ข้อพึงระวังในการแปลผลการทดลอง MO Memoir : Thursday 13 March 2557

เมื่อวานได้รับมอบหมายให้เป็นกรรมการให้คะแนนบอร์ดซีเนียร์โปรเจค ได้เห็นผลการทดลองต่าง ๆ ที่น่าสนใจ และควรต้องใช้ความระมัดระวังมากในการแปลผล ก็เลยขอนำมาเล่าสู่กันฟัง

เรื่องที่ ๑ พีคอยู่ตรงไหน

ในงานด้าน spectroscopy นั้น ขนาดของพีค (ความสูงหรือความกว้าง) จะบ่งบอกให้ทราบถึงปริมาณสารได้ กล่าวคือถ้ามีสารนั้นมาก ก็จะเห็นพีคการดูดกลืนแสงของสารนั้นมากตามไปด้วย
 

แต่สิ่งที่ต้องระวังก็คือ "ความเข้มของการดูดกลืน" หรือปริมาณแสงที่หายไป กับ "ปริมาณสาร" นั้นไม่จำเป็นต้องแปรผันเป็นเส้นตรง มันขึ้นอยู่กับหน่วยที่ใช้แสดงการวัดปริมาณแสงที่หายไป และช่วงความเข้มข้นของสาร
 

อีกประเด็นหนึ่งก็คือสัญญาณในบางช่วงความยาวคลื่นนั้นมันมีการทับซ้อนกันมาก โดยเฉพาะพื้นผิวของแข็ง และเมื่อพีคนั้นมีขนาดเล็ก ยิ่งต้องระวังมากในการ (ก) แยกว่าพีคที่เห็นนั้นคือสัญญาณการดูดกลืนหรือสัญญาณรบกวน (noise) และ (ข) ระดับของเส้น base line นั้นอยู่ตรงไหน

รูปในหน้าที่แล้วเป็นรูปสัญญาณ FT-Raman โดยปรกติแล้วสัญญาณ Raman จะแสดงความยาวคลื่นที่ "เปลี่ยน หรือ shift" ไปจากความยาวคลื่นที่ยิงเข้าใส่ตัวอย่าง โดยมักจะแสดงความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นแกน x จึงไม่ใช่ความยาวคลื่นที่แท้จริงของแสงที่วัดได้ ความยาวคลื่นที่แท้จริงของแสงที่วัดได้จะคำนวณได้จากค่าความยาวคลื่นแสงที่ยิงเข้าไป และนำค่า Raman shift นี้ไปปรับแก้
 

อีกประเด็นที่ต้องระวังในการพิจารณาคือ การใช้ "อัตราส่วน" ในการแสดงปริมาณสัมพัทธ์ระหว่างสารสองชนิด เพราะถ้าหากตัวหารมีค่าน้อยแล้ว ตัวเลขค่าอัตราส่วนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้ว่าขนาดตัวหารจะเปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อยก็ตาม
 

เรื่องข้อควรคำนึงในการอ่านผล spectroscopy นี้เคยเล่าไว้บ้างแล้วก่อนหน้านี้ใน Memoir

ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๗๐ วันพุธที่ ๒๗ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๓๗ NoiseหรือPeak"

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๐๘ วันเสาร์ที่ ๒๒ กันยายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "ความสัมพันธ์ระหว่างค่าการดูดกลืนแสง(Absorbance)กับความเข้มข้น" และ

ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๖๖ วันศุกร์ที่ ๑๓ กันยายน พ.ศ. ๒๕๕๖ เรื่อง "ค่าsignalto noise ratio ที่ต่ำที่สุด"

