูงไปด้วย แก๊สที่เบาที่สุดคือไฮโดรเจน (H₂) แต่ H₂ เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ จึงไม่นิยมนำมาใช้เป็น carrier gas ตัวที่นิยมมากกว่าและใช้กันแพร่หลายที่สุดคือฮีเลียม (He) ที่นอกจากจะเป็นแก๊สที่เบาเป็นอันดับสองรองจาก H₂ แล้ว He ยังเป็นแก๊สเฉื่อยที่ทำให้มั่นใจได้ว่ามันจะไม่ทำปฏิกิริยากับตัวขดลวดที่อุณหภูมิสูง

รูปที่ ๒ ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมระหว่าง He กับ H₂ ที่สัดส่วนโมลของ H₂ ต่าง ๆ (จากบทความเรื่อง "Thermal Conductivity of the Hydrogen-Helium Mixture", โดย A.G. Shashkov, F.P. Kamchatov and T.N. Abramenko วารสารต้นฉบับเป็นภาษารัสเซียตีพิมพ์ในวารสาร Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 24, No. 4, pp 657-662, April 1973 ซึ่งได้รับการแปลและตีพิมพ์เป็นภาษาอังกฤษในปีค.ศ. ๑๙๗๕)

ถ้าไม่นับ H₂ แล้ว แก๊สตัวอื่นล้วนแต่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า He ทั้งสิ้น ดังนั้นเวลาที่ He มีแก๊สเหล่านั้นปนเข้ามาก็จะทำให้ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมนั้นลดต่ำลง และลดต่ำลงมากตามปริมาณที่ผสมเข้ามา ดังนั้นเวลาที่แก๊สผสมของ He นี้ไหลผ่านขดลวดความร้อน การเปลี่ยนแปลงก็จะเกิดในทิศทางเดียวคือ ความสามารถในการระบายความร้อนลดลง Chromatogram ที่ได้ก็จะมีพีคชี้ไปในทิศทางเดียวกันหมด

มีหลายงานด้วยกันที่ต้องการวัดปริมาณ H₂ ในแก๊สผสมโดยใช้เครื่อง GC ที่ติดตั้งตัวตรวจวัดชนิด TCD โดย H₂ นี้จะเกิดรวมอยู่กับแก๊สอื่น ไม่ว่าจะเป็นอากาศ (N₂ + O₂), CO, CO₂, CH₄, H₂O เป็นต้น แก๊สเหล่านี้ต่างมีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่าและมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าของ He ดังนั้นเวลาที่สารเหล่านี้หลุดออกมาจากคอลัมน์ GC ก็จะทำให้แก๊สที่ไหลผ่าน TCD นั้นมีค่าการนำความร้อนที่ต่ำลง จะมีก็ตัว H₂ ที่มีค่าการนำความร้อนที่สูงกว่า ที่ทำให้เกิดปัญหา

แต่แก๊สผสมระหว่าง He และ H₂ มีพฤติกรรมที่ประหลาด กล่าวคือแม้ว่า H₂ จะมีค่าการนำความร้อนที่สูงกว่า He แต่แก๊ส He ที่มี H₂ ปนอยู่เล็กน้อยกลับมีค่าการนำความร้อนที่ "ต่ำกว่า" ของ He บริสุทธิ์ (รูปที่ ๑ - ๓)

รูปที่ ๓ ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสมระหว่าง He กับ H₂ ที่สัดส่วนโมลของ H₂ ต่าง ๆ และที่อุณหภูมิต่าง ๆ (จากบทเดียวกับรูปที่ ๒)

และด้วยพฤติกรรมเช่นนี้จึงทำให้แก๊สผสม He + H₂ ไหลผ่าน TCD พีค H₂ ที่ TCD มองเห็นนั้นมีสิทธิเป็นได้ทั้ง พีคที่ตั้งขึ้น (เหมือนสารอื่น) หรือพีคที่คว่ำลง (ตรงข้ามกับสารอื่น) หรือมีทั้งตั้งขึ้นและคว่ำลงรวมกัน (ตัวปัญหา) ซึ่งตรงนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ H₂ ในแก๊ส He ที่ไหลผ่าน TCD (รูปที่ ๔)

รูปที่ ๔ รูปร่างพีค H₂ ที่อุณหภูมิการทำงานของ TCD ต่าง ๆ พึงสังเกตว่าที่อุณหภูมิการทำงานสูงขึ้น พีคมีแนวโน้มที่จะหันไปในทิศทางเดียวกัน (จากบทความเรื่อง "Thermal Conductivity Detector Analysis of Hydrogen Using Helium Carrier Gas and HayeSep^® D Columns", Journal of Chromatographic Science, Vol. 36, pp. 191-196, April 1998. โดย Kirk Snavely and ฺBala Subramaniam)

เพื่อที่จะอธิบายรูปร่างของพีคที่ปรากฏในรูปที่ ๔ เรามาลองพิจารณาความเข้มข้นของ H₂ ในแก๊ส He ที่ไหลผ่าน TCD ว่ามันส่งผลต่อรูปร่างสัญญาณ TCD ได้อย่างไร ตรงนี้ขอให้พิจารณารูปที่ ๕ ประกอบ

ในกรณีที่ความเข้มข้นของ H₂ ในพีคที่เคลื่อนที่ผ่าน TCD นั้นมีค่าต่ำ (พีค 1) จนทำให้แก๊สผสมนั้นมีค่าการนำความร้อน-ของแก๊สผสมนั้นต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของแก๊ส He พีคที่ได้ก็จะปรากฏในทิศทางเดียว (คือตั้งขึ้น) แต่ถ้าความเข้มข้นของ H₂ ช่วงตอนกลางของพีคนั้นสูงจนทำให้ค่าการนำความร้อนสูงกว่าของ He (พีค 2) จะทำให้เห็นพีคที่มีลักษณะเหมือนกับเป็นพีคหัวแตกเช่นที่ 150ºC ในรูปที่ ๔ เพราะสัญญาณมีการกลับทิศ

รูปที่ ๕ ระดับความเข้มข้นของ H₂ ในแก๊ส He ที่ไหลผ่าน TCD จะทำให้ได้พีคที่มีรูปร่างต่างกัน เส้นประสีน้ำเงินคือค่าการนำความร้อนของ He บริสุทธิ์

การกลับทิศของสัญญาณ TCD นี้จะมากขึ้นไปอีกถ้าหากความเข้มข้นของ H₂ เพิ่มขึ้น (เช่นพีค 3) ที่อาจทำให้เป็นเป็น 2 พีคติดกัน (เช่นที่ 200ºC ในรูปที่ ๔) หรือเริ่มมีพีคกลับหัว (เช่นที่ 250ºC ในรูปที่ ๔) แต่ถ้าความเข้มข้นของพีคตอนกลางนั้นสูงกว่าด้านข้างมาก (เช่นพีค 4) พีคที่ได้ก็จะมีลักษณะกลับหัวที่เด่นชัน (เช่นที่ 300ºC ในรูปที่ ๔) โดยยังมีส่วนด้านข้างของพีคที่สัญญาณมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับตอนกลาง

