ผลกระทบของน้ำที่มีต่อการวัดคาร์บอนไดออกไซด์ ตอนที่ ๒ (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๗๕) MO Memoir : Wednesday 25 November 2558

สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังในการใช้ syringe ฉีดตัวอย่างที่เป็นของเหลวก็คือปริมาตรของเหลวที่จะทำการฉีดเมื่อเทียบกับขนาดของ syringe
  

จากประสบการณ์ส่วนตัวพบว่าปริมาตรของเหลวที่ฉีดนั้นไม่ควรจะน้อยเกินไปเมื่อเทียบกับขนาดของ syringe เช่นถ้าใช้ syringe ขนาด 1.0 microlitre ก็ต้องใช้ความระมัดระวังเพิ่มขึ้นเป็นพิเศษถ้าจะฉีดของเหลวที่ระดับต่ำกว่า 0.3 microlitre เพราะค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์ในการฉีดแต่ละครั้งนั้นค่อนข้างจะคงที่ แต่ค่าความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์นั้นจะเพิ่มขึ้นถ้าหากฉีดด้วยปริมาตรที่น้อยลง
  

ในกรณีที่กลุ่มของเรากำลังทำอยู่ก็คือคงจะมีการฉีดสารละลายในช่วงปริมาตร 0.1-1.0 microlitre โดยมี syringe ให้ใช้อยู่ ๒ ขนาดคือขนาด 0.5 microlitre และ 1.0 microlitre (รูปที่ ๑) ดังนั้นก่อนที่จะสร้าง calibration curve จึงควรที่จะทดสอบความถูกต้องของ syringe ทั้งสองขนาด (รวมทั้งคนฉีดด้วย) ด้วยการฉีดสารละลายปริมาตร 0.5 microlitre ด้วย syringe ทั้งสองขนาดและนำผลมาเปรียบเทียบกัน
  

รูปที่ ๑ syringe ขนาด (บน) 1.0 microlitre และ (ล่าง) 0.5 microlitre ที่ใช้ในการเปรียบเทียบ

รูปที่ ๒ และ ๓ เป็นโครมาโทแกรมการวิเคราะห์ปริมาณ CO₂ ที่ทางกลุ่มเราทำการทดลองในวันจันทร์ที่ ๒๓ พฤศจิกายนที่ผ่านมา โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ Shimadzu GC-8A ติดตั้ง Thermal Conductivity Detector (TCD) ตั้งอุณหภูมิ TCD ไว้ที่ 150ºC กระแส TCD ตั้งไว้ที่ 120 mA ส่วนอุณหภูมิคอลัมน์ตั้งไว้ที่ 210ºC อัตราการไหลของ He ที่ใช้เป็น carrier gas 40 ml/min ทั้งสองคอลัมน์ คอลัมน์ที่ใช้วิเคราะห์คือ molecular sieve 5A 60/80 mesh เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 mm ยาว 6 ฟุต คอลัมน์อ้างอิงคือ UNIBEED C 60/80 mesh เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 mm ยาว 6 ฟุต สารละลายที่ฉีดคือสารละลาย NaHCO₃ เข้มข้น 1.0 mol/l ปริมาตร 0.5 microlitre โดยรูปที่ ๒ เป็นผลที่ได้จากการใช้ syringe ขนาด 0.5 microlitre ฉีดสารละลาย (ผมเป็นคนลงมือเอง) และรูปที่ ๓ เป็นผลที่ได้จากการใช้ syringe ขนาด 1.0 microlitre ฉีดสารละลายโดยให้สมาชิกของกลุ่มเป็นผู้ทำการฉีด จะเห็นว่าพื้นที่พีคที่ได้นั้นออกมาใกล้เคียงกันผลที่ได้ ส่วนหนึ่งคงเป็นผลจากการอ่านตำแหน่งขีดบนตัว syringe ซึ่งขึ้นอยู่กับสายตาคนฉีด และผลของน้ำที่ตกค้างอยู่ในคอลัมน์
  

