ข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit (๓) MO Memoir : Thursday 4 May 2560

ระบบสาธารณูปโภคหลักของโรงงานได้แก่ น้ำ ไอน้ำ อากาศอัดความดัน แก๊สเฉื่อย (ปรกติก็คือไนโตรเจน) ไฟฟ้า ส่วนทางโรงงานจะผลิตขึ้นใช้เองทั้งหมดหรือจะรับจากแหล่งภายนอกทั้งหมดก็คงต้องพิจารณาเป็นกรณีไป ตัวอย่างเช่นอากาศอัดความดัน ที่เห็นกันทั่วไปแต่ละโรงงานก็จะตั้งหน่วยผลิตใช้เองภายใน (ติดตั้งเครื่องคอมเพรสเซอร์และถังเก็บ) น้ำใช้ก็จะรับมาจากแหล่งภายนอก ส่วนจะรับมาในรูปของน้ำดิบ (น้ำจากแหล่งเก็บจากธรรมชาติโดยตรง) หรือในรูปของน้ำประปานั้น ก็คงขึ้นอยู่กับแต่ละกรณี เช่นในกรณีของโรงงานที่ตั้งอยู่เป็นกลุ่ม อาจมีการรับน้ำดิบเข้ามาผลิตเป็นน้ำประปาใช้เองภายในกลุ่มโรงงาน (จะได้ไม่มีปัญหาเรื่องการแย่งน้ำใช้กับชุมชน) ในกรณีของแก๊สไนโตรเจนนั้น ถ้าเป็นโรงงานที่ตั้งรวมเป็นกลุ่มก็มักจะมีบริษัทที่ผลิตแก๊สเหล่านี้โดยตรงมาตั้งเครื่องกลั่นแยกอากาศ (เรียกว่า cold box) แล้วส่งไปขายให้โรงงานต่าง ๆ ทางระบบท่อ แต่ถ้าเป็นโรงงานที่ตั้งอยู่โดดเดี่ยวก็คงต้องใช้การส่งทางรถบรรทุกในรูปของไนโตรเจนเหลว นำมาถ่ายเก็บไว้ที่ถังเก็บ แล้วค่อยระเหยออกมาใช้งาน
 

ในส่วนของพลังงานไฟฟ้า ในบ้านเราแต่เดิมทีมักมีปัญหาเรื่องเสถียรภาพของพลังงานไฟฟ้า (คือไฟฟ้าดับเป็นประจำแบบเอาแน่เอานอนไม่ได้) ทำให้หลายโรงงานต้องมีการตั้งโรงไฟฟ้าใช้เอง โดยเฉพาะโรงงานที่ตั้งอยู่ห่างไกลจากโรงผลิตไฟฟ้า ปัจจุบัน ในโรงงานที่ตั้งเป็นกลุ่มนั้นอาจมีการตั้งโรงไฟฟ้าอยู่ในบริเวณเดียวกันเพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับโรงงานในกลุ่มอุตสาหกรรมเป็นหลัก หรือในกรณีของโรงงานขนาดใหญ่เช่นโรงกลั่นน้ำมันหรือโรงโอเลฟินส์ ก็อาจมีการตั้งโรงไฟฟ้าของตนเองขึ้นมาเพื่อใช้เองภายในโรงงานและจำหน่ายให้กับโรงงานที่ตั้งอยู่ในกลุ่มที่ตั้งเดียวกัน ในกรณีของโรงโอเลฟินส์นั้นยังมีพลังงานความร้อนเหลือเฟือ ที่สามารถนำไปใช้ผลิตไอน้ำเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักรแทนการใช้ไฟฟ้า (เช่นคอมเพรสเซอร์ที่ใช้อัดแก๊สก่อนเข้าสู่ระบบทำความเย็น) และจำหน่ายให้กับโรงงานข้างเคียงได้อีก
 

การซื้อไอน้ำจากโรงงานข้างเคียงก็มีข้อดีตรงที่ไม่ต้องไปแบกรับภาระเรื่องการดูแลระบบผลิตน้ำสำหรับหม้อไอน้ำและตัวหม้อไอน้ำ แต่ก็อาจเกิดปัญหาได้ถ้าหากโรงงานที่เป็นผู้จ่ายไอน้ำให้นั้นเกิดปัญหาในการเดินเครื่อง ทำให้ไม่สามารถจ่ายไอน้ำให้ได้ (โดยเฉพาะในกรณีที่ความร้อนที่ใช้ในการผลิตไอน้ำเป็นความร้อนที่ได้มาจากการระบายความร้อนของสารในกระบวนการผลิต) ดังนั้นการพิจารณาตรงนี้จึงควรพิจารณาจากหลายมุมมอง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของค่าใช้จ่าย หรือด้านเสถียรภาพของแหล่งจ่าย
 

สำหรับโรงงานที่มีการใช้ไอน้ำที่หลายระดับความดัน ก็ไม่จำเป็นต้องผลิตไอน้ำ (หรือรับซื้อไอน้ำ) ที่หลายระดับความดัน สามารถใช้วิธีการผลิต (หรือซื้อ) ไอน้ำที่ระดับความดันสูง แล้วค่อย ๆ ปรับลดระดับความดันลงให้เหลือระดับความดันต่าง ๆ ที่ต้องการใช้งานก็ได้

๖. ไอน้ำ (Steam)

ไอน้ำที่ความดันสูงจะมีปริมาตรจำเพาะต่ำ ทำให้ไม่ต้องใช้ท่อขนาดใหญ่ในการลำเลียง (ท่อเล็กถูกกว่าท่อใหญ่) แต่เนื่องจากมันมีอุณหภูมิสูง ดังนั้นอาจจำเป็นต้องใช้ท่อที่ทนอุณหภูมิสูงได้ (คือราคาท่อแพงขึ้นตามความสามารถในการทนอุณหภูมิสูงของโลหะ) การส่งไอน้ำไปเป็นระยะทางไกล ๆ ในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) ยังช่วงลดการควบแน่นของไอน้ำในระบบท่อส่ง โดยทางผู้รับสามารถเปลี่ยนให้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งดังกล่าวเป็นไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) ได้ด้วยการฉีดน้ำที่เป็นของเหลวที่ได้จากไอน้ำควบแน่น (steam condensate) เข้าไปผสมกับไอน้ำร้อนยวดยิ่งโดยใช้อุปกรณ์ที่ชื่อว่า desuperheater
  

น้ำที่ป้อนเข้าหม้อน้ำมักจะมีการเติมสารเคมีต่าง ๆ เพื่อให้เหมาะสมกับอุณหภูมิและความดันของไอน้ำที่จะผลิต ในทางทฤษฎีแล้วไอน้ำที่ระเหยออกมาจากหม้อไอน้ำนั้นควรมีแต่น้ำเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงมันจะมีสิ่งอื่นปนเปื้อนมาได้ เช่นเกลือแร่ต่าง ๆ ที่สลายตัวกลายเป็นไอหรือติดมาในรูปของหยดละอองน้ำเล็ก ๆ (carry over) มากับไอน้ำ น้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีเกลือแร่ละลายอยู่จะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก ดังนั้นเราจึงสามารถใช้ค่าการนำไฟฟ้าเป็นตัวบ่งบอกว่าน้ำนั้นมีแร่ธาตุรวมทั้งหมดแล้วเจือปนอยู่มากน้อยเท่าใด โดยไม่ต้องแยกวิเคราะห์ทุกตัว
 

ซิลิกาเป็นแร่ธาตุตัวหนึ่งที่ก่อปัญหาได้มากถ้าหากมันเกิดการสะสมในระบบท่อ ทั้งนี้เพราะมันไม่ละลายในกรดเหมือนกับตะกรันต่าง ๆ (ที่เป็นคราบหินปูนหรือเกลือ) พวกตะกรันต่าง ๆ ที่สะสมในหม้อไอน้ำหรือในระบบท่อนั้นสามารถล้างออกได้ด้วยการผ่านสารละลายกรด (ที่มีความเข้มข้นพอที่เหมาะสม) ให้ไหลเวียนภายในระบบ เพื่อเข้าไปละลายตะกรันต่าง ๆ นั้นออกมา แต่วิธีการใช้กรดละลายนี้ใช้ไม่ได้กับซิลิกา

