การละลายของเอทานอลในไฮโดรคาร์บอน MO Memoir : Saturday 25 November 2566

โครงสร้างโมเลกุลของเอทานอลนั้นมีทั้งส่วนที่มีขั้วที่แรงคือหมู่ -OH และส่วนที่ไม่มีขั้วคือหมู่ -C₂H₅ ด้วย ด้วยการที่ส่วนที่ไม่มีขั้วมีขนาดเล็กจึงทำให้เอทานอลละลายในน้ำได้ในทุกสัดส่วน ที่มีปัญหามากกว่าน่าจะเป็นการละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วเช่นไฮโดรคาร์บอน

ในกรณีของพวก "light hydrocarbon" (พวกที่มีจุดเดือดต่ำ) นั้นพบว่าเอทานอลที่ปราศจากน้ำ (absolute ethanol หรือ anhydrous ethanol) สามารถละลายได้ในทุกสัดส่วน แต่ในกรณีของเอทานอลที่มีน้ำผสมอยู่ด้วยนั้น (เช่นเอทานอลที่เราใช้ในการผลิตแก๊สโซฮอล์ที่มีน้ำผสมอยู่ได้ไม่เกิน 0.3 wt% หรือถังเก็บน้ำมันแก๊สโซฮอล์ที่มีน้ำปนเปื้อน) พบว่า การละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกันระหว่าง น้ำ + เอทานอล + ไฮโดรคาร์บอนนั้น ยังขึ้นกับรูปร่างโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนด้วยว่าเป็นชนิดสายโซ่หรืออะโรมาติก

รูปที่ ๑ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + นอร์มัลเฮปเทน (n-Heptane (C₇H₁₆) นำมาจากบทความเรื่อง "Vapour–liquid–liquid and vapour–liquid equilibrium of the system water + ethanol + heptane at 101.3 kPa", Vicente Gomis, Alicia Font, Maria Dolores Saquete, Fluid Phase Equilibria, 248 (2006) 206-210. หน่วยของแต่ละแกนในรูปนี้คือ mol%

รูปที่ ๑ เป็นเฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + นอร์มัลเฮปเทน ก่อนอื่นขอให้ข้อมูลในการอ่านกราฟแบบนี้สำหรับผู้ที่ไม่เคยใช้กราฟแบบนี้มาก่อน แกนนอนในรูปที่ ๑ ที่อยู่ระหว่างคำ Water ทางด้านซ้าย กับ n-Heptane ทางด้านขวาคือสัดส่วนน้ำในสารละลาย ตัวเลข 100 ที่อยู่ทางฝั่งคำ "Water" คือมีน้ำเพียงอย่างเดียว (น้ำบริสุทธิ์) ตัวเลข 0 ที่อยู่ทางฝั่งคำ "n-Heptane" คือสารละลายที่ไม่มีน้ำเลย (มีแต่นอร์มัลเฮปเทน) แกนทางด้านซ้าย (เริ่มจาก 0 ที่คำ "Water' ไปจนถึง 100 ที่คำ "Ethanol") คือสัดส่วนเอทานอลในสาละลาย และในทำนองเดียวกันแกนทางด้านขวา (เริ่มจาก 0 ที่คำ "Ethanol' ไปจนถึง 100 ที่คำ "n-Heptane") คือสัดส่วนนอร์มัลเฮปเทนในสารละลาย ทุก ๆ องค์ประกอบที่อยู่บนแกนทางด้านขวาคือสารละลายผสมระหว่างเอทานอลกับนอร์มัลเฮปเทนที่ไม่มีน้ำปนอยู่เลย

ส่วนที่เป็นโค้งรูปโดมอยู่ในรูปสามเหลี่ยมเป็นเส้นแบ่งระหว่างส่วนผสมที่ละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน (ส่วนที่อยู่เหนือเส้นรูปโดม) และส่วนผสมที่มีการแยกออกเป็นสองเฟส (ส่วนที่อยู่ใต้เส้นรูปโดม) เส้นตรงสีส้มที่ลากอยู่ใต้โค้งรูปโดมเรียกว่า "Tie line" เป็นเส้นที่เป็นตัวบอกว่าในกรณีของส่วนผสมที่มีการแยกเป็นสองเฟสนั้น แต่ละเฟสจะมีองค์ประกอบอะไรบ้าง โดยจุดทางด้านซ้ายองค์ประกอบหลักเป็นเฟสน้ำ + เอทานอล โดยมีนอร์มัลเฮปเทนเป็นส่วนน้อย ส่วนจุดทางด้านขวาองค์ประกอบหลักจะเป็น เอทานอล + นอร์มัลเฮปเทน โดยมีน้ำเป็นส่วนน้อย

รูปที่ ๒ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + เฮกเซน (Hexane C₆H₁₄) รูปนี้นำมาจากบทความที่ปรากกฏอยู่ในรูปแล้ว หน่วยของแต่ละแกนในรูปนี้คือmol fraction หรือสัดส่วนโมล ซึ่ง mole fraction x 100 = mol%

รูปที่ ๓ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + เพนเทน (Pentane C₅H₁₂) สเกลของแต่ละแกนในรูปนี้คือ mol fraction รูปนี้นำมาจากบทความเดียวกันกับรูปที่ ๒

รูปที่ ๔ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + ไซโคลเฮกเซน (Cyclohexane C₆H₁₂)สเกลของแต่ละแกนในรูปนี้คือ mol fraction

รูปที่ ๒ และ ๓ เป็นเฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + เฮกเซน/เพนเทน ทั้งนอร์มัลเฮปเทน, เฮกเซน และเพนเทน ต่างเป็น aliphatic hydrocarbon (ไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบเส้น) เหมือนกัน ต่างกันที่จำนวนอะตอมคาร์บอน พึงสังเกตตำแหน่งจุดสูงสุดของโค้งรูปโดม จะเห็นว่าเมื่อโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนมีขนาดเล็กลง จุดสูงสุดของโค้งรูปโดมจะลดต่ำลง แสดงให้เห็นว่าช่วงสารละลายผสมที่ประกอบด้วย น้ำ + เอทานอล + ไฮโดรคาร์บอน ละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกันได้นั้นมีช่วงกว้างขึ้น

รูปที่ ๔ เป็นเฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + ไซโคลเฮกเซน ที่เป็นไฮโดรคาร์บอนรูปร่างโมเลกุลเป็นวงแหวนอิ่มตัว (cycloaliphatic) ถ้าเทียบกับกรณีของเฮกเซนแล้วจะเห็นว่าตำแหน่งความสูงของโค้งรูปโดมนั้นอยู่ในระดับใกล้เคียงกัน (อนึ่ง ความสูงของโค้งรูปโดมนั้นยังขึ้นกับอุณหภูมิที่ทำการทดลอง กล่าวคือที่อุณหภูมิสูงขึ้นการละลายเข้าเป็นเฟสเดียวกันจะเกิดได้ดีขึ้น ทำให้ความสูงของโค้งรูปโดมลดต่ำลง)

รูปที่ ๕ เป็นเฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + โทลูอีน (C₆H₅-CH₃) โครงสร้างโมเลกุลของโทลูอีนนั้นเป็นวงแหวนอะโรมาติกที่มีหมู่เมทิล (-CH₃) เกาะหนึ่งหมู่ ในกรณีนี้พึงสังเกตว่าความสูงของโดมในวงแหวนลดต่ำลงไปอีก นั่นแสดงว่าช่วงสัดส่วนที่สารทั้งสามสามารถละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกันได้นั้นกว้างขึ้นไปอีก

รูปที่ ๕ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + โทลูอีน นำมาจากบทความเรื่อง "Homogeneity of the water + ethanol + toluene azeotrope at 101.3 kPa", Vicente Gomis, Alicia Font, Maria Dolores Saquete, Fluid Phase Equilibria, 266 (2008), 8-13. สเกลของแต่ละแกนในรูปนี้คือ mol%

แม้ว่าโครงสร้างอะโรมาติกของโทลูอีนและวงแหวนของไซโคลเฮกเซนนั้นจะมีจำนวนอะตอมคาร์บอน 6 อะตอมเหมือนกัน แต่รูปร่างแตกต่างกัน กล่าวคือโครงสร้างวงแหวนอะโรมาติกมีความแบนราบในขณะที่โครงสร้างของไซโคลเฮกเซนนั้นไม่ใช่

กราฟทั้งหมดที่แสดงมาข้างต้นแสดงให้เห็นว่ารูปร่างโครงสร้างโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนนั้นส่งผลต่อการผสมเข้าเป็นเนื้อเดียวกันของ น้ำ + เอทานอล + ไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นการนำเอทานอลมาผสมกับไฮโดรคาร์บอนเพื่อผลิตแก๊สโซฮอล์นั้นจึงต้องเลือกสัดส่วนผสมที่ทำให้สารละลายนั้นรวมเป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่มีการแยกเฟส

น้ำมันเบนซิน (หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า gasoline) เป็นสารผสมที่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนหลากหลายชนิด สำหรับบ้านเรานั้นกำหนดให้มีสารประกอบอะโรมาติก (ทุกชนิดรวมกัน) ไม่เกิน 35 vol% (ร้อยละโดยปริมาตร) และกำหนดจุดเดือดเอาไว้ว่า 90 vol% ต้องระเหยที่อุณหภูมิไม่เกิน 170ºC และจุดที่ระเหยจนหมดต้องไม่เกิน 200ºC ในกรณีของน้ำมันแก๊สโซฮอล์นั้นกำหนดส่วนผสมด้วยหน่วย "vol%"