เรื่องที่ ๒ เริ่มนับ conversion ที่ตรงไหนดี

รูปข้างล่างเป็นผลการทดลองใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ในการกำจัด Methylene blue ที่ละลายอยู่ในน้ำ ในการทดลองนั้นผู้ทดลองนำตัวเร่งปฏิกิริยาใส่ลงในภาชนะที่มีสารละลาย Methylene blue อยู่ (เริ่มจับเวลาตำแหน่ง 0 นาที) แล้วทำการปั่นกวนในที่มืดเป็นเวลา 15 นาที (ถึงเวลา 15 นาที) จากนั้นจึงเปิดหลอดไฟให้แสง และเริ่มเก็บตัวอย่างสารละลายมาวัดความเข้มข้นของ Methylene blue ด้วยเทคนิคทางด้าน spectrometer ตัวเร่งปฏิกิริยา P25 คือตัวที่ใช้เป็นตัวเปรียบเทียบ
 

สิ่งที่น่าสนใจของผลการทดลองนี้ก็คือการหายไปของ Methylene blue ในช่วง 15 นาทีแรกที่ยังไม่มีการใช้แสง ซึ่งต้องอธิบายให้ได้ว่าเกิดจากสาเหตุใด เพราะ Methylene blue ส่วนใหญ่หายไปในช่วงเวลาอันสั้นนี้เมื่อเทียบกับช่วงเวลา 90 นาทีของการทำปฏิกิริยา (นาทีที่ 15-105) และทำไมเมื่อเปิดให้แสงแล้วอัตราการหายไปของ Methylene blue จึงลดลง
 

ในเรื่องนี้ดูเหมือนว่าผู้ทำการวิจัยจะไม่ได้คำนึงถึงเรื่อง "การดูดซับ" ของ Methylene blue บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ ซึ่งปริมาณที่ตัวเร่งปฏิกิริยาจะดูดซับได้นั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพื้นที่ผิวและขนาดพื้นที่ผิว แต่เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำมาทดสอบนั้นจัดว่าเป็นตระกูลเดียวกัน ดังนั้นความสามารถในการดูดซับของพื้นที่ผิวจึงไม่ควรจะแตกต่างกัน สิ่งที่ทำให้ปริมาณที่ดูดซับได้นั้นแตกต่างกันน่าจะเป็น "ขนาดพื้นที่ผิว" มากกว่า โดยในช่วง 15 นาทีแรกนั้น Methylene blue จะหายไปด้วยการถูกพื้นผิวดูดซับเอาไว้ (จะอิ่มตัวหรือยังยังไม่อาจทราบได้ ต้องทำการทดสอบด้วยการปั่นกวนในที่มืดนานเป็นเวลาต่าง ๆ กัน แล้วนำเอาสารละลายมาวัดความเข้มข้น Methylene blue ที่เหลือ) ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวไหนมีพื้นที่ผิวมากกว่า ก็ทำให้ Methylene blue หายไปได้มากกว่าในช่วง 15 นาทีแรก
 

ดังนั้นถ้าจะวัดความสามารถในการกำจัด Methylene blue ด้วยแสงของตัวเร่งปฏิกิริยาแล้ว ก็ควรที่จะพิจารณาจากตำแหน่งนาทีที่ 15 ออกมา (ใช้ค่าความเข้มข้นที่ตำแหน่งนาทีนี้เป็นฐาน) ซึ่งถ้ามองภาพจากตรงจุดนี้แล้วจะเห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จำนวน 4 ตัวนั้น มีความว่องไวพอ ๆ กัน (ความสูงของเส้นลูกศรสีเหลืองกับสีส้มพอ ๆ กัน) โดยมีความว่องไวสูงกว่า P25เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

เรื่องการดูดซับสารตั้งต้นบนผิวตัวเร่งปฏิกิริยาก่อนที่ส่งผลต่อค่า conversion ที่ได้นั้นเคยเล่าเอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๗๕ วันพุธที่ ๑๔ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๕๔ เรื่อง "อุณหภูมิและการดูดซับ"

