แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๖) MO Memoir : Tuesday 19 February 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการสร้าง calibration curve ของโทลูอีน

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศบนชั้น ๔ ของหอสมุดกลางเมื่อราว ๆ ๕ โมงเย็นวันวานก็แล้วกัน ที่อ่านหนังสือมุมนี้เขาใช้ระบบเปิด-ปิดไฟอัตโนมัติ กล่าวคือถ้าไม่มีคนเดินไฟมันจะปิด มันก็เลยมีปัญหาเพราะเวลาที่ไม่มีใครเดิน มีแต่คนนั่งอ่านหนังสือตามโต๊ะ ไฟมันก็เลยปิดมืด สงสัยเขาคงกลัวคนนั่งติดเก้าอี้มากเกินไป :) :) :)

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ (ตอนที่ ๑๘) MO Memoir : Sunday 25 October 2558

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
  

เนื้อหาในเอกสารนี้เกี่ยวกับการสร้าง calibration curve ของ CO₂ ในรอบสัปดาห์ที่ผ่านมา
  

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ (ตอนที่ ๑๗) MO Memoir : Tuersday 20 October 2558

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารนี้ส่วนหนึ่งเป็นข้อสรุปผลการประชุมที่ได้จากการประชุมในช่วงบ่ายวันจันทร์เวลา ๑๕.๐๐ - ๑๖.๐๐ น ที่ห้องเรียนใหญ่ชั้น ๑๐ อาคารวิศว ๔ ที่ผ่านมา

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ (ตอนที่ ๑๕) MO Memoir : Saturday 17 October 2558

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารนี้เกี่ยวกับการทดลองเพื่อสร้าง calibration curve ของ CO₂ ที่ความเข้มข้นต่ำ

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ ตอนที่ (๑๓) MO Memoir : Tuesday 15 September 2558

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นบันทึกโครมาโทแกรมที่ได้จากการปรับแต่งเครื่อง GC ด้วยการฉีดแก๊ส CO₂ 100% ที่ปริมาตรต่าง ๆ กัน ในระหว่างการทดสอบเครื่อง Shimadzu GC-8A ติดตั้งตัวตรวจวัดชนิด TCD (Thermal Conductivity Detector)
  

รูปที่ ๑ ฉีดด้วยปริมาตร 30 ไมโครลิตร
  

รูปที่ ๒ ฉีดด้วยปริมาตร 40 ไมโครลิตร

ขณะนี้เราตั้งอัตราการไหลของ He ทั้งสองคอลัมน์ไว้ที่ประมาณ 30 ml/min (วัดที่อุณหภูมิห้อง แต่ที่อุณหภูมิคอลัมน์สูงขึ้นอัตราการไหลจะตกลงเล็กน้อย) อุณหภูมิของ Injector/Detector ตั้งไว้ที่ 120ºC ส่วนอุณหภูมิคอลัมน์ที่ตัวควบคุมตั้งไว้ที่ 250ºC แต่ที่อ่านจากมาตรวัดจะอยู่ที่ประมาณ 200-210ºC 
   

Detector current ที่ใช้ในขณะนี้คือ 100 mA โครมาโทแกรมที่แสดงตั้ง attenuation ไว้ที่ 1 (คือไม่มีการลดทอนสัญญาณ) ใช้เข็มฉีดแก๊สขนาด 100 ไมโครลิตร ในการฉีดแก๊สตัวอย่าง โครมาโทแกรมที่นำมาแสดงคือผลการวิเคราะห์ในช่วงเย็นวันวาน (จันทร์ ๑๔ กันยายน)
  

รูปที่ ๑-๕ คือผลการวิเคราะห์ รูปที่ ๖ เป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรที่ฉีดกับพื้นที่พีค และรูปที่ ๗ เป็นรูปของระบบท่อที่เราใช้ดึง CO₂ จากถังเก็บเพื่อเอามาฉีด GC
  

รูปที่ ๓ ฉีดด้วยปริมาตร 60 ไมโครลิตร

อนึ่งเมื่อบ่ายวันวานได้รับแจ้งว่า GC มีปัญหาคือปรับเส้น base line ไม่ได้ เมื่อไปตรวจสอบพบว่าสัญญาณไฟสีแดง (ที่อยู่เหนือปุ่มเลื่อนเพื่อปรับค่า detector current) นั้นติดอยู่ แสดงว่ามีปัญหา current overload เครื่องเลยตัดการทำงานของ TCD (ระบบป้องกันของเครื่อง) สิ่งที่ได้ทำการแก้ไขคือ "ปิด" TCD ด้วยการลดกระแสลงเป็นศูนย์ และเปิดใหม่อีกครั้ง สัญญาณ TCD ก็กลับมาเหมือนเดิน
  

รูปที่ ๔ ฉีดด้วยปริมาตร 80 ไมโครลิตร
  

รูปที่ ๕ ฉีดด้วยปริมาตร 100 ไมโครลิตร
  

รูปที่ ๖ Trend line ที่ได้จากการนำเอาข้อมูลในรูปที่ ๑-๕ มาเขียนกราฟ จะสังเกตเห็นว่าไม่ได้เข้าหาจุด (0,0) ดังนั้นจำเป็นต้องสร้าง calibration curve สำหรับการวัดที่ค่าความเข้มข้นต่ำให้ได้ (ในการทดสอบ linearity ของสัญญาณว่ามันครอบคลุมช่วงกว้างแค่ไหน อย่าไปกำหนดให้เส้น trend line ต้องผ่านจุด (0,0) นะ)