รูปที่ ๖ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + แก๊สโซลีน นำมาจากบทความเรื่อง "Bioethanol fule quality and downstream marketting constraints" โดย S. Gunawardena, Proceeding of SAARC Regional Training on Biofuels, 22-26 September 2008. สเกลของแต่ละแกนในรูปนี้คือ wt%

รูปที่ ๖ เป็นเฟสไดอะแกรมของ น้ำ + เอทานอล + น้ำมันเบนซิน โดยหน่วยสัดส่วนผสมที่เขาใช้นั้นคือ "wt%" (หมายเหตุ : เอทานอลมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำมันเบนซินอยู่เล็กน้อย) ถ้าดูตามรูปนี้ก็จะเห็นว่าเราสามารถผสมเอทานอลกับน้ำมันเบนซินด้วยสัดส่วนใดก็ได้

รูปที่ ๗ เป็นเฟสไดอะแกรมของ น้ำ + เอทานอล + น้ำมันเบนซิน ที่อุณหภูมิต่าง ๆ (หน่วยสัดส่วนผสมที่ใช้ในกราฟนี้คือ "vol%" (คนละหน่วยกับรูปที่ ๑-๕) พึงสังเกตว่าเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง บริเวณสัดส่วนผสมที่ยังทำให้สารละลายยังคงเป็นเนื้อเดียวกันนั้นจะแคบลง ดังนั้นการเลือกสัดส่วนผสมจึงต้องคำนึงถึงช่วงอุณหภูมิอากาศที่นำน้ำมันไปใช้งานด้วย

รูปที่ ๗ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + น้ำมันเบนซิน (แก๊สโซลีน) ที่อุณหภูมิต่างกัน นำมาจากบทความเรื่อง "Gasoline made with hydrous ethanol", Orlando Volpato Filho, Conference Paper, September 2008 (https://www.researchgate.net/publication/309564235) สเกลของแต่ละแกนในรูปนี้คือ vol%

เดคเคน มีจุดเดือดอยู่ที่ประมาณ 174ºC (อยู่ในช่วง 10% สุดท้ายของน้ำมันเบนซิน) เส้นสีเขียวในรูปที่ ๘ เป็นเส้นแบ่งสัดส่วนความเข้มข้นที่ละลายเป็นเนื้อเดียวกันและแยกเป็นสองเฟสของสารผสม น้ำ + เอทานอล + เดคเคน (หน่วยเป็น mol%) พึงสังเกตว่าช่วงองค์ประกอบที่สารผลมสามารถละลายเป็นเนื้อเดียวกันได้นั้นจะแคบลงไปอีก โดยเฉพาะแนวแกนด้านขวาที่เป็นส่วนผสมระหว่างเอทานอลกับเดคเคน ที่โค้งรูปโดมนั้นแทบจะแนบไปกับแนวแกนดังกล่าว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าถ้ามีน้ำผสมอยู่เพียงปริมาณเล็กน้อยก็จะเกิดปัญหาการแยกเฟสได้ทันที (ต้องไม่ลืมว่าเอทานอลที่เอามาผสมกับน้ำมันเพื่อผลิตแก๊สโซฮอล์นั้นจะมีน้ำปนอยู่เล็กน้อย ยิ่งผสมเอทานอลมากขึ้น สัดส่วนน้ำในสารผสมก็จะมากขึ้นไปด้วย)

รูปที่ ๘ เฟสไดอะแกรมของสารละลาย น้ำ + เอทานอล + เดคเคน (Decane C₁₀H₂₂) /ออกทานอล (Octanol C₈H₁₅-OH) (หน่วยเป็น mol%) ในรูปนี้มุมซ้ายล่างของสามเหลี่ยมคือจุด เอทานอล 100%, มุมขวาล่างคือ เดคเคน/ออกทานอล 100% และมุมบนคือเอทานอล 100%

ปัญหาเรื่องการผสมเอทานอลเข้ากับไฮโดรคาร์บอนที่มีขนาดใหญ่ขึ้นไปอีกนั้นเห็นได้ชัดเมื่อมีความต้องการเอาเอทานอลไปผสมกับน้ำมันดีเซล ซึ่งจำเป็นต้องมีการเติมสารลดแรงตึงผิว (surfactant) เพื่อให้ละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกันและละลายได้มากขึ้น ในขณะที่ในกรณีของน้ำมันเบนซินนั้นไม่จำเป็นต้องใช้ ข้อดีของการผสมเอทานอลในน้ำมันดีเซลคือทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ขึ้นเนื่องจากโมเลกุลเอทานอลมีขนาดเล็กและมีออกซิเจนอยู่ในตัว แต่ก็มีช้อเสียคือไปทำให้เลขซีเทนของน้ำมันดีเซลลดต่ำลง (รูปที่ ๙)

รูปที่ ๙ เลขซีเทนของน้ำมันดีเซลเมื่อผสมเอทานอลด้วยอัตราส่วนต่าง ๆ กัน

แม้เอทานอลจะมีเลขออกเทนที่สูงแต่มีพลังงานความร้อนที่ต่ำกว่าไฮโดรคาร์บอน เพื่อที่จะดึงประโยชน์จากเลขออกเทนที่สูงของเอทานอลจึงควรต้องใช้เครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้น แต่นั่นจะไปก่อให้เกิดปัญหาเมื่อต้องใช้น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิง (เพราจะมันจะน็อคได้ง่ายขึ้น) สำหรับรถยนต์ทั่วไปนั้นอัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์ที่ติดรถมานั้นจะคงที่ ดังนั้นอีกทางเลือกที่ทำได้คือการเปลี่ยนองศาการจุดระเบิด ดังเช่นผลการทดลองในรูปที่ ๑๐ ที่เปรียบเทียบระหว่างน้ำมันเบนซินที่จุดระเบิดที่ 9 BTDC แต่ถ้าใช้แก๊สโซฮอล์ที่มีสัดส่วนเอทานอลผสม 50% จะต้องจุดระเบิดเร็วขึ้นที่ 12-15 องศา

แต่เครื่องยนต์ที่บทความนี้ใช้เป็นเครื่องยนต์ทดสอบชนิดลูกสูบเดียว รอบเครื่องยนต์ที่เห็นจึงจัดว่าสูงอยู่

 

รูปที่ ๑๐ แรงบิดและกำลังที่ได้จากการจุดระเบิดที่องศาการจุดระเบิดต่างกันระหว่างน้ำมันเบนซิน (แก๊สโซลีน) และแก๊สโซฮอล์ที่มีเอทานอลผสม 50% บทความได้ระบุว่าสัดส่วนผสมเป็นหน่วยใด แต่เข้าใจว่าน่าจะเป็นโดยปริมาตร BTDC ย่อมาจาก Before Top Dead Centre ที่แปลว่าก่อนถึงจุดศูนย์ตายบน ลูกสูบเคลื่อนที่ลง-ขึ้นหนึ่งรอบเพลามีการหมุน 360 องศา 9 BTDC ก็คือเพลาแล้ว 361 องศา ขาดอีก 9 องศาลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ขึ้นถึงจุดสูงสุด

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๔๒ การเจือจางไฮโดรคาร์บอนในน้ำ MO Memoir : Thursday 22 November 2555

ในการสร้าง calibration curve สารที่มีปริมาณน้อย ๆ สำหรับเครื่อง GC นั้นเราใช้วิธีการเจือจางให้สารนั้นมีความเข้มข้นต่ำลงด้วยการใช้ตัวทำละลายที่เหมาะสม โดยสารที่ต้องการวิเคราะห์และตัวทำละลายนั้นไม่ควรที่จะเกิดพีคซ้อนทับกัน วิธีการหนึ่งที่เราใช้ก็คือเลือกใช้ตัวทำละลายที่มีจุดเดือดแตกต่างไปจากสารที่เราต้องการวัด โดยถ้าสารที่ต้องการวัดนั้นมีจุดเดือดสูง เราก็มักจะเลือกตัวทำละลายที่มีจุดเดือดต่ำกว่า ในทางกลับกันถ้าสารที่ต้องการวัดนั้นมีจุดเดือดต่ำ เราก็จะเลือกตัวทำละลายที่มีจุดเดือดสูงแทน 

 

และถ้า detector ที่ใช้ในการวิเคราะห์นั้นไม่ตอบสนองต่อตัวทำละลายที่ใช้ก็จะเป็นการดีมาก ด้วยเหตุนี้ในกรณีที่เราต้องการฉีดสารอินทรีย์ในปริมาณต่ำและตรวจวัดด้วย FID (Flame ionisation detector - FID) และถ้าสารนั้นละลายน้ำได้ เราก็จะใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย 

 

ในกรณีที่สารที่ต้องการวัดนั้นเป็นไฮโดรคาร์บอน เราก็จะเลือกใช้ตัวทำละลายที่มีจุดเดือดแตกต่างไปจากไฮโดรคาร์บอนที่เราต้องการวัด ตัวอย่างเช่นสมมุติว่าเราต้องการฉีด toluene ในปริมาณน้อย ๆ (จุดเดือด 111ºC) เราก็อาจเลือกใช้แอลกอฮอล์เช่นethanol (จุดเดือด 78ºC) หรือ isopropanol (จุดเดือด 82.5ºC) หรือ hexane (จุดเดือด 69ºC) เป็นตัวทำละลาย ซึ่งสารเหล่านี้มีจุดเดือดที่ต่ำกว่าและพีคของสารเหล่านี้จะออกมาก่อนพีค toluene

