ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ ๕) MO Memoir : Sunday 9 June 2556

เรื่องมันเริ่มจากการที่ในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา สาวเมืองขุนแผนและสาวเมืองโอ่งมังกรพยายามจะทำให้เครื่อง Shimadzu GC-8A ใช้งานได้แบบคงเส้นคงวา เรื่องมันเริ่มจากการไม่มีพีคปรากฏ การหาพีคไม่เจอ ตำแหน่งเวลาปรากฏของพีคเอาแน่เอานอนไม่ได้ พีคมีรูปร่างประหลาด ความแรงของพีคลดลง ฯลฯ

ตอนนั้นผมก็ให้คำแนะนำไปว่า ให้แยกประเด็นออกมาพิจารณาทีละประเด็นคือ

๑. เห็นพีคหรือไม่เห็นพีค ถ้าไม่เห็นพีคก็แสดงว่าปัญหาอาจอยู่ที่ detector หรือแก๊สที่ไหลออกจากคอลัมน์ไปไม่ถึง detector ตรงนี้ขอให้ทดสอบด้วยการฉีดสารบริสุทธิ์เข้าไป (เช่นฉีดเอทานอลหรือโทลูอีนสัก 0.5-1 ไมโครลิตร) แล้วดูการตอบสนองของ detector

๒. ถ้ามองเห็นพีคก็ให้ดูว่าตำแหน่งเวลาที่พีคออกมานั้นคงเส้นคงว่าหรือไม่ ถ้าคงเส้นคงวาก็แสดงว่าอัตราการไหลของ carrier gas ที่ผ่านคอลัมน์นั้นคงที่ ถ้าคงเส้นคงวาแต่ออกมาช้ากว่าเดิมก็แสดงว่า carrier gas ไหลผ่านคอลัมน์ด้วยอัตราการไหลที่ลดลง ตรงนี้อาจมีสาเหตุมาจาก

(ก) คอลัมน์มีการอัดตัวกันแน่นขึ้น ความต้านทานการไหลก็สูงขึ้น การคงความดันด้านขาเข้าไว้คงเดิมก็ทำให้อัตราการไหลลดต่ำลง ถ้าเป็นกรณีนี้ พีคจะออกมาช้าลง เตี้ยลงแต่กว้างขึ้น โดยพื้นที่พีคจะคงเดิม (เพราะสารตัวอย่างที่ฉีดเข้าไปไม่ได้รั่วหายไปไหน) การแก้ปัญหาก็ทำโดยการเพิ่มความดันขาเข้า หรือไม่ก็ถอดเอาคอลัมน์ออกมาแล้วอัดแก๊สให้ไหลสวนทางทิศทางการไหลที่ใช้ในการวิเคราะห์ 

 

(ข) carrier gas มีการรั่วไหลก่อนเข้าคอลัมน์ ซึ่งแยกเป็น

- การรั่วไหลแบบข้อต่อไม่แน่น (จุดต่อคอลัมน์เข้ากับ injector port หรือตรงหัวนอตที่ใช้เป็นตัวยึด septum) เวลาที่พีคออกมาแม้ว่าจะช้าลง แต่จะคงที่ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ในกรณีนี้พีคมักจะมีขนาดเล็กลงกว่าปรกติ แต่จะคงที่ การแก้ปัญหาก็ทำได้โดยการขันข้อต่อให้แน่น

- การรั่วไหลที่ septum กรณีนี้จะพบว่าเวลาที่พีคออกมานั้นจะช้าลงไปเรื่อย ๆ โดยมีขนาดเล็กลงตามไปด้วย สาเหตุก็เพราะแต่ละครั้งที่เราแทง syringe ทะลุผ่าน septum จะทำให้รูที่เข็มแทงทะลุนั้นขยายใหญ่ขึ้นทีละน้อย แก๊สก็จะรั่วออกได้มากขึ้นตามทุก ๆ ครั้งที่ฉีดสาร การแก้ปัญหาก็ทำได้โดยการเปลี่ยน septum