อันที่จริงพีคในรูปที่ ๔ นั้นได้มาจากการฉีดตัวอย่างในปริมาณที่เท่ากัน (พูดง่าย ๆ คือรูปร่างพีคความเข้มข้น H₂ ที่เคลื่อนที่ผ่าน TCD นั้นมีรูปร่างเดียวกันและเท่ากัน) เพียงแค่อุณหภูมิการทำงานของ TCD แตกต่างกัน บทความนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อเพิ่มอุณหภูมิการทำงาน TCD ให้สูงขึ้น ค่าการนำความร้อนของแก๊สผสม He + H₂ นั้นมีแนวโน้มที่จะให้การเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางเดียว คือเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้น H₂ ที่เพิ่มขึ้น (แม้ว่าจะมีลดต่ำลงเล็กน้อยในช่วงแรก)

การทำให้สัญญาณ H₂ ที่ TCD วัดได้นั้นหันไปในทิศทางเดียวตลอดทั้งช่วงความเข้มข้นของพีค H₂ ที่เคลื่อนที่ผ่านตัว TCD จึงอาจทำได้โดยการใช้แก๊สผสม He + H₂ ที่มีค่าการนำความร้อนต่ำสุดมาใช้เป็น carrier gas วิธีการนี้จะทำให้สัญญาณ TCD ของพีค H₂ นั้นอยู่ในทิศทางที่ตรงข้ามกับพีคสารตัวอื่น แต่ก็แก้ปัญหาได้ด้วยการกลับทิศทางสัญญาณของ TCD หลังจากพีค H₂ เคลื่อนที่ผ่าน TCD แล้ว

อีกวิธีการหนึ่งก็คือการไปใช้ carrier gas ที่มีน้ำหนักโมเลกุล "สูงกว่า" ตัวอย่างทุกตัวที่ต้องการวิเคราะห์ (เช่นใช้แก๊ส Ar เป็น carrier gas) แต่การทำแบบนี้หมายถึงต้องไปลดขนาดกระแส (I) ที่ไหลผ่าน TCD นั่นหมายถึงความว่องไวในการวัดที่ลดต่ำลงไปด้วย และจะไม่สามารถใช้อุณหภูมิการทำงานของ TCD ที่สูงได้

ด้วยเหตุนี้การรายงานสภาวะการทำงานของเครื่อง GC ที่ใช้ในการวิเคราะห์ปริมาณ H₂ จึงเป็นสิ่งสำคัญ เพราะจะเป็นตัวบอกว่าตัวเลขปริมาณ H₂ ที่ปรากฏในรายงานนั้นมีความน่าเชื่อถือเพียงใด

เมื่อจุดไฟ FID ไม่ได้ (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๐๑) MO Memoir : Thursday 26 November 2563

เหตุเกิดตั้งแต่วันเสาร์ที่ ๒๑ ที่สองหนุ่มโทรมาบอกว่าพยายามจุดไฟ FID แต่ไม่สำเร็จ ก็เลยบอกให้เขาลองหาอะไรมาแยงรูฉีดแก๊ส H₂ ก่อน เพราะที่ผ่านมาเวลาที่รูนี้มันตัน (รูปที่ ๑) จะมีปัญหาเรื่องจุดไฟ FID ไม่ได้เสมอ แต่พอถึงวันจันทร์เข้าไปทดลองแยงรูแล้วก็พบว่ายังมีปัญหาจุดไฟ FID ไม่ได้ แถมยังพบว่าคอลัมน์แก้วหักตรงจุดต่อเข้ากับ FID อีก (รูปที่ ๒) และมีเศษชิ้นส่วนคาอยู่ในรู ต้องเอาไขขวงอันเล็ก ๆ เขี่ยออกมา เพราะต้องส่งมันไปให้ช่างเขาเชื่อมต่อให้

รูปที่ ๑ โครงสร้าง FID ของ Shimadzu GC-8A

งานนี้ก็เลยต้องส่งคอลัมน์แก้วไปให้ช่างเขาเชื่อมต่อให้ (ที่ศูนย์เครื่องมือแถวคณะเภสัชศาสตร์) และพอต่อคอลัมน์กลับคืนเข้าไปก็สามารถจุด FID ได้ นั่นคงเป็นเพราะว่าพอคอลัมน์หัก แทนที่อากาศจะไหลขึ้นบน มันกลับรั่วไหลลงด้านล่าง (ที่มีความต้านทางการไหลต่ำกว่า) แทน ก็เลยทำให้ไม่มีอากาศไปจุดไฟไฮโดรเจน

คอลัมน์นี้ไม่ได้ถอดมานานแล้ว พอถอดออกมาก็พบว่าของเดิมมี o-ring กับแหวนสปริงเป็นตัวยึดคอลัมน์และกันรั่วไหล แต่ตัว o-ring เองก็เสื่อมสภาพเรียบร้อยแล้ว (จากความร้อน) ไม่สามารถอุดรอยรั่วได้สนิมเหมือนเดิม ก็เลยต้องเปลี่ยนไปใช้ graphite ferrule แทน (รูปที่ ๓) ซึ่งจะว่าไปแล้วมันควรจะเป็นอย่างนี้มาตั้งแต่ต้น แต่ก่อนจะใส่ graphite ferrule ก็ต้องเอาแหวนสปริงและเศษ o-ring ออกเสียก่อน จากนั้นจึงทำการขันนอตให้แน่นด้วย "มือ" ตามด้วยการตรวจสอบการรั่วไหล ซึ่งก็พบว่าเพียงแค่การขันให้แน่นด้วย "มือ" ก็สามารถป้องกันการรั่วไหลได้แล้ว (ถ้าขันแน่นเกินไปตัวคอลัมน์อาจถูกกดอัดจนแตกหักได้อีก)

งานนี้ก็เลยต้องขอบันทึกเอาไว้สักหน่อยว่าเคยเจอปัญหาอะไรกันมาบ้าง และแก้ไขด้วยวิธีใด

รูปที่ ๒ ในกรอบสีเหลืองคือจุดที่คอลัมน์หัก

รูปที่ ๓ ในกรอบสีเหลือคือรอยต่อคอลัมน์ ส่วนในวงกลมสีส้มคือ graphite ferrule ที่ใช้ปัองกันการรั่วซึมตรงข้อต่อของคอลัมน์แก้ว

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๕) MO Memoir : Tuesday 5 February 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการวัด pyridine adsorption ด้วยเครื่อง GC ที่มีนิสิตซีเนียร์โปรเจคร่วมทำด้วย

นิสิตซีเนียร์โปรเจคกำลังเตรียมเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟเพื่อการวิเคราะห์ โดยมีนิสิตปริญญาโทปี ๒ ช่วยกำกับดูแล

วันอังคารที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๒ เวลาประมาณ ๑๖.๓๖ น

การวัดปริมาณตำแหน่งที่เป็นกรด-เบสบนพื้นผิวของแข็งด้วย GC (๒) MO Memoir : Friday 30 March 2561