เรื่องที่ ๓ ESR วัดอะไร

ESR ย่อมาจาก Electron spectroscopy resonance หรืออีกชื่อคือ EPR ซึ่งย่อมาจาก Electron paramagnetic resonance เทคนิคนี้เป็นการวัดการมีอยู่ของ "อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ หรือ unpaired electron"
 

อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ในที่นี้คืออิเล็กตรอนที่อยู่ใน orbital ที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว ตรงนี้อย่าไปสับสนกับ "อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว หรือ lone pair electron" ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ใน orbital ที่มีอิเล็กตรอนครบ 2 ตัว แต่ไม่ได้สร้างพันธะทางเคมีกับใคร อิเล็กตรอนไม่มีคู่นี้พบได้ในสารอินทรีย์ที่อยู่ในรูปของอนุมูลอิสระ (free radical) หรือไอออนของโลหะทานซิชันบางตัว (ขึ้นอยู่กับเลขออกซิเดชันของไอออนนั้นด้วย)
 

ประเด็นที่ต้องทำความเข้าใจก็คือ เทคนิค ESR นั้นเป็นเทคนิคที่มี "ความว่องไวสูง" และ "ไม่ใช่ surface technique" ถ้าตัวอย่างให้สัญญาณ ESR แสดงว่าตัวอย่างนั้นมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ส่วนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่นั้นมาจากไหน หรือในกรณีของสารประกอบโลหะออกไซด์นั้นจำนวนที่เห็นจะส่งผลต่อโครงสร้างและหน้าที่การทำงานของสารประกอบโลหะออกไซด์นั้นหรือไม่ ต้องพิจารณาเป็นราย ๆ ไป เพราะมันเป็นไปได้ที่อาจจะมีไอออนของโลหะที่มีเลขออกซิเดชันที่ให้สัญญาณ ESR แต่ไม่ได้มีปริมาณที่มากพอที่จะส่งผลกระทบใด ๆ อย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างและหน้าที่การทำงานของสารประกอบโลหะออกไซด์ตัวนั้น
 

อีกประเด็นที่สำคัญคือ การที่สารประกอบโลหะออกไซด์ตัวหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ทำให้จำนวน lattice oxygen (O^2-) ของโครงร่างผลึกเปลี่ยนไป ก็ไม่ได้หมายความว่าจะต้องให้สัญญาณ ESR ตรงนี้มันขึ้นอยู่กับชนิดของสารประกอบโลหะออกไซด์นั้น เพราะแม้ว่าการเปลี่ยนจำนวน lattice oxygen จะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของของไอออนบวกของโลหะก็ตาม แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าเมื่อเลขออกซิเดชันของไอออนบวกของโลหะเปลี่ยนไป จะต้องให้สัญญาณ ESR เพราะตรงนี้มันขึ้นอยู่กับว่าเป็นการเปลี่ยนจากเลขออกซิเดชันไหนไปเป็นเลขไหน
 

การที่ไปสรุปว่าการเกิดสัญญาณ ESR นั้นแสดงให้เห็นว่าเกิด oxygen vacancy นั้นจึงเป็นการ "ด่วนสรุป" มากไปหน่อย โดยเฉพาะกรณีของตัวอย่างที่มีทั้งสารประกอบโลหะออกไซด์ และสารอินทรีย์ เพราะสัญญาณ ESR ที่เห็นอาจมาจากตัวสารอินทรีย์เองก็ได้
 

อีกประเด็นที่ต้องทำความเข้าใจคือ ESR "ไม่ใช่ surface technique" มันวัดได้แม้แต่ตัวอย่างที่เป็นแก๊สหรือของเหลวที่บรรจุอยู่ใน cell บรรจุตัวอย่าง การวัดพวก surface technique นั้นจะทำการวัดกับผิวตัวอย่างโดยตรงโดยไม่ผ่านผนังภาชนะบรรจุตัวอย่าง ดังนั้นเมื่อตัวอย่างเปลี่ยนจากการที่ไม่ให้สัญญาณ ESR มาเป็นให้สัญญาณ ESR ก็ไม่ได้หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงนั้นต้องอยู่ที่ surface