รูปที่ ๗ ระบบท่อที่ใช้ในการดึงแก๊ส CO₂ จากถัง ตำแหน่งดึง CO₂ อยู่ในวงกลมสีแดง ส่วนวาล์วข้างล่างมีไว้ไล่อากาศออกจากท่อ

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๑๕) MO Memoir : Satruday 30 November 2556

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
  

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวข้องกับงานของกลุ่ม DeNOx
  

เอกสารที่เกี่ยวข้องกับ Memoir ฉบับนี้คือ
  

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๘๙ วันอาทิตย์ที่ ๕ สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๔ (ตอนที่ ๒)" (เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog)
  

ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๕๒ วันอาทิตย์ที่ ๑๘ สิงหาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๑๒)" (เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog)

ปัญหาการสร้าง calibration curve ของ ICP (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๔๙) MO Memoir : Tuesday 10 September 2556

เทคนิคทางด้าน atomic spectroscopy ไม่ว่าจะเป็นการวัดการดูดกลืน (absorption) หรือการเปล่งแสง (emission) นั้นจัดว่าเป็นเทคนิคที่มีความว่องไว (sensitivity) ในการวัดที่สูง สามารถวัดธาตุในสารตัวอย่างที่ระดับปริมาณ ppm (part per million - ส่วนต่อล้านส่วน) หรือ ppb (part per billion - ส่วนต่อพันล้านส่วน) ได้ แต่นั่นหมายถึงตัวอย่างที่ต้องการวัดปริมาณธาตุนั้นจำเป็นต้องมีธาตุเหล่านั้นที่ความเข้มข้นระดับ ppm ด้วย เพราะถ้าความเข้มข้นของธาตุในสารตัวอย่างสูงเกินไป เครื่องจะวัดไม่ไหว

  

ในกรณีที่เรามีตัวอย่างเป็นของแข็งและต้องการวัดปริมาณธาตุในตัวอย่างนั้น สิ่งที่ต้องกระทำก็คือละลายตัวอย่างในตัวทำละลายที่เหมาะสม เนื่องจากการละลายให้ได้ความเข้มข้นระดับ ppm ในครั้งเดียวเป็นเรื่องยากที่จะทำ (ปัญหาหนักข้อหนึ่งมันอยู่ตรงที่การชั่งสารในปริมาณน้อย ๆ) วิธีการที่ทำกันมากกว่าคือการเตรียมตัวอย่างให้เป็นสารละลายที่ความเข้มข้นสูงก่อน จากนั้นจึงค่อยทำการเจือจางสารละลายนั้นให้อยู่ในระดับความเข้มข้นที่เครื่องสามารถวัดได้

 

แต่วิธีการเจือจางก็ยังมีปัญหาเรื่องความคลาดเคลื่อนอยู่ดี ปัญหาหลักก็คือประสบการณ์ของผู้ที่เตรียมสารละลายในการใช้อุปกรณ์เครื่องแก้วต่าง ๆ ในการวัดปริมาตร

ในสัปดาห์ที่แล้วสมาชิกผู้หนึ่งของกลุ่มเราได้ส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค inductively coupled plasma หรือที่เรียกย่อว่า ICP ปรากฏว่าผลการวัดที่ได้นั้นเกิดปัญหาขึ้น คือค่าความเข้มข้นที่วัดได้นั้นมันติดลบ ก็เลยได้มีการปรึกษากันระหว่างผมกับทางเจ้าหน้าที่ผู้วิเคราะห์ (เขาเพิ่งจะย้ายมารับงานนี้) 

   

ในการส่งตัวอย่างไปนั้นผู้ส่งตัวอย่างต้องเตรียมสารละลายตัวอย่างและสารละลายที่จะใช้สร้าง calibration curve การเตรียมสารละลายที่ใช้สร้าง calibration curve นั้นจะใช้สารละลายมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้นแน่นอน มาเจือจางให้ได้ระดับความเข้มข้นต่าง ๆ กัน ซึ่งหลังจากที่ได้ปรึกษากันแล้วผมก็เสนอว่าปัญหามันน่าจะอยู่ตรงที่การสร้าง calibration curve และความเข้มข้นของสารในตัวอย่างที่นำมาวัด ผมก็เลยขอให้ทางผู้วิเคราะห์นั้นส่งข้อมูลความแรงของสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างความเข้มข้นต่าง ๆ เพื่อตรวจสอบการสร้าง calibration curve

  

กล่าวคือในการวิเคราะห์นั้น ทางผู้ส่งตัวอย่างส่งสารที่ความเข้มข้น 0, 1, 3, 5, 10 และ 15 ppm ที่เตรียมขึ้นเองเพื่อใช้สร้าง calibration curve ผู้ทำการวิเคราะห์ก็ทำการวัดสัญญาณที่ได้จากสารเหล่านี้ความเข้มข้นละ 3 ครั้งก่อนที่จะหาค่าเฉลี่ย จากนั้นจะใช้ค่าเฉลี่ยที่ได้นั้นมาสร้าง calibration curve โดยกำหนดให้ calibration curve เป็นเส้นตรงที่ตัดผ่านจุดกำเนิด ข้อมูลดิบที่ได้และและผลการคำนวณแสดงไว้ในตารางที่ ๑ ข้างล่าง