ไอน้ำที่ควบแน่น (steam condensate) จะได้มาจากไอน้ำที่ระดับความดันต่าง ๆ ที่ควบแน่นจากการใช้งานให้ความร้อนที่อุปกรณ์ต่าง ๆ การเก็บรวบรวมไอน้ำที่ควบแน่นที่ต้องระบายออกจากระบบท่อส่งมักจะไม่ค่อยทำกันเนื่องจากแต่ละจุดระบายนั้นมักมีการระบายน้อย และกระจัดกระจายอยู่ทั่วไป

๗. ไนโตรเจน (Nitrogen)

ในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารไวไฟหรือใช้สารไวไฟจำนวนมาก (ไม่ว่าสารไวไฟนั้นจะเป็นของเหลวหรือแก๊สก็ตาม) จะมีการใช้ไนโตรเจนในการไล่อากาศออกจากระบบท่อและ vessel ต่าง ๆ ก่อนที่จะป้อนสารไวไฟเหล่านั้นเข้าระบบ และยังใช้ไนโตรเจนในการไล่ไอระเหยของสารไวไฟที่ค้างอยู่ใน vessel ต่าง ๆ ออกให้หมดก่อนที่จะป้อนอากาศเข้าไปก่อนเปิด vessel เพื่อทำการซ่อมบำรุง 
  

ตอนเอาไนโตรเจนไปไล่อากาศออก เราสามารถไล่ออกสู่บรรยากาศภายนอกได้เลย เพียงแต่เลือกจุดระบายออกให้อยู่ในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทดี ๆ หน่อย เพื่อที่ว่าเมื่อไล่อากาศออกไปหมดแล้ว แล้วมีไนโตรเจนรั่วออกมาแทน จะไม่เกิดการสะสมของแก๊สไนโตรเจนในบริเวณนั้นจนทำให้ผู้ที่ผ่านเข้าไปในบริเวณนั้นได้รับอันตรายจากการขาดอากาศได้ แต่ตอนเอาไนโตรเจนไปไล่ไอระเหยของสารเคมีออกจะวุ่นวายกว่า เพราะอาจจำเป็นต้องระบายสู่ระบบกำจัด (เช่นระบบ flare) เพื่อไม่ให้ไอสารเคมีที่ไล่ออกมานั้นก่ออันตราย (จะด้วยจากความเป็นพิษหรือการลุกติดไฟก็ตามแต่) ภายนอกได้

๘. น้ำ (Water)

- น้ำผ่านการปรับสภาพ (Treated water)

ความหมายของน้ำที่ผ่านการปรับสภาพนี้อาจหมายถึงน้ำประปา หรือน้ำจากแหล่งน้ำธรรมชาติ (ที่อาจเป็นแหล่งน้ำบนดินหรือแหล่งน้ำใต้ดิน) ที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพมาแล้วบางส่วน (เช่นกำจัดเอาของแข็งแขวนลอยออกไป) น้ำนี้จะถูกนำไปใช้เป็นน้ำประปาสำหรับการใช้งานทั่วไปในอาคารสำนักงาน หรือนำไปเข้าสู่กระบวนการปรับปรุงคุณภาพให้เหมาะสมกับการใช้งานต่อไป (เช่นเอาไปผลิตเป็นน้ำปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ หรือน้ำสำหรับป้อนเข้าหม้อน้ำ)

- น้ำปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ (Demineralized water)

การทำให้น้ำบริสุทธิ์ ให้ปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ สามารถทำได้ด้วยการกลั่นน้ำซ้ำหลายครั้ง (เช่นน้ำสำหรับใช้ผสมยาฉีดจะต้องผ่านกระบวนการกลั่นซ้ำถึง ๓ ครั้ง) หรือการแลกเปลี่ยนไอออน สำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องใช้น้ำบริสุทธิ์ในปริมาณมากเพื่อการผลิต การใช้การแลกเปลี่ยนไอออนมักจะเหมาะสมกว่า น้ำบริสุทธิ์ปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่นี้อาจนำไปใช้ผสมเข้ากับผลิตภัณฑ์โดยตรง ใช้ผลิตไอน้ำความบริสุทธิ์สูงเพื่อการฆ่าเชื้ออุปกรณ์ที่ต้องการความสะอาดสูง (เช่นเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตยาที่เป็นของเหลว)

ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำเป็นตัวบ่งบอกปริมาณแร่ธาตุทั้งหมด (ไม่แยกชนิด) ที่ละลายอยู่ในน้ำ ยิ่งค่านี้สูงมากเท่าใดก็แสดงว่าน้ำนั้นมีแร่ธาตุละลายอยูมาก ดังนั้นในการตรวจวัดหรือควบคุมคุณภาพน้ำจึงสามารถใช้ค่าการนำไฟฟ้านี้เป็นตัวบ่งบอกภาพรวมของคุณภาพน้ำนั้นก่อน ถ้าพบว่ามันสูงเกินกว่าที่กำหนดก็เรียกว่ามันไม่ผ่านเกณฑ์ ไม่จำเป็นต้องไปวัดหาปริมาณแร่ธาตุตัวอื่น แต่ถ้ามันผ่านเกณฑ์ก็ค่อยมาดูในรายละเอียดของแร่ธาตุตัวอื่นแต่ละตัวอีกที

- น้ำดับเพลิง (Fire water)

น้ำสำหรับดับเพลิงมีอยู่ด้วยกันสองส่วน ส่วนแรกคือน้ำที่จะใส่เข้าไปในท่อน้ำดับเพลิง เรียกว่าพอเปิดวาล์วก็จะมีน้ำไหลออกมาทันที ส่วนที่สองคือแหล่งน้ำจากภายนอกที่จะไหลเข้ามาในท่อดับเพลิงเมื่อมีการใช้น้ำดับเพลิง ความแตกต่างของท่อน้ำดับเพลิงจากท่อน้ำทั่วไปคือน้ำที่อยู่ในท่อดับเพลิงนั้นมักจะไม่มีการไหลเป็นเวลานาน ลักษณะเช่นนี้ทำให้ของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในน้ำตกค้างในระบบท่อและนำไปสู่การกัดกร่อนเฉพาะจุดได้ ส่งผลให้ท่อผุกร่อนได้ง่าย ประกอบกับการที่ท่อดับเพลิงอาจถูกวางฝังใต้ดิน (เพื่อป้องกันความเสียหายจากการระเบิด) ทำให้การตรวจสอบทำได้ยากหรือทำไม่ได้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการเติมสารเคมีบางชนิดผสมเข้าไปในน้ำที่จะใส่เข้าไปนอนรอในท่อดับเพลิงนั้น เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำในท่อกัดกร่อนท่อจากทางด้านใน และยังต้องทำ cathodic protection (การให้โลหะอื่นผุกร่อนแทนเหล็ก หรือใช้การจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแทน) เพื้อป้องกันการผุกร่อนของท่อเหล็กจากทางด้านนอกด้วย
 

แต่ถ้ามีเพลิงไหม้อย่างต่อเนื่อง ตอนนั้นก็คงไม่ต้องไปสนคุณภาพน้ำแล้ว ได้น้ำจากแหล่งไหนก็ใช้น้ำจากแหล่งนั้นเลย ด้วยเหตุนี้บางหน่วยงานจึงมีการสร้างสระน้ำขนาดใหญ่ (ที่อาจเป็นบ่อที่เกิดจากการขุดดินไปถมตำแหน่งอื่น แล้วใช้สระที่เกิดขึ้นนั้นเป็นบ่อรองรับน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วของโรงงาน ก่อนจะระบายน้ำนั้นออกไปหรือปล่อยให้มันซึมลงดิน หรือใช้สำหรับรดน้ำต้นไม้) ซึ่งนอกจากจะเป็นการปรับปรุงภูมิทัศน์ของที่ทำงานแล้ว ยังสามารถใช้น้ำจากสระน้ำนั้นเป็นน้ำสำรองในการดับเพลิงได้

เรื่องข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit ก็คงจะขอจบด้วยตอนที่ ๓ ณ ตำแหน่งนี้

สิ่งปนเปื้อนในน้ำ DI (ตอนที่ ๒) MO Memoir 2559 Feb 16 Tue

Memoir นี้เป็นบันทึกผลการทดลองเมื่อวาน และเป็นเรื่องสืบเนื่องจากที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๗

ฉบับที่ ๙๒๕ วันอาทิตย์ที่ ๑๘ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "สิ่งปนเปื้อนในน้ำ DI"