๓. ถ้าเวลาที่พีคออกมานั้นไม่เปลี่ยนแปลง แต่ขนาดพีคที่ได้เล็กลง ก็ให้ตรวจสอบพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของเครื่องวัด พวก RANGE และ ATTENUATION ว่าคงเดิมหรือไม่ ถ้าพบว่าคงเดิมก็แสดงว่าปัญหาอาจอยู่ที่มีการรั่วไหลของแก๊สด้านขาออกจากคอลัมน์ (ข้อต่อด้านต่อคอลัมน์เข้ากับ detector port มีการรั่วซึม) สำหรับ FID แล้วยังอาจเกิดจากการที่หัวฉีดไฮโดรเจนเกิดการอุดตัน ทำให้เปลวไฟติดได้ไม่ดี (ถ้าเป็นหนัก ๆ จะทำให้เปลวไฟไม่ติด) ถ้าเป็นแบบนี้ให้หาสายลวดเล็ก ๆ (เช่นสายกีต้าร์เส้นเล็กสุด) แยงรูหัวฉีดแก๊สไฮโดรเจน

ช่วงบ่ายวันศุกร์ก็ทราบว่าเขาทั้งสองสามารถแก้ปัญหาได้แล้ว เช้าวันวานมีโอกาสแวะเข้าไปที่แลปก็เลยไปเอาโครมาโทแกรมที่ทั้งสองทำไว้ระหว่างการปรับแต่ง โดยเลือกมาบางรูปเพื่อนำมาเป็นตัวอย่างให้ได้เห็นกัน

ท้ายสุดก็ขอฝากเรื่องเกี่ยวกับโครมาโทแกรมที่พวกคุณควรต้องไปอ่านให้เข้าใจ เพราะจะว่าไปแล้วเรื่องที่เกิดในสัปดาห์ที่ผ่านมานั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ เคยเกิดขึ้นมาแล้วทั้งนั้น ขอให้ไปอ่านย้อนหลังกันเองก็แล้วกัน

ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 1) MO Memoir : วันศุกร์ที่ ๓ มิถุนายน ๒๕๕๒

http://tamagozzilla.blogspot.com/2009/08/mo-memoir-chromatogram-1.html 

ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 2) MO Memoir : วันศุกร์ที่ ๑๐ กรกฎาคม ๒๕๕๒

http://tamagozzilla.blogspot.com/2009/08/mo-memoir-chromatogram-2.html

ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ 3) MO Memoir : Friday 27 November 2552

http://tamagozzilla.blogspot.com/2009/11/chromatogram-3-mo-memoir-friday-27.html

ทำความรู้จักกับ Chromatogram (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Sunday 25 July 2553

http://tamagozzilla.blogspot.com/2010/07/chromatogram-mo-memoir-sunday-25-july.html

การปรับความสูงพีค GC MO Memoir : Friday 9 July 2553

http://tamagozzilla.blogspot.com/2010/07/gc-mo-memoir-friday-9-july-2553.html

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๐ เมื่อพีค GC หายไป MO Memoir : Thursday 20 January 2554

http://tamagozzilla.blogspot.com/2011/01/gc-mo-memoir-thursday-20-january-2554.html

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๕ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา MO Memoir : Tuesday 1 March 2554

http://tamagozzilla.blogspot.com/2011/03/gc-mo-memoir-tuesday-1-march-2554.html

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๒๑ เมื่อความแรงของพีค GC ลดลง MO Memoir : Wednesday 15 June 2554

http://tamagozzilla.blogspot.com/2011/06/gc-mo-memoir-wednesday-15-june-2554.html 

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๐ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา (อีกแล้ว) MO Memoir : Saturday 16 July 2554

http://tamagozzilla.blogspot.com/2011/07/gc-mo-memoir-saturday-15-july-2554.html

รูปที่ ๑ (บน) ปุ่มปรับต่าง ๆ ของเครื่อง Shimadzu GC-8A ปุ่ม RANGE เป็นตัวปรับช่วงการวัด ถ้าใช้ RANGE ต่ำจะวัดสัญญาณที่มีความแรงน้อย ๆ ได้ดี แต่ถ้าสัญญาณแรงมากจะทำให้ detector อิ่มตัว ถ้าใช้ RANGE สูงจะวัดสัญญาณที่แรงมากได้ แต่จะเสียความละเอียดในการวัดพีคขนาดเล็ก ๆ ปุ่ม ATTENUATION เป็นตัวปรับความแรงสัญญาณที่ส่งออกทาง port ที่ไปยังเครื่อง RECORDER ค่า ATTENUATION เป็นตัวหารสัญญาณที่ส่งออก ค่ายิ่งมากทำให้สัญญาณส่งออกยิ่งน้อยลง ใช้ในการปรับความแรงสัญญาณไม่ให้พีคที่เครื่อง RECORDER วาดนั้นมีขนาดใหญ่เกินหน้ากระดาษ