ตารางที่ ๑ ข้อมูลดิบที่ได้จากการวัดและข้อมูลที่ทำการปรับแก้แล้ว

	ข้อมูลดิบ			เฉลี่ย	เทียบกับค่าเฉลี่ย			สัญญาณ
ppm	ครั้งที่ ๑	ครั้งที่ ๒	ครี้งที่ ๓		ครั้งที่ ๑	ครั้งที่ ๒	ครี้งที่ ๓	ที่ปรับแก้
0	860128.9	854053.3	854289.8	856157.3	3971.6	-2104.0	-1867.5	0.0
1	1372324.5	1371738.1	1372463.0	1372175.2	516167.2	515580.8	516305.7	516017.9
3	2389482.1	2395157.7	2384729.7	2389789.8	1533324.8	1539000.4	1528572.4	1533632.5
5	3390577.3	3392577.0	3403565.6	3395573.3	2534420.0	2536419.7	2547408.3	2539416.0
10	5947784.0	5915905.6	5903768.8	5922486.1	5091626.7	5059748.3	5047611.5	5066328.8
15	8434312.8	8433330.6	8406988.8	8424877.4	7578155.5	7577173.3	7550831.5	7568720.1

รูปที่ ๑ (ซ้าย) สัญญาณข้อมูลดิบที่วัดได้กับความเข้มข้นของสาร (ขวา) ปรับแก้ base line ด้วยการลบสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างแต่ละความเข้มข้นด้วยสัญญาณที่วัดได้จากตัวอย่างความเข้มข้น 0 ppm

ถ้านำเอาข้อมูลดิบ (หรือที่ตัด base line ทิ้งไปแล้ว) คือความแรงของสัญญาณที่วัดได้กับความเข้มข้นของสารมาตรฐานที่เตรียมขึ้นมาเขียนกราฟ ก็จะได้กราฟดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างบน มองแบบนี้จะเห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสัญญาณกับความเข้มข้นของสารมีลักษณะเป็นกราฟเส้นตรงซึ่งเป็นไปตาม Beer's law

 

อันที่จริง calibration curve ในรูปที่ ๑ ก็ใช้การได้ แต่ถ้าจะดูให้ละเอียดโดยเอาตัวเลขข้อมูลดิบมาตรวจสอบว่าความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสัญญาณกับความเข้มข้นของสารนั้นเป็นเส้นตรงที่ตัดจุดกำเนิดของกราฟหรือไม่ก็จะพบว่ามีปัญหาเล็กน้อย (ดูตารางที่ ๒) กล่าวคือถ้าเอาจุด 0 ppm และ 1 ppm เป็นหลัก จากนั้นตรวจสอบว่าที่ความเข้มข้น 3, 5, 10 และ 15 ppm นั้นสัญญาณแรงเป็น 3, 5, 10 และ 15 เท่าของสัญญาณที่ 1 ppm หรือไม่ก็พบว่าความแรงของสัญญาณที่ความเข้มข้น 3, 5, 10 และ 15 ppm นั้น "ต่ำกว่า" 3, 5, 10 และ 15 เท่าของสัญญาณที่ 1 ppm อยู่เล็กน้อย โดยยิ่งห่างจุด 1 ppm มากก็ยิ่งต่ำลงมากขึ้น

ตารางที่ ๒ เปรียบเทียบค่าเฉลี่ยสัญญาณที่วัดได้จริงกับค่าที่ควรเป็นถ้าอ้างอิงจุด 1 ppm และ 15 ppm

ppm	เฉลี่ย	ref ที่ 1 ppm	ref ที่ 15 ppm
0	0.0	0.0	0.0
1	516017.9	516017.9	504581.3
3	1533632.5	1548053.6	1513744.0
5	2539416.0	2580089.3	2522906.7
10	5066328.8	5160178.7	5045813.4
15	7568720.1	7740268.0	7568720.1

และในทางกลับกันถ้าเอาจุด 0 ppm และ 15 ppm เป็นหลัก จากนั้นตรวจสอบว่าที่ความเข้มข้น 1, 3, 5 และ 10 ppm นั้นสัญญาณแรงเป็น 1/15, 3/15, 5/15 และ 10/15 เท่าของสัญญาณที่ 15 ppm หรือไม่ก็พบว่าความแรงของสัญญาณที่ความเข้มข้น 1, 3, 5 และ 10 ppm นั้น "สูงกว่า" 1/15, 3/15, 5/15 และ 10/15 เท่าของสัญญาณที่ 15 ppm อยู่เล็กน้อยเช่นเดียวกัน โดยยิ่งเข้าใกล้จุด 0 ppm มากก็ยิ่งสูงขึ้นมากขึ้น (ค่าสัมพัทธ์)