ฉบับที่ ๙๓๑ วันอาทิตย์ที่ ๒๕ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "พีคที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับ packing ในคอลัมน์ GC"

ซึ่งดูเหมือนว่าผลการทดลองเมื่อวานบ่งบอกว่าสิ่งที่เคยตั้งสมมุติฐานเอาไว้คงจะไม่ถูก

จากเหตุการณ์ต่อเนื่องมาหลายวันในสัปดาห์ที่แล้ว ที่พบพีคประหลาดในสัญญาณจาก ECD และจากการทดสอบก็ยืนยันว่ามันมาจากตัวอย่างที่ฉีดเข้าไป มาเช้าวันวานก็เลยตัดสินใจทำการทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐานที่ได้ตั้งกันไว้ และก็พบว่าสมมุติฐานที่เคยตั้งไว้นั้นมันไม่ถูกต้อง ดังนั้นก็คงต้องสืบหาสาเหตุกันต่อไป
 

แต่ก่อนอื่นขอเองโครมาโทแกรมผลการทดลองมาบันทึกเอาไว้ก่อน เพื่อกันลืม
 

เครื่อง GC ที่ใช้ทดสอบคือ GC-8A ของ Shimadzu ติดตั้งตัวตรวจวัด FID คอลัมน์ที่ใช้คือคอลัมน์ที่ใช้วิเคราะห์เบนซีนและฟีนอล ที่ต่อเข้ากับ port 2 ของเครื่อง ตั้งความดันไนโตรเจนไว้ที่ 75 kPa ความดันไฮโดรเจนไว้ที่ 50 kPa และความดันอากาศไว้ที่ 100 kPa อุณหภูมิ detector/injector และอุณหภูมิคอลัมน์ตั้งไว้ที่ 130ºC

รูปที่ ๑ รูปบนและล่างเป็นของน้ำ DI จากในแลป เก็บมาโดยใช้ภาชนะบรรจุสองภาชนะ (ทดสอบการปนเปื้อนจากภาชนะบรรจุ) ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล พบว่าพีคที่ได้มีลักษณะเหมือน ๆ กัน โดยฉีดเข้าซ้ำกันสองครั้งที่เวลา 0.0 และ 3.0 นาที

รูปที่ ๒ รูปบนเป็นของน้ำประปาของอาคารที่นำมาผลิตเป็นน้ำ DI ส่วนรูปล่างเป็นของน้ำประปาจากอาคารแลปเคมีพื้นฐานที่อยู่ข้างเคียง การทดลองนี้ต้องการตรวจสอบว่าเป็นผลมาจากถังพักน้ำประปาของอาคารหรือไม่ (ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล)

รูปที่ ๓ น้ำกลั่นจากแลปเคมีพื้นฐาน ผลิตจากน้ำประปาเช่นกัน โดยนำไปผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนก่อนที่จะนำไปกลั่น รูปบนและรูปล่างเป็นการใช้เข็มฉีดคนละเข็มกัน เพื่อทดสอบการปนเปื้อนจากเข็มฉีด (แต่รูปล่างได้ทำการทดลองไล่สิ่งตกค้างในคอลัมน์ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์จาก 130 เป็น 170ºC ประมาณ 20 นาที ก่อนทำการทดลอง ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล)

รูปที่ ๔ เป็นน้ำ DI ของแลป รูปบนเปลี่ยนเข็มฉีด (คนละอันกับที่ใช้ในรูปที่ ๑) ส่วนรูปล่างก็เป็นของการทดลองถัดมา โดยทำทดลองฉีดน้ำตัวอย่างใหม่ (มีการปรับค่า attenuation เพิ่มจาก 4 เป็น 6) แต่เปลี่ยนไปใช้คอลัมน์เปล่าที่ต่อเข้ากับ port 1 ของเครื่อง GC (ต้องการทดสอบผลของคอลัมน์และ detector) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที

รูปที่ ๕ รูปบนเป็นผลการทดลองด้วยการฉีดเข้าคอลัมน์เปล่าที่ port 1 ส่วนรูปล่างเป็นการทดลองฉีดอากาศเปล่าเข้าไป เพื่อต้องการทดสอบผลที่อาจเกิดจากการฉีด (การปักเข็มผ่าน septum) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที

รูปที่ ๖ รูปบนเป็นน้ำประปาจากตึกแลปเคมีพื้นฐาน นำมาฉีดเข้าคอลัมน์เปล่า ส่วนรูปล่างเป็นของน้ำดื่มบรรจุขวดที่มีคนนำมาดื่ม แต่ดื่มไม่หมดแล้ววางทิ้งไว้ในห้อง (เป็นการฉีดเข้าคอลัมน์เปล่า) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที

รูปที่ ๗ รูปบนเป็นของน้ำดื่มบรรจุขวดอีกขวดหนึ่ง (คนละยี่ห้อกับรูปที่ ๖) ที่มีคนนำมาดื่มและวางทิ้งไว้เช่นกัน ส่วนรูปล่างเป็นการทดลองโดยปรับเพิ่มอัตราส่วนไฮโดรเจนกับอากาศสำหรับ FID (เพิ่มความดันไฮโดรเจนจาก 50 kPa เป็น 100 kPa โดยยังคงความดันอากาศไว้ที่ 100 kPa เช่นเดิม) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 3.5 และ 5.0 นาที

รูปข้างล่างเป็นการแถมมาให้ เป็นบรรยากาศการถอดท่อเก็บตัวอย่างแก๊สเพื่อหาจุดอุดตันในระบบที่ทำกันเมื่อช่วงเช้าของวันนี้

พีคที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับ packing ในคอลัมน์ GC MO Memoir : Sunday 25 January 2558

Memoir ฉบับนี้เป็นเหตุการณ์ต่อเนื่องจากที่กล่าวไว้ใน Memoir เมื่อสัปดาห์ที่แล้วคือ ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๒๕ วันอาทิตย์ที่ ๑๘ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "สิ่งปนเปื้อนในน้ำDI" โดยฉบับนี้เป็นการวิเคราะห์หาสาเหตุที่อาจเป็นไปได้ที่ทำให้เกิดพีคประหลาดที่เล่าไว้ใน Memoir ฉบับที่ ๙๒๕
  

โดยในช่วงวันพฤหัสบดีที่ ๒๒ ผ่านมา ได้ทดลองนำเอาน้ำ DI ที่เคยพบพีคประหลาด น้ำกลั่นที่ผลิตจากห้องปฏิบัติการที่อยู่ต่างอาคารกัน และน้ำดื่มบรรจุขวด (ยี่ห้อหนึ่งที่ขายกันทั่วไป) มาทดลองฉีดเพื่อที่จะทดสอบดูว่ายังมีพีคประหลาดปรากฏให้เห็นหรือไม่ (ตรงนี้ขอย้ำนิดนึงว่าตัวตรวจวัดชนิด FID นั้นจะมองไม่เห็นน้ำ ดังนั้นสิ่งที่คาดหวังไว้เมื่อฉีดน้ำเข้าไปก็คือไม่ควรมีพีคใด ๆ ปรากฏ)

ผลออกมาก็คือยังคงปรากฏพีคประหลาดนั้นให้เห็น โดยพีคนั้นมีขนาดประมาณเดียวกัน ไม่ขึ้นกับแหล่งที่มาของน้ำตัวอย่างที่นำมาฉีด

เมื่อวันศุกร์ที่ ๒๓ ที่ผ่านมาจึงได้ทำการทดลองใหม่อีกครั้ง โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟระบบเดิมที่ใช้ในการทดลองก่อนหน้าคือเครื่อง Shimadzu GC-8A ติดตั้ง packed column ชนิดแก้วที่บรรจุ GP10% SP2100 พร้อมตัวตรวจวัดชนิด Flame Ionisation Detetor (FID) และบันทึกผลด้วยเครื่องอินทิเกรเตอร์ Shimadzu CR-8A ตั้งอุณหภูมิตัวตรวจวัดไว้ที่ 130ºC ความดัน carrier gas ขาเข้าคอลัมน์ตั้งไว้ที่ 60 kPa ค่า Range ของสัญญาณตั้งไว้ที่ 10¹ (ตั้งที่ตัวเครื่อง GC) ส่วนอุณหภูมิคอลัมน์นั้นได้ทำการทดลองที่อุณหภูมิต่าง ๆ กัน คือ 110ºC 130ºC และ 150ºC
  