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

Relative Response Factors (RRF) ของสารอินทรีย์ กับ Flame Ionisation Detector (FID) MO Memoir : Monday 13 March 2560

ในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟนั้น นิยามของค่า Response Factor (RF) คืออัตราส่วนระหว่างพื้นที่พีคต่อความเข้มข้น ส่วนค่า Relative Response Factor (RRF) คือค่า RF ของสาร A ต่อค่า RF ของสาร B
 

มองอีกมุมหนึ่งคือ ถ้าเราฉีดสาร A ใน "ปริมาณ" หนึ่ง ทำให้ตัวตรวจวัด (detector) ส่งสัญญาณออกมาเป็นพีคที่มีพื้นที่ใต้พีค Area (A) แล้วถ้าเราฉีดสาร B ในปริมาณที่ "เท่ากับ" สาร A ที่ฉีดเข้าไป ทำให้ตัวตรวจวัดส่งสัญญาณออกมาเป็นพีคที่มีพื้นที่ใต้พีค Area (ฺB) คำถามก็คือ Area (A) ควรเท่ากับ Area (B) หรือไม่
 

ตรงนี้ก็ต้องกลับไปดูก่อนว่าเราใช้หน่วยอะไรวัด "ปริมาณ" (โมล น้ำหนัก จำนวนอะตอมของธาตุบางธาตุ ฯลฯ) เพื่อใช้เปรียบเทียบว่ามีการฉีดเข้าไปเท่ากัน
 

ในกรณีของ Flame Ionisation Detector (FID) ที่ใช้หลักการเผาสารอินทรีย์ให้ลุกไหม้ และตรวจวัดปริมาณอนุมูลมีประจุที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้นั้น ปริมาณอนุมูลมีประจุที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอม C และ O เป็นหลัก ในกรณีของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ประกอบด้วยอะตอม C และ H เท่านั้น พบว่าถ้าเปรียบเทียบโดยใช้เกณฑ์จำนวนอะตอม C ที่ฉีดเข้าไปเท่ากัน พื้นที่ใต้พีคของแต่ละสารที่ได้จะประมาณได้ว่าเท่ากัน ตัวอย่างเช่นจากข้อมูลในตารางที่ ๑ ของเอกสารที่แนบมา สมมุติว่าเราฉีด heptane (C₇H₁₆) 0.01 mmol แล้วได้พื้นที่พีคออกมา 1000000 หน่วย ดังนั้นถ้าเราฉีด methane (CH₄) เข้าไป 0.07 mmol (จำนวนอะตอม C ที่ฉีดเข้าไปเท่ากัน) เราก็ควรจะได้พื้นที่พีคออกมาประมาณ 1000000 หน่วยด้วย หรือถ้าเราฉีด dimethylpentane (C₅H₁₀(CH₃)₂) เข้าไป 0.01 mmol (โมเลกุลต่างกัน แต่จะนวนอะตอม C เท่ากัน) เราก็ควรจะได้พื้นที่พีคออกมาประมาณ 1000000 หน่วยเช่นกัน
 

ในกรณีของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ข้อมูลที่มีผู้ทำการทดลองไว้ที่แสดงในตารางที่ ๑ ของเอกสารที่แนบมาบ่งบอกว่าค่า RRF ของไฮโดรคาร์บอนนั้นมีค่าประมาณ 1 จะมียกเว้นบางคือ benzene (C₆H₆) ที่ให้ค่า RRF เป็น 1.12 และ toluene (C₆H₅CH₃) และ acetylene (C₂H₂) ที่ให้ค่า RRF เป็น 1.07 (เบี่ยงเบนไปเกิน 5%) กล่าวคือสมมุติถ้าว่าเราฉีด heptane (C₇H₁₆) 0.01 mmol แล้วได้พื้นที่พีคออกมา 1000000 หน่วย แต่พอเอา toluene จำนวน 0.01 mol (อะตอม C เท่ากัน) มาฉีด เราจะได้พื้นที่พีคออกมา 1070000 หน่วย
 

ในกรณีของสารประกอบที่มีอะตอม O เป็นองค์ประกอบนั้น เมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอม C เท่ากันพบว่า ยิ่งสัดส่วนจำนวน O ในโมเลกุลเพิ่มขึ้นมากเท่าใด ค่า RRF ของสารจะยิ่งลดลงมากเท่านั้น อย่างเช่นในกรณีของ methane (CH₄) methanol (CH₃OH) และ formic acid (HCOOH) ที่มีค่า RRF เป็น 1.00 0.23 และ 0.01 ตามลำดับ
 

การที่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนให้ค่า RRF ประมาณ 1 (หรือคลาดเคลื่อนไปไม่เกิน 5%) นั้นมันทำให้ง่ายในการวิเคราะห์ตรงที่เราสามารถใช้พื้นที่พีคเป็นตัวเปรียบเทียบจำนวนอะตอม C ของแต่ละพีคได้ ส่วนจะเป็นสารใดในจำนวนโมลเท่าใดนั้นก็ต้องเอาจำนวนอะตอม C ในโมเลกุลสารนั้นไปปรับค่าอีกที ตรงนี้มันทำให้ง่ายในการสร้าง calibration curve ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน คือทำให้เราไม่จำเป็นต้องสร้าง calibration curve สำหรับทุกสาร สร้างเพียงแค่ของสารใดสารหนึ่งพอ แล้วใช้ค่า RRF เป็นตัวปรับ เช่นเราอาจสร้าง calibration curve ของ ethane (C₂H₆ RRF = 0.97) ขึ้นมา ถ้าเราจะเอา curve นี้ไปใช้กับ ethylene (C₂H₄ RRF = 1.02) เราก็ต้องพื้นที่ calibration curve ของ ethane มาคูณด้วย 1.02/0.97 หรือ 1.05 ก่อน ก็จะได้ calibration curve สำหรับ ethylene (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือที่จำนวนโมลที่ฉีดเท่ากัน ethylene จะให้สัญญาณที่แรงกว่า ethane อยู่ 5%)
 

RRF มันบอกว่าถ้าเราเอาสารใดสารหนึ่งฉีดเข้า GC ในปริมาณหนึ่ง และถ้าเราเอาสารอีกชนิดหนึ่งมาฉีดเข้า GC ในปริมาณที่เท่ากัน (อย่างเช่นในกรณีของไฮโดรคาร์บอนคืออะตอม C เท่ากัน) พื้นที่พีคที่วัดได้ของทั้งสองสารนั้นจะออกมาประมาณเท่ากันแค่นั้นเอง
 

RRF มัน "ไม่ได้" บอกว่าถ้าเราเอาสารใดสารหนึ่งปริมาณ 1 หน่วยฉีดเข้า GC แล้วได้พื้นที่พีคออกมาในปริมาณหนึ่ง และถ้าเราเอาสารเดิมนั้นมาเพียงแค่ 0.001 หน่วย (หรือ 1 ใน 1000) มาฉีดเข้า GC เราจะต้องได้พื้นที่พีคออกมาเพียงแค่ 1 ใน 1000 ของพื้นที่พีคที่ได้จากการฉีดสารนั้นเข้าไป 1 หน่วย เพราะตรงนี้มันขึ้นอยู่กับ "linearity" ของตัวตรวจวัด ว่าความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารกับพื้นที่พีคที่ได้นั้น มีความสัมพันธ์ที่ประมาณได้ว่าเป็นเส้นตรงนั้น เป็นช่วงกว้างเท่าใด
 