(กลาง) ปุ่มปรับค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของเครื่อง integrator Shimadzu C-R8A เรายังสามารถปรับค่า ATTN (ย่อมาจาก attenuation) เพื่อให้เครื่องสามารถวาดพีคให้อยู่ในความกว้างของหน้ากระดาษได้ ค่า ATTN มีค่าเป็น 2ⁿ เมื่อ n เป็นจำนวนเต็ม ยิ่งใช้ค่า ATTN สูงจะได้รูปพึคที่มีขนาดเล็กลง แต่ไม่ส่งผลต่อความสูงและพี้นที่ที่คำนวณได้ (ดูรูปที่ ๔)

(ล่าง) สายเครื่อง C-R8Aต่อเข้าตรงจุดที่ป้ายติด INTEGRATOR

เครื่อง GC ของ Shimadzu รุ่น 8A 9A และ 14A ที่แลปเรามีใช้นั้น ใช้ระบบปรับพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่คล้ายกัน

รูปที่ ๒ พีคเอทานอล 0.5 ไมโครลิตร ตั้ง range ของเครื่อง GC-8A ไว้ที่ 10² จะเห็นว่าพีคที่ได้มีลักษณะหัวตัวและเมื่อพิจารณาค่าความสูงของพีคทั้งสอง (ที่เวลา 0.8-0.9 นาที) จะเห็นว่าค่าความสูงขึ้นไปจนสุดที่ระดับสูงประมาณ 1,230,000 แสดงว่า detector เกิดการอิ่มตัว ในกรณีเช่นนี้ถ้าหากฉีดเอทานอลในปริมาณที่มากกว่า 0.5 ไมโครลิตรเช่นฉีดเป็น 1.0 ไมโครลิตรก็จะเห็นพื้นที่พีคเพิ่มสูงขึ้น แต่จะไม่เป็นสองเท่า ทั้งนี้เป็นเพราะ detector มองไม่เห็นส่วนยอดของพีคที่มีความสูงจริงที่แตกต่างกัน พื้นที่ที่แตกต่างกันจะเกิดจากการที่พีคมีความกว้างที่แตกต่างกัน

รูปที่ ๓ พีคโทลูอีน 0.5 ไมโครลิตร พีคบนตั้ง range ของเครื่อง GC-8A ไว้ที่ 10³ ส่วนพีคล่างตั้งไว้ที่ 10⁴ จะเห็นว่าพีคที่ได้มีลักษณะหัวตัว แต่เมื่อดูความสูงพีคจะเห็นว่าแตกต่างกัน ลักษณะเช่นนี้แสดงว่าข้อมูลสัญญาณนั้นมีลักษณะเป็นพีค แต่การตั้งสเกลแกน y นั้นแคบเกินไป (ตั้งที่ค่า attenuation - ATTN ของเครื่อง C-R8A) ในกรณีนี้ยังเห็นอีกว่าการตั้งค่า range ที่เครื่อง GC-8A นั้นส่งผลต่อทั้งความสูงและพื้นที่พีคที่ได้ เมื่อเพิ่ม range จาก 10³ เป็น 10⁴ (เพิ่มขึ้น 10 เท่า) จะได้พีคที่มีขนาดเล็กลง 10 เท่าด้วย (เห็นได้จากการที่ค่าพื้นที่และความสูงลดลงมาประมาณ 10 เท่า)

รูปที่ ๔ พีคโทลูอีน 0.5 ไมโครลิตร ทั้งสองพีคตั้ง range ของเครื่อง GC-8A ไว้ที่ 10⁴ แต่รูปบนตั้งค่า ATTN ของ C-R8A ไว้ที่ 5 (หารสัญญาณวาดรูปด้วย 2⁵ = 24) ส่วนรูปล่างตั้งไว้ที่ 10 (หารสัญญาณวาดรูปด้วย 2¹⁰ = 1024) จะเห็นว่าจากพีคหัวตัดที่ค่า ATTN ต่ำกลายเป็นรูปพีคที่สมบูรณ์ที่ค่า ATTN สูงขึ้นแต่จะมีขนาดเล็กลง แต่เมื่อพิจารณาค่าพื้นที่กับความสูงจะเห็นว่ายังคงเท่าเดิมโดยไม่เปลี่ยนแปลงไปตามค่า ATTN ที่เปลี่ยนไป แสดงว่าค่า ATTN ของเครื่อง C-R8A ส่งผลต่อสัญญาณที่ใช้ในการวาดรูปเท่านั้น ไม่ส่งผลต่อสัญญาณที่นำไปคำนวณค่าพื้นที่พีคและความสูง