แต่ในกรณีที่เราต้องการเจือจางที่ความเข้มข้นต่ำมากนั้น (เช่นสัก 100 เท่า) เราอาจพบว่าพีคของตัวทำละลายนั้นมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับพีคของสารที่เราต้องการวัด สิ่งที่เกิดขึ้นคือพีคของตัวทำละลายจะกว้างและพีคของสารที่ต้องการวัดนั้นจะซ้อนอยู่บนส่วนหางของพีคตัวทำละลาย นี่คือสิ่งที่นิสิตซีเนียร์โปรเจคประสบอยู่ในช่วงที่ผ่านมาในการเจือจาง toluene 10 เท่าด้วย isopropanol (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ พีคสารละลาย toluene เข้มข้น 10% (vol/vol) ใน propanol อุณหภูมิคอลัมนเริ่มต้น 80ºC เพิ่มขึ้นด้วยอัตรา 4ºC/min Detector ชนิด FID

เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนนั้นละลายน้ำได้น้อยมาก แถมค่าการละลายยังเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ดังนั้นการละลายไฮโดรคาร์บอนโดยตรงลงในน้ำจึงมีปัญหา วิธีการที่เหมาะสมกว่าคือการใช้ตัวทำละลายที่ละลายได้ทั้งในน้ำและไฮโดรคาร์บอนเป็นตัวประสานเฟส^(๑) ดังเช่นในกรณีของโทลูอีนที่กล่าวมานี้เราอาจใช้ isopropanol หรือ ethanol เป็นตัวประสานเพื่อช่วยให้ toluene ละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้

เช่นในงานที่เรากำลังจะทำต่อไปนั้น ในการเจือจางนั้นเราจะเริ่มจากการละลาย toluene ใน isopropanol (หรือ ethanol) ก่อน เช่นเราอาจนำเอา toluene มา 0.5 ml^(๒) ใส่ลงใน volumetric flask ขนาด 100 ml จากนั้นเติม isopropanol ลงไปสักประมาณ 5 ml เขย่าให้ toluene และ isopropanol ละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นค่อยเติมน้ำลงไปเป็นระยะ (อย่าเติมทีเดียวจนเต็ม) แล้วเขย่า flask เพื่อให้สารละลายใน flask นั้นละลายเป็นเนื้อเดียวกัน 

 

ถ้าพบว่ามีการแยกชั้นเกิดขึ้นก็แสดงว่าเราเติม isopropanol น้อยเกินไป ก็ให้เติม isopropanol เพิ่มลงไปเพิ่มทีละน้อยจนกว่าสารละลายกลายเป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นก็ค่อยเติมน้ำลงไปปรับปริมาตรจนได้ 100 ml ซึ่งก็จะทำให้เราได้สารละลาย toluene เจือจาง 100 เท่า

ถ้าเราต้องการสารละลาย toluene เจือจางลงไปอีกเราก็เอาสารละลาย toluene ที่เจือจางเอาไว้แล้ว 100 เท่านี้มาเจือจางต่อ เช่นอาจปิเปตเอาสารละลาย toluene เจือจาง 100 เท่ามา 5 ml ใส่ลงใน volumetric flask ขนาด 250 ml จากนั้นจึงเติมน้ำกลั่นลงไปปรับปริมาตรให้เป็น 250 ml เราก็จะได้สารละลาย toluene เจือจาง 5000 เท่า (เราอาจจำเป็นต้องทำสารละลายเข้มข้นขนาดนี้เพราะเรากำลังจะทำการทดลองวัดค่าการละลายของ toluene ในน้ำ)

อีกวิธีการหนึ่งที่เราเคยใช้ก็คือใช้การปรับค่า pH ของน้ำด้วยกรดหรือเบสที่เหมาะสม ตอนที่เราเตรียมสารละลายphenol ในน้ำที่ความเข้มข้นต่ำ ๆ เพื่อสร้าง calibration curve ของ GC ก็ใช้วิธีนี้ แม้ว่าที่อุณหภูมิห้อง phenol จะละลายน้ำได้ แต่ก็ละลายได้ยาก แต่เนื่องจากหมู่ -OH ของ phenol มีคุณสมบัติที่เป็นกรด เราจึงใช้วิธีปรับน้ำให้กลายเป็นเบสก่อนด้วยการเติม NH₄OH ลงไปเพื่อช่วยดึง phenol เข้าไปในเฟสน้ำ เหตุผลที่เราเลือกใช้ NH₄OH ในการปรับค่า pH ก็เพราะมันไม่มีไอออน (เช่น Na⁺ ในกรณีที่ใช้ NaOH) เข้าไปตกค้างในคอลัมน์ GC เพราะมันสามารถสลายตัวออกมาเป็นแก๊สได้หมด

หมายเหตุ

(๑) โดยหลักการแล้ว สารที่ใช้ในการประสานเฟสจะเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างส่วนที่มีขั้วและไม่มีขั้วอยู่ในโมเลกุลเดียวกัน

(๒) ถ้าเกรงว่าจะมีปัญหาในการตวง toluene ปริมาตรน้อย ๆ ก็ให้ใช้วิธีการชั่งน้ำหนัก toluene แทน แล้วค่อยคำนวณปรับความเข้มข้นเป็น mol/l)

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๑๘) MO Memoir : Tuesday 6 March 2555

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นการบันทึกการประชุมเมื่อบ่ายวันจันทร์ที่ผ่านมา เกี่ยวกับเรื่องแนวทางการเขียนวิทยานิพนธ์และรา่ยงานของกลุ่ม hydroxylation

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๖) MO Memoir : Saturday 8 October 2554

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน เนื้อหานำลง blog เพียงบางส่วน

ไฟลที่แนบมาด้วย

๑. "Kosmotropes and chaotropes" โดย Martin Chaplin ดาวน์โหลดมาจากเว็บ

http://www.lsbu.ac.uk/water/kosmos.html

๒. "Water's hydrogen bond strength" โดย Martin Chaplin ดาวน์โหลดมาจากเว็บ

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0706/0706.1355.pdf

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้เกี่ยวข้องกับกลุ่มที่ทำวิจัยเรื่อง Hydroxylation (ทั้งป.โทและป.ตรีที่ทำซีเนียร์โปรเจค) โดยผมจะลองตั้งสมมุติฐานเกี่ยวกับผลของไอออนต่าง ๆ ในน้ำว่าส่งผลต่อการละลายของไฮโดรคาร์บอนได้อย่างไร ส่วนมันจะจริงหรือเท็จอย่างไรก็ค่อย ๆ ว่ากันไปตามผลการทดลองและข้อมูลที่เราจะได้รับกันต่อไป ในระหว่างที่เราจะไม่เจอกัน ๕ วัน ก็ฝากบทความให้พวกคุณไปอ่านเล่นกันก่อนสัก ๒ บทความ ส่วนเรื่องที่ผมเขียนนั้นก็ขอให้พวกคุณพิจารณาดูให้ดีก็แล้วกัน เพราะความรู้ด้านเคมีฟิสิกัลของผมมันก็อยู่ในกลุ่มสัตว์ประเภทไม่มีขา (snake ๆ fish ๆ) อยู่เหมือนกัน

ขอเข้าเรื่องโดยเริ่มเป็นข้อ ๆ ไปก็แล้วกัน

๑. การที่ของเหลวชนิดที่หนึ่งจะละลายเข้าไปได้ในของเหลวชนิดที่สองนั้น ของเหลวชนิดที่หนึ่งจะต้องสามารถแทรกเข้าไประหว่างโมเลกุลของของเหลวชนิดที่สองได้

๒. ถ้าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวขนิดที่สองด้วยกันเองสูงมาก และมากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวชนิดที่หนึ่งกับของเหลวชนิดที่สอง ของเหลวชนิดที่หนึ่งก็จะไม่สามารถแทรกเข้าไปในของเหลวชนิดที่สอง หรือไม่ก็แทรกเข้าไปในของเหลวชนิดที่สองได้น้อยมาก

๓. ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดน่าจะเป็นกรณีของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวกับน้ำ โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวยึดเกาะกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลล์ (van der Waals) ในขณะที่โมเลกุลน้ำยึดเกาะกันด้วยพันธะไฮโดรเจน (H-bond) ซึ่งพันธะไฮโดรเจนมีความแข็งแรงสูงกว่าแรงแวนเดอร์วาลล์มาก ด้วยเหตุนี้จึงทำให้โมเลกุลน้ำชอบที่จะยึดเกาะอยู่ด้วยกันและไม่ค่อยจะยอมให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแทรกเข้ามาในโมเลกุลน้ำ แต่เมื่อเราทำให้น้ำร้อนขึ้น ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำจะลดลง (ซึ่งเกิดจากการที่โมเลกุลน้ำอยู่ห่างกันมากขึ้น และส่งผลให้ที่ว่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มมากขึ้น) ไฮโดรคาร์บอนจึงละลายเข้ามาในน้ำได้มากขึ้นที่อุณหภูมิสูง

๔. การที่โมเลกุลมีไม่มีขั้วประสานเป็นเฟสเดียวกับโมเลกุลมีขั้วได้โดยการใช้สารลดแรงตึงผิว (surfactant) ที่โครงสร้างมีทั้งส่วนที่มีขั้วและไม่มีขั้วอยู่ในโมเลกุลเดียวกันนั้น เป็นอีกเรื่องหนึ่ง (เช่นที่เราเอาเอทานอลประสานเฟสน้ำกับเบนซีนเข้าด้วยกัน) อย่าเอาเข้ามายุ่งในเรื่องที่กล่าวในบันทึกฉบับนี้ ซึ่งเรื่องที่กล่าวในบันทึกฉบับนี้จะมุ่งเน้นไปที่ผลของอนุภาคมีประจุ (ไอออน) ที่ส่งผลต่อการละลายของโมเลกุลไม่มีขั้ว (เช่นไฮโดรคาร์บอน) เข้าไปในโมเลกุลมีขั้ว (เช่นน้ำ) เท่านั้น