ปัญหานี้เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นเป็นประจำเวลาที่ตวงของเหลวปริมาตรน้อย ๆ ด้วยอุปกรณ์ที่เพียงชิ้นเดียวก็สามารถตวงของเหลวได้หลายปริมาตรเช่น graduate pipette หรือบิวเรต หรือแม้แต่การใช้ syringe ขนาดใหญ่ในการฉีดตัวอย่างปริมาตรน้อย (เช่นเอา syringe ขนาด 1 ไมโครลิตรมาฉีดตัวอย่างขนาด 0.1-0.2 ไมโครลิตร) ทั้งนี้เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้จะมีความคลาดเคลื่อนในการวัดปริมาตรอยู่ในระดับหนึ่ง โดยไม่ขึ้นกับปริมาตรที่ทำการตวง

สมมุติว่าเราใช้ graduate pipette ขนาด 10 ml ในการตวงของเหลวปริมาตร 10 ml ความคลาดเคลื่อนจากการตวงจะอยู่ที่ฝีมือผู้ทำการตวงของเหลวในการอ่านสเกลและปรับปริมาตรของเหลวให้ตรงกับขีด และปริมาตรของเหลวที่ตกค้างอยู่ที่ปลายปิเปต ซึ่งความคลาดเคลื่อนตรงนี้จะมีขนาดคงที่ ไม่ขึ้นกับปริมาตรของเหลวที่ทำการตวง ถ้าสมมุติว่าขนาดความคลาดเคลื่อนสองส่วนนี้รวมกันเท่ากับ 0.02 ml ดังนั้นถ้าเรานำเอา graduate pipette ตัวนี้มาตวงของเหลว 10 ml ก็จะมีสิทธิคลาดเคลื่อนไปได้ (0.02/10.0)*100 = 0.2%

  

แต่ถ้าเรานำเอา graduate pipette ตัวนี้มาตวงของเหลวปริมาตร 1.0 ml ความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการอ่านสเกล การปรับระดับของเหลวให้ตรงขีด และปริมาตรของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายก็ยังคงเท่ากับ 0.02 ml เหมือนเดิม แต่ในขณะนี้เมื่อเทียบกับปริมาตร 1.0 ml ที่ทำการตวง การตวงจะมีควรคลาดเคลื่อนเพิ่มเป็น (0.02/1.0)*100 = 2.0% ดังนั้นเพื่อที่จะลดขนาดความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ตรงนี้ จึงไม่ควรตวงสารในปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของอุปกรณ์ที่ใช้ตวง

ในกรณีนี้สิ่งที่ผมคิดว่าพวกเราควรต้องปฏิบัติคือให้ไปดูว่าสารมาตรฐานที่เขาซื้อมานั้นมีความเข้มข้นเท่าใด ก็ให้เตรียมสารตัวอย่างให้มีความเข้มข้นประมาณนั้น เช่นสมมุติว่าโลหะที่เราต้องการวัดนั้นมีสารมาตรฐานเข้มข้น 15 ppm การสร้าง calibration curve ก็ใช้จุด 2 คือ 0 ppm กับ 15 ppm ที่ผมคิดว่าใช้เพียงแค่สองจุดได้ก็เพราะความสัมพันธ์ระหว่างความแรงสัญญาณและความเข้มข้นนั้นเป็นเส้นตรงที่ดีและผ่านจุดกำเนิด (ดูรูปที่ ๑)

จุด 0 ppm ได้จากการวัดตัวทำละลายเปล่า ตัวทำละลายเปล่านี้คือตัวทำละลายที่เราใช้ละลายตัวเร่งปฏิกิริยา ที่ต้องทำการวัดตัวทำละลายเปล่าก็เพื่อหาว่าสัญญาณของตัวทำละลายเปล่าเมื่อไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาละลายอยู่นั้นแรงเท่าใด ส่วนจุด 15 ppm ก็วัดจากสารละลายมาตรฐานนั้นเลย เมื่อได้ผลการวิเคราะห์ออกมาก็เทียบกับcalibration curve เส้นนี้

ส่วนการเตรียมสารละลายตัวอย่างนั้นก็ให้คำนวณก่อนว่าควรนำตัวเร่งปฏิกิริยาหนักกี่กรัม ละลายในตัวทำละลายกี่ ml จึงจะได้ความเข้มข้นของโลหะที่ต้องการวัดในสารละลายนั้นเข้มข้นประมาณ 15 ppm (เราทราบปริมาณโลหะโดยประมาณของตัวอย่างจากปริมาณโลหะที่เราเติมเข้าไปตอนสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา)

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๕ การทำ calibration curve ของ NH3 MO Memoir : Wednesday 8 June 2554

จากที่ได้เล่าไว้เมื่อวันพฤหัสบดีของสัปดาห์ที่แล้วว่าตอนนี้เราเจอปัญหาสัญญาณของ GC-2014 ในส่วนของ PDD ให้พีคกลับหัว

ที่ไม่เข้าใจก็คือมันเกิดขึ้นได้อย่างไร เพราะก่อนหน้านี้ที่ทดลองทำกันตอนฉีดอากาศหรือ NH₃ เข้าไป มันก็ให้พีคหัวตั้ง แต่พอมาสัปดาห์ที่แล้วหลังจากที่ได้ให้สาวน้อยร้อยห้าสิบเซนฯทำการ conditioning คอลัมน์ ซึ่งก็ทำให้เราได้เส้น base line ที่นิ่งและเรียบ แต่กลับได้พีคหัวกลับ