จริงอยู่ที่ว่า FID นั้นมีการตอบสนองที่มี linearity ในช่วงกว้าง แต่จากประสบการณ์ส่วนตัวพบว่าเวลาทำงานกับสารอินทรีย์ที่ต้องทำการวิเคราะห์ในช่วงความเข้มข้นที่กว้างเมื่อใด จำเป็นต้องตรวจสอบ linearity ของ FID ทั้งในช่วงความเข้มข้นสูงและความเข้มข้นต่ำเสมอ และมักจะพบว่าถ้าได้ calibration curve ที่เป็นเส้นตรงสองเส้นที่มีค่าความชันแตกต่างกันนั้นก็ไม่ใช่เรื่องผิดปรกติเหนือความคาดหมาย ที่เคยเจอนั้น ที่ความเข้มข้นต่ำจะให้ค่าความชันที่สูงกว่าอยู่เรื่อยโดยเส้นตรงดังกล่าวจะมุ่งเข้าหาจุดตัดแกน ในขณะที่ช่วงความเข้มข้นสูงนั้นแม้ว่าจะประมาณว่าเป็นเส้นตรงได้ดี แต่เมื่อต่อเส้นตรงนั้นออกไปมักจะพบว่าจะไปตัดแกน y ที่ตำแหน่งเหนือจุดตัดแกนเป็นประจำ (ตอนทำ regression ต้องไม่นำเอาจุด (0,0) มาใช้คำนวณนะ) เรื่องการสร้าง calibration curve นี้ดูเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๒๑ วันอังคารที่ ๙ ธันวาคม ๒๕๕๑ เรื่อง "ลากให้ผ่านหรือไม่ให้ผ่าน"
 

การที่ไม่ตรวจสอบ linearity ของตัว FID ว่ามันครอบคลุมช่วงที่ทำการวิเคราะห์หรือไม่นั้นอาจก่อให้เกิดปัญหาในการแปลผลได้ อย่างเช่นสมมุติว่าเราทำปฏิกิริยา catalytic cracking ของไฮโดรคาร์บอนตัวหนึ่ง เรานำสารตั้งต้นมาฉีดเข้า GC แล้วได้พื้นที่พีคออกมา 1000000 หน่วย (มีพีคปรากฏเพียงพีคเดียว) และเมื่อเรานำผลิตภัณฑ์มาฉีดเข้า GC พบว่ามีพีคปรากฏออกมาหลายพีค (ทั้งของสารตั้งต้นที่ยังไม่ทำปฏิกิริยา และผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น) และเมื่อนำพื้นที่ของแต่ละพีคมาบวกรวมเข้าด้วยกันพบว่าเท่ากับพื้นที่พีคของสารตั้งต้นที่ฉีดเข้าไป (คือ 1000000 หน่วย) คำถามก็คือเราจะถือได้เลยไหมว่า จำนวนอะตอมคาร์บอนที่ออกมากับสายผลิตภัณฑ์นั้นเท่ากับจำนวนอะตอมคาร์บอนที่ป้อนเข้าไป หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่มีสารตกค้างอยู่ในระบบ (เช่นเกิดเป็น coke ที่เป็นของแข็งเกาะสะสมอยู่ภายในระบบ)
 

สมมุติว่าในการวัดดังกล่าว พีคที่มีขนาดเล็กที่สุดมีพื้นที่ 10000 หน่วยหรือ 1 ใน 100 ของสารตั้งต้นที่ป้อนเข้าระบบ เราก็ควรทดลองฉีดสารตั้งต้นในปริมาณ 1 ใน 100 ของที่ใช้ในการทดลอง เพื่อที่จะดูว่าพีคที่ได้นั้นมีพื้นที่ลดลงเหลือเพียง 1 ใน 100 ของ 1000000 หน่วย (หรือ 10000 หน่วย) หรือไม่ ถ้าพบว่าเมื่อฉีดสารน้อยลงเหลือ 1 ใน 100 ส่วนแล้วได้พื้นที่พีคลงลงเหลือ 1 ใน 100 ส่วนด้วย นั่นก็แสดงว่าความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณกับความแรงของสัญญาณที่วัดได้นั้นยังคงประมาณได้ว่าเป็นเส้นตรงอยู่ (ค่า Response Factor หรือ RF คงที่) สัดส่วนของสารแต่ละตัวในสายผลิตภัณฑ์จะเทียบเท่ากับสัดส่วนพื้นที่พีคของสารนั้นเทียบกับพื้นที่พีคของสารตั้งต้นในสายป้อน แต่ถ้าพบว่าเมื่อฉีดสารเข้าไป 1 ใน 100 ส่วนกลับได้พื้นที่ออกมา 12000 หน่วย นั่นแสดงว่าที่ความเข้มข้นต่ำ ๆ นั้นค่า RF (พื้นที่ต่อความเข้มข้น) เพิ่มสูงขึ้น ดังนั้นการเอาพื้นที่พีคด้านขาออกมาบวกรวมเข้าด้วยกันโดยตรง โดยอิงจากค่า RF ที่ความเข้มข้นสูง จะทำให้ได้ปริมาณผลิตภัณฑ์ขาออกที่สูงเกินจริง

สำหรับวันนี้ ก็คงจะขอจบเพียงแค่นี้

ตรวจโครมาโทแกรม ก่อนอ่านต้วเลข (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๘๖) MO Memoir : Thursday 1 December 2559

จากประสบการณ์ทำงานกับเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ (Shimadza รุ่นเลข 8 14 และ 2014) พบว่า แม้ว่าจะมีการนำเอาคอมพิวเตอร์มาใช้ในการควบคุมการทำงาน บันทึกสัญญาณ และคำนวณขนาด (พื้นที่และ/หรือความสูง) พีคที่ได้ แต่วิธีที่ซอร์ฟแวร์ของเครื่องใช้นั้นยังอิงอยู่บน "การตัดกระดาษแล้วนำไปชั่งน้ำหนัก"
  

ใช่ว่าเทคนิค "การตัดกระดาษแล้วนำไปชั่งน้ำหนัก" จะใช้ไม่ได้ อันที่จริงถ้าเป็นพีคที่แยกออกเป็นอิสระต่อกันมันจะไม่มีปัญหาใด ๆ ปัญหามันจะเกิดเมื่อมีพีคเหลื่อมซ้อนทับกัน โดยการเหลื่อมซ้อนนั้นอาจมาในรูปแบบ 
   

(ก) เพียงแค่ส่วนหน้าของพีคหลังเหลื่อมซ้อนกับส่วนหลังของพีคหน้า (โดยส่วนท้ายของพีคหลังไม่ซ้อนทับกับส่วนท้ายของพีคหน้า) หรือ 
   