แต่ก่อนอื่นได้ทำการเปลี่ยน septum ที่ injection port และใช้ syringe ตัวใหม่ในการฉีด เพื่อหาว่าพีคดังกล่าวมาจาก septum หรือการปนเปื้อนใน syringe หรือไม่ แต่ก็พบว่ายังมีพีคประหลาดปรากฏอยู่ที่เดิม ที่มีขนาดประมาณเดิม แสดงว่าพีคดังกล่าวไม่น่าจะเกี่ยวข้องกับ syringe หรือ septum
  

การทดสอบในขั้นต่อไปเป็นการนำเอาน้ำดื่มบรรจุขวดยี่ห้อหนึ่งมาฉีดทดสอบ (ครั้งละ 0.5 ไมโครลิตร) โดยแต่ละอุณหภูมิคอลัมน์ทำการฉีด ๓ ครั้งเปรียบเทียบกัน โครมาโทแกรมที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๑-๓ สิ่งที่พบก็คือตัวตรวจวัด FID ตรวจพบว่ามีบางสิ่งออกมาจากคอลัมน์ และสิ่งที่ออกมานั้นจะปรากฏเมื่อทำการฉีดน้ำตัวอย่างเข้าไป หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือถ้าไม่มีการฉีดน้ำตัวอย่างก็จะไม่มีพีคปรากฏ
  

และอีกสิ่งหนึ่งที่เห็นก็คือขนาดของพีคประหลาดนั้นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิคอลัมน์ที่ใช้ แม้ว่าจะฉีดน้ำตัวอย่างในปริมาณเท่าเดิมก็ตาม ซึ่งเป็นเรื่องน่าแปลก เพราะปรกติถ้าเราฉีดตัวอย่างที่เป็นสารอินทรีย์เข้าไป พื้นที่พีคที่ตัวตรวจวัดชนิด FID วัดได้จะขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่ฉีดเข้าไปในคอลัมน์ ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์ (อุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์ส่งผลต่อรูปร่างพีคและเวลาที่ออกมาพ้นคอลัมน์ แต่ไม่ส่งผลต่อพื้นที่พีค (ที่ถูกใช้เป็นตัวบ่งบอกปริมาณ) ที่วัดได้) แต่ในกรณีนี้กลับพบว่าเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิคอลัมน์ที่ใช้
  

ด้วยเหตุนี้จึงได้ทำการทดลองเพิ่มเติมโดยนำน้ำประปา (รองมาจากก๊อกน้ำ) มาทดลองฉีดดูบ้างที่ภาวะต่าง ๆ เหมือนกันหมดเว้นแต่ใช้อุณหภูมิคอลัมน์ 130ºC และ 110ºC ซึ่งได้โครมาโทแกรมดังแสดงในรูปที่ ๔ และ ๕ ซึ่งจะเห็นว่ายังคงมีพีคประหลาดนั้นปรากฏให้เห็น โดยตำแหน่งเวลาที่พีคนั้นปรากฏและพื้นที่พีคนั้นไม่ขึ้นกับชนิดของน้ำที่ฉีดเข้าไป แม้ว่าจะทำการฉีดน้ำตัวอย่างต่างชนิดกัน แต่ที่อุณหภูมิคอลัมน์เดียวกันกลับได้พีคที่มีขนาดพอ ๆ กัน

รูปที่ ๑ น้ำดื่มบรรจุขวด 0.5 ไมโครลิตร อุณหภูมิคอลัมน์ 110ºC
  

รูปที่ ๒ น้ำดื่มบรรจุขวด 0.5 ไมโครลิตร อุณหภูมิคอลัมน์ 130ºC
  

รูปที่ ๓ น้ำดื่มบรรจุขวด 0.5 ไมโครลิตร อุณหภูมิคอลัมน์ 150ºC
  

รูปที่ ๔ น้ำประปา 0.5 ไมโครลิตร อุณหภูมิคอลัมน์ 130ºC
  

รูปที่ ๕ น้ำประปา 0.5 ไมโครลิตร อุณหภูมิคอลัมน์ 110ºC
  

ตรงนี้ต้องของบันทึกข้อมูลเพิ่มเติมนิดนึงว่า ค่า Range ของเครื่อง GC ที่ใช้นั้นบ่งบอกถึงขนาดเต็มสเกลของสัญญาณที่วัด ถ้าตั้งค่า Range ไว้ต่ำจะสามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยได้ดี (ค่าต่ำสุดที่เครื่องยอมให้ตั้งได้คือ 10⁰) แต่ถ้าตัวอย่างมีปริมาณมากเกินไปจะทำให้ตัวตรวจวัดอิ่มตัวได้ง่าย (เปรียบเสมือนกับการตั้งมัลติมิเตอร์ไว้สำหรับวัดไฟ 2.5 V แต่นำไปวัดไฟ 250 V) ผลการทดลองที่นำมาแสดงนั้นตั้งค่า Range ไว้ที่ 10¹ และตั้งค่า Atttenuation ที่ตัวเครื่องอินทิเกรเตอร์ไว้ที่ 3 (ที่เขียนว่า ATTEN = 3 ในโครมาโทแกรม) เพื่อให้เห็นพีคชัดเจน (ค่า ATTEN เป็นตัวหารสัญญาณที่นำมาเขียนรูปกราฟ สำหรับเครื่องรุ่นนี้ตัวหารจะเพิ่มตาม 2ⁿ เมื่อ n คือตัวเลขที่เราป้อนเข้าไป ค่านี้ยิ่งมากตัวหารก็จะมากขึ้น พีคก็จะเห็นเล็กลง)
  

ผลการทดลองนี้ทำให้สงสัยว่า "น้ำ" ที่ฉีดเข้าไปนั้นอาจเข้าไปทำปฏิกิริยาอะไรบางอย่างกับ packing ที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์ เกิดเป็นสารที่ระเหยง่ายหลุดออกมาจากคอลัมน์ และปริมาณการเกิดนั้นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิคอลัมน์ที่เพิ่มมากขึ้น สิ่งที่พบนี้เป็นการแสดงให้เห็นความสำคัญของการทดสอบระบบก่อนว่าในการวัดของเรานั้นมีปัจจัยใดบ้างที่จะส่งผลต่อผลการวัดที่ได้ ด้วยการทำสิ่งที่เรียกว่า Blank test (ทดสอบในสภาพเหมือนจริง เว้นแต่ไม่มีการฉีดสารตัวที่ต้องการวัดเข้าไป) เพื่อทดสอบหาพีคแปลกปลอมที่อาจเกิดขึ้นจากตัวอุปกรณ์เอง การฉีดสาร หรือตัวทำละลายที่ใช้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการตรวจหาสัญญาณที่มีขนาดต่ำ (เช่นกรณีของการวัดค่าการละลายของไฮโดรคาร์บอนในน้ำที่เราจะทำการทดลองต่อไป)

ท้ายนี้ก็ขอปิดท้ายด้วยรูปบรรยากาศการฝึกการใช้ GC เครื่องดังกล่าวเมื่อวันพุธที่ ๒๔ ธันวาคม ๒๕๕๗ ที่ผ่านมา

อันที่จริงทั้งสามคนนั้นเขาสูงพอ ๆ กัน ที่เห็นคนที่กำลังฉีดสารนั้นตัวสูงกว่าคนอื่นเขาก็เพราะเขายืนเขย่งเต็มที่แล้วเพื่อจะได้ฉีดสารได้ถนัด

สิ่งปนเปื้อนในน้ำ DI MO Memoir : Sunday 18 January 2558

อาทิตย์ ๒๕ มกราคม ๒๕๕๘

เรื่องนี้มีการทดสอบต่อเนื่อง  และมีบันทึกเพิ่มเติมในเรื่อง "พีคที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับ packing ในคอลัมน์ GC" ใน Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒๕ มกราคม ๒๕๕๘  ดังนั้นถ้าท่านใดมาอ่านเรื่องนี้ก็ขอให้ตามไปอ่านบันทึกฉบับวันที่ ๒๕ มกราคม ๒๕๕๘ นั้นด้วย (กดที่ลิงค์ได้เลย)

เรื่องนี้สืบต่อมาจากฉบับเมื่อวาน คือยังคงเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา

  

