ไม่รู้จะสอนยังไงแล้ว (TGA & TPx) MO Memoir : Wednesday 3 February 2553

เพื่อที่จะเข้าใจ memoir ฉบับนี้ ขอแนะนำให้ไปอ่าน memoir ฉบับวันเสาร์ที่ ๑๗ ตุลาคม ๒๕๕๒ เรื่อง "แก๊สเข้าทางไหน" ร่วมด้วย

เมื่อเช้าวันจันทร์ที่ ๑ กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา มีนิสิตป.โทรายหนึ่งมาถามว่าเขาสามารถใช้เอทิลีน (C₂H₄) ในการรีดิวซ์ตัวเร่งปฏิกิริยา CuCl₂ ในเครื่อง TGA ได้หรือเปล่า ผมก็เลยถามเขากลับไปว่าแล้วรุ่นพี่ที่เขาดูแลเครื่องอยู่เขาว่ายังไง คำตอบที่ได้รับคือรุ่นพี่คนนั้น (ซึ่งเป็นนิสิตป.เอก) เขาบอกว่าน่าจะเข้าทางช่องออกซิเจนเข้าได้

ผมก็ถามต่อไปว่าตอนนี้มีการใช้ออกซิเจนด้วยหรือ คำตอบที่ได้รับคือมีการใช้ออกซิเจนในอากาศในการทดลองด้วย ผมก็ย้อนกลับไปว่าตกลงว่ามันเป็นแก๊สอะไรกันแน่ ออกซิเจนหรืออากาศ (เพราะถ้าบอกว่าออกซิเจนจะนึกถึงออกซิเจน 100% แต่ถ้าบอกว่าอากาศจะนึกถึงออกซิเจน 21% โดยส่วนที่เหลือเป็นไนโตรเจน และแก๊สทั้งสองตัวนี้มันมีความแตกต่างด้านความปลอดภัยกันมากด้วย) กว่าจะคุยกันรู้เรื่องว่าใช้ตอนนี้มีแก๊สอะไรต่อเข้าเครื่องก็เสียเวลาไปพักหนึ่ง

คำถามที่ผมถามต่อไปก็คืออากาศนั้นเข้าทางช่องไหน เขาก็ตอบว่าเข้าทางช่องอากาศเข้า (ตอบได้ตรงคำถามดีมาก) ผมเลยถามใหม่ว่าเครื่อง TGA ที่คุณจะใช้นั้นมีช่องทางแก๊สเข้ากี่ช่องทาง เขาก็ตอบว่ามีอยู่ ๒ ช่องทาง ผมก็ถามเขาต่อไปว่าแล้วไอ้ ๒ ช่องทางนั้นอยู่ตรงไหน เขาก็ไม่รู้

คำตอบของเขาทำให้ผมรู้สึก ...(บอกไม่ถูก แต่ไม่โทษเขาหรอก)... เป็นเพราะว่าเครื่องนั้นมีช่องทางแก๊สเข้าอยู่ ๔ ช่องทาง โดยทางด้านหลังเครื่อง (ดูรูปที่ ๑) จะมีช่องทางสำหรับ purge gas ๒ ช่องทาง (ที่ตอนนี้ต่อท่อไนโตรเจนกับอากาศเอาไว้ ช่องทางสองช่องนี้สำหรับป้องกันไม่ให้แก๊สจากการเผาไหม้ไหลย้อนเข้าไปในตัวเครื่องมือ) และช่องทางสำหรับ cooling gas ๑ ช่องทาง (ซึ่งตอนนี้เครื่องปั๊มอากาศและไม่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์) และมีช่องทางสำหรับให้ reactive gas เข้าอีก ๑ ช่องทางอยู่ทางด้านหลังของ furnace (ดูรูปที่ ๒ ซึ่งตอนนี้ไม่มีการต่อท่อแก๊สอะไรเข้าไป แก๊สจากช่องทางนี้จะไหลออกตรงตำแหน่งเหนือ pan ใส่ตัวอย่างพอดี) และที่สำคัญคือผมเองเป็นคนอธิบายเรื่องทางเข้าของแก๊สนี้ให้กับ "รุ่นพี่" คนที่ให้คำแนะนำกับคนที่มาถามคำถามผม ซึ่งผมได้อธิบายและเขียนเป็น memoir เพื่อให้รุ่นพี่คนนั้น "อ่านทำความเข้าใจ" เพื่อจะได้ไม่สอนหรือให้คำแนะนำแบบผิด ๆ อีก