ผมเอาตัวอย่าง chromatogram ก่อนและหลังเกิดปัญหามาแสดงให้ดูในรูปที่ ๑ ในหน้าถัดไป

ช่วงวันอาทิตย์ที่ ๕ มิถุนายนที่ผ่านมาก็มีเจ้าหน้าที่ของทางบริษัทมาดูให้ แต่ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาได้ ได้แต่บอกว่าขอกลับไปปรึกษาหัวหน้าก่อน

เมื่อวานผมก็ลองไปปรับแต่งดู ทั้งคำสั่งที่ตัวเครื่อง GC และตัวซอร์ฟแวร์ที่ใช้ในการบันทึกข้อมูล ลองปรับเปลี่ยนไปหลายคำสั่งแล้วก็ยังแก้ปัญหาพีคกลับหัวไม่ได้

งานนี้คิดว่าคงต้องอีเมล์ไปถามบริษัทแม่ที่ญี่ปุ่นซะแล้ว ไว้ว่าง ๆ ภายในสัปดาห์นี้จะหาโอกาสเขียนส่งไป

ได้ยินว่าวันนี้จะมีเจ้าหน้าที่จากทางบริษัทเข้ามาอีกที ผลจะเป็นอย่างไรก็ต้องคอยดูกัน

แต่เนื่องจากการทดลองยังคงต้องเดินหน้าต่อไป เราคงต้องพักเรื่องการแก้ปัญหาพีคกลับหัวเอาไว้ก่อน ดังนั้นสิ่งที่สาวน้อยร้อยห้าสิบเซนฯต้องทำต่อไปคือการสร้าง calibration curve ของNH₃ โดยให้ทำการวัดทั้ง ๆ ที่ได้พีคกลับหัว แล้วค่อยเอาซอร์ฟแวร์ประมวลผลพีคทำการกลับหัวพีคและคำนวณพื้นที่ใหม่

สิ่งที่สาวน้อยร้อยห้าสิบเซนฯต้องทำมีดังนี้

๑. ทดลองฉีดN₂ เข้าไป เพื่อดูสัญญาณของ N₂ เนื่องจากแก๊สที่เราจะทำการวิเคราะห์นั้น N₂ เป็นองค์ประกอบที่มีความเข้มข้นมากที่สุด ตรงจุดนี้ควรต้องบันทึกไว้ด้วยว่าสัญญาณของ N₂ นั้นมีขนาดเท่าไร จะได้ใช้เป็นตัวเปรียบเทียบการปรับตั้ง PDD

๒. ทดลองฉีดอากาศ (จากถัง) เข้าไป เพื่อหาตำแหน่งพีค O₂ (เพราะในแก๊สตัวอย่างของเรามีพีค O₂ อยู่ด้วย) ตำแหน่งพีค O₂ หาได้จาก พีคที่เพิ่มขึ้นจากที่ได้ในข้อ ๑. (ถ้าเครื่องมันมองเห็นนะ)

๓. ทดลองฉีดอากาศในห้องเข้าไป เนื่องจากเมื่อวานผมยังสงสัยด้วยว่าจะมีพีค CO₂ หรือของ Ar หรือไอน้ำด้วยหรือเปล่า (เมื่อวานเห็นพีคกว้าง ๆ ช่วงท้าย chromatogram สงสัยอยู่เหมือนกันว่าเป็นพีคของน้ำหรือเปล่า การระบุตำแหน่งสารตัวอื่นก็ต้องนำพีคที่ได้จากข้อ ๒. มาเปรียบเทียบ

๔. ทดลองฉีดแก๊สผสมระหว่าง NH₃ และ N₂ เพื่อหาตำแหน่งพีคของ NH₃

๕. ทดลองฉีดแก๊สผสมระหว่าง NH₃ N₂ และ O₂ โดยที่คงความเข้มข้นของ NH₃ ไว้เท่ากับที่ใช้ในข้อ ๔. เพื่อตรวจสอบว่ามีการซ้อนทับกันของพีคและ O₂ ส่งผลต่อสัญญาณที่วัดได้หรือไม่

๖. ทดลองฉีดแก๊สผสมระหว่าง NH₃ N₂ O₂ และ H₂O โดยที่คงความเข้มข้นของ NH₃ ไว้เท่ากับที่ใช้ในข้อ ๔. เพื่อตรวจสอบว่ามีการซ้อนทับกันของพีคและไอน้ำส่งผลต่อสัญญาณที่วัดได้หรือไม่

๗. จากข้อ ๖. ให้ทดลองเพิ่ม SO₂ เข้าไป แล้วดูว่าได้รับผลกระทบอะไรหรือไม่

๘. ถ้าหากพบว่าสัญญาณของ NH₃ ไม่ได้รับการรบกวนจาก O₂ SO₂ หรือไอน้ำ ก็ให้ทำการสร้าง calibration curve ของ NH₃ โดยการปรับอัตราส่วนการผสมระหว่าง N₂ (100%) กับ NH₃ จาก โดยในการผสมนั้นให้เลือกภาวะที่ mass flow ทำงานได้ดี ส่วนตัวเลขความเข้มข้นของแก๊สผสมที่ใช้ในการสร้าง calibration curve ไม่ใช่ตัวเลขลงตัวก็ไม่เป็นไร