ตอนที่หาตำแหน่งพีคโทลูอีนนั้น ก็พบว่ามันมีออกมาเพียงพีคเดียว แต่ตอนที่วัดค่าการละลายอิ่มตัวของโทลูอีนในน้ำปราศจากไอออนหรือที่เรียกว่าน้ำ DI (ย่อมาจาก Deionized water) นั้นกลับพบพีค ๒ พีคด้วยกัน คือมีพีคเล็ก ๆ หนึ่งพีคปรากฏอยู่หน้าพีคโทลูอีน ขนาดของพีคนี้ (ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่หรือความสูง) ไม่ขึ้นกับขนาดพีคโทลูอีนที่ปรากฏ (ดูรูปที่ ๑ ตรงลูกศรสีแดงชี้)

  

Flame Ionisation Detector (หรือที่เรียกแบบย่อ ๆ ว่า FID) นั้นมองเห็นเฉพาะสารอินทรีย์ที่เผาไหม้ได้ ในกรณีนี้คำถามที่ต้องตอบก็คือสารอินทรีย์อีกตัวที่เห็นนั้นมันมาจากไหน สมมุติฐานที่ลองตั้งเอาไว้ในใจตอนนั้นก็คือ

ข้อ ๑ สารปนเปื้อนนั้นมาจากภาชนะที่ใช้ในการทดลองหรือไม่ก็ตัวอุปกรณ์ที่ใช้ (magnetic bar ที่ใช้ปั่นกวน ท่อเก็บสารตัวอย่าง เข็มที่ปนเปื้อน)

ข้อ ๒ สารปนเปื้อนนั้นมาจากน้ำ DI ที่นำมาใช้ในการทดลอง

ข้อ ๓ สารนั้นอยู่ในตัวโทลูอีนเองอยู่แล้ว แต่มีอยู่ในปริมาณน้อยมาก (trace amount) เมื่อฉีดโทลูอีนบริสุทธิ์จากขวดก็เลยถูกพีคโทลูอีนบดบังเอาไว้ แต่เมื่อนำโทลูอีนมาผสมกับน้ำ DI สารปนเปื้อนนี้ละลายน้ำได้ดีกว่าโทลูอีนมากก็เลยมาปรากฏให้เห็นชัดเมื่อนำน้ำ DI ที่ต้องการวัดค่าการละลายของโทลูอีนมาฉีดวิเคราะห์

เพื่อทำการทดสอบหาว่าพีคดังกล่าวมาจากไหน จึงได้ให้ไปนำน้ำ DI ที่ใช้ในการทดลองนั้นมาฉีด GC ดู โดยใช้ภาชนะใบใหม่ไปบรรจุน้ำ (ล้างภาชนะนั้นด้วยน้ำ DI ก่อน ก่อนเติมน้ำ DI มาทดลองฉีด) ในรูปที่ ๒ นั้นโครมาโทแกรมรูปบนได้มาจากการฉีดน้ำที่มีโทลูอีนละลายอยู่ โครมาโทแกรมรูปกลางได้มาจากการนำเอาน้ำ DI จากถังมาฉีด จะเห็นว่ายังปรากฏพีคสารปนเปื้อนนั้นเหมือนเดิม และขนาดพีคสารปนเปื้อน (ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่หรือความสูง) ก็ประมาณเดียวกับที่เห็นก่อนหน้านี้ในรูปที่ ๑ ส่วนพีคโทลูอีนที่ปรากฏนั้นเป็นโทลูอีนที่ปนเปื้อนอยู่ที่เข็ม (เพราะใช้เข็มตัวเดิมในการฉีด) ก็เลยให้ทำการล้างเข็มใหม่อีกด้วยน้ำ DI และฉีดซ้ำอีกครั้ง ก็ได้โครมาโทแกรมดังที่ปรากฏในภาพล่างที่ยังคงมีพีคสารปนเปื้อนปรากฏในขนาดประมาณเท่าเดิม ส่วนพีคโทลูอีนนั้นมีขนาดเล็กลงไปมาก จึงสรุปได้ว่าพีคดังกล่าวมาจากสารที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำ DI ที่ใช้ในการทดลอง

ผลการทดลองนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความว่องไวในการตรวจวัดสารอินทรีย์ของตัวตรวจวัดชนิด FID แม้ว่าจะทำการล้างเข็มฉีดด้วยน้ำ DI ซ้ำหลายครั้งก็ยังปรากฏพีคโทลูอีน (ที่ติดมากับน้ำ DI ที่ทดสอบวัดค่าการละลาย) ให้เห็น สาเหตุหนึ่งอาจเป็นเพราะโทลูอีนละลายน้ำได้น้อย จึงไม่สามารถล้างโทลูอีนที่เกาะติดอยู่ที่เข็มฉีดให้หมดไปได้ง่าย ๆ ในกรณีนี้วิธีการที่ดีกว่าคือการล้างเข็มด้วยตัวทำละลายที่ละลายได้ทั้งในน้ำและในโทลูอีนก่อน (เช่นอะซีโทนหรือเอทานอล) เพื่อล้างโทลูอีนออกจากเข็ม จากนั้นจึงค่อยล้างเข็มด้วยน้ำ DI อีกทีหนึ่ง เพื่อล้างตัวทำละลายนั้นออกไป

ผลการทดลองนี้ยังแสดงให้เห็นปัญหาที่อาจเกิดถ้าทำการวัดความบริสุทธิ์ของน้ำด้วยการวัดค่าการนำไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว น้ำบริสุทธิ์นั้นมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก และถ้ามีไอออนละลายอยู่ก็จะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงขึ้น แต่ถ้าสารที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำนั้นมีค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าน้ำ (เช่นพวกสารอินทรีย์ที่ไม่มีขั้วหรือมีขั้วน้อย) การวัดค่าการนำไฟฟ้าก็จะไม่ฟ้องให้เห็นการปนเปื้อนสารเหล่านี้

รูปที่ ๑ พีคเล็ก ๆ ที่เวลาประมาณ 1.2-1.3 นาทีปรากฏอยู่หน้าพีคโทลูอีน ขนาดพีคนี้ค่อนข้างสม่ำเสมอและไม่ขึ้นกับขนาดพีคโทลูอีนที่ปรากฏ

รูปที่ ๒ โครมาโทแกรมรูปบนเป็นผลการฉีดก่อนทำการล้างเข็ม รูปกลางเป็นการฉีดน้ำ DI หลังจากล้างเข็มฉีดแล้ว รูปล่างเป็นการฉีดน้ำ DI เช่นกันแต่ให้ทำการล้างเข็มฉีดใหม่อีกครั้ง พบว่าพีคสารปนเปื้อนนั้นมีขนาดประมาณเท่าเดิมทั้งสามครั้ง

วันนี้เป็นวันที่สาวน้อยที่เคยเป็นสมาชิกรายหนึ่งของกลุ่มที่สำเร็จการศึกษาไปหลายปีแล้ว จะมีพิธีแต่งงานที่บ้านเกิดที่ประจวบคีรีขันธ์ ก็ขออวยพรให้คู่บ่าวสาวประสบแต่ความสุขความเจริญในชีวิตครอบครัวที่กำลังจะสร้างขึ้นมาใหม่นี้ตลอดไปชั่วกาล สวัสดี :)

การทำน้ำให้บริสุทธิ์สำหรับห้องปฏิบัติการ MO Memoir : วันพฤหัสบดีที่ ๒๑ สิงหาคม ๒๕๕๑

เอกสาร "A guide to laboratory water purification" จัดทำโดย Labconco Corporation ในไฟล์ที่แนบมาได้ให้แนวทางสำหรับเลือกวิธีการปรับสภาพน้ำให้เหมาะสมกับการใช้งานในห้องปฏิบัติการ รายละเอียดต่าง ๆ กรุณาอ่านเอาเองจากไฟล์ฉบับภาษาอังกฤษที่แนบมาให้ แต่ขอสรุปไว้คร่าว ๆ เพื่อช่วยในการอ่านดังนี้