๕. เมื่อมีไอออนละลายอยู่ในน้ำ (จะบวกหรือลบก็ตาม) ไอออนนั้นก็จะสร้างพันธะระหว่างตัวไอออนเองกับโมเลกุลนั้น ถ้าความแข็งแรงของพันธะระหว่างไอออนกับโมเลกุลน้ำ "น้อยกว่า" ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำด้วยกันเอง ไอออนตัวนั้นก็จะไม่ค่อยรบกวนพันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลน้ำที่อยู่รอบ ๆ เท่าใดนั้น ไอออนประเภทนี้เรียกว่า "Chaotropes" ซึ่งมักเป็นพวกที่มีประจุต่ำ (เช่น +1 หรือ -1) และ/หรือความหนาแน่นประจุต่ำ (ไอออนขนาดใหญ่เช่น K⁺ Cl^- เป็นต้น)

๖. แต่ถ้าความแข็งแรงของพันธะระหว่างไอออนกับโมเลกุลน้ำ "สูงกว่า" ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำ ไอออนตัวนั้นก็จะไปรบกวนพันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลน้ำที่อยู่รอบ ๆ ไอออนเหล่านี้เรียกว่า "Kosmotropes" ซึ่งมักเป็นพวกที่มีประจุสูง (เช่น +2) และ/หรือมีความหนาแน่นประจุสูง (ไอออนมีขนาดเล็ก เช่น H⁺ Na⁺)

ดูนิยาม "Chaotropes" และ "Kosmotropes" ที่หน้า ๒ ของเอกสารแนบ ๑ หรือที่หน้า ๑๒ ของเอกสารแนบ ๒

๗. ตรงนี้ของกล่าวเตือนเอาไว้นิดนึงว่าการที่ไอออนตัวหนึ่งจะเป็น "Chaotropes" หรือ "Kosmotropes" นั้นเป็นการวัดเปรียบเทียบกับความแข็งแรงของ "พันธะไฮโดรเจน" ซึ่งความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย ดังนั้นจึงอาจมีกรณีที่ไอออนตัวหนึ่งมีคุณสมบัติเป็น "Choatropes" ที่อุณหภูมิหนึ่ง แต่กลายเป็น "Kosmotropes" ที่อีกอุณหภูมิหนึ่ง

๘. ถ้าพิจารณาจากปัจจัยการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำเพียงปัจจัยเดียวก่อน ไอออนพวก "Kosmotropes" ที่เข้าไปทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเองนั้น ผมคิดว่าน่าจะส่งผลให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแทรกเข้าไปในน้ำได้มากขึ้น (ละลายได้มากขึ้น ด้วยเหตุผลทำนองเดียวกันกับที่กล่าวไว้ในข้อ ๓.) ส่วนไอออนพวก "Chaotropes" ที่ไม่เข้าไปทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเองนั้นผมคิดว่าไม่น่าที่จะส่งผลอะไรต่อค่าการละลายของไฮโดรคาร์บอนในน้ำ

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๕) MO Memoir : Friday 16 September 2554

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน  ไม่นำเนื้อหาลง blog

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๒๓) MO Memoir : Sunday 30 January 2554

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๙ การฉีด GC MO Memoir : Tuesday 18 January 2554

เนื้อหาใน Memoir นี้เป็นการบันทึกสิ่งที่เล่าเอาไว้ในการประชุมเมื่อบ่ายวันวาน ซึ่งก็เป็นเรื่องที่ได้บอกให้สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงและสาวน้อยผมยาวจากชายแดนใต้ทำตอนฉีด GC แต่เรื่องที่เล่าเมื่อวานมันมีรายละเอียดมากกว่าที่เคยบอกให้ทำ และเห็นว่าสัปดาห์นี้กลุ่มสาวน้อยหน้าบาน (ผู้ซึ่งตัวจริงดูดีกว่ารูปถ่ายใน facebook) สาวน้อยนางเอกละคร (ถ้ารับบทเป็นแกะในละครเวทีนั้นก็คงโด่งดังไปแล้ว) และสาวน้อยนักร้องคาราโอเกะคู่หูสาวน้อยหน้าบาน กำลังจะทำการทดลองเช่นนี้ ก็เลยต้องเอามาเล่าไว้ให้ละเอียด

ปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดอุณหภูมิคอลัมน์ที่ใช้ในการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง GC คือจุดเดือดและความแตกต่างของจุดเดือดขององค์ประกอบในสารตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์ ในกรณีที่ตัวอย่างมีสารไม่มากชนิด และสารแต่ละชนิดมีจุดเดือดต่างกันพอสมควร (ต่างกันน้อยก็แยกยาก) เราก็มักจะตั้งอุณหภูมิให้คงที่ตลอดการวิเคราะห์ แต่ถ้าจุดเดือดของสารแต่ละตัวแตกต่างกันมากหรือมีสารจำนวนมาก หรือพีคมีการลากหาง เราก็มันจะใช้วิธีการตั้งโปรแกรมอุณหภูมิ โดยจะมีการเพิ่มอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง หรือเป็นระยะ ซึ่งขึ้นอยู่กับระบบควบคุมของเครื่องว่ายอมให้ทำแบบไหนได้

ตัวอย่างเช่นตัวอย่างของเรามีสาร ๓ ตัว สองตัวแรกมีจุดเดือดต่ำกว่าตัวที่สามมาก ในกรณีนี้ถ้าเราตั้งอุณหภูมิคอลัมน์เอาไว้ต่ำ เราจะแยกสาร ๒ ตัวแรกได้ แต่กว่าสารตัวที่สามจะหลุดออกมาจะกินเวลานาน และพีคที่ได้จะกว้างและเตี้ยและลากหางยาว แต่ถ้าเราตั้งอุณหภูมิคอลัมน์เอาไว้สูง พีคของสารที่สามจะออกมาเร็วและรูปร่างดี แต่พีคของ ๒ สารแรกนั้นอาจจะไม่แยกจากกัน ในกรณีเช่นนี้การใช้การตั้งโปรแกรมอุณหภูมิคอลัมน์จะช่วยได้ โดยการตั้งให้เครื่องทำงานที่อุณหภูมิต่ำเป็นระยะเวลาหนึ่งก่อน เพื่อที่จะแยกพีค ๒ พีคแรกออกจากกัน จากนั้นจึงค่อยเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้น เพื่อให้พีคที่สามออกมาเร็วขึ้นและมีรูปร่างที่ดี

หรือในกรณีที่ตัวอย่างมีสารอยู่หลายชนิด และสารที่อยู่ในตัวอย่างนั้นมีจุดเดือดเรียงกันไปเป็นลำดับ (เช่นไฮโดรคาร์บอนในน้ำมัน) ในกรณีนี้เราต้องเริ่มจากตั้งอุณหภูมิคอลัมน์ช่วงแรกให้ต่ำไว้ก่อน เพื่อแยกพีคแรก ๆ ออกจากกัน แต่ถ้าไม่เพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้น พีคที่ออกมาภายหลังจะกว้างขึ้นและซ้อนทับกัน การแยกจากกันไม่ชัดเจน การแก้ปัญหาทำได้โดยตั้งอุณหภูมิคอลัมน์เริ่มแรกให้ต่ำ จากนั้นก็ค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์ให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ ก็จะทำให้พีคที่ออกมาภายหลังมีรูปร่างดีได้

แต่ถ้าเราต้องการวัดปริมาณสารเพียงสารเดียว (เช่นไฮโดรคาร์บอนที่ละลายอยู่ในน้ำที่เรากำลังจะทำการทดลองกันอยู่) เราก็ตั้งอุณหภูมิคอลัมน์ให้คงที่ได้เลย จะได้ไม่ต้องเสียเวลารอให้เครื่องกลับมานิ่งหลังการวิเคราะห์ และเราก็ไม่จำเป็นต้องกดปุ่มหยุดการวิเคราะห์ภายหลังการฉีดแต่ละครั้ง อาจจะทำการฉีดต่อ ๆ กันหลายครั้งแล้วค่อยทำการหยุดการวิเคราะห์ เครื่องก็จะรายงานพื้นที่พีคแต่ละพีคออกมาให้เอง

เช่นในกรณีที่เราต้องการวัดความเข้มข้นของเบนซีนที่ละลายเข้าไปในน้ำ เราก็ตั้งอุณหภูมิคอลัมน์ให้คงที่ตลอดการวิเคราะห์ (ส่วนต้องตั้งเท่าไรนั้นกรุณาไปถามเอาจากสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงเอาเอง)

