เรื่องเทคนิคการใช้
syringe
เก็บตัวอย่างที่เป็นแก๊สและเทคนิคการฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊สจาก
syringe
เข้า
GC
ผมได้เคยเล่าไว้ใน
Memoir
ปีที่
๒ ฉบับที่ ๑๐๖ วันพุธที่ ๒๗
มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การใช้
syringe
ฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊ส
ส่วนเรื่องเทคนิคการใช้
sampling
valve เก็บตัวอย่างที่เป็นแก๊สและเทคนิคการฉีดตัวอย่างที่เป็นแก๊สจาก
sampling
valve ผมเองก็เคยได้เล่าไว้ใน
Memoir
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๗๓ วันเสาร์ที่
๑๙ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "GC-2014
FPD กับระบบ
DeNOx
ตอนที่
๕ เหตุการณ์วันที่ ๑ มีนาคม"
และปีที่
๓ ฉบับที่ ๒๘๓ วันพุธที่ ๖
เมษายน ๒๕๕๔ เรื่อง
"แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส
๕๒ (ตอนที่
๒๗)"
บังเอิญ
Memoir
ฉบับที่
๒๗๓ และ ๒๘๓ นั้นเราแจกจ่ายเป็นการภายใน
เพราะมีเรื่องอื่นที่เป็นการสนทนาเป็นการภายในของกลุ่มเรา
จึงไม่ได้นำเนื้อหาดังกล่าวเปิดเผยลงใน
blog
แต่ตอนนี้ก็เห็นว่าสมควรแก่เวลาแล้ว
ก็เลยคิดว่าจะหยิบเอาเรื่องนี้มาเขียนสักที
การใช้
sampling
valve ในการเก็บตัวอย่างเพื่อฉีดตัวอย่างเข้า
GC
นั้นมีข้อดีตรงที่
"ปริมาตร"
ตัวอย่างที่ฉีดในแต่ละครั้งค่อนข้างแน่นอน
เพราะไม่มีปัญหาเรื่องความคลาดเคลื่อนจากการอ่านขีดข้าง
syringe
แต่การใช้
sampling
valve ในการเก็บตัวอย่างก็ก่อให้เกิดปัญหาได้เหมือนกัน
ปัญหาแรกก็คือความต้านทานการไหลที่สูงของระบบ
sampling
valve เพราะระบบท่อเก็บตัวอย่างเข้า
sampling
valve และรูตาม
port
ต่าง
ๆ ที่ตัว sampling
valve หรือแม้แต่ตัว
sampling
loop เองนั้นมักจะมีขนาดเล็ก
(เพื่อลด
dead
volume และบ่อยครั้งที่ใช้ตัวอย่างในปริมาณเพียงเล็กน้อย)
เช่นระบบที่เราใช้อยู่นั้นเป็นท่อขนาด
1/16"
แค่นั้นเอง
ดังนั้นถ้าหากใช้วิธีการต่อท่อทางออกของ
reactor
ให้แก๊ส/ของเหลวไหลผ่าน
sampling
valve ทั้งหมดก็จะก่อให้เกิดความต้านทานการไหลที่สูงได้
และถ้าความดันก่อนเข้า
reactor
ค่อนข้างจะต่ำอยู่แล้วก็จะสามารถส่งผลให้อัตราการไหลของสารที่ไหลผ่าน
reactor
เปลี่ยนแปลงไปได้
(ไหลได้น้อยลงหรืออาจหยุดไหลได้)
ตัวอย่างเช่นในระบบ
DeNOx
ของเรานั้น
เนื่องจากตามข้อกำหนดแล้วปฏิกิริยาจะเกิดที่ความดันบรรยากาศ
โดยด้านขาออกจะระบายสู่ความดันบรรยากาศ
(อันที่จริงความดันด้านขาเข้า
reactor
จะสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย)
ด้วยความดันต้นทางเพียงแค่นี้ทำให้ถ้าเราต่อท่อแก๊สทางออกจาก
reactor
ให้แก๊สที่ไหลออกมาจาก
reactor
ผ่านเข้า
sampling
valve ทั้งหมดก็จะทำให้อัตราการไหลรวมของแก๊สตกลงหรือแทบจะไม่ไหล
การแก้ปัญหาโดยการไปเพิ่มความดันด้านขาเข้าของ
reactor
ก็สามารถทำให้แก๊สไหลผ่าน