1. คุณภาพของน้ำดิบที่นำมาทำเป็นน้ำบริสุทธิ์

คุณภาพของน้ำดิบเป็นปัจจัยหนึ่งที่สำคัญในการเลือกวิธีการ ตัวอย่างเช่นน้ำดิบที่ใช้คือน้ำประปา การทำให้น้ำประปาบริสุทธิ์ก็จะเลือกได้หลายวิธีการ แต่ถ้าเป็นจากแหล่งธรรมชาติ อาจจำเป็นต้องมีบางกระบวนการเพิ่มเติมเข้ามาหรือบางกระบวนการไม่สามารถใช้ได้โดยตรง (คุณอาจใช้วิธีการกลั่นเพื่อให้น้ำที่ได้จากแหล่งธรรมชาติกลายเป็นน้ำบริสุทธิ์ได้ แต่ถ้าใช้การแลกเปลี่ยนไอออนจะไม่สามารถใช้ได้เพราะสิ่งสกปรกต่าง ๆ ที่มากับน้ำจะเข้าไปอุดตันเรซิน)

อีกประการหนึ่งที่ควรคำนึงคือน้ำประปาในแต่ละท้องที่อาจมีคุณสมบัติไม่เหมือนกัน เนื่องจากน้ำดิบที่นำมาผลิตน้ำประปามีคุณสมบัติแตกต่างกัน ใครที่มีบ้านอยู่ต่างจังหวัดคงจะทราบดี ดังนั้นวิธีการที่ใช้ได้ดีกับน้ำประปาในจังหวัดหนึ่งอาจจะไม่ค่อยเหมาะสมกับน้ำประปาในอีกจังหวัดหนึ่งก็ได้

2. ชนิดและระดับความเข้มข้นของสิ่งที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำ

ถ้าคุณเอาน้ำไปใช้ในการเตรียมสารละลายกรด-ด่างประเภท HCl NaOH H2SO4 หรืออะไรทำนองนี้ คุณคงไม่ต้องกังวลว่าน้ำนั้นจะมีเชื้อแบคทีเรียปนอยู่หรือไม่ แต่ถ้าคุณต้องการนำน้ำนั้นไปเลี้ยงเชื้อ ก็ต้องระวังการปนเปื้อนจากเชื้อที่ไม่ต้องการที่มากับน้ำ ในกรณีที่คุณเตรียมสารเพื่อทำการไทเทรต (โดยทั่วไปการไทเทรตจะใช้ได้ดีกับสารที่มีความเข้มข้นอยู่ในระดับ 0.01 M หรือสูงกว่า) ไอออนต่าง ๆ ที่ปนเปื้อนอยู่ในระดับ ppm ก็อาจถือได้ว่าไม่ส่งผลรบกวนใด ๆ ต่อการวัด แต่ถ้าคุณเตรียมสารละลายเพื่อวัดปริมาณด้วยเทคนิค atomic absorption หรือทำการวิเคราะห์ trace analysis ซึ่งอาจวิเคราะห์หาสารปริมาณระดับ ppm หรือ ppb การปนเปื้อนในระดับ ppm ถือว่ายอมรับไม่ได้

3. ค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่อง การดูแลรักษา และการซ่อมบำรุง

บางเทคนิคอาจมีค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่องสูง เช่นการกลั่น เพราะต้องใช้ไฟฟ้าในการต้มน้ำและมีการปล่อยน้ำทิ้งไปส่วนหนึ่ง แต่ตัวอุปกรณ์ไม่ต้องการการดูแลรักษาและซ่อมบำรุงมากมาย แค่ล้างตะกรันเป็นระยะ ผลิตน้ำกลั่นได้ในปริมาณมากอย่างต่อเนื่องก่อนที่จะถึงวงรอบการบำรุงรักษา (ปรกติก็คือการล้างตะกรัน แต่ถ้าน้ำดิบที่นำมาผลิตมี อุปกรณ์พวกการกรองหรือใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออนอาจมีค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่องต่ำ แต่ต้องทำการซ่อมบำรุงและเปลี่ยนชิ้นส่วน/อุปกรณ์เป็นระยะ (ถ้าเป็นหน่วยราชการแล้วไม่ได้ตั้งงบพวกนี้เอาไว้ด้วยรับรองว่าวุ่นวายเลย เพราะปรกติหน่วยราชการจะมีงบให้ซื้อของแต่ไม่มีงบสำหรับการเดินเครื่อง บำรุงรักษาเป็นระยะ หรือซื้อวัสดุสิ้นเปลืองในการใช้งาน) เคยมีเหตุการณ์ที่หน่วยงานหนึ่งต้องการน้ำบริสุทธิ์ใช้งานทีละมาก ๆ เสมอแต่ดันไปซื้อเครื่องทำน้ำดีมิน (ซึ่งน่าจะมีขนาดเล็กเกินไปกับงานที่ทำอยู่) มาใช้ ปรากฏว่าตัวเครื่องถึงกำหนดที่ต้องทำการบำรุงรักษาก่อนที่จะผลิตน้ำได้ในปริมาณที่ต้องการ ก็เลยต้องวิ่งไปหาน้ำจากหน่วยงานอื่นมาใช้ การเลือกใช้อุปกรณ์แบบไหนก็ต้องดูว่าตัวเองมีทรัพยากรแบบใดพร้อม

น้ำบริสุทธิ์ (Purified water) MO Memoir : วันอังคารที่ ๑๙ สิงหาคม ๒๕๕๑

เมื่อวันจันทร์ที่ 18 สิงหาคม 2551 ได้ลองถามนิสิตดูว่าในห้องแลปมีถังน้ำอยู่ 2 ใบ ในหนึ่งใส่น้ำกลั่น (distilled water) และอีกใบหนึ่งใส่น้ำดีมิน (ดีมิน ไม่ใช่ดีหมี เป็นชื่อย่อมาจากภาษาอังกฤษว่า demineralized water หรือ deionized water) เวลาที่เลือกใช้จะเลือกใช้ถังไหน เพราะเหตุใด และน้ำทั้งสองถังต่างกันอย่างไร ปรากฏว่าไม่มีใครให้เหตุผลได้ว่าทำไมเลือกใช้น้ำจากถังนั้น และอธิบายไม่ได้ว่าน้ำทั้งสองถังต่างกันอย่างไร เอาเป็นว่าใช้ตามรุ่นพี่ก็แล้วกัน คำตอบว่า "ทำตามรุ่นพี่" ถือเป็นเหตุผลครอบจักรวาลของแลป ที่สามารถหักล้างเหตุผลทางวิทยาศาสตร์และไสยศาสตร์ใด ๆ ได้อย่างห้ามมีข้อโต้แย้งหรือข้อสงสัยใด ๆ ทั้งสิ้นถ้าอยากเรียนจบอย่างสบาย ๆ พูดอีกนัยหนึ่งคือรุ่นพี่ทำถูกเสมอ เคยคิดอยู่เหมือนกันว่าจะลองรวบรวมเหตุผล/ความเชื่อเหล่านี้มาเขียนเป็นเรื่องเล่าสักเรื่องในทำนองเดียวกับที่ฝรั่งเรียกว่า Urban legend หรือเรื่องเล่าขานตำนานเมือง แต่ในที่นี้คงต้องเรียกว่า Laboratory legend

จริง ๆ แล้วเรื่องที่นิสิตปฏิบัติต่อน้ำกลั่นและน้ำดีมินไม่เหมือนกันนี้เห็นมานานแล้ว และได้ทำการอธิบายไปหลายรุ่นแล้ว วันนี้จึงขอบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษรสักที

ในห้องปฏิบัติการเคมีจำเป็นต้องมีน้ำบริสุทธิ์สำหรับใช้ในการเตรียมสารเคมีต่าง ๆ แหล่งที่มาของน้ำบริสุทธิ์นั้นอาจมาจากการจัดซื้อจากผู้ผลิตขายโดยตรง หรือผลิตใช้เองในห้องปฏิบัติการจากแหล่งน้ำที่มีอยู่ (โดยทั่วไปก็คือน้ำประปานั่นแหละ) น้ำบริสุทธิ์ในที่นี้หมายถึงน้ำที่มีแต่โมเลกุล H2O เท่านั้นโดยไม่มีสิ่งแปลกปลอมอื่นใดเจือปนอยู่ (ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของสารละลายหรือแขวนลอยอยู่ก็ตาม) แต่ในทางปฏิบัตินั้นเรามักไม่จำเป็นต้องใช้น้ำที่มีความบริสุทธิ์ขนาดนั้นเสมอ ใช้น้ำบริสุทธิ์เพียงแค่สิ่งเจือปนที่มีอยู่นั้นมีอยู่น้อยมากจนไม่ส่งผลกระทบต่อการนำไปใช้งานได้ก็พอ ซึ่งระดับการอยู่ของสิ่งเจือปนนั้นจะขึ้นอยู่กับแต่ละงาน บางงานก็ยอมให้มีอยู่ได้มากในขณะที่บางงานก็ยอมให้มีอยู่ได้น้อยมาก