(ข) พีคหลังทั้งพีควางตัวอยู่บนส่วนหางของพีคหน้า (มักจะเป็นกรณีที่พีคหน้ามีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับพีคหลัง หรือพีคหน้าทีการลากหางที่ยาวมาก)
  

การหาพื้นที่ของพีคแต่ละพีคที่เหลื่อมซ้อนทับกันนี้ด้วยเทคนิค "การตัดกระดาษแล้วนำไปชั่งน้ำหนัก" นั้น ถ้าเป็นกรณี (ก) ก็จะใช้การหาตำแหน่งจุดที่สัญญาณวกกลับ แล้วก็ลากเส้นจากจุดนั้นลงมาในแนวดิ่งจนมาตัด base line (รูปที่ ๑) ในกรณีนี้พื้นที่ส่วนหางของพีคแรกจะกลายมาเป็นพื้นที่ของพีคหลัง และพื้นที่ส่วนหน้าของพีคหลังจะกลายเป็นพื้นที่ของพีคแรก
  

แต่ถ้าเป็นในกรณี (ข) ก็จะใช้การสร้างเส้นสัมผัสโค้งเพื่อบ่งบอกแนวส่วนหางของพีคแรก และพื้นที่พีคที่อยู่เหนือเส้นสัมผัสนี้จะแทนพื้นที่พีคที่สอง โดยความสูงของพีคที่สองจะวัดจากจุดสูงสุดของพีคที่สองนั้น ดิ่งลงมาจนถึงแนวเส้นสัมผัสนี้ (รูปที่ ๒)
  

ปัญหามันมักเกิดขึ้นถ้าการแยกนั้นมันก้ำกึ่งอยู่ตรงเกณฑ์การแบ่งว่าการซ้อนของพีคเป็นรูปแบบ (ก) หรือรูปแบบ (ข) และปัญหานี้มันเกิดได้ถ้าหากว่าพีคหน้านั้นมีขนาดใหญ่กว่าพีคหลัง ดังเช่นพีคตัวอย่างในรูปที่ ๓ ที่นำมาแยกแต่ละพีคให้ดูในรูปที่ ๑ และ ๒ จะเห็นว่าอันที่จริงแล้วพีคที่สอง (ที่เวลา 1.3 นาที) นั้นไม่ได้มีขนาดที่แตกต่างกันมากเลย แต่ด้วยวิธีการลากเส้นแบ่งพีคที่แตกต่างกัน ทำให้ความสูงของพีคที่สองที่เครื่องอินทิเกรเตอร์คำนวณได้นั้นมีขนาดแตกต่างกันถึง 3 เท่า และพื้นที่ก็แตกต่างกันถึง 7 เท่า (ผลการวิเคราะห์ได้จากเครื่อง GC และอินทิเกรเตอร์ยี่ห้อ Shimadzu) โดยความแตกต่างในการแบ่งพีคนี้ตัวเครื่องเองก็ระบุเอาไว้แล้วในคอลัมน์ถัดไป (คอลัมน์ MK ที่มักจะมีเครื่องหมาย S V หรือ T ปรากฏเมื่อมีปัญหาเรื่องการแบ่งพีค ส่วนนิยามของ S V หรือ T คืออะไรนั้นต้องไปดูจากคู่มือเครื่อง)
  

อันที่จริงเครื่องอินทิเกรเตอร์ของ Shimadzu ที่แลปเราใช้นั้น หลังการประมวลผลพีคเสร็จแล้วมันยังไม่ลบข้อมูลสัญญาณทิ้ง เราสามารถตรวจสอบวิธีการแบ่งพีคที่เครื่องทำให้ว่าเป็นที่พึงพอใจหรือไม่ ถ้าเห็นว่าไม่ถูกต้องเราก็สามารถทำการกำหนดวิธีการแบ่งพีคและทำการประมวลผลใหม่ได้ เรื่องนี้ก็มีการกล่าวไว้ในคู่มือเครื่อง (ที่ไม่มีใครอ่านกัน) 
   

แต่วิธีการที่ดีกว่าในการหาพื้นที่พีคที่ซ้อนทับกันคือการนำเอาค่าตัวเลขสัญญาณที่วัดได้ไปทำการประมวลผลใหม่ด้วยซอร์ฟแวร์อื่น (ถ้าหากสามารถดึงค่าตัวเลขสัญญาณออกมาเป็น text file ได้) เช่นโปรแกรม fityk

ต้อนรับเดือนสุดท้ายของปีนี้ด้วยเรื่องเบา ๆ แค่นี้ก่อน ด้วยรูปที่นำมาจากม้วนโครมาโทแกรมที่มีคนนำมาวางทิ้งไว้บนโต๊ะทำงานผมในห้องแลป

รูปที่ ๑ การแบ่งพีคเพื่อคำนวณพื้นที่และความสูงของพีคในกรณี (ก)

รูปที่ ๒ การแบ่งพีคเพื่อคำนวณพื้นที่และความสูงของพีคในกรณี (ข)

รูปที่ ๓ โครมาโทแกรมที่มีปัญหา ลองพิจารณาพื้นที่และความสูงของพีคที่เวลา 1.31 นาที เทียบระหว่างรูปบนและรูปล่าง จะเห็นว่าแม้ว่าพีคในรูปล่างจะมีขนาดเล็กกว่า แต่ก็ไม่ได้มีความสูงเหลือเพียงแค่ 1 ใน 3 หรือมีพื้นที่เพียงแค่ 1 ใน 7 ของพีคในรูปบน เหมือนดังค่าที่เครื่องอินทิเกรเตอร์รายงาน

พีคประหลาดจากการใช้อากาศน้อยไปหน่อย (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๘๑) MO Memoir : Monday 11 July 2559

ตอนแรกที่เขามาหาผมนั้น เขามาถามว่าจะแก้ปัญหา GC มีพีคประหลาดออกมาเต็มไปหมด ไม่หายซะที ก่อนหน้านี้ก็ได้ให้ช่างมาดูแล้ว แต่ช่างก็บอกแต่เพียงว่าให้ทำการ regenerate คอลัมน์ (คือให้ความร้อนสูงกว่าการใช้งานปรกติเพื่อไล่สารตกค้างในคอลัมน์) แต่ก็ทำมาหลายวันแล้ว มันก็ไม่หายสักที ผมก็เลยถามเขากลับไปว่าแล้วพีคที่ออกมามีรูปร่างหน้าตาอย่างไร ขอดูโครมาโทแกรมหน่อย ปรากฏว่าเขาไม่ได้สั่งให้เครื่อง integrator ป้อนกระดาษที่เร็วพอที่จะเห็นโครมาโทแกรมได้ (คงกลัวเปลืองกระดาษ เพราะเป็นการเปิดเครื่องกันหลายชั่วโมง) ก็เลยมีแต่ตัวเลขพื้นที่พีคที่เครื่องคำนวณออกมา 
  