งานชิ้นถัดมาที่ได้กระทำไปเมื่อวันอังคารที่ผ่านมาก็คือการปรับแต่งความว่องไวของการวัดเพื่อให้มองเห็นสัญญาณที่ต่ำลงไปอีก 10 เท่าของที่นำมาแสดง ซึ่งก็คิดว่าตอนนี้เราก็ได้สภาวะการวิเคราะห์ที่เหมาะสมที่สามารถหลีกเลี่ยงหรือลดผล กระทบของน้ำที่มีต่อพื้นที่พีคคาร์บอนไดออกไซด์ได้แล้ว

รูปที่ ๒ โครมาโทแกรมที่ใช้จากการฉีดสารละลาย 0.5 microlitre ด้วย syringe ขนาด 0.5 microlitre
  

รูปที่ ๓ โครมาโทแกรมที่ใช้จากการฉีดสารละลาย 0.5 microlitre ด้วย syringe ขนาด 1.0 microlitre

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

GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๓๕ เมื่อวาล์ว 1 อุดตัน MO Memoir : Saturday 21 June 2557

บันทึกฉบับนี้อ้างอิงไปยังแผนผังระบบเก็บตัวอย่างของ ECD ในบันทึกปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๓๒ วันพุธที่ ๔ เมษายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๒ ระบบคอลัมน์ใหม่ของ ECD" โดยรูปที่ ๒ และ ๓ ในบันทึกนี้นำมาจากรูปที่ ๓ และ ๔ ในบันทึกฉบับที่ ๔๓๒ ตามลำดับ
  

วาล์ว 1 นั้นทำหน้าที่ฉีดแก๊สเข้าคอลัมน์ของ ECD โดยในจังหวะเก็บแก๊สตัวอย่าง (ดูรูปที่ ๑-๓ ประกอบ) แก๊สตัวอย่างจะไหลเข้าวาล์วทาง port 10 เข้าสู่ sampling loop ทาง port 1 ออกจาก sampling loop เพื่อวกกลับเข้าวาล์วอีกทีทาง port 8 และออกจากวาล์วมุ่งไปยังวาล์ว 3 ที่ใช้ฉีดแก๊สเข้าคอลัมน์ PDD ทาง port 9
  

ในจังหวะฉีดตัวอย่างเข้าคอลัมน์นั้น วาล์วจะมีการหมุนในทิศทางตามเข็มนาฬิกา ท่อที่เชื่อมระหว่าง port 8 และ 9 ในจังหวะเก็บตัวอย่าง (เส้นสีเหลือง) จะเคลื่อนมาเชื่อมระหว่าง port 9 และ 10 แทน (เส้นสีส้ม) ส่วน carrier gas นั้นจะไหลเข้า sampling loop ทาง port 7 (อยู่ข้างใต้ port 8) เพื่อดันแก๊สตัวอย่างใน sampling loop ออกทาง port 1 และเข้าสู่คอลัมน์ GC ทาง port 2 (อยู่ทางด้านขวาของ port 1 ในรูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ วาล์ว 1 ของเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ที่เกิดการอุดตัน ตัวเลขระบุตำแหน่ง port ของวาล์ว (ดูรูปที่ ๒ และ ๓ ในหน้าถัดไปประกอบ)

รูปที่ ๒ วาล์ว 1 เมื่ออยู่ในตำแหน่ง sampling loop รับแก๊สตัวอย่างจากด้านขาออกของ reactor (จากรูปที่ ๓ ในบันทึกฉบับที่ ๔๓๒)

รูปที่ ๓ วาล์ว 1 เมื่ออยู่ในตำแหน่งฉีดแก๊สตัวอย่างใน sampling loop เข้าคอลัมน์ GC (จากรูปที่ ๔ ในบันทึกฉบับที่ ๔๓๒)
  