การทำให้น้ำบริสุทธิ์ (Water purification) กับการปรับสภาพน้ำ (Water treatment) นั้นไม่เหมือนกัน การทำให้น้ำบริสุทธิ์จะมุ่งเน้นไปที่การเอาสิ่งต่าง ๆ ที่ไม่ใช่โมเลกุลน้ำออกจากน้ำนั้น (หรือเอาน้ำออกมาจากสิ่งปนเปื้อนเหล่านั้น) ส่วนการปรับสภาพน้ำนั้นคือการทำให้น้ำมีคุณสมบัติดังต้องการ เช่น ไม่กัดกร่อน ไม่ทำให้เกิดโฟมเวลาต้ม ไม่เกิดการเดือดอย่างรุนแรง ฯลฯ ซึ่งการปรับสภาพน้ำมักเกี่ยวข้องกับการเติมสารเคมีที่เหมาะสมเข้าไปในน้ำเพื่อให้น้ำมีคุณสมบัติดังต้องการ ในที่นี้จะขอไม่กล่าวถึงการปรับสภาพน้ำแต่จะกล่าวเฉพาะการทำให้น้ำบริสุทธิ์

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจก่อนว่าสิ่งเจือปนที่มากับน้ำนั้นมีอะไรได้บ้าง เพราะการเลือกวิธีการทำให้น้ำบริสุทธิ์นั้นจะขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งเจือปน ในที่นี้ขอจะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มคือ พวกที่ไม่ละลายน้ำ และพวกที่ละลายน้ำ

พวกที่ไม่ละลายน้ำคือพวกสารแขวนลอยต่าง ๆ อาจอยู่ในรูปของของแข็งหรือคอลลอยด์ ซึ่งอาจเป็นสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำ ตะกอนของแข็ง หรือเชื้อจุลชีพต่าง ๆ (แบคทีเรีย สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ฯลฯ) ปรกติแล้วสิ่งปนเปื้อนพวกนี้จะสามารถกำจัดได้ได้ด้วยวิธีการกรองที่เหมาะสม

พวกที่ละลายน้ำได้แก่พวกเกลือแร่ต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในรูปของไอออน และสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ที่ละลายอยู่ในรูปของโมเลกุล ในส่วนของน้ำประปาที่เราใช้ผลิตน้ำบริสุทธิ์ในห้องปฏิบัติการเคมีนั้น สิ่งปนเปื้อนส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปไอออนต่าง ๆ ที่มากับแหล่งน้ำดิบที่ใช้ในการผลิตน้ำประปามากกว่าที่จะเป็นสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ แหล่งที่มาของสารอินทรีย์อาจเป็นตัวแหล่งน้ำดิบเอง หรือจากถังพัก/บ่อพักน้ำของอาคาร (ปรกติแล้วน้ำประปาจะไม่จ่ายตรงเข้าไปในอาคารเนื่องจากแรงดันไม่พอและไม่ทันกับความต้องการเมื่อมีการต้องการใช้งานมาก ตัวอาคารจึงต้องมีบ่อพักน้ำสำหรับเก็บน้ำประปา (ซึ่งอยู่ด้านล่างอาคาร) แล้วจึงสูบน้ำจากบ่อพักนี้จ่ายออกไปหรือส่งไปเก็บบนถังพักน้ำที่อยู่ด้านบนอาคารให้จ่ายน้ำไหลลงมาอีกทีหนึ่ง บ่อพักน้ำ/ถังพักน้ำเหล่านี้ถ้าปิดไม่สนิทก็อาจมีตัวอะไรต่อมิอะไรตกลงไปจมน้ำตายอยู่ข้างในได้ ที่โหดหน่อยดูเหมือนจะเป็นการเอาศพคนไปซ่อนที่มีข่าวเมื่อไม่นานนี้)

เกลือแร่ที่ละลายอยู่จะทำให้น้ำมีรสชาติแตกต่างกัน (ถ้าดื่มน้ำแร่ที่เป็นน้ำแร่จริง น้ำบรรจุขวดพลาสติกใส และขวดพลาสติกขุ่น หลายหลายยี่ห้อกัน จะพบได้ว่าน้ำมีรสชาติแตกต่างกัน แต่มีข้อแม้ว่าต้องไม่ใช่พวกลิ้นจระเข้นะ) ส่วนสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่จะทำให้น้ำมีกลิ่น

วิธีการหลักในการทำให้น้ำบริสุทธิ์ที่ใช้กันในห้องปฏิบัติการเคมีมีอยู่ 2 วิธีการด้วยกันคือการกลั่นและการแลกเปลี่ยนไอออน

1) การกลั่น
การกลั่นเป็นการนำน้ำออกจากสิ่งเจือปนโดยการให้ความร้อนแก่น้ำจนน้ำระเหยออกเป็นไอน้ำ จากนั้นจึงทำการควบแน่นไอน้ำที่กลั่นได้ ในทางทฤษฎีแล้วควรจะได้น้ำบริสุทธิ์ แต่ในทางปฏิบัติจะพบว่าน้ำที่ได้ยังอาจมีไอออนบางส่วนละลายอยู่ ทั้งนี้เป็นเพราะว่าในขณะที่ทำการกลั่นนั้นน้ำอาจเกิดการเดือดรุนแรง ทำให้มีบางส่วนหลุดรอดติดมากับไอน้ำในรูปของหยดน้ำเล็ก ๆ (เหมือนกับที่เราไปนั่งริมทะเลแล้วรู้สึกเหนียวตัวทั้ง ๆ ที่ไม่ได้ลงน้ำทะเล เป็นเพราะลมจากทะเลพัดเอาน้ำทะเลมาในรูปละอองเล็ก ๆ มาเกาะตัวเรา หรือเวลาที่เอารถไปเที่ยวทะเลและเอาไปจอดใกล้กับทะเล จะมีคำแนะนำว่ากลับจากเที่ยวแล้วให้รีบล้างรถ เพราะเกลือที่มากับละอองน้ำทะเลจะทำให้เหล็กเป็นสนิมได้ง่าย) โดยทั่วไปถ้าอุปกรณ์ที่ใช้ทำการกลั่นและอุปกรณ์รองรับน้ำมีความสะอาดมากพอ น้ำที่ได้ก็จะมีความบริสุทธิ์มากด้วยการกลั่นครั้งเดียว และเพียงพอสำหรับงานส่วนใหญ่ในห้องปฏิบัติการเคมีทั่วไป ข้อเสียของการกลั่นคือสิ้นเปลืองพลังงานมาก แต่ก็มีข้อดีคืออุปกรณ์ไม่ต้องการการดูแลรักษามาก แค่ทำการล้างตะกรันที่เกิดจากการต้มน้ำทิ้งเป็นระยะก็พอ ที่เคยใช้อยู่ก็ซื้อมาตั้งกว่า 10 ปีแล้ว ในช่วงเปิดเทอมก็เดินเครื่องกัน 8 ชั่วโมงต่อวัน 5 วันต่อสัปดาห์ ก็ยังไม่เคยมีปัญหาต้องให้ช่างมาดูแลหรือซ่อมบำรุงใด ๆ ทำเพียงแค่ล้างคราบตะกรันช่วงปิดเทอมเท่านั้นเองด้วยการแช่กรดเจือจาง

2) การแลกเปลี่ยนไอออน
การแลกเปลี่ยนไอออนเป็นการทำให้น้ำบริสุทธิ์โดยการกำจัดเอาไอออนบวกที่ไม่ใช่ H+ และไอออนลบที่ไม่ใช่ OH- ออกจากน้ำ โดยทั่วไปจะใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน เมื่อเปรียบเทียบกับการกลั่นแล้วการแลกเปลี่ยนไอออนจะใช้พลังงานน้อยกว่า (เพราะไม่ต้องทำให้น้ำเดือด และต้องสูญเสียความร้อนทิ้งไปตอนทำให้ไอน้ำควบแน่น) แต่ต้องมีการบำรุงรักษาไส้กรองหรือเรซินแลกเปลี่ยนไอออน (เครื่องดูไฮเทคแต่บอบบาง) น้ำที่ผลิตได้จากกระบวนการนี้เรียกว่าน้ำปราศจากเกลือแร่ (demineralized water หรือน้ำดีมิน) หรือน้ำปราศจากไอออน (deionized water) นั่นเอง