ผมเลยต้องอธิบายเขาไปว่าจำเป็นต้องเห็นรูปพีคประหลาด เพราะมันเป็นตัวบอกว่าสัญญาณดังกล่าวนั้นเกิดจากอะไร พีคที่เกิดจากสิ่งตกค้างในคอลัมน์นั้นมันมีรูปแบบหนึ่ง พีคที่เกิดจากการมีสารไหลปนเข้ามากับ carrier gas นั้น (เช่นกรณีที่ septumร้อนจัดจนสลายตัว) มันก็เป็นอีกรูปแบบหนึ่ง และพีคที่เกิด detector มีปัญหานั้นมันก็เป็นอีกรูปแบบหนึ่ง
 

เนื่องจากไม่มีโครมาโทแกรมให้ดู ก็เลยต้องไปดูการเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่เครื่อง integrator ณ ขณะนั้นแทน สิ่งแรกที่พบก็คือหน้าจอ integrator ดูไม่ได้เลย ไม่เพียงแต่สัญญาณจะเต้นไปมา ตัวหนังสือมันเต้นไปมาด้วย แต่พอตรวจสอบแล้วพบว่าไฟฟ้ามีปัญหา คือไฟที่เข้าและออกจาก stabilizer นั้นมันแกว่งอยู่เล็กน้อยรอบ ๆ ค่า 220 V ตลอดเวลา พอย้าย integrator ไปเสียบไฟที่อื่นปรากฏว่าตัวหนังสือหน้าจอหยุดเต้น แต่นั่นก็ไม่ใช่สิ่งที่ทำให้สัญญาณจาก GC เต้นไปเต้นมา

 

เครื่อง GC ตัวที่มีปัญหา (ในรูป) เป็นเครื่องที่ติดตั้งตัวตรวจวัดชนิด Flame ionisation detector หรือ FID และติดตั้งคอลัมน์ชนิดแคปปิลารี่ พิจารณาจากลักษณะการเต้นของสัญญาณจาก FID แล้วคิดว่าปัญหาคงต้องอยู่ที่ตัว FID แต่ว่าเครื่องนี้เขาเพิ่งจะให้ช่างมาเปลี่ยนตัว FID ไม่นานนี้เอง พอสอบถามอุณหภูมิการทำงานของ FID และชนิดของตัวอย่างที่วัดก็เห็นว่าอุณหภูมิที่ใช้นั้นก็เหมาะสมกับตัวอย่างที่ทำการวิเคราะห์อยู่แล้ว ดังนั้นสมมุติฐานที่ว่าตั้งอุณหภูมิการทำงานของ FID ต่ำเกินไปจนทำให้สารที่ออกมาจากคอลัมน์ตกค้างที่ FID นั้นก็เป็นอันตกไป
 

แต่พอสังเกตสัดส่วนของไฮโดรเจนต่ออากาศที่ใช้รู้สึกว่าเขาจะใช้ต่ำไป ก็เลยบอกให้เพิ่มปริมาณอากาศขึ้นอีกเท่าตัว ก็พบว่าแม้ว่าสัญญาณยังคงเต้นอยู่แต่ก็ดูเหมือนจะแรงขึ้น มันเหมือนกับว่ามีอะไรตกค้างอยู่ที่ detector ซึ่งเป็นผลจากการใช้อากาศในปริมาณที่ไม่มากเพียงพอที่จะเผาไหม้สารตัวอย่างให้กลายเป็นแก๊สได้อย่างสมบูรณ์ ก็เลยบอกให้เปิดเครื่องทิ้งไว้เหมือนเดิมแต่ให้ใช้ปริมาณอากาศที่สูงขึ้น
 

พอเมื่อปลายสัปดาห์ที่แล้วก็ได้รับทราบว่าปัญหาดังกล่าวหายไปแล้ว แสดงว่าพีคประหลาดที่เห็นนั้นมันเกิดจากการเผาไหม้สารตัวอย่างไม่สมบูรณ์ ทำให้มีบางส่วนตกค้างอยู่ที่ detector ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนขึ้นตลอดเวลา
 

ที่ผมแปลกใจนิดนึงก็คือ ช่างที่มาดูนั้นไม่รู้หรือไงว่าสัญญาณแบบไหนเป็นสัญญาณที่แสดงว่าปัญหาอยู่ที่คอลัมน์ สัญญาณแบบไหนเป็นสัญญาณที่แสดงว่าปัญหาอยู่ที่ detector งานนี้ถ้าให้ช่างมาดู ช่างก็คงจะบอกให้เปลี่ยน detector เพียงอย่างเดียว ซึ่งมันก็ทำให้ปัญหาหายไปได้ แต่สักพักมันก็จะกลับมาใหม่

ปิดท้ายฉบับนี้ด้วยรูปของอีก ๒ รายที่เพิ่งจะผ่านการสอบไปเมื่อบ่ายวันนี้
 

การฉีดตัวอย่างที่เป็นของเหลวด้วย syringe (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๗๓) MO Memoir : Saturday 21 November 2558

ค่อย ๆ แก้ปัญหา GC กันไปทีละเปลาะ หลังจากเห็นผลเมื่อเย็นวันวานแล้ว คาดว่าภายในสัปดาห์หน้าทุกอย่างคงจะผ่านไปได้ด้วยดี แต่ก่อนอื่นเห็นควรที่จะบันทึกบางเรื่องในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมาซะหน่อย โดยขอเริ่มจากการใช้เข็มขนาดไมโครลิตรฉีดตัวอย่างที่เป็นของเหลว ที่มีบางคนบ่นว่าแทงทะลุ septum ยาก หรือไม่ก็กลัวทำหัวเข็มงอ
  

รูปที่ ๑ ในระหว่างการฉีดนั้น ควรใช้นิ้วมือประคองตัวหัวเข็มเอาไว้ด้วย
 

เข็มฉีดของเหลวขนาดไมโครลิตรตัวหัวเข็มจะมีขนาดเล็กมาก เพราะต้องการลด dead volume ให้เหลือน้อยที่สุด บางชนิดนั้นจะมีลวดเล็ก ๆ ติดอยู่ที่ปลาย syringe piston โดยลวดดังกล่าวจะสอดเข้าไปในตัวหัวเข็มเพื่อลด dead volume ให้ลดต่ำลงไปอีก ดังนั้นเวลาฉีดตัวอย่างควรที่จะใช้นิ้วมือของมือข้างที่จับ syringe นั้นประคองตัวหัวเข็มเอาไว้ด้วย (รูปที่ ๑) จะทำให้แทงเข็มผ่าน septum ได้ง่ายขึ้นโดยหัวเข็มไม่งอ
  