และก่อนที่จะเริ่มการวิเคราะห์นั้น ควรทดลองฉีดสารมาตรฐานเข้าไปก่อนในปริมาตรหนึ่งที่ทราบค่าแน่นอน เช่นอาจฉีดเบนซีนหรือแอลกอฮอล์ (เอทานอลหรือโพรพานอล) เข้าไปก่อนสักเข็ม พอได้พีคออกมาก็ฉีดเบนซีนหรือแอลกอฮอล์เข้าไปซ้ำอีกโดยไม่ต้องกดปุ่มหยุดการวิเคราะห์ระหว่างการฉีด (ดูรูปที่ ๑) เหตุผลที่ต้องให้ทำเช่นนี้ก็เพราะเพื่อเก็บไว้เป็นข้อมูลตรวจสอบว่า ในการเปิดเครื่องแต่ละครั้งนั้น ความว่องไวของ detector นั้นเหมือนกันทุกครั้งหรือเปล่า เช่นครั้งนี้เราวัดพื้นที่พีคของสารมาตรฐานได้ 500000 ถ้าวันถัดมาเปิดเครื่องแล้วทดลองฉีดสารมาตรฐานแล้วพบว่าค่าพื้นที่พีคที่ได้แตกต่างไปจากค่านี้ ก็แสดงว่าความว่องไวของ detector ในครั้งหลังนี้แตกต่างไปจากของการวิเคราะห์ก่อนหน้า ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถนำผลการวิเคราะห์จากการวัดทั้งสองครั้งมาเปรียบเทียบกันได้ ดังนั้นถ้าพบว่าค่าพีคที่ได้ในครั้งหลังแตกต่างไปจากครั้งก่อนหน้า ก็ต้องตรวจหาสาเหตุและทำการปรับแต่งเครื่องให้มีความว่องไวเหมือนกันก่อน จากนั้นจึงค่อยทำการวิเคราะห์ตัวอย่าง ถ้าเป็น FID ตัวที่มักก่อปัญหาคือสัดส่วนระหว่างอากาศและไฮโดรเจนที่ใช้ และถ้าเป็น TCD ก็มักเป็นที่กระแสกับอัตราการไหลของ carrier gas เรื่องนี้เคยกล่าวเอาไว้ครั้งหนึ่งใน Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๑๓ ธันวาคม ๒๕๕๒ เรื่องข้อควรปฏิบัติในการใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ

รูปที่ ๑ ก่อนเริ่มทำการวิเคราะห์นั้น ควรที่จะทำการฉีดสารมาตรฐานเข้าไปก่อนสัก 2-3 เข็ม แล้วนำค่าพื้นที่พีคที่ได้มาเฉลี่ย เราจะใช้ค่านี้เป็นค่าตรวจสอบว่าความว่องไวของ detector ในการเปิดเครื่องแต่ละครั้งเหมือนกันหรือไม่

ตรงนี้อาจมีปัญหาตรงที่ตัวอย่างที่จะวิเคราะห์นั้นมีความเข้มข้นต่ำ (เบนซีนที่ละลายอยู่ในน้ำ) ดังนั้นถ้าเราใช้เบนซีนบริสุทธิ์เป็นตัวฉีดเข้าไป พื้นที่พีคของเบนซีนบริสุทธิ์ที่ฉีดเข้าไป (แม้ว่าจะฉีดในระดับไมโครลิตร) ก็จะมากกว่าพื้นที่พีคที่จะได้จากการวิเคราะห์ตัวอย่างมาก ในย่อหน้าข้างบนผมถึงเสนอให้ฉีดแอลกอฮอล์ (เช่นเอทานอล) แทน เพราะความแรงของสัญญาณที่ได้จะต่ำกว่า (เราไม่ได้เอาพีคเบนซีนบริสุทธิ์มาใช้ในการคำนวณปริมาณเบนซีนในตัวอย่าง เราใช้เพียงแค่เป็นตัวทดสอบความว่องไวของ detector ว่าในการเปิดเครื่องแต่ละครั้งมีความว่องไวเหมือนกันหรือไม่) หรือถ้าใช้แอลกอฮอล์บริสุทธิ์ยังได้สัญญาณแรงเกินไปอีก ก็คงต้องทำการเตรียมสารละลายของแอลกอฮอล์ในน้ำเอาไว้เป็นตัวทดสอบ

เมื่อเริ่มทำการทดลอง ซึ่งเราจะเก็บตัวอย่างที่เวลาต่าง ๆ กัน พอเราเก็บตัวอย่างที่เวลาแรกมากฉีด GC ก็กดปุ่มให้เครื่องเริ่มทำการเก็บข้อมูล และฉีดตัวอย่างที่เวลาแรกเข้าไป จากนั้นก็ปล่อยให้เครื่องทำงานต่อไปเรื่อย ๆ โดยไม่ต้องไปกดหยุดเมื่อได้พีคออกมา พอเก็บตัวอย่างที่สองมาก็ฉีดต่อเข้าไปได้เลย ทำอย่างนี้ต่อไปเรื่อย ๆ เราก็จะได้โครมาโทแกรมที่มีพีคเรียงลำดับออกมาดังตัวอย่างในรูปที่ ๒ พอได้พีคมาหลาย ๆ พีคหรือไม่ก็ปล่อยไปจนสิ้นสุดการทดลอง ก็กดปุ่มให้เครื่องหยุดการเก็บข้อมูลและพิมพ์พื้นที่พีคออกมา

รูปที่ ๒ ตัวอย่างโครมาโทแกรมที่ได้จากการฉีดสารตัวอย่างเข้าไปเป็นระยะโดยไม่มีการหยุดการเก็บข้อมูลก่อนที่จะทำการฉีดตัวอย่างใหม่

ในสัปดาห์ที่แล้วมีปัญหาเรื่องในระหว่างการทดลองนั้น เข็มที่ใช้ฉีด GC เกิดความเสียหายจนไม่สามารถใช้งานต่อได้ และเนื่องจากไม่มีเข็มขนาดเดียวกันให้ใช้ มีแต่เข็มขนาดใหญ่กว่า จึงทำให้ผู้ทำการทดลองต้องยุติดการทดลอง ผมก็บอกเขาไปว่าในกรณีเช่นนี้ถ้าเรามีเข็มที่มีขนาดใหญ่กว่า (แต่ไม่แตกต่างกันมาก) เราก็นำเอาเข็มขนาดนั้นมาใช้แทนได้ แล้วค่อยจัดการหารพื้นที่พีคที่ได้ภายหลัง

เช่นสมมุติว่าปรกติเราใช้เข็มขนาด 1 ไมโครลิตรฉีดตัวอย่างทีละ 1 ไมโครลิตร แต่พอเข็มขนาด 1 ไมโครลิตรเกิดความเสียหายไม่สามารถใช้งานต่อได้ และเราก็ไม่มีเข็มขนาดนี้สำรองเอาไว้ มีแต่เข็มขนาด 5 ไมโครลิตร เราก็เอาเข็มขนาด 5 ไมโครลิตรนี้มาใช้แทน และฉีดตัวอย่างในปริมาตร 5 ไมโครลิตรแทน เวลาทำพื้นที่พีคมาวิเคราะห์ก็ต้องเอาพื้นที่พีคที่ได้จากการฉีดตัวอย่าง 5 ไมโครลิตรมาหาร 5 ก่อน จึงจะนำไปเปรียบเทียบกับพื้นที่พีคที่ได้จากการฉีดตัวอย่าง 1 ไมโครลิตรได้

ตรงนี้อาจมีบางคนตั้งคำถามว่าแล้วทำไมไม่ใช้เข็มขนาด 5 ไมโครลิตรฉีดตัวอย่างปริมาตร 1 ไมโครลิตร คำตอบก็คือมันจะมีความคลาดเคลื่อนที่สูง ความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์ในการอ่านขีดสเกลบนตัวเข็มนั้นจะมีขนาดประมาณได้ว่าเท่ากันเสมอไม่ว่าจะเป็นการอ่านขีดที่ 1 ไมโครลิตรหรือที่ 5 ไมโครลิตร (เช่นสมมุติว่าจะอ่านได้คลาดเคลื่อน 0.05 ไมโครลิตร) แต่เมื่อคิดเป็นค่าความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์จะพบว่าการฉีดที่ 5 ไมโครลิตรจะมีค่าความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ที่ต่ำกว่า (0.05 จาก 5 จะมีค่าน้อยกว่า 0.05 จาก 1)

ตอนแรกว่าจะออก Memoir ฉบับนี้ตั้งแต่ตอนบ่ายแล้ว แต่เนื่องจากต้องไปชมวิวทิวทัศน์อ่าวไทยที่ปากแม่น้ำเจ้าพระยา ก็เลยต้องเลื่อนกำหนดการออก Memoir มาเป็นตอนกลางคืนแทน ใครที่ไม่ได้ไปก็รอดูรูปทาง facebook ก็แล้วกัน

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๗) MO Memoir : Saturday 11 December 2553

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายในเฉพาะกับสมาชิกของกลุ่ม ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในบันทึกนี้เป็นการบันทึกผลการทดลองของสาวน้อยผมยาวจากนราธิวาสเรื่องการละลายของโทลูอีนเข้าไปในเฟสน้ำ ที่ส่งผลมาให้ผมเมื่อเย็นวานนี้ ส่วนผมพึ่งจะเปิดเมล์อ่านในเช้าวันนี้

เนื้อหาเป็นตอนต่อจาก Memoir ฉบับเมื่อวาน (ตอนที่ ๑๖)

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๖) MO Memoir : Friday 10 December 2553

เอกสารนี้เผยแพร่ลงใน Blog ด้วยเนื่องจากเห็นว่าจะเป็นประโยชน์ต่อผู้อื่นที่ผ่านเข้ามาเห็นด้วย

เนื้อหาในบันทึกนี้เป็นการบันทึกความก้าวหน้าในการทำงานในช่วงวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา

ใน Memoir ฉบับวันอังคารที่ ๖ กรกฎาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "ควรใช้สารตัวอย่างในปริมาณเท่าใด" ผมได้กล่าวถึงปัญหาในการทำการทดลอง "ที่ไม่ได้มีการระบุรายละเอียดวิธีการ" เอาไว้ครั้งหนึ่งแล้ว ประสบการณ์ที่ผ่านมานั้นอาจทำให้กล่าวได้ว่านิสิต "ทุกคน" ไม่เคยมีประสบการณ์ทำการทดลองที่ต้องออกแบบการทดลองด้วยตนเอง แม้ว่านิสิตเหล่านั้นจะเคยเข้าค่ายวิชาการต่าง ๆ (เช่นโอลิมปิกวิชาการ) พอมาเจอเข้ากับการทดลองที่ต้องหาเทคนิคการทดลองด้วยตนเองก็เลยทำการทดลองต่อไปไม่ได้ เพราะไม่รู้ว่าจะเริ่มอย่างไรดี

ในการทดลองหาอัตราเร็วในการละลายน้ำของเบนซีน (ซึ่งเป็นงานของสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุง) และของโทลูอีน (ซึ่งเป็นงานของสาวน้อยผมยาวจากนราธิวาส) นั้นมีปัญหาอยู่อย่างหนึ่งคือไม่รู้ว่าต้องเก็บตัวอย่างบ่อยครั้งแค่ไหน และต้องทำการทดลองไปนานสักเท่าใด ผลการทดลองของสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุง (ซึ่งต้องทำการทดลองใหม่นั้น) ผมได้ให้ดูไปแล้วใน Memoir ฉบับที่แล้ว (พุธ ๘ ธันวาคม ๒๕๕๓) ฉบับนี้ก็เลยเอาของสาวน้อยผมยาวจากนราธิวาสที่พึ่งจะได้รับมาเมื่อเช้ามาให้ดูกันดังแสดงในรูปข้างล่าง


รูปที่ ๑ ผลการทดลองของสาวน้อยผมยาวจากนราธิวาส จุดสีแดงคือข้อมูลที่ได้จากการทดลอง ส่วนเส้นสีเขียวคือเส้นแนวโน้มผลการทดลอง

ก่อนที่จะเริ่มทำการทดลองนั้นสิ่งแรกที่เราต้อง "ประมาณ" ให้ได้ก่อนคือควรเก็บตัวอย่างบ่อยครั้งเท่าใด สิ่งที่ผมบอกไปคือในช่วงแรกคงต้องเก็บบ่อยครั้ง (ทุก ๑ ๒ ๓ หรือ ๕ นาทีก็ตามแต่) เพราะเราคาดไว้ว่าในช่วงแรกไฮโดรคาร์บอนคงจะละลายเข้ามาในชั้นน้ำได้เร็ว จากนั้นจึงค่อยทิ้งระยะห่างในการเก็บให้นานขึ้น (เช่นเป็น ๕ ๑๐ ๒๐ หรือ ๓๐ นาทีก็ตามแต่) คำถามก็คือ "แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่าควรเก็บตัวอย่างบ่อยครั้งเป็นเวลานานเท่าใด และเมื่อไรจึงค่อยปล่อยทิ้งไว้นาน ๆ แล้วค่อยเก็บตัวอย่าง"

คำตอบก็คือ "ให้เขียนกราฟผลการวิเคราะห์กับเวลาไปพร้อม ๆ กันกันเวลาที่ทำการทดลอง"

ข้อแนะนำข้อหนึ่งของผมที่มักจะไม่ได้รับการปฏิบัติ (ไม่ว่าจะรุ่นไหนก็ตาม) จนดูเหมือนเป็นเรื่องปรกติคือ "ให้ทำการวิเคราะห์ผลการทดลองไปพร้อม ๆ กับการทำการทดลอง ไม่ใช่ทำการทดลองให้เสร็จก่อนแล้วค่อยเอาผลมาวิเคราะห์" เคยมีเหตุการณ์ที่นิสิตปริญญาเอกรายหนึ่งอดหลับอดนอนทำการทดลองเป็นเดือน โดยเก็บผลการทดลองเอาไว้เยอะ ๆ พอคิดว่าทำการทดลองครบทุกพารามิเตอร์แล้วก็เอาผลการทดลองมาคำนวณ ซึ่งผมดูผลไม่ถึง ๕ วินาทีก็บอกเขาไปเลยว่าผลการทดลองของ "ผิด" ทั้งหมด

ในการทดลองของเรานั้นเนื่องจากต้องรอผลการวิเคราะห์จาก GC เราจึงจำเป็นต้องหาวิธีเก็บตัวอย่างโดยไม่ให้ตัวอย่างเกิดการเปลี่ยนแปลงระหว่างการเก็บ (ซึ่งเราก็ได้ทำไปแล้วโดยการเก็บตัวอย่างเอาไว้ในเข็มฉีดยา) แต่เมื่อได้ผลการวิเคราะห์ออกมาเรื่อย ๆ ก็ควรที่จะนำผลการวิเคราะห์นั้นมาเขียนกราฟพื้นที่พีคกับเวลา ส่วนกราฟจะออกมาเป็นรูปใดนั้น "อย่าไปดูเส้นเชื่อมระหว่างจุด" แต่ให้ "ดูเส้นที่ลากแล้วออกมาดูเข้าได้กับจุดข้อมูลมากที่สุด" ซึ่งก็คือเส้นแนวโน้มนั่นเอง

จากผลการทดลองของสาวน้อยผมยาวจากนราธิวาสที่แสดงด้วยจุดสีแดงในรูปที่ ๑ นั้นจะเห็นได้ว่าปริมาณโทลู อีนที่ละลายในเฟสน้ำค่อย ๆ เพิ่มสูงขึ้นจนเกือบอิ่มตัวเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ ๑๒๐ นาที ถ้าดูที่เส้นแนวโน้ม (เส้นสีเขียว) ที่ผมลากขึ้นก็จะดูเหมือนว่าพอพ้น ๑๒๐ นาทีไปแล้วก็ละลายเข้าไปในน้ำจนอิ่มตัวแล้ว แต่ที่ผมไม่ชอบคือจุดข้อมูล ๓ จุดสุดท้าย (ที่เวลา ๑๓๐ ๑๕๐ และ ๑๗๐ นาที) มีลักษณะที่ตกลงตลอด ซึ่งอาจทำให้คิดไปได้ว่าความเข้มข้นของโทลูอีนในน้ำนั้นลดลง ซึ่งถ้าหากความเข้มข้นคงที่แล้ว เมื่อทำการฉีดตัวอย่างที่เก็บจากเวลานานกว่า ๑๒๐ นาทีก็ควรที่จะเห็นจุดพื้นที่พีคที่วัดได้นั้นจะขึ้นบ้างลงบ้างอยู่รอบ ๆ ค่า ๆ หนึ่ง (ผมไม่ได้บอกว่าต้องคงที่นะ เพราะมันทำไม่ได้อยู่แล้ว แต่ถ้าดูจากค่าเฉลี่ยก็จะเห็นว่าคงที่)

ผลการทดลองตามรูปที่ ๑ นั้นผมเห็นว่าถ้าหากทำการทดลองต่อไปอีกสัก ๖๐ นาที (วัดอีก ๒ จุด ห่างกันจุดละ ๓๐ นาที) ก็จะสามารถยืนยันได้เลยว่าโทลูอีนละลายเข้าไปในน้ำจนอิ่มตัวแล้วหรือยัง และความเข้มข้นที่อิ่มตัวนั้นเท่ากับเท่าใด เพราะพอมีจุดข้อมูลมากขึ้นเราก็จะสามารถลากเส้นแนวโน้มได้ดีขึ้น (จากจุดข้อมูลที่มีอยู่นั้นถ้าลากเส้นแนวโน้มโดยให้โปรแกรม Excel ลากเส้น Exponential ก็จะเห็นว่าเส้นที่ลากนั้นไม่ค่อยเข้ากับจุดข้อมูลเท่าใดนั้น ส่วนที่ว่าทำไปมันควรต้องเป็นเส้น Exponential นั้นไม่ทราบว่าพวกคุณพอจะบอกได้ไหม ฝากไปคิดกันเล่น ๆ ก่อนก็แล้วกัน) ผมก็เลยบอกให้เขาไปทดลองทำมาใหม่อีกครั้ง (ซึ่งหมายถึงต้องเสียเวลาอีก ๕-๖ ชั่วโมงเพราะต้องรวมเวลาในการเปิด-ปิดเครื่อง GC ด้วย) ซึ่งถ้าหากเขาวิเคราะห์ผลไประหว่างทำการทดลอง หรือติดต่อให้ผมช่วยดูผลการทดลองให้ก่อนที่จะยุติการทดลอง เขาก็คงจะเสียเวลาเพิ่มอีก ๑ ชั่วโมงแค่นั้น

พวกคุณต่างก็รู้ว่าผมมีสอนเวลาไหนบ้าง ดังนั้นถ้ามีผลการทดลองเมื่อใดก็ไม่ต้องรอวันประชุม (ซึ่งเราไม่มีการประชุมเหมือนบางกลุ่มที่เขาประชุมทุกสัปดาห์ และจะนั่งดูผลการทดลองเฉพาะในวันประชุมเท่านั้น) พยายามหาโอกาสพบผมให้ได้ ไม่ต้องรอให้ผมเดินมาที่แลป เดินไปหาผมที่ห้องทำงานก็ได้ หรือไม่อย่างน้อยถ้าผมกลับบ้านไปแล้วก็ส่งอีเมล์ให้ผม หรือไม่ก็ก่อนที่จะปิดเครื่องต่าง ๆ นั้นควรที่จะหาโอกาสรายงานผลให้ผมดูก่อน เพราะบ่อยครั้งที่ผมพบว่าผลการทดลองนั้นมีปัญหา แต่ยังสามารถแก้ไขได้โดยทำการวิเคราะห์ซ้ำ แต่กลับได้รับคำตอบว่าปิดเครื่องมือไปแล้ว