reactor
ด้วยอัตราการไหลที่ต้องการได้
แต่การกระทำดังกล่าวจะไปทำให้ภาวะการเกิดปฏิกิริยาใน
reactor
ของเรานั้นแตกต่างไปจากภาวะการเกิดปฏิกิริยาจริง
(ซึ่งในการใช้งานจริงนั้นปฏิกิริยาเกิดที่ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย
หรือประมาณเท่ากับความดันบรรยากาศ)
และอาจส่งผลได้ว่าผลการทดลองที่ได้นั้นไม่สามารถเป็นตัวแทนของสภาพการทำงานจริงได้
(เราไม่ได้แก้ปัญหาด้วยวิธีการเพิ่มความดัน
แต่ได้ยินว่ามีระบบอื่นที่มีปัญหาคล้าย
ๆ กับเราเขาแก้โดยวิธีการนี้
ทั้ง ๆ ที่ปฏิกิริยาของเขานั้นควรเกิดที่ความดันบรรยากาศ)
ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องหาวิธีการดึงเอาแก๊สด้านขาออกจาก
reactor
บางส่วนมาเพิ่มความดันเพื่อฉีดเข้าไปใน
sampling
valve ของเครื่อง
GC
โดยไม่ไปยุ่งเกี่ยวกับความดันในการเกิดปฏิกิริยาใน
reactor
นอกจากนี้เนื่องจากปริมาณสารที่เราวัดนั้นอยู่ในระดับ
ppm
ดังนั้นการเก็บตัวอย่างทางด้านขาออกจาก
reactor
ต้องระวังไม่ให้มีการปนเปื้อนจากอากาศที่อยู่ภายนอกด้วย
ซึ่งเรื่องนี้จะกล่าวถึงในช่วงต่อไป
ปัญหาที่สองที่เกิดขึ้นกับการใช้
samplig
valve ฉีดตัวอย่างคือการควบคุม
"ปริมาณ"
ตัวอย่างที่ฉีดแต่ละครั้งให้เท่ากัน
หรือต้องทราบ "ปริมาณ"
ตัวอย่างในการฉีดแต่ละครั้ง
ทั้งนี้จะได้เปรียบเทียบผลได้
ในกรณีของตัวอย่างที่เป็นของเหลวนั้น
ที่ปริมาตรคงที่ ปริมาณของของเหลว
(โดยน้ำหนัก)
จะไม่ขึ้นกับความดัน
(ความดันที่กล่าวในที่นี้คือความดันขนาดปรกติที่เราใช้งานกันทั่วไปนะ
เดี๋ยวจะมีบางคนที่คิดจะเถียงว่าถ้าความดันสูงมาก
ๆ ปริมาตรของเหลวก็เปลี่ยนได้)
แต่ถ้าเป็นกรณีของตัวอย่างที่เป็นแก๊ส
แม้ว่า "ปริมาตร"
ของ
sampling
loop คงที่
แต่ถ้าความดันแก๊สใน sampling
loop แตกต่างกัน
ปริมาณของแก๊ส (โมลหรือน้ำหนัก)
ที่ฉีดเข้าเครื่อง
GC
ก็จะแตกต่างกันไปด้วย
ทำให้เกิดปัญหาในการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ได้
วิธีการปฏิบัติวิธีการหนึ่งเพื่อแก้ปัญหา
"ปริมาณ"
แก๊สที่เปลี่ยนไปตามความดันที่กระทำกันก็คือการผสมสารที่เรียกว่าเป็น
internal
standard เข้าไปในแก๊สตัวอย่าง
โดยสารที่เป็น internal
standard นั้นจะต้องไม่ยุ่งเกี่ยวอะไรกับการทำปฏิกิริยา
และความเข้มข้นของ internal
standard นั้นจะต้องคงที่
ดังนั้นก่อนที่จะทำการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์จึงต้องทำการปรับพื้นที่/ความสูงของพีคต่าง
ๆ ที่ได้ ต้องทำการปรับให้พื้นที่/ความสูงของพีค
internal
standard จากการวิเคราะห์ในแต่ละครั้งเท่ากันก่อน
ตัวอย่างเช่นในการวิเคราะห์ครั้งที่หนึ่งได้พีค
internal
standard มีพื้นที่
10000
ส่วนพีคสาร
A
มีพื้นที่
5000
แต่พอการวิเคราะห์ครั้งที่สองได้พีค
internal
standard มีพื้นที่
8000
ส่วนพีคสาร
A
มีพื้นที่
4500
ซึ่งจะเห็นว่าพีคสาร
A