๙. ในขั้นตอน ๕-๗ ถ้าพบปัญหาการรบกวนพีค NH₃ ให้ติดต่อผมก่อนว่าจะทำอะไรต่อไป

รูปที่ ๑ (บน) สัญญาณ PDD ก่อนเกิดปัญหา (ล่าง) สัญญาณ PDD ที่เกิดปัญหาพีคกลับหัวหลังการ conditioning คอลัมน์ พึงสังเกตนะว่าแม้ว่าตำแหน่งพีคที่เกิดจะตรงกัน แต่ความแรงสัญญาณแตกต่างกันมากประมาณ 100-1000 เท่า ตรงนี้ทำให้ผมสงสัยว่ามันเกิดจากการที่เราติดตั้งคอลัมน์กลับคืนเดิมไม่เรียบร้อยหรือเปล่า

เหตุผลที่การสร้าง calibration curve ของ NH₃ ค่อนข้างจะวุ่นวายไม่เหมือนของ SO₂ ก็เพราะ PDD นั้นเป็นตัวตรวจวัดที่ไม่ selective กล่าวคือมันมองเห็นสารแทบทุกชนิด เราจึงต้องพิจารณาองค์ประกอบทุกชนิดในแก๊สตัวอย่างของเราว่าส่งผลต่อการวิเคราะห์หรือไม่ ปัญหาที่เกรงว่าจะเกิดคือการซ้อนทับกันของพีค ซึ่งถ้าพบปัญหานี้ก็คงต้องทำการปรับตั้งอุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์และอัตราการไหลของ carrier gas อีก

สิ่งที่เราต้องระมัดระวังในการปรับตั้งอุณหภูมิคอลัมน์คือใน GC ของเรานั้นมีอีกคอลัมน์หนึ่งที่ใช้ในการวิเคราะห์ NO_x ซึ่งคอลัมน์ที่ใช้ในการวิเคราะห์ NO_x นี้ทำงานที่อุณหภูมิเดียวกันกับคอลัมน์ที่ใช้ในการวิเคราะห์ NH₃ การปรับเปลี่ยนอุณหภูมิการทำงานของ oven จะส่งผลต่อการทำงานของคอลัมน์ทั้งสอง ในขณะที่การปรับเปลี่ยนอัตราการไหลของ carrier gas จะส่งผลกระทบต่อการทำงานของคอลัมน์ที่เราทำการปรับเปลี่ยนเท่านั้น

หวังว่าเราคงจะแก้ปัญหานี้ได้ภายในสัปดาห์นี้

เพิ่มเติมนิดนึงเกี่ยวกับเรื่องการใช้โปรแกรม fityk ในการแยกพีค GC ที่ซ้อนทับกันที่ทำให้พวกคุณดูเมื่อตอนก่อนเที่ยง ที่ผมแสดงให้เห็นว่าด้วยกราฟรูปเดียวกันเราอาจได้พื้นที่จากการ fit curve (พีคที่สอง) ที่แตกต่างกันได้

วิธีที่จะทดสอบว่าวิธีใดถูกต้องนั้นทำได้โดยเริ่มจาก

(ก) ฉีดสารละลายที่มีสาร A เข้มข้น 1 หน่วย แล้วดูว่าได้พื้นที่พีคเท่าไร

(ข) ฉีดสารละลายที่มีสาร B เข้มข้น 1 หน่วย แล้วดูว่าได้พื้นที่พีคเท่าไร

(ค) ฉีดสารละลายที่มีสาร A เข้มข้น 1 หน่วยและสาร B เข้มข้น 1 หน่วย ซึ่งพื้นที่พีคที่ได้ควรเท่ากับพื้นที่ที่ได้จากข้อ (ก) และ (ข) รวมกัน

(ง) จากนั้นทำการแยกพีคที่ได้จากข้อ (ค) แล้วดูว่าวิธีการไหนทำให้ได้พีค A ที่มีพื้นที่เท่ากับที่ได้ในข้อ (ก) และได้พีค (B) ที่มีพื้นที่เท่ากับที่ได้ในข้อ (ข)

เรื่องการแยกพีคนี้ผมเตรียมเรื่องเอาไว้แล้วเหมือนกัน เพราะมันมีปัญหามากเวลาทำ mass balance แต่บังเอิญวันนี้พวกคุณถามมาก่อนก็เลยอธิบายไปก่อน ส่วนรายละเอียดปลีกย่อยต่าง ๆ นั้นค่อย ๆ เรียนรู้กันไปก็แล้วกัน