จะว่าไปแล้วเมื่อไม่กี่เดือนก่อนหน้านั้น (หลังจากที่ออก memoir ฉบับ ๑๗ ตค ๕๒ ไปได้ไม่นาน) ผมบังเอิญเดินผ่านไปเห็น "รุ่นพี่" คนนั้นกำลังสอนน้อง ๆ เรื่องการใช้เครื่อง TGA ที่เขาเคยมาถามปัญหาผม ผมก็เลยแวะเปิดประตูเข้าไปถามว่าได้อ่านสิ่งที่ผมเขียนตอบคุณเป็นลายลักษณ์อักษรไปหรือยัง คำตอบที่ได้รับคือ "ยัง"

คำแนะที่ผมบอกให้ทำเสมอคือให้ไปศึกษาคู่มือการใช้เครื่องที่ทางบริษัทผู้จัดจำหน่ายส่งมาให้ เนื่องจากอุปกรณ์วิเคราะห์ในบ้านเราทุกเครื่องจะส่งมาจากต่างประเทศ ดังนั้นจึงมักมีคู่มือการใช้งานเป็นภาษาอังกฤษมาให้ ในปัจจุบันอาจมาในรูปแบบของแผ่นซีดีแทน แต่ที่ผ่านมาดูเหมือนว่าจะไม่มีใครสนใจคำเตือนดังกล่าว

แต่จะไปว่านิสิตแต่ฝ่ายเดียวก็ไม่ถูก เพราะที่เคยประสบคือตัวอาจารย์เองที่ส่งนิสิตให้ไปใช้งานเครื่องดังกล่าวยังไม่สนใจเลยว่าเครื่องดังกล่าวใช้งานอย่างไร อาจารย์รู้แต่ว่าเครื่องดังกล่าวใช้วิเคราะห์หาอะไร แต่ไม่รู้ว่าจะใช้งานได้อย่างไร สนอย่างเดียวคือผลการทดลองที่นิสิตจะเอามาให้ดู เวลาได้เครื่องมาใหม่แต่ละทีก็ให้นิสิตไปเรียนการใช้เครื่องจากเจ้าหน้าที่ของบริษัท แล้วก็ให้รุ่นพี่สอนต่อรุ่นน้องกันมา (ใครจำอะไรได้ก็จำกันเอง)

รูปที่ 1 ช่องทางสำหรับให้ purge gas ไหลเข้า (วงสีแดง) และ cooling gas (วงสีเขียว) ไหลเข้าซึ่งอยู่ข้างหลังตัวเครื่อง

รูปที่ 2 ช่องทางสำหรับให้ reactive gas เข้า (วงแดง) ซึ่งอยู่ข้างหลัง furnace

เวลาที่เจ้าหน้าที่จากบริษัทมาสอนนั้น เขาไม่ได้สอนวิธีการใช้ทุกเทคนิคที่เครื่องสามารถกระทำได้ เขาสอนได้แต่พื้นฐานการใช้และการซ่อมบำรุงเท่านั้น ที่สำคัญคือสอนเสร็จเร็วเท่าใดเขาก็เสร็จงานเร็วเท่านั้น ดังนั้นเขาจึงมักพยายามสอนให้สั้นที่สุดเท่าที่จะได้ เวลาที่เราถามปัญหาเขาด้วยวาจา เขาก็ตอบด้วยวาจาเช่นเดียวกัน ซึ่งมีบางครั้งที่พบว่าคำตอบนั้นผิด (คู่มือบอกไว้อย่าง แต่เจ้าหน้าที่บริษัทบอกอีกอย่าง เช่นในกรณีของเครื่อง XRD นิสิตบอกว่าเจ้าหน้าที่บริษัทบอกให้ใช้น้ำกรองจากเครื่องทำน้ำดื่มมาใส่แทนน้ำกลั่นเพื่อระบายความร้อนจากหลอดเอ็กซ์เรย์ แต่คู่มือเครื่องนั้นเขียนไว้ชัดเจนว่าน้ำที่ใช้ได้ต้องมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก (3 ไมโครซีเมนส์) ในระดับน้ำกลั่นใช้ในห้องปฏิบัติการ) ถ้าเราไปทำตามวิธีผิด ๆ ที่เจ้าหน้าที่บริษัทบอกมา ก็จะไปกล่าวโทษเขาไม่ได้ เพราะมันไม่มีหลักฐาน ดังนั้นในการถามคำถามที่สำคัญเกี่ยวกับตัวเครื่อง โดยเฉพาะในกรณีที่คู่มือเขียนกำกวม การถามเป็นลายลักษณ์อักษรจะดีกว่า เพราะจะได้มีหลักฐานเป็นลายลักษณ์อักษรเอาไว้ยืนยันเวลาที่มีปัญหาภายหลัง