จากการวัดครั้งที่สองนั้นน้อยกว่าที่ได้จากการวัดครั้งแรก
แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าความเข้มข้นสาร
A
ในการวัดครั้งที่สองต่ำกว่าความเข้มข้นที่ได้จากการวัดครั้งแรก
เพราะในการวัดครั้งที่สองนั้นพีค
internal
standard มีพื้นที่เพียง
8000
แสดงว่าตัวอย่างที่ฉีดเข้าไปวิเคราะห์ครั้งที่สองมี
"ปริมาณ"
เพียง
80%
ของตัวอย่างที่ฉีดครั้งแรก
(ตัวเลข
80%
ได้มากจากเอาพื้นที่พีค
internal
standard จากการฉีดครั้งที่สองหารด้วยค่าที่ได้จากการฉีดครั้งแรก
แล้วคูณด้วย 100)
ดังนั้นก่อนที่จะทำการเปรียบเทียบจึงต้องทำการปรับ
"ปริมาณ"
ตัวอย่างที่ให้เท่ากันก่อน
อย่างเช่นกรณีที่ยกมาข้างต้นถ้าเราปรับ
"ปริมาณ"
ตัวอย่างที่ทำการฉีดครั้งแรกให้เหลือ
80%
ก่อน
(เหลือเท่ากับปริมาณตัวอย่างที่ทำการฉีดครั้งที่สอง)
กล่าวคือ
ในการฉีดตัวอย่างครั้งแรกนั้นเห็นพื้นที่พีค
internal
standard 10000 ซึ่งทำให้เห็นพื้นที่พีคสาร
A
5000
ดังนั้นถ้าพื้นที่พีค
internal
standard ลดลงเป็น
8000
ก็จะเห็น
พื้นที่สาร
A
= (8000*5000/10000) = 4000
ซึ่งจะเห็นว่าที่
"ปริมาณ"
ตัวอย่างเท่ากันแล้ว
ความเข้มข้นของสาร A
ในตัวอย่างที่วิเคราะห์ครั้งแรกนั้น
"ต่ำกว่า"
ในตัวอย่างที่ทำการวิเคราะห์ครั้งที่สอง
หรืออยากจะทำกลับกันโดยการเอา
1.2
ไปคูณพื้นที่พีคสาร
A
ที่ได้จากการวิเคราะห์ครั้งที่สองก็ได้
(ตัวเลข
1.2
ได้มาจากพื้นที่พีคของ
internal
standard ที่ได้จากการฉีดครั้งแรก
(10000)
หารด้วยพื้นที่ที่ได้จากการฉีดครั้งที่สอง
(8000)
ซึ่งเท่ากับ
1.2)
แต่เนื่องจากระบบการทำปฏิกิริยาที่เราใช้นั้น
เราไม่สามารถผสม internal
standard เข้าไปในแก๊สได้
เราจึงต้องใช้วิธีการ
"ปรับความดัน"
ของแก๊สใน
sampling
loop ให้เท่ากันทุกครั้งก่อนทำการฉีดตัวอย่าง
รูปที่
๑ ข้างล่างเป็นรูปที่นำมาจาก
Mermoir
ฉบับที่
๒๘๓ โดยมีการแก้ไขเล็กน้อยเพื่อให้ตรงกับอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่อง
GC-2014
ECD & PDD ในขณะนี้
รูปที่
๑ แผนผังระบบเก็บแก๊สตัวอย่างที่ใช้กับเครื่อง
GC-2014
ECD & PDD ในขณะนี้
แผนผังระบบเก็บและฉีดแก๊สตัวอย่างเข้าระบบวาล์วเก็บแก๊สตัวอย่างของเครื่อง
GC-2014
ECD & PDD เป็นการนำเอาระบบที่ตอนแรกออกแบบเอาไว้ใช้กับเครื่อง
GC-2014
FPD มาดัดแปลงเล็กน้อย
(บันทึกฉบับที่
๒๗๓)
วิธีการเก็บแก๊สตัวอย่างมีขึ้นตอนดังต่อไปนี้
(๑)
ในระหว่างที่ยังไม่มีการเก็บแก๊สตัวอย่างนั้น
วาล์ว V1
อยู่ในตำแหน่งปิด
แก๊สที่ออกมาจาก reactor
จะถูกระบายออกสู่บรรยากาศทางปลายท่อ
vent
ของ
reactor
ที่จุ่มอยู่ในน้ำ
(๒)
เมื่อต้องการเก็บแก๊สตัวอย่าง
ให้เปิดวาล์ว V1
จากนั้นใช้
syringe
ดูดแก๊สเข้าตัวหลอดอย่างช้า
ๆ จนเต็มกระบอก syringe
ในระหว่างการดูดแก๊สนี้น้ำจะไหลย้อนขึ้นมาทางปลายท่อ
vent
ของ
reactor
ที่จุ่มอยู่ในน้ำ
ดังนั้นต้องระวังอย่าดูดน้ำเข้ามาในระบบ