ถ้าทำตามสิ่งที่แนะนำไปนี้ ปัญหาเรื่องการที่พวกคุณต้องกลับมาทำการทดลองซ้ำก็จะลดน้อยลงไป

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๑๕) MO Memoir : Wednesday 8 December 2553

เอกสารนี้แจกจ่ายเป็นการภายในเฉพาะกับสมาชิกของกลุ่ม ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในบันทึกนี้เป็นการบันทึกความก้าวหน้าในการทำงานในช่วงสองสัปดาห์ที่ผ่านมา

การละลายเข้าด้วยกันของโมเลกุลมีขั้ว-ไม่มีขั้ว MO Memoir : วันจันทร์ที่ ๘ ธันวาคม ๒๕๕๑

เวลาที่เราเรียนวิชาเคมีอินทรีย์ ในส่วนการทดลองเกี่ยวกับสารอินทรีย์นั้น มักจะมีการทดสอบการละลายของสารตัวอย่างในตัวทำละลายต่างกัน 3 ชนิด คือ

1. น้ำ ซึ่งเป็นตัวแทนของตัวทำละลายที่มีขั้วเพียงอย่างเดียว

2. แอลกอฮอล์ เช่นเอทานอล (C₂H₅OH) ซึ่งเป็นตัวแทนของตัวทำละลายที่โมเลกุลมีส่วนที่มีขั้น (-OH) และส่วนที่ไม่มีขั้ว (C₂H₅-) และ

3. คาร์บอนเททระคลอไรด์ (CCl₄) หรือไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นตัวแทนของตัวทำละลายที่โมเลกุลไม่มีขั้ว

ในการเรียนนั้น การที่เราจะระบุว่าสารตัวอย่างสามารถละลายได้ในตัวทำละลายชนิดไหน เราจะใช้การมองเห็นเป็นตัวกำหนด กล่าวคือถ้าเราเอาตัวทำละลายใส่หลอดทดลอง แล้วหยดสารตัวอย่างลงไปแล้วเขย่าหลอด ผลการทดลองที่เห็นอาจเป็นดังนี้

1. ไม่เห็นการแยกเฟสก็จะถือว่าละลายเข้าด้วยกันได้

2. เห็นการแยกเฟสเกิดขึ้นตั้งแต่หยดแรกก็จะถือว่าไม่ละลายเข้าด้วยกัน

3. จากข้อ (1) ถ้าทำการหยดสารตัวอย่างต่อไปเรื่อย ๆ แล้วพบว่ามีการแยกเฟสเกิดขึ้นเมื่อหยดสารตัวอย่างเพิ่มขึ้นจนถึงระดับหนึ่ง ก็จะถือว่าสารตัวอย่างกับตัวทำละลายสามารถละลายเข้าด้วยกันได้บางส่วน

4. จากข้อ (1) ถ้าทำการหยดสารตัวอย่างต่อไปเรื่อย ๆ จนปริมาณสารตัวอย่างมากกว่าตัวทำละลายที่ใช้ (หรือเปลี่ยนเป็นหยดสารละลายใส่สารตัวอย่างแทน) แล้วไม่พบการแยกเฟสเลย ก็จะถือว่าสามารถละลายเข้าด้วยกันได้ทุกสัดส่วน

เวลาที่เราหยดไฮโดรคาร์บอนเช่นเฮกเซน (C₆H₁₄) ลงในน้ำนั้น เราจะเห็นเฮกเซนลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ และก็สรุปว่าเฮกเซนไม่ละลายในน้ำ ซึ่งถ้าใช้การมองเห็นเป็นวิธีการกำหนด เราก็จะเห็นเช่นน้ำ แต่ถ้าใช้เครื่องมือวิเคราะห์ (เช่นแก๊สโครมาโทกราฟที่ติดตั้งตัวตรวจวัดแบบ FID - Flame ionisation detector) เราก็จะเห็นว่าเฮกเซนสามารถละลายอยู่ในน้ำได้ในระดับ ppm

เคยเห็นเด็กนักเรียนถามคำถามในบางเวปบอร์ดว่า "ทำไมน้ำมันจึงลอยน้ำ" แล้วก็มีคนตอบว่า "เป็นเพราะว่าน้ำมันมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ" ซึ่งเป็นคำตอบที่ไม่สมบูรณ์ ที่ว่าไม่สมบูรณ์เพราะการที่ของเหลว (ก) จะลอยอยู่บนผิวของของเหลว (ข) ได้นั้น ไม่เพียงแต่ของเหลว (ก) ที่ลอยอยู่บนผิวหน้าจะต้องมีความหนาแน่นต่ำกว่าความหนาแน่นของของเหลวชนิด (ข) เท่านั้น แต่จะต้อง "ไม่ละลายเข้าไปในของเหลว (ข)" ด้วย การตอบด้วยความหนาแน่นที่แตกต่างกันจึงยังเป็นคำตอบที่ไม่สมบูรณ์ เพราะยังมีเปิดช่องให้มีข้อโต้แย้งได้ เช่นเอทานอลมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ แต่ถ้าหยดเอทานอลลงไปในน้ำจะกลายเป็นเนื้อเดียวกันกับน้ำได้ทุกสัดส่วนโดยไม่มีการแยกชั้นเกิดขึ้น

การทำให้สารที่โมเลกุลมีแต่ส่วนที่มีขั้วและสารที่โมเลกุลมีแต่ส่วนที่ไม่มีขั้ว สามารถละลายเข้าด้วยกันได้นั้นจำเป็นต้องมีสารตัวที่สามเข้าร่วม สารตัวที่สามนี้จะมีโครงสร้างโมเลกุลที่มีทั้งส่วนที่มีขั้วและส่วนที่ไม่มีขั้ว (เช่น แอลกอฮอล์ กรดอินทรีย์ สารลดแรงตึงผิว (surfactant) ต่าง ๆ) ขั้วของโมเลกุลอาจอยู่ในรูปของพันธะที่มีขั้ว เช่น หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) อีเทอร์ (-O-) หรือในรูปของส่วนที่มีประจุ เช่น คาร์บอกซิล (-COO^-) ที่อยู่ในสบู่ ซัลโฟนิล (-SO₃^-) ที่อยู่ในผงซักฟอก น้ำยาล้างจาน เป็นต้น โดยสารตัวที่สามนี้จะใช้โครงสร้างส่วนที่ไม่มีขั้วในการจับกับโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว และใช้โครงสร้างส่วนที่มีขั้วจับกับโมเลกุลที่มีขั้ว

แก๊สโซฮอล์เป็นสารผสมระหว่างน้ำมันเบนซินกับแอลกอฮอล์ โดยแอลกอฮอล์ที่ใช้มักจะเป็นเอทานอล ถ้าพิจารณาจากค่าออกเทนของแอลกอฮอล์แล้วจะพบว่าแอลกอฮอล์ตัวเล็กจะมีค่าออกเทนสูงกว่าแอลกอฮอลตัวใหญ่ (ค่าออกเทนของ เมทานอล > เอทานอล > โพรพานอล)  เอทานอลที่ไม่มีน้ำปน (ที่เรียกว่า anhydrous) ละลายเข้ากับน้ำมันเบนซินได้ทุกสัดส่วน  แต่ในทางปฏิบ้ตินั้นเอทานอลที่นำมาผสมน้ำมันจะมีน้ำปนอยู่เล็กน้อย  และด้วยความเป็นขั้วของโมเลกุลแอลกอฮอล์จะสามารถดึงน้ำให้ละลายเข้ามาปนในน้ำมันได้มากขึ้น  ถ้ามีน้ำปนอยู่ไม่มาก  แก๊สโซฮอล์จะยังคงเป็นสารละลายเนื้อเดียว  แต่ถ้ามีน้ำปนอยู่มากเกินไปก็จะเกิดการแยกเฟสเป็นสองเฟสได้  นอกจากนี้ปริมาณน้ำที่ละลายได้และยังคงทำให้น้ำม้นแก๊สโซฮอล์ไม่เกิดการแยกเฟสยังขึ้นกับอุณหภูมิ  กล่าวคือจะละลายได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง

นอกจากนี้ความสามารถในการละลายเป็นเนื้อเดียวกันระหว่าง เอทานอล + น้ำ + ไฮโดรคาร์บอน ยังขึ้นกับโครงสร้างโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนด้วย โดยช่วงการละลายเข้าเป็นเนื้่อเดียวกันในกรณีที่ไฮโดรคาร์บอนคือเบนซีน (พวก aromatic) จะกว้างกว่ากรณีที่ไฮโดรคาร์บอนคือเฮกเซน (พวก aliphatic) และเนื่องจากน้ำมันเบนซินเป็นสารผสมของไฮโดรคาร์บอนทั้งสองกลุ่ม  ด้วยเหตุนี้การเลือกสัดส่วนผสมระหว่างเอทานอลกับน้ำมันเบนซินสำหรับการใช้งานในแต่ละท้องถิ่นนอกจากต้องคำนึงถึงช่วงอุณหภูมิอากาศแล้ว ยังควรต้องคำนึงถึงองค์ประกอบของน้ำมันเบนซินที่นำมาผสมด้วย