เรื่องการด่วนสรุปโดยใช้ผล ESR นี้เคยเล่าเอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๖๓ วันอาทิตย์ที่ ๑๓ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๖ เรื่อง "ความเห็นที่ไม่ลงรอยกับโดเรมี่" และเมื่อไม่นานมานี้คือปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๖๔ วันพุธที่ ๕ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๗ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส๕๕ (ตอนที่๓๒)" (เอกสารแจกจ่ายเป็นการภายใน)

เรื่องที่ ๔ เป็นไปตามจุดเดือด

ปฏิกิริยานี้ดำเนินที่อุณหภูมิห้อง (เข้าใจว่าอย่างนั้น) เป็นปฏิกิริยาการกำจัดสารอินทรีย์ที่ระเหยได้ในอากาศ สิ่งที่ต้องคำนึงให้มากในการเก็บตัวอย่างก็คือ สารตัวอย่างที่เก็บนั้นมีการควบแน่นหรือดูดซับบนภาชนะของอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำการทดลองและเก็บตัวอย่างหรือไม่
 

โดยปรกติแล้วถ้าไม่ใช่การดูดซับทางเคมี ถ้าอุณหภูมิของระบบสูงกว่าจุดเดือดของสาร เราพอจะถือได้ว่าสารนั้นจะอยู่ในเฟสแก๊ส การเก็บตัวอย่างสารที่ปรกติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง แต่มีการระเหยเป็นไอบางส่วนมาอยู่ในเฟสแก๊สนั้น ต้องคำนึงตรงจุดนี้ด้วย เพราะถ้าอุปกรณ์ที่ใช้เก็บตัวอย่างนั้นมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิระบบ สารที่เป็นไอในระบบ เมื่อถูกดูดเข้ามาในอุปกรณ์เก็บตัวอย่าง ก็สามารถเกิดการควบแน่นบนพื้นผิวอุปกรณ์เก็บตัวอย่างได้ ทำให้ความเข้มข้นของสารในแก๊สที่เก็บมานั้นต่ำกว่าแก๊สที่อยู่ในระบบ
 

สำหรับการทดลองในระบบที่เป็นแก๊สที่อุณหภูมิต่ำ กับสารที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิห้อง สิ่งที่ต้องคำนึงให้มากก็คือการดูดซับของตัวอย่างบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งสารที่มีจุดเดือดสูง และตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีพื้นผิวสูง ก็จะดูดซับสารตัวอย่างเอาไว้ได้มาก ทำให้เห็นสารตัวอย่างนั้นผ่านระบบได้น้อย แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าตัวเร่งปฏิกิริยานั้น "มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยา" สูง แต่มันมี "ความสามารถในการดูดซับ" ได้สูงต่างหาก
 

อย่างเช่นข้อมูลในตารางข้างล่างมันก็ไม่แปลกถ้าจะบอกว่าที่เห็น xylene หายไปเยอะกว่า toluene และ toluene หายไปเยอะกว่า benzene ก็เพราะจุดเดือดของ xylene (138-144ºC) สูงกว่าจุดเดือดของ toluene (111ºC) และจุดเดือดของ toluene ก็สูงกว่าจุดเดือดของ benzene (80ºC)
 

ที่อุณหภูมิห้องความดันไอของ xylene ก็ต่ำอยู่แล้ว พอมีสารดูดซับร่วมด้วยความเข้มข้นในเฟสแก๊สก็เลยลดน้อยลงไปอีก