อีกปัญหาที่พบกันเป็นประจำที่ทำให้พื้นที่พีคออกมาเอาแน่เอานอนไม่ได้คือช่องว่างที่เกิดขึ้นในลำของเหลวที่เราใช้ syringe ดูดขึ้นมา (ดูตัวอย่างในรูปที่ ๒) ทำให้ปริมาตรของเหลวที่ฉีดนั้นน้อยกว่าที่เราต้องการ และเอาแน่เอานอนไม่ได้ ดังนั้นก่อนที่จะฉีดของเหลวจึงควรตรวจสอบก่อนว่ามีช่องว่าดังกล่าวเกิดขึ้นหรือไม่ ช่องว่างนี้เกิดขึ้นได้ง่ายกับของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ หรือของเหลวที่มีสารที่กลายเป็นไอได้ง่ายละลายอยู่ (เช่นในกรณีของสารละลายไบคาร์บอนเนต HCO₃^- ที่เรากำลังวิเคราะห์กันอยู่ในช่วงนี้) หรือของเหลวที่ไม่เปียกผิวแก้ว (สารอินทรีย์หลายตัวมีปัญหาเช่นนี้) ในกรณีของของเหลวที่กลายเป็นไอได้ง่ายนั้นถ้าเราดูดของเหลวตัวอย่างขึ้นมาเร็วเกินไป (คือของเหลวไหลขึ้นช้ากว่าความเร็วที่เราดึง syringe piston ขึ้น) ความดันเหนือผิวของเหลวใน syringe จะลดลงต่ำจนสามารถทำให้ตัวของเหลวเองหรือสิ่งที่เป็นแก๊สที่ละลายอยู่ในสารละลายนั้นระเหยกลายเป็นไอออกมากลายเป็นฟองแก๊สแทรกอยู่ระหว่างของเหลวใน syringe 
  

รูปที่ ๒ ฟองแก๊ส (ลูกศรสีแดง) ที่ปรากฏใน syringe เมื่อดูดของเหลวขึ้นมาเร็วเกินไป 
   

การแก้ปัญหาตรงนี้ทำได้หลายวิธีเช่น

(ก) เปลี่ยนจากการดูดขึ้นเป็นการดูดลง อย่างเช่นที่กลุ่มเราใช้กับการฉีดไฮโดรคาร์บอนบางตัว โดยเอาตัวอย่างของเหลวที่ต้องการฉีดนั้นใส่ขวดที่มีฝาที่มีจุกยางที่สามารถแทงเข็มผ่านได้ (ทำนองเดียวกับขวดยาฉีด) เวลาจะดูดตัวอย่างก็คว่ำขวดลงและแทงเข็มขึ้นไปจากทางด้านล่าง แล้วค่อย ๆ ดูดของเหลวตัวอย่างลงมา
  

(ข) จุ่มปลายหัวเข็ม syringe ให้จมลึกลงไปในผิวของเหลว และดูดของเหลวขึ้นอย่างช้า ๆ ไม่ต้องรีบ วิธีการนี้ทำให้ของเหลวไหลเข้า syringe ไปพร้อมกับการเคลื่อนตัวของ syringe piston ทำให้ของเหลวไม่ระเหบกลายเป็นไอ (สิ่งที่เราทำกับสารละลาย HCO₃^- อยู่ในขณะนี้) และ
  

(ค) ใช้วิธีการที่เรียกกันว่า internal standard โดยการผสมสารที่เฉื่อย (ไม่ทำปฏิกิริยากับตัวอย่าง) ลงไปในสารละลายตัวอย่างด้วยปริมาณที่ทราบค่าแน่นอน แล้วใช้พื้นที่พีค (หรือความสูงพีค) ของสารที่ผสมลงไปนี้เป็นตัวแทนของปริมาตรที่ฉีด วิธีการนี้ค่อนข้างจำเป็นสำหรับการฉีดด้วยระบบอัตโนมัติ เพราะระบบดังกล่าวเท่าที่เคยเห็นมันเป็นการดูดตัวอย่างขึ้นจากขวดตัวอย่างเพียงอย่างเดียว อุปกรณ์มันไม่มีตาดูว่าเกิดช่องว่างขึ้นในลำของเหลวที่ดูดขึ้นมาหรือไม่

ฉบับนี้คงพอแค่นี้ก่อน ส่วนปัญหาอีกเรื่องที่กำลังทดสอบอยู่ในช่วงบ่ายวันศุกร์ขอเก็บไว้ก่อนแต่คิดว่าการแก้ปัญหาของเรากำลังเดินไปถูกทางแล้ว รอการตรวจสอบยืนยันอีกทีในวันจันทร์ (คงได้เหนื่อยกันทั้งวันอีก) แล้วค่อยนำมาบันทึกเอาไว้เป็นคลังความรู้ของกลุ่มเรา
  

รูปที่ ๓ การประกอบคอลัมน์เพื่อวัดความสามารถในการดูดซับไฮโดรคาร์บอนของ TiO₂ (P-25) เมื่อเช้าวันวาน

การติดตั้ง Integrator ให้กับ GC-8A เพื่อวัด CO2 (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๗๑) MO Memoir : Saturday 29 August 2558

ในที่สุดก็ได้เวลานำเอาเครื่อง Shimadzu GC-8A ที่ติดตั้งตัวตรวจวัดแบบ Thermal Conductivity Detector (ที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า TCD) กลับมาใช้งานใหม่อีกครั้ง หลังจากที่ไม่ได้ใช้มานาน ครั้งนี้เพื่อนำมาใช้วัด CO₂  
   

รูปที่ ๑ ลำดับการออกของแก๊สชนิดต่าง ๆ เมื่อใช้คอลัมน์ Molecular Sieve 5A พึงสังเกตนะว่า CO₂ จะออกมาที่อุณหภูมิที่สูงอยู่

เครื่องที่เรามีอยู่นั้นติดตั้งคอลัมน์ชนิด Molecular sieve 5A (ขนาดอนุภาค 60/80 คือมีขนาดอนุภาคอยู่ในช่วง 50-80 mesh) อยู่ที่ port 2 เพียงตัวเดียว โดยที่ port 1 นั้นไม่มีคอลัมน์ต่ออยู่ เมื่อค้นดูข้อมูลพบว่า CO₂ จะออกจากคอลัมน์นี้ที่อุณหภูมิสูงสักหน่อย (ในรูปที่ ๑ นั้นออกมาที่อุณหภูมิ 225ºC) ดังนั้นคอลัมน์ที่จะนำมาต่อเข้ากับ port 1 เพื่อใช้เป็น reference column จึงต้องสามารถทนอุณหภูมิได้ด้วย

ในการนี้ผมไม่ได้เลือกใช้คอลัมน์เปล่าที่ไม่มี packing บรรจุ เพราะมันปรับอัตราการไหลได้ยาก และยังมีปัญหาเรื่องอุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่านคอลัมน์เปล่านั้นมีแนวโน้มที่จะเย็นกว่าแก๊สที่ไหลผ่านคอลัมน์มี packing ก็เลยไปรื้อ ๆ ดูคอลัมน์เก่า ๆ ที่ไม่เห็นมีคนใช้ ก็ได้มาอันหนึ่งที่มันทนอุณหภูมิได้ระดับเดียวกันกับ Molecular sieve 5A
  

ความว่องไวในการตรวจวัดของ TCD นั้นเพิ่มขึ้นในสัดส่วนประมาณ (กระแส)³ กล่าวคือถ้าเราเพิ่มกระแสที่ไหลผ่าน TCD ขึ้นเป็น ๒ เท่าของค่าเดิม ความว่องไวในการตรวจวัดจะเพิ่มขึ้น ๘ เท่า แต่ทั้งนี้ก็อาจต้องแลกด้วยอายุการใช้งานของ TCD ที่อาจสั้นลง ในขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงอุณหภูมิการทำงานของ TCD และ carrier gas ที่ใช้ด้วย (รูปที่ ๒) ที่ค่ากระแสเดียวกัน ถ้าใช้ carrier gas ที่นำความร้อนได้แย่กว่า ขดลวด TCD จะร้อนจัดมากกว่า
  