เรื่องมันเริ่มจากหนุ่มน้อยรายเดียวของกลุ่มเพื่อนบ้านที่ยังต้องทำการทดลองอยู่ เขาแวะมาหาผมในวันพุธ จะขอให้ช่วยไปดูเครื่อง GC ให้หน่อย เพราะมันฉีดแก๊สตัวอย่างเข้าวาล์วเก็บตัวอย่างไม่ได้ บังเอิญวันพฤหัสบดีผมติดธุระ เลยเพิ่งจะมีเวลามาดูให้เขาเมื่อวานตอนก่อนเที่ยง ปัญหาการอุดตันนั้นทางกลุ่มเราก็เคยประสบ คาดว่าเกิดจากมี (NH₄)₂SO₃ สะสมในระบบท่อ แต่คำถามก็คือ "ตรงตำแหน่งไหน"

การแก้ปัญหาเมื่อวานเริ่มจากการถอดเอา sampling loop ออกก่อน ตั้งตำแหน่งวาล์วให้อยู่ในตำแหน่ง "เก็บตัวอย่าง" จากนั้นก็ทดลองฉีดแก๊สเข้าระบบ ก็พบว่าฉีดได้ โดยแก๊สจะรั่วออกทาง port 1 นั่นแสดงว่าเส้นทางจากด้านขาเข้ามาจนถึงทางออกที่ port 1 นั้นไม่อุดตัน 
   

จากนั้นก็ทดลองปรับตำแหน่งวาล์วไปที่ตำแหน่ง "ฉีดตัวอย่าง" แล้วทดลองฉีดแก๊สเข้าระบบอีกครั้ง ก็พบว่าไม่สามารถฉีดได้ นั่นแสดงว่าตำแหน่งการอุดตันอยู่ระหว่างท่อเชื่อม port 9 - port 10 ของวาล์ว 1 (ดูรูปที่ ๓) ไปจนถึงทางออก ขั้นตอนต่อไปก็คือต้องหาว่าการอุดตันเกิดที่ตำแหน่งไหน มีอยู่เพียงตำแหน่งเดียว หรือมีหลายตำแหน่ง
  

จากนั้นเริ่มการทดสอบต่อด้วยการถอดท่อนำแก๊สออกจากวาล์ว 1 ตรง port 9 (ที่ส่งตรงไปยังวาล์ว 3) ออก โดยที่ยังคงตำแหน่งวาล์ว 1 ไว้ที่ "เก็บตัวอย่าง" แล้วทดลองฉีดแก๊สตัวอย่างอีกครั้ง ก็พบว่าไม่สามารถฉีดได้ นั่นแสดงว่าเราพบการอุดตันแล้ว 1 ที่ คือในท่อที่เชื่อมต่อระหว่าง port 9 และ port 10 เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่ง "ฉีดตัวอย่าง" (เส้นสีเขียวในรูปที่ ๑) ท่อนี้จะย้ายไปเชื่อมต่อระหว่าง port 8 และ port 9 เมื่ออยู่ในตำแหน่ง "เก็บตัวอย่าง" (เส้นสีเหลืองในรูปที่ ๑)
  

ครั้งก่อนหน้านี้ที่เราเจอ เราทำเพียงแค่หมุนวาล์ว 1 ขยับไปมา และอัดแก๊สตัวอย่างเข้าไป ในที่สุดสิ่งอุดตันก็หลุดออก อันที่จริงการอุดตันที่เกิดขึ้นในสัปดาห์นี้ก็ไม่ถึงขึ้นที่เรียกว่าอัดแก๊สไม่เข้าเลย แต่ต้องใช้แรงเยอะ แสดงว่าการอุดตันคงจะยังไม่ถึงขั้นปิดเส้นทางการไหลของแก๊สอย่างสมบูรณ์ แต่หลังจากทดลองขยับวาล์วและอัดแก๊สเข้าไป ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาได้ วิธีแก้ปัญหาวิธีแรกที่คิดก็คือ สงสัยว่าคงต้องเรียกช่างเขามาถอดวาล์วทำความสะอาด อันที่จริงวาล์วแบบนี้ผมก็เคยถอดชิ้นส่วนมัน แต่มันก็นานมาแล้ว (สมัยเรียน) และที่สำคัญก็คือถ้าหากเกิดปัญหาเพิ่มเติมอีก เดี๋ยวหนุ่มรายนี้จะไม่จบ เพราะแค่นี้เขาก็ย่ำแย่มากอยู่แล้ว แต่ถ้าจะให้ตามช่างมา ก็ไม่รู้ว่าจะมาได้เมื่อใด และก็คงจะทำให้เขาไม่สามารถจบได้ทันเช่นกัน เพราะไม่สามารถปิดการทดลองได้ทันเวลา