รูปที่ ๕ พีคโทลูอีน 0.5 ไมโครลิตร ทั้งสองพีคตั้งค่า ATTN ของเครื่อง C-R8A ไว้ที่ 10 แต่รูปบนตั้ง range ของเครื่อง GC-8A ไว้ที่ 10⁴ แต่รูปล่างตั้งค่า range ของเครื่อง GC-8A ไว้ที่ 10² จะเห็นว่าการเปลี่ยนค่า range ส่งผลต่อขนาดรูปร่างพีคที่เครื่องวาด และพื้นที่พีคและความสูงพีคที่คำนวณได้ เมื่อลดช่วง range (เพิ่มความว่องไวในการวัด) จะได้พีคที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและพื้นที่พีคและความสูงพีคที่มากขึ้นไปด้วย พีคของรูปล่างนั้นเป็นพีคที่มีปัญหาในลักษณะพีคหัวแตก เห็นได้จากการรายงานผลยอดพีคมาสองตำแหน่งที่เวลาใกล้ ๆ กัน (อันที่จริงควรจะมีเพียงค่าเดียว) แสดงว่าพีคมีลักษณะเป็นพีคใหญ่ที่มียอดเป็นพีคขนาดเล็กสองพีค พีคลักษณะเช่นนี้มักมีปัญหาในการลากเส้น base line ที่ใช้ในการคำนวณพื้นที่และความสูง ผลที่ตามมาคือค่าพื้นที่และความสูงที่ได้นั้นมักจะเชื่อถือไม่ได้ ส่วนเครื่อง C-R8A ลากเส้น base line อย่างไรนั้นดูได้จากช่อง MK ที่อยู่ถัดจากช่อง HEIGHT ซึ่งจะพิมพ์สัญญลักษณ์บ่งบอกวิธีการลากเส้น base line (ดูความหมายของสัญญลักษณ์ได้จากคู่มือเครื่อง C-R8A)

รูปที่ ๖ พีคของ benzaldehyde 0.5 ไมโครลิตร จะเห็นว่าตอนเริ่มเกิดพีคนั้นสัญญาณจะค่อย ๆ ไต่ขึ้นไปจนถึงจุดยอดพีค จากนั้นจะลดลง อัตราการลดลงจะเร็วกว่าอัตราการไต่ขึ้น ซึ่งแตกต่างไปจากพีคต่าง ๆ ที่แสดงในรูปที่ ๒-๕ ที่แสดงอัตราไต่ขึ้นสูงกว่าอัตราการลดลง ถ้าเป็นการวิเคราะห์ที่อุณหภูมิคอลัมน์คงที่ พีคลักษณะนี้บ่งบอกว่าปริมาณสารที่ฉีดเข้าไปนั้นมากเกินกว่าที่คอลัมน์จะรับได้ แต่ถ้าเป็นการวิเคราะห์ที่มีการเพิ่มอุณหภูมิให้ไต่ขึ้นเรื่อย ๆ ก็เป็นไปได้ที่เป็นผลจากการเพิ่มอุณหภูมิที่เร็วจนทำให้สารที่หลุดจากการดูดซับของ packing (ที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์) ที่ออกมาทีหลังนั้นออกมาวิ่งไล่อัดหลังตัวที่ออกมาก่อน

ตัวอย่างพีคลักษณะเช่นนี้ที่เกิดจากการเพิ่มอุณหภูมิในระหว่างการวิเคราะห์ดูได้จาก Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๕๘ วันศุกร์ที่ ๒๔ สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๙ ตัวอย่างการแยกพีค GC ที่ไม่เหมาะสม" (http://www.tamagozzilla.blogspot.com/2012/08/gc-mo-memoir-friday-24-august-2555.html)