ดังนั้นการที่เรียกว่าน้ำนั้นเป็นน้ำกลั่นหรือน้ำดีมินจึงเป็นการเรียกตามกระบวนการผลิต และถ้าน้ำนั้นมีความบริสุทธิ์เหมือนกันก็สามารถใช้แทนกันได้ ไม่ได้มีกติกาใดบอกว่าน้ำกลั่นดีกว่าน้ำดีมินหรือน้ำดีมินดีกว่าน้ำกลั่น ที่เคยนำมาวิเคราะห์ด้วยการวัดค่าการนำไฟฟ้าก็พบว่ามีความบริสุทธิ์เหมือนกัน ถ้าจะแตกต่างกันน่าจะเป็นผลจากการปนเปื้อนที่ภาชนะบรรจุหรือไม่ได้ทำการบำรุงรักษาอุปกรณ์ตามเวลาที่สมควรมากกว่า

ตัวที่จะเป็นปัญหามากกว่าน่าจะเป็นสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ ในกรณีของน้ำกลั่นนั้นสารอินทรีย์นั้นอาจจะระเหยมาพร้อมกับน้ำเมื่อเราทำการต้ม และควบแน่นพร้อมกับไอน้ำที่ควบแน่นด้วย ในการกลั่นนั้นถ้าสารอินทรีย์นั้นจุดเดือดสูงกว่าน้ำก็จะระเหยได้น้อยกว่า แต่ถ้าสารอินทรีย์นั้นจุดเดือดต่ำกว่าน้ำก็จะควบแน่นได้น้อยกว่า ส่วนการแลกเปลี่ยนไอออนนั้นต้องใช้ตัวกรองที่แตกต่างไปจากเรซินแลกเปลี่ยนไอออน ตัวหนึ่งที่ใช้กันก็คือพวกถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งพวกนี้จะจับสารอินทรีย์ ส่วนพวกเรซินจะจับกับไอออนต่าง ๆ โดยไม่ยุ่งกับสารอินทรีย์ แต่สำหรับน้ำประปาที่เราใช้มาผลิตน้ำกลั่นหรือน้ำดีมินนั้นถือได้ว่ามีพวกนี้อยู่น้อยมากหรือไม่มีก็ได้

อีกพวกหนึ่งที่ปนเปื้อนในน้ำคือเชื้อโรคต่าง ๆ (เชื้อแบคทีเรีย สาหร่ายเซลล์เดียวที่ทำให้เป็นตะไคร่ ฯลฯ) พวกนี้มีวิธีฆ่าได้หลายวิธี เช่นใช้โอโซน ใช้รังสียูวี ทำการต้ม แต่วิธีการเหล่านี้เพียงแค่ทำให้เชื้อเหล่านี้ตาย กลายเป็นซากศพที่ยังอยู่ในน้ำ ถ้าอยากกำจัดออกก็ต้องทำการกรองเอาซากศพพวกนี้ออกหรือทำการกลั่นเพื่อระเหยเอาโมเลกุลน้ำออกจากซากศพเหล่านี้ แต่จะว่าไปแล้วถ้าใช้ไส้กรองที่มีขนาดรูเล็กมากก็จะสามารถดักเชื้อเหล่านี้เอาไว้ได้ (โดยที่ไม่ได้ฆ่ามัน) และน้ำที่ผ่านออกไปก็จะปราศจากเชื้อเหล่านี้
การวัดความบริสุทธิ์ของน้ำทำได้โดยการวัดค่าการนำไฟฟ้าหรือความต้านทาน น้ำบริสุทธิ์จะนำไฟฟ้าได้ต่ำมาก แต่ถ้ามีไอออนปนอยู่จะนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น ดังนั้นถ้าน้ำไม่มีเกลือแร่ใดละลายอยู่เลยน้ำจะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำมาก (หรือมีค่าความต้านทานที่สูงมาก) ปรกติน้ำกลั่นที่ใช้ในห้องปฏิบัติการที่เคยวัดค่าการนำไฟฟ้าจะได้ไม่เกิน 2 ไมโครซีเมนต์ต่อเซนติเมตร ส่วนน้ำดีมินก็อยู่ในระดับเดียวกัน บางคนคิดน้ำการวัดความบริสุทธิ์ของน้ำดูได้จากค่าพีเอช โดยน้ำบริสุทธิ์จะมีค่าพีเอชเท่ากับ 7 ซึ่งเป็นความเชื่อที่ถูกแต่ว่าในทางกลับกันไม่ใช่ กล่าวคือน้ำบริสุทธิ์มีค่าพีเอชเท่ากับ 7 แต่น้ำที่มีค่าพีเอชเท่ากับ 7 ไม่จำเป็นต้องเป็นน้ำบริสุทธิ์ เพราะถ้าน้ำนั้นมีสารอะไรก็ตามที่ไม่ใช่กรดหรือเบสละลายอยู่ (เช่นเกลือแกง) น้ำนั้นก็จะมีค่าพีเอชเป็น 7 เช่นเดียวกันกับน้ำบริสุทธิ์ แต่ค่าการนำไฟฟ้า (หรือความต้านทาน) จะแตกต่างกัน และถ้าจะวัดกันจริง ๆ แล้วอาจจะพบว่าค่าพีเอชของน้ำบริสุทธิ์ที่ผลิตได้อาจมีค่าน้อยกว่า 7 ได้เล็กน้อย ทั้งนี้เป็นเพราะ CO2 ในอากาศละลายลงไปในน้ำทำให้เห็นว่าน้ำมีความเป็นกรดเล็กน้อย

หลอดเอ็กซ์เรย์ของเครื่อง XRD ในห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องใช้น้ำที่สะอาดมากในการระบายความร้อน ทั้งนี้เป็นเพราะเส้นทางการไหลของน้ำในตัวหลอดเป็นเส้นทางเล็ก ๆ และในระหว่างใช้งานหลอดจะมีความร้อนสูง และถ้าน้ำมีเกลือแร่บางอย่างปนอยู่ โดยเฉพาะพวกที่ละลายน้ำได้น้อยในน้ำร้อน (พวกหินปูนต่าง ๆ) เกลือแร่พวกนี้ก็จะกลายเป็นตะกรันกีดขวางเส้นทางการไหลของน้ำ ทำให้ประสิทธิภาพในการระบายความร้อนลดลง เพื่อเป็นการป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับตัวหลอดจึงได้มีการติดตั้งเครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้าและต่อเข้ากับวงจรควบคุม โดยถ้าน้ำมีค่าการนำไฟฟ้าสูงเกินกำหนดก็จะไม่สามารถเปิดใช้งานหลอดเอ็กซ์เรย์ได้

แต่ก่อนมีแต่น้ำกลั่นใช้ ต้องไปขนกันมาจากแลปเคมีที่ตึกข้าง ๆ ต่อมาก็มีเครื่องทำน้ำดีมินมาติดตั้งในแลป ทุกคนก็แห่กันมาใช้น้ำดีมินกันใหญ่เพราะขี้เกียจไปขนน้ำ ในปัจจุบันแม้ว่าเครื่องผลิตน้ำดีมินจะถูกย้ายออกไปแล้วแต่ก็ดูเหมือนว่ายังชอบใช้น้ำดีมินกันอยู่ เพราะถ้ามันหมดก็ไม่ต้องเดินไปไกลข้ามตึก แค่เดินขึ้นลงชั้นเดียวก็ได้แล้ว นอกจากนี้ก็ยังมีการสร้างความเชื่อขึ้นมาว่า น้ำดีมินดีกว่าน้ำกลั่น น้ำดีมินไม่เหมือนน้ำกลั่น น้ำดีมินกับน้ำกลั่นใช้แทนกันไม่ได้ สาเหตุหนึ่งอาจเกิดจากความไม่รู้ หรือเกิดจากการที่ไม่ต้องการไปขนน้ำกลั่นเมื่อน้ำกลั่นหมด ก็เลยสร้างความเชื่อหรือยอมรับคำอธิบายที่ทำให้ตัวเองสบาย ไม่ต้องรับผิดชอบอะไรมากเกินไป