รูปที่ ๒ ค่ากระแสสูงสุดที่ TCD สามารถรับได้ที่อุณหภูมิตัวตรวจวัดต่าง ๆ และเมื่อใช้ carrier gas ต่าง ๆ รูปนี้นำมาจากคู่มือ GC ของ Shimadzu
  

หลังจากที่แก้ปัญหาเรื่องคอลัมน์ได้เสร็จ ขั้นตอนต่อไปก็เป็นการนำเอา Integrator มาต่อ โดยไปนำเอาเครื่องที่ใช้อยู่กับ GC-9A ของกลุ่มเรามาใช้ก่อน แต่เมื่อจะนำมาต่อเข้ากับเครื่อง GC-8A ก็พบกับปัญหาคือ ขั้วเสียบไม่เหมือนกัน คือของเครื่อง GC-9A และ GC-14A นั้นมันเป็นแบบ ๕ ขา แต่ของ GC-8A (เป็นรุ่นที่เก่ากว่า) มันเป็นแบบ ๓ ขา (รูปที่ ๓)
  

เนื่องด้วยยังไม่สามารถหาซื้อขั้วเสียบที่เสียบเข้าพอดีได้ (ที่หาได้นั้นมันมีแต่ขนาดใหญ่เกินไป) ก็เลยแก้ปัญหาก่อนด้วยการใช้คลิปปากจระเข้จับเข้าไปที่แต่ละขาของขั้ว โดยได้ทำการวัดด้วยมัลติมิเตอร์ก่อนว่าขาข้างไหนเป็นขั้วบวก ข้างไหนเป็นขั้วลบ (ตั้งมิเตอร์ให้ไวหน่อย ให้วัดไฟ DC (กระแสตรง) ที่ต่ำกว่า 1 V ได้ เพราะสัญญาณขาออกมันมีระดับเพียงแค่ mV) ตอนเอาคลิปปากจระเข้หนีบก็ต้องระวังไม่ให้มันสัมผัสกันด้วย ทีนี้พอเอาคลิปปากจระเข้หนีบขาขั้วบวก (ตัวสีแดง) และขาขั้วลบ (ตัวสีน้ำเงิน) เรียบร้อยแล้ว มันก็ไม่มีช่องที่จะหนีบขาสายดิน (ground) ได้ ผมก็เลยย้ายขาสายดิน (ตัวสีเหลือง) ไปหนีบไว้ที่ขาสายดินของช่อง recorder ที่อยู่เหนือขึ้นไปแทน เพราะเห็นว่ามันเป็นสายดินเหมือนกัน (อันที่จริงถึงไม่หนีบสายดินมันก็ยังทำงานได้เหมือนกัน)
  

รูปที่ ๓ ขั้วสำหรับต่อเข้ากับ Recorder (ช่องบน) กับต่อเข้ากับ Integrator (ช่องล่าง) เป็นขั้ว analogue ชนิด ๓ ขา (ขั้วบวกคือขาซ้าย ขั้วลบคือขาขวา และสายดินคือขาบนสุด)
  

หมดปัญหาเรื่องการเชื่อมต่อ Integrator ปัญหาต่อไปก็คือการหาว่าต้องตั้ง polarity อย่างไรเพื่อให้มันอ่านสัญญาณจาก port 2 แต่ก่อนอื่นต้องทำการ regenerate column ก่อน (เพราะไม่ได้ใช้มานานและก็ไม่รู้ว่ามันมีอะไรตกค้างอยู่บ้างหรือเปล่า) ด้วยการให้ความร้อนแก่คอลัมน์ที่อุณหภูมิสูงพอและเปิดทิ้งไว้ทั้งวัน เมื่อวันพฤหัสบดีผมเริ่มที่ 150ºC ก่อน และเมื่อวานก็ทำที่ 170ºC คาดว่าในวันจันทร์จะทำต่อที่ 230ºC (ตรงนี้ต้องขอตรวจสอบอุณหภูมิสูงสุดที่คอลัมน์ทนได้อีกครั้ง) จากนั้นจึงค่อยหาตำแหน่งพีค CO₂   
    

จากการทดสอบด้วยการฉีดอากาศ 1.5 ml ที่อุณหภูมิคอลัมน์ 170ºC และตั้งกระแสไว้ที่ 60 mA พบว่า ถ้าต้องการวัดสัญญาณจาก port 2 โดยไม่ให้พีคออกมากลับหัว ต้องกดปุ่มเลือก polarity (ปุ่ม POL สีน้ำเงินในรูปที่ ๔) ให้เป็น (-) หรือกดให้มันยุบลงไปนั่นเอง ปุ่ม Attenuation ที่อยู่ข้างใต้นั้นไม่ส่งผลอะไรต่อสัญญาณส่งออกทางช่อง Integrator (มันส่งผลต่อสัญญาณส่งออกทางช่อง Recorder เท่านั้น)
  

รูปที่ ๔ ในการวัดสัญญาณจาก port 2 นั้น ให้กดปุ่มเลือก polarity (ปุ่ม POL สีน้ำเงินในรูป) ให้เป็น (-)
   

ทดสอบการทำงานของเครื่องเสร็จเรียบร้อยแล้วก็ถ่ายรูปไว้เป็นที่ระลึกหน่อย (รูปที่ ๕) เอาไว้วันจันทร์ค่อยมาเล่นกันต่อ เครื่องนี้การเปิดเครื่องก็ง่าย แค่เปิดแก๊ส He เข้าเครื่องก่อน จากนั้นก็กดปุ่ม power เพื่อเปิดเครื่อง ปรับตั้งอัตราการไหลของ carrier gas ทั้งสองคอลัมน์ (ให้ใกล้เคียงกัน) ตั้งอุณหภูมิของ Column และ (Injector port + Detector port) ตั้งค่ากระแสสำหรับ detector และก็รอให้เครื่องนิ่ง
   

ส่วนการปิดเครื่องก็เริ่มด้วยการปิดกระแส Detector ตั้งอุณหภูมิ Column และ (Injector port + Detector port) กลับมาที่อุณหภูมิห้อง รอให้ระบบเย็นตัวลงก่อนแล้วค่อยปิดปุ่ม power สำหรับเครื่องนี้ carrier gas ไม่ถูกควบคุมด้วยระบบไฟฟ้า ดังนั้นไม่ว่าเราจะจ่ายไฟฟ้าให้เครื่องหรือไม่ carrier gas ก็ยังไหลผ่านคอลัมน์ได้อยู่

รูปที่ ๕ หลังจากเสร็จสิ้นการทดสอบในช่วงบ่ายวันวาน เดี๋ยววันจันทร์ค่อยจัดที่ทางให้มันเรียบร้อยหน่อย