ปัญหาอีกอย่างคือการสอนต่อ ๆ กันมานั้นไม่ได้มีการทำคู่มือหรือเอกสารแจก แต่ใช้วิธีจดกันเองต่อ ๆ กันมา ผลก็คือมีการผิดเพี้ยนเกิดขึ้น การสอนเจ้าหน้าที่ใหม่ที่มาประจำเครื่องจากรุ่นพี่ที่ดูแลเครื่อง (นิสิตป.เอก) ก็เป็นแบบนี้ ผมเลยแนะนำให้เขาเขียนคู่มือการใช้งานตามที่เขาได้เรียนมา และส่งคู่มือการใช้งานนั้นให้รุ่นพี่ที่เป็นคนสอนตรวจสอบว่าถูกต้องหรือไม่ และให้ลงลายมือชื่อรับรองมา จะได้ไม่เกิดปัญหาแบบเครื่อง TPX ที่เกิดขึ้นเมื่อไม่นานนี้ (ก็ไม่เคยบอกให้คนใช้งานตรวจสอบความดัน พอเกิดปัญหาขึ้นมาก็โยนเลยว่าเป็นเพราะผู้ใช้งานไม่ตรวจสอบความดัน จะว่าไปแล้วคนอื่นในแลปที่ทำมาก่อนหน้าก็เชื่อว่าไม่เคยตรวจสอบความดันเหมือนกัน รายนั้นก็เลยซวยไป)

ที่นี้กลับมาดูคำถามที่นิสิตป.โทมาถามผมว่าวัดได้หรือเปล่า ผมตอบเขากลับไปว่าสิ่งที่คุณจะวัดนั้นเครื่องมันสามารถมองเห็นได้หรือเปล่า ตัวเร่งปฏิกิริยาของเขามี CuCl₂ อยู่เพียง 1% เท่านั้น ดังนั้นเขาจึงควรคำนวณดูก่อนว่า

- จากปริมาณตัวอย่างที่ใส่เข้าเครื่องได้ (ระดับ mg เช่น 5-20 mg) จะมี CuCl₂ หนักเท่าใด

- CuCl₂ ในปริมาณดังกล่าวเมื่อเปลี่ยนไปเป็น Cu จะมีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเท่าใด โดยสมมุติให้ CuCl₂ เปลี่ยนแปลงทั้งหมด ซึ่งจะได้น้ำหนักที่เปลี่ยนไปมากที่สุดที่เกิดจากการรีดิวซ์ CuCl₂

- น้ำหนักที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นเครื่อง TGA สามารถตรวจวัดได้แม่นยำหรือไม่ ถ้าตัวเลขนี้น้อยกว่าค่าที่เครื่องสามารถอ่านได้ ก็ให้ไปหาวิธีการอื่นวิเคราะห์ได้เลย ลองนึกภาพเครื่องชั่ง 5 ตำแหน่ง แม้ว่าเครื่องจะอ่านได้ระดับ 0.01 mg แต่คุณเคยเห็นตำแหน่งสุดท้ายมันนิ่งหรือไม่

- จะแยกได้อย่างไรว่าน้ำหนักที่ลดหายไปนั้นไม่ได้เกิดจากการคายน้ำของตัวอย่าง น้ำในโครงร่างผลึกหรือน้ำที่ถูกดูดซับแบบ chemisorption นั้นจะใช้อุณหภูมิสูงในการไล่ (คุณไล่น้ำจากซิลิกาเจลได้ด้วยการอบที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซียส แต่ถ้าใช้ molecular sieve ต้องใช้อุณหภูมิกว่า 200 องศาเซลเซียส)

- มั่นใจหรือเปล่าว่าในการวิเคราะห์นั้นจะไม่เกิด coking ขึ้น (เพราะเห็นว่าใช้เอทิลีนเป็นแก๊สรีดิวซ์) ซึ่งการเกิด coking จะทำให้น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น (ไม่ได้ลดลงอย่างที่เขาคาดหวัง)

เพียงแค่การคำนวณดังกล่าวข้างต้นก็ทำให้ทราบแล้วว่าควรต้องทำการทดลองโดยใช้เครื่อง TGA หรือไม่ แทนที่จะมาเสียเวลาทดลองเลยแล้วก็ได้ผลที่ไม่สามารถสรุปอะไรได้ ซึ่งสิ้นเปลืองทั้งเงินและเวลา

ก่อนส่ง memoir ฉบับนี้ได้แวะเข้าไปดูถังแก๊สของเครื่อง TPx พบว่า ... ไม่ได้มีการระบายแก๊สออกจาก pressure regulator ที่หัวถังแก๊สเมื่อไม่มีการใช้งาน ไม่รู้ว่าพวกเขาคิดยังไงกัน ต้องรอให้เกิดเรื่องกันตัวเองก่อนหรือไงจึงจะยอมทำในสิ่งที่ถูกซะที