ด้วยเหตุนี้ปัญหาหนึ่งที่ต้องยอมรัรบของการเติมเอทานอลเข้าไปในน้ำมันคือการที่ต้องยอมให้มีน้ำเข้าไปปนในน้ำมันแก๊สโซฮอล์ได้เล็กน้อย (ลองพิจารณาข้อกำหนดคุณลักษณะของน้ำมันเบนซินที่เพิ่มค่าออกเทนด้วยสารออกซีจีเนตหรือเอทานอล จะเห็นว่าจะยอมให้มีน้ำปนอยู่ในน้ำมันได้เล็กน้อย แต่ถ้าเป็นน้ำมันเบนซินที่ไม่ได้เพิ่มค่าออกเทนด้วยสารออกซีจีเนตหรือเอทานอล (เบนซิน 91) จะไม่ระบุปริมาณน้ำที่ยอมให้มีในน้ำมันได้ - ประกาศกรมธุรกิจพลังงาน เรื่องกำหนดคุณลักษณะและคุณภาพของน้ำมันเบนซิน พ.ศ. ๒๕๔๙ รายการที่ ๑๔ และ ๑๕ ในตาราง) น้ำที่อยู่ในน้ำมันนั้นอาจมาจาก ตัวเอทานอลที่ใช้ผสมเอง น้ำที่อยู่ในถังเก็บน้ำมัน หรือไอน้ำจากอากาศที่ไหลเข้าไปในถังน้ำมันของรถเวลาที่รถใช้น้ำมันไป (ถังน้ำมันรถจะมีรูระบายอากาศเพื่อรักษาความดันในถังไม่ให้ลดลงเมื่อปริมาตรน้ำมันในถังลดลง และไว้ระบายอากาศออกจากถังเมื่อเติมน้ำมันเข้าไปในถัง)

ความรู้เรื่องการละลายนี้ยังสามารถนำมาใช้อธิบายการที่ของเหลวสามารถแทรกตัว (หรือละลาย) เข้าไปในของแข็งได้ การที่ของเหลวชนิดหนึ่งสามารถซึมเข้าไปในของแข็งได้จะขึ้นอยู่กับ (ก) การมีขั้ว/ไม่มีขั้วของโมเลกุลของเหลวและของแข็ง และ (ข) ช่องว่างระหว่างโมเลกุลของของแข็ง

โดยทั่วไปเราพอคาดได้ว่า ของเหลวที่มีขั้วจะสามารถซึมเข้าไปในของแข็งที่มีขั้วได้ และของเหลวที่ไม่มีขั้วจะสามารถซึมเข้าไปในของแข็งที่ไม่มีขั้วได้ (แบบเดียวกันกับของเหลวมีขั้วละลายผสมกับพวกมีขั้วได้ และพวกไม่มีขั้วละลายผสมกับพวกไม่มีขั้วได้) ตัวอย่างเช่น กระดาษซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลเป็นเซลลูโลส โครงสร้างของเซลลูโลสเป็นสายโซ่พอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคส (glucose) ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) อยู่เป็นจำนวนมาก เมื่อกระดาษสัมผัสกับน้ำจึงทำให้น้ำสามารถซึมเข้าไปในเนื้อกระดาษได้ ทำให้กระดาษเปื่อยยุ่ย (เนื่องจากน้ำเข้าไปแทรกตรงพันธะไฮดรอกซิลระหว่างสายโซ่โมเลกุล แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจึงลดลง ความแข็งแรงของกระดาษจึงลดลง - ดูรูปที่ 1 ประกอบ) แต่ถ้าเรานำกระดาษไปซับน้ำมัน (เช่นกระดาษห่อโรตี) จะเห็นว่ากระดาษดูดซับน้ำมันได้ไม่ค่อยดีเท่าไร และไม่เปื่อยยุ่ยมากเหมือนเวลาเปียกน้ำ อีกตัวอย่างได้แก่กรณีที่เราเอาน้ำมันเบนซินใส่ถุงพลาสติก (ซึ่งมักทำจากพอลิเอทิลีน (PE) หรือพอลิโพรพิลีน (PP)) น้ำมันจะซึมเข้าไปในเนื้อถุงพลาสติกและละลายถุงพลาสติกได้

เมื่อยกตัวอย่างถุงพลาสติกใส่น้ำมัน อาจทำให้บางคนสงสัยได้ว่าแล้วทำไปกระป๋องน้ำมันเครื่อง น้ำมันเบรค น้ำมันหล่อลื่น ฯลฯ ที่ขายกันอยู่ในปัจจุบัน จึงใช้พลาสติกพวกพอลิโอเลฟินส์ (เช่น PE) ทำเป็นภาชนะบรรจุได้ ทั้งนี้เป็นเพราะพลาสติกที่นำมาขึ้นรูปเป็นกระป๋องเหล่านี้แตกต่างไปจากพวกที่นำไปขึ้นรูปเป็นถุง เม็ดพลาสติกพวกที่นำมาขึ้นรูปเป็นขวดหรือเป็นกระป๋องจะมีความเป็นผลึกของโมเลกุลสูงกว่า ความเป็นผลึกของโมเลกุลเป็นตัวบอกให้ทราบถึงการเรียงชิดกันเป็นระเบียบของโมเลกุลในโครงสร้าง ถ้าพอลิเมอร์มีความเป็นผลึกสูง โมเลกุลจะเรียงตัวชิดกันมาก ทำให้ของเหลวไม่สามารถแทรกเข้าไประหว่างโมเลกุลของแข็งได้ แต่ถ้าเราให้ความร้อนแก่ของแข็งนั้น โมเลกุลของของแข็งก็จะแยกห่างจากกัน ของเหลวก็จะสามารถแทรกเข้าไปข้างในได้ ส่วนพลาสติกที่ใช้ทำถุงใส่นั้นเป็นเกรดทำฟิล์ม ซึ่งจะเป็นพวกที่มีความเป็นอสัณฐาน (amorphous) สูง พลาสติกพวกที่มีความเป็นอสัณฐานสูงจะมีความเหนียวและใส ในขณะที่พวกที่มีความเป็นผลึกสูงจะมีความแข็งและเปราะ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 รูปที่ 1 พันธะไฮโดรเจนระหว่างสายโซ่โมเลกุลเซลลูโลส

ตอนที่มีการนำน้ำมันแก๊สโซฮอล์ออกขาย จึงจำเป็นต้องมีการระบุว่ารถยนต์รุ่นไหนใช้ได้หรือไม่ได้ ตัวหลักที่เป็นปัญหาไม่ใช่ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะ แต่เป็นชิ้นส่วนที่เป็นพอลิเมอร์ต่าง ๆ เช่น สายยาง ประเก็น ฯลฯ ที่มีอยู่ตั้งแต่ถังน้ำมันไปจนถึงหัวฉีด น้ำมันเบนซินที่ไม่ใช่แก๊สโซฮอล์ ถือว่าเป็นของเหลวที่ไม่มีขั้วหรือมีขั้วน้อยมาก (จากอีเทอร์ที่เติมลงไปเพิ่มค่าออกเทน) ดังนั้นการเลือกใช้ชิ้นส่วนพอลิเมอร์จึงสามารถเลือกใช้พวกที่ทนต่อของเหลวไม่มีขั้วเท่านั้นก็พอ แต่เอทานอลที่อยู่ในแก๊สโซฮอล์เป็นโมเลกุลที่มีทั้งส่วนที่มีขั้วและไม่มีขั้ว พอลิเมอร์ที่ใช้จึงต้องทนต่อของเหลวที่มีขั้วและไม่มีขั้วไปพร้อม ๆ กัน ถึงตอนนี้หวังว่าน่าจะพอมองเห็นภาพบ้างแล้วว่าทำไมถึงต้องมีการกำหนดว่ารถยนต์/มอเตอร์ไซค์รุ่นไหนบ้างที่ใช้น้ำมันแก๊สโซฮอล์ได้

ว่าแต่ว่าคุณพอจะอธิบายได้ไหมว่า ทำไมมีความพยายามจะเลิกขายเบนซิน 95 แล้วให้ใช้แก๊สโซฮอล์ 95 แทน แต่ในกรณีของเบนซิน 91 กลับไม่มีความคิดที่จะเลิกขายแล้วให้ใช้แก๊สโซฮอล์ 91 แทนเหมือนกรณีเบนซิน 91

ในการทำปฏิกิริยา hydroxylation ของเบนซีนไปเป็นฟีนอล หรือโทลูอีนไปเป็นครีซอลนั้น ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น (ฟีนอลหรือครีซอล) ต่างก็มีทั้งส่วนที่มีขั้วและไม่มีขั้วอยู่ในโมเลกุล ดังนั้นผลิตภัณฑ์นี้จะทำหน้าที่เป็นตัวประสานเฟสมีขั้วและไม่มีขั้วเข้าด้วยกัน กล่าวคือจะดึงให้เบนซีน/โทลูอีนละลายเข้ามาอยู่ในชั้นน้ำ + ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และจะดึงเอาน้ำ/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้ละลายเข้าไปในชั้นเบนซีน/โทลูอีนได้ ด้วยเหตุนี้ในการวิเคราะห์หาปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดและ/หรือสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาไป จึงจำเป็นต้องมีการรวมเฟสทั้งสองให้กลายเป็นเฟสเดียวกันก่อน วิธีการที่เราใช้กันขณะนี้คือการเติมเอทานอลในปริมาณที่เหมาะสม โดยคาดหวังว่าปริมาตรของสารละลายเฟสเดียวที่ได้จะเท่ากับปริมาตรของสารละลาย 2 เฟสเดิม + ปริมาตรเอทานอลที่เติมเข้าไป (ในความเป็นจริงแล้วการผสมกันระหว่างเอทานอลกับน้ำจะได้สารผสมที่มีปริมาตรลดลงเล็กน้อย กล่าวคือ น้ำ 100 ml + เอทานอล 100 ml จะได้สารผสมที่มีปริมาตรน้อยกว่า 200 ml อยู่เล็กน้อย