โดยต้องใช้วิธีดูดแก๊สเข้ามาทีละนิด
แล้วปล่อยให้มีการระบายออกทาง
vent
แล้วก็ดูดแก๊สใหม่
ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ
จนได้แก๊สเต็มหลอด syringe
(ดึงก้านสูบมาจนสุดแล้วก็ให้รอสักพัก
เพื่อให้แก๊สไหลเข้าจนเต็ม)
ในขณะเดียวกันต้องระวังไม่ให้เกิดการดูดน้ำเข้าไปในระบบวาล์วเก็บตัวอย่างทางปลายด้านระบายแก๊สทิ้งของระบบวาล์วเก็บตัวอย่างของ
GC
ด้วย
(ในขณะนี้เราไม่ประสบปัญหานี้เพราะท่อด้านนี้ซึ่งต้องผ่าน
sampling
valve มีขนาดเล็ก)
เหตุผลที่เราเอาปลายท่อด้านขาออกจุ่มลงในน้ำก็เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการดูดอากาศภายนอกเข้ามาใน
syringe
ในจังหวะที่ทำการเก็บแก๊สตัวอย่างด้านขาออกจาก
reactor
(๓)
พอได้แก๊สเต็มหลอด
syringe
แล้วก็ปิดวาล์ว
V1
และทำการไล่แก๊สเก่าในระบบท่อเก็บแก๊สตัวอย่าง
(เส้นสีแดง)
ทิ้งไปโดยการกดก้าน
syringe
เพื่อให้แก๊สตัวอย่างใหม่ในกระบอก
syringe
ไล่แก๊สเก่าที่ค้างอยู่ในระบบท่อออกไปทางท่อ
vent
ของระบบเก็บแก๊สตัวอย่างที่จุ่มอยู่ในน้ำ
(๔)
ทำการเก็บแก๊สตามขั้นตอนที่
(๒)
ซ้ำอีก
และทำการไล่แก๊สตามขั้นตอนที่
(๓)
ซ้ำอีก
แต่ในการไล่แก๊สตามขั้นตอนที่
(๓)
(๕)
จำนวนครั้งที่ต้องทำซ้ำตามขั้นตอน
(๒)-(๔)
ขึ้นอยู่กับปริมาตรของ
syringe
และปริมาตรของระบบท่อนำแก๊สตัวอย่างไปยังเครื่อง
GC
ถ้าปริมาตรของ
syringe
สำหรับปริมาตรระบบปัจจุบันของเราและขนาด
syringe
60 ml ที่เราใช้
ควรต้องทำการไล่แก๊สอย่างน้อย
๕ ครั้ง
(๖)
หลังจากการทำตามขั้นตอนที่
(๔)
ครั้งสุดท้ายแล้ว
ในขณะนี้ความดันของแก๊สในท่อตั้งแต่วาล์ว
V1
ที่ปิดอยู่
ไปจนถึงท่อ vent
ที่จุ่มอยู่ในน้ำ
จะสูงกว่าความดันบรรยากาศอยู่เล็กน้อย
ซึ่งจะเห็นได้จากการที่ระดับน้ำในท่อสายยางที่จุ่มอยู่ในน้ำ
อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำข้างนอกท่อสายยาง
ดังนั้นเราต้องทำการปรับความดันภายใน
sampling
loop
ของวาล์วฉีดตัวอย่างให้เหลือเท่ากับความดันบรรยากาศก่อนที่จะทำการวิเคราะห์โดยการยกปลายท่อ
vent
ของด้านระบบเก็บตัวอย่างแก๊สออกจากขวดน้ำ
ซึ่งควรให้เวลารออีกสักครู่หนึ่งเพื่อให้มั่นใจว่าระบบเข้าที่
ทั้งนี้เพราะระบบท่อของระบบวาล์วเก็บตัวอย่างมีขนาดเล็กมาก
(ขนาด
1/16
นิ้ว)
ดังนั้นการปรับความดันอาจใช้เวลามากหน่อย
และ sampling
loop สำหรับฉีดเข้าคอลัมน์วัด
NO
นั้นอยู่ทางต้นทาง
การระบายความดันจึงอาจใช้เวลาสักหน่อย
(๗)
พอมั่นใจว่าความดันภายในระบบเก็บแก๊สตัวอย่างเท่ากับความดันบรรยากาศแล้ว
จึงค่อยทำการฉีดสารตัวอย่างเข้าเครื่อง
GC
รูปที่
๒ ระบบเก็บแก๊สตัวอย่างของ
GC-2014
ECD & PDD
เราเหนื่อยกับ
GC
สองเครื่องนี้มาสามปีแล้วในการแยกพีคสารต่าง
ๆ ที่เราต้องการ
ในที่สุดวันนี้ก็ประสบความสำเร็จสักที
งานที่เหลือก็เพียงแค่เก็บรายละเอียดต่าง
ๆ ของการทำงานเท่านั้นเอง