หลังจากที่ปรึกษากันอยู่ครู่หนึ่ง ก็เลยตัดสินใจทดลองทำความสะอาดเอง โดยการปรับวาล์วไปอยู่ที่ตำแหน่ง "เก็บตัวอย่าง" ก่อน แล้วต่อ sampling loop กลับคืนเข้าไป แต่ยังคงถอดท่อตรง port 9 อยู่ จากนั้นก็หยดน้ำกลั่นเข้าไปทาง port 9 ทิ้งไว้สักพักให้น้ำซึมเข้าไปละลายสิ่งอุดตัน (ที่เราคาดว่าน่าจะเป็น (NH₄)₂SO₄ ที่ละลายน้ำได้) ตอนนี้มีการดูดแก๊สให้ไหลย้อนเข้าวาล์ว 1 ทาง port 9 เล็กน้อย เพื่อดึงให้น้ำกลั่นซึมเข้าไปละลายสิ่งอุดตันได้ดีขึ้น จากนั้นก็ทำการอัดแก๊สเข้าวาล์ว 1 อีก ทีนี้พบว่าทำเพียงไม่กี่ครั้ง สิ่งอุดตันที่มีอยู่ก็หลุดออก
  

ก่อนประกอบท่อที่ต่อตรง port 9 กลับคืนก็ทำการไล่น้ำที่ค้างอยู่ออกให้หมดก่อน ด้วยการอัดแก๊สตัวอย่างผ่านเข้าวาล์วหลาย ๆ ครั้ง ซับน้ำที่อาจค้างอยู่ตามร่องเกลียวออก แล้วจึงค่อยต่อท่อกลับคืน port 9 จากนั้นก็ทดสอบระบบอีกทีว่ายังมีการอุดตันที่ตำแหน่งอื่นอีกหรือเปล่า โชคดีที่พบว่ามีเพียงแค่ตำแหน่งเดียว

โบราณเขาว่า "สิบปากว่า ไม่เท่าตาเห็น สิบตาเห็น ไม่เท่ามือคลำ สิบมือคลำ ไม่เท่าทำเอง" ถ้าว่ากันตามนี้ คนที่ไม่ยอมลงมือทำอะไรเลย ให้คนอื่นไปทำแทนแล้วก็รอนั่งฟังผลเพื่อเอาไปเล่าต่อ ถึงจะรับฟังเรื่องเดียวกันมาจากคนหนึ่งพันคนพูด ก็ไม่มีทางรู้ดีไปกว่าคนที่ได้ลงมือทำเพียงครั้งเดียว

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๘) MO Memoir : Friday 22 March 2556

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
  

Memoir ฉบับนี้ออกมาทดแทนบันทึกปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๓๒ วันอังคารที่ ๑๒ กรกฎาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๒๔)" 
   

และขอ "ยกเลิก" วิธีการในส่วนของการฉีดสารตั้งต้นเข้า autoclaveที่กล่าวไว้ในบันทึกฉบับที่ ๓๓๒ ข้างต้น (เนื่องจากมีการดัดแปลงระบบท่อ) และให้ใช้วิธีการในบันทึกฉบับนี้แทน

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๓๘ การฉีดแก๊สเข้า GC ด้วยวาล์วเก็บตัวอย่าง MO Memoir : Wednesday 25 July 2555

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