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Thursday 22 July 2553

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายในให้แก่สมาชิกเท่านั้น

ไม่นำเนื้อหาลง blog

ลากให้ผ่านหรือไม่ให้ผ่าน MO Memoir : วันอังคารที่ ๙ ธันวาคม ๒๕๕๑

ในการใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ (Gas chromatograph หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า GC) นั้น เราจำเป็นต้องสร้างเส้นกราฟเปรียบเทียบ (calibration curve) เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารที่ผ่านเข้าไปในเครื่องและความแรงของสัญญาณที่ตัวตรวจวัด (detector) ส่งออกมา ความสัมพันธ์ดังกล่าวมีกติกาง่าย ๆ คือถ้าไม่มีสารเข้าไปในเครื่อง ตัวตรวจวัดก็จะไม่มีสัญญาณ (กล่าวคือการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเป็นศูนย์เมื่อเทียบกับสัญญาณเส้นฐาน (base line)) และเมื่อมีสารตัวอย่างผ่านตัวตรวจวัด ตัวตรวจวัดก็จะส่งสัญญาณที่แตกต่างออกไปจากสัญญาณเส้นฐาน ยิ่งมีสารตัวอย่างผ่านตัวตรวจวัดมาก สัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งออกมาก็จะแรงมากตามไปด้วย

ตรงนี้ต้องขอกล่าวไว้สักหน่อยว่า ปรกติแล้วเราจะให้ตัวตรวจวัดส่งสัญญาณออกมาที่ค่า ๆ หนึ่งที่ไม่ใช่ศูนย์ แม้ว่าตัวตรวจวัดจะตรวจวัดไม่พบอะไรก็ตาม ทั้งนี้เพื่อที่จะทำให้สามารถแยกได้ว่าตัวตรวจวัดยังทำงานอยู่หรือไม่ เพราะถ้าเรากำหนดให้ตัวตรวจวัดไม่ส่งสัญญาณใดออกมาเมื่อตรวจไม่พบอะไร และถ้าตัวตรวจวัดเกิดเสียขึ้นมาทำให้ไม่ส่งสัญญาณใด ๆ ออกมา จะทำให้เราเข้าใจผิดได้ว่าไม่มีสารตัวอย่างผ่านตัวตรวจวัด ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นมี

ในกรณีของเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟนั้นเราจะนิยมใช้พื้นที่ใต้พีคของสัญญาณที่วัดได้เป็นตัวหาค่าปริมาณของสารตัวอย่างที่ผ่านเข้าไปในเครื่อง โดยเราจะทำการฉีดสารตัวอย่างในปริมาณที่ทราบค่าแน่นอนเข้าไปในเครื่อง และดูว่าพีค (peak) ที่ได้มีพื้นที่ใต้พีคเท่าใด ถ้าเราฉีดสารตัวอย่างเข้าในปริมาณมาก ก็จะได้พีคที่มีขนาดใหญ่ (พื้นที่ใต้พีคมาก) ตามไปด้วย และถ้าไม่ฉีดสารใดเข้าไป พื้นที่ใต้กราฟที่ได้ก็จะมีค่าเป็นศูนย์ และโดยการปรับเปลี่ยนปริมาณสารตัวอย่างที่ฉีดเข้าไปในเครื่อง เราก็จะสามารถสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารตัวอย่างที่ไหลผ่านตัวตรวจวัดและพื้นที่ใต้พีคที่วัดได้ กราฟความสัมพันธ์ดังกล่าวคือ calibration curve นั่นเอง ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 1 ข้างล่าง




















รูปที่ 1 (ซ้าย) การลาก calibration curve ที่ไม่ผ่านจุดกำเนิด และ (ขวา) การลาก calibration curve ผ่านจุดกำเนิด

ของให้ลองพิจารณารูปที่ 1 โดยสมมุติให้จุดสี่เหลี่ยมเป็นจุดข้อมูล (พื้นที่ใต้พีค) ที่ได้จากการทดลองฉีดสารตัวอย่างปริมาณต่าง ๆ เข้าไปในเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ รูปด้านซ้ายเป็นการลากเส้นตรงโดยอาศัยจุดข้อมูลที่ได้จากการทดลองจริงโดยใช้เทคนิค linear regression เพื่อให้เส้นตรงที่ออกมาดูดีที่สุด จะเห็นว่าสามารถกล่าวได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารที่ฉีดกับพื้นที่ใต้พีคที่ได้มีลักษณะเป็นกราฟเส้นตรง แต่กราฟดังกล่าวไม่ผ่านจุดกำเนิด (จุด origin หรือจุด (0,0) ซึ่งเป็นจุดที่ปริมาณสารที่ฉีดเข้าไปมีค่าเป็นศูนย์ และพื้นที่ใต้พีคมีค่าเป็นศูนย์) ของกราฟ แต่ถ้าเราบังคับให้การทำ linear regression ต้องลากกราฟผ่านจุดกำเนิดดังแสดงในรูปด้านขวา จะเห็นว่าจุดข้อมูลที่ได้จากการทดลองจะเบี่ยงเบนไปจากแนวเส้นตรงที่ลากมากกว่าของกราฟด้านซ้าย
ดังนั้นจึงทำให้เกิดคำถามขึ้นมาว่าเราควรลากเส้นตรงแบบไหน กล่าวคือจะลากโดยยึดจุดกำเนิดเป็นหลัก แต่เส้นตรงที่ได้จะไม่อยู่ในแนวเดียวกับข้อมูลที่ได้จากการทดลองจริง (รูปด้านขวา) หรือลากโดยยึดข้อมูลที่ได้จากการทดลองจริงเป็นหลัก แต่เส้นกราฟจะไม่ผ่านจุดกำเนิด
ปัญหานี้เกิดจากความไม่รู้เรื่องความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารตัวอย่างที่ผ่านตัวตรวจวัดและความแรงของสัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งออกมา โดยทั่วไปเรามักสมมุติหรือคิดเอาเองว่าความสัมพันธ์ดังกล่าวต้อง "เป็นเส้นตรงเสมอ" ซึ่งแนวความคิดดังกล่าวก็ไม่ถูกต้อง 100% กล่าวคือถ้าเรามองความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารตัวอย่างที่ผ่านตัวตรวจวัดและความแรงของสัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งออกมาในช่วงที่ไม่กว้างเกินไป เราพอจะอนุโลมได้ว่าความสัมพันธ์ดังกล่าวมีลักษณะเป็นเส้นตรง แต่ถ้าเราพิจารณาตลอดทั้งช่วงที่ตัวตรวจวัดทำงานได้ เราจะเห็นว่าความสัมพันธ์ดังกล่าวจะไม่ใช่เส้นตรง จะมีลักษณะเป็นเส้นโค้ง ซึ่งจะโค้งคว่ำหรือหงายก็ขึ้นอยู่กับชนิดตัวตรวจวัดและสารตัวอย่าง ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 2 ข้างล่าง

















รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารและสัญญาณที่ตัวตรวจวัดส่งออกมา (เส้นกราฟสีน้ำเงิน) เมื่อพิจารณาในช่วงกว้าง

จากรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่าในช่วงปริมาณสารที่ฉีดเข้าไปมีค่าต่ำนั้น เส้นตรงสีแดงจะประมาณเส้นโค้งสีน้ำเงินได้ดี และยังลากผ่านจุดกำเนิดด้วย แต่ที่ปริมาณสารตัวอย่างสูง เส้นตรงสีแดงจะให้ค่าที่ผิดไปมาก ส่วนช่วงที่ปริมาณสารตัวอย่างที่ฉีดเข้าไปมีค่าสูง เส้นตรงสีเขียวจะประมาณเส้นโค้งสีน้ำเงินได้ดี แต่ถ้าเราต่อเส้นตรงสีเขียวออกมายังช่วงที่ปริมาณสารตัวอย่างมีค่าน้อยนั้น ค่าที่ได้จะผิดไปมากและจะเห็นว่าเส้นสีเขียวไม่ลากผ่านจุดกำเนิดด้วย

ณ จุดนี้พอจะบอกได้หรือยังว่าวิธีการที่เหมาะสมในการลากเส้น calibration curve ในรูปที่ 1 นั้นควรลากแบบให้ผ่านหรือไม่ให้ผ่านจุดกำเนิด

วิธีการที่เหมาะสมที่สุดคือกำหนดให้เส้นตรงที่ลากนั้นเข้ากับจุดข้อมูลจริงให้ได้ดีที่สุด โดยที่ไม่ต้องไปสนว่าจะผ่านจุดกำเนิดหรือไม่ แต่ในการใช้งานนั้นไม่ควรอ่านค่านอกช่วงที่ทำการทดลอง (ตามรูปที่ 3) กล่าวคือเส้นตรงที่ได้นั้นควรใช้อ่านค่าที่อยู่ในช่วงระหว่างปริมาณสารน้อยที่สุดที่ฉีดเข้าไป และปริมาณสารมากที่สุดที่ฉีดเข้าไป (เกินเลยไปเล็กน้อยยังพอจะยอมรับได้ แต่อย่าให้มากเกินไปนัก) แต่ถ้าช่วงที่ต้องการทราบค่านั้นอยู่ห่างจากช่วงที่ทำการทดลองไว้มาก ก็ควรที่จะทำการทดลองใหม่และสร้าง calibration curve ใหม่เพื่อใช้กับช่วงความเข้มข้นนั้น จากประสบการณ์ที่ผ่านมานั้นมักพบว่ากรณีดังกล่าวมักจะเกิดขึ้นเมื่อทำการฉีดสารตัวอย่างเข้าไปมาก แต่ถ้าลดปริมาณสารตัวอย่างที่ฉีดให้ลดน้อยลง ก็จะพบว่ากราฟเส้นตรงที่ได้จะลากผ่านจุดกำเนิด
















รูปที่ 3 วิธีการที่เหมาะสมที่สุดในการลากเส้นตรงให้กับ calibration curve คือทำตามรูปด้านซ้ายของรูปที่ 1 แต่ใช้เส้นกราฟเฉพาะช่วงปริมาณสารที่น้อยที่สุดและที่มากที่สุดเท่านั้น ถ้าต้องการหาความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่ใต้พีคกับปริมาณสารนอกช่วงดังกล่าว ก็ควรทำการทดลองสร้าง calibration curve สำหรับช่วงความเข้มข้นดังกล่าวขึ้นมาใหม่ พึงหลีกเลี่ยงการต่อเส้นตรงเส้นนี้ไปใช้ประมาณค่านอกช่วงดังกล่าว