เรื่องที่ ๕ รีดิวซ์หมดแล้วเหรอ

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะ หรือโลหะบนตัวรองรับนั้น จะเตรียมขึ้นมาในรูปของสารประกอบโลหะออกไซด์ก่อน เมื่อบรรจุเข้าเครื่องปฏิกรณ์แล้วจึงค่อยทำการรีดิวซ์ (ปรกติก็ใช้แก๊สไฮโดรเจน) ให้กลายเป็นโลหะ อุณหภูมิที่ใช้ในการรีดิวซ์นี้ก็ขึ้นกับชนิดของสารประกอบโลหะออกไซด์ ถ้าอุณหภูมิสูงไม่มากพอ หรือสูงมากพอแต่เวลาไม่นานพอ ก็ไม่สามารถรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ให้กลายเป็นโลหะได้
 

วิธีการหนึ่งที่จะทำให้เรารู้ได้ว่าควรใช้อุณหภูมิเท่าใดในการรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ตัวนั้นก็คือการใช้เทคนิค Temperature programmed reduction (TPR) ด้วยแก๊สไฮโดรเจน แล้วจึงใช้ข้อมูลนั้นมาพิจารณาว่าควรจะใช้อุณหภูมิรีดิวซ์เท่าใด
 

อย่างเช่นในกรณีผล TPR ในรูปที่นำมาแสดงนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาก่อนการใช้งานนั้นจะถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 350ºC แต่เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค TPR พบว่ามีส่วนของสารประกอบโลหะออกไซด์ที่ต้องใช้อุณหภูมิในการรีดิวซ์สูงกว่า 350ºC ดังนั้นมันจึงทำให้เกิดคำถามขึ้นได้ว่า
 

ในงานนี้ยังมีอีกประเด็นที่ต้องคำนึงคือ อุณหภูมิที่ใช้ในการเผาตัวเร่งปฏิกิริยา (calcination) (500ºC) ในกระบวนการเตรียมนั้นต่ำกว่าอุณหภูมิที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา (700ºC) ดังนั้นเมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นไปใช้งาน โครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยาจึงอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงได้อีก ทำให้โครงสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้จากการเตรียมและในขณะใช้งานนั้นแตกต่างกันได้ ผลการวิเคราะห์คุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นอาจไม่ได้สื่อถึงคุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาในขณะใช้งานจริงก็ได้

เรื่องที่ ๖ ใส่สีให้มัน มันก็มีสี

ตัวเร่งปฏิกิริยาพวก photocatalyst เช่น TiO₂ (anatase) นั้นมักจะดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงอัลตร้าไวโอเล็ต และเนื่องจากมันไม่ดูดกลื่นคลื่นแสงในช่วงตามองเห็น (visible light) จึงทำให้เราเห็นมันมีสีขาว มีความพยายามอยู่เหมือนกันที่จะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ทำงานได้ด้วยการดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงตามองเห็นด้วยการเติมสารต่าง ๆ เข้าไป และก็แน่นอนว่าถ้าเราเติมสารที่นั้นเป็นสารที่มีสี มันก็จะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นมีการดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงตามองเห็นด้วย (ตรงนี้พึงระลึกว่าสีที่เรามองเห็นคือสีที่ไม่ถูกดูดกลืน) แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าตัวเร่งปฏิกิริยานั้นสามารถนำพลังงานของคลื่นแสงในช่วงตามองเห็นที่ดูดกลืนเข้าไปนั้นไปใช้งานได้
 

อย่างเช่นในกรณีของการผสมสารอินทรีย์เข้าไปใน TiO₂ (anatase) ที่มีสีขาว และเมื่อนำไปเผาแล้วทำให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยา TiO₂ ที่มีสีน้ำตาล สีน้ำตาลนี้เกิดจากการดูดกลืนแสงของสารอินทรีย์ที่เกิดจากการสลายตัวของสารเติมเข้าไปและตกค้างอยู่หลังการเผา ดังนั้นเมื่อนำ TiO₂ ที่มีสารอินทรีย์ตกค้างอยู่นี้ไปวัดการดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงตามองเห็น เราก็จะเห็นมันดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงตามองเห็นตลอดทั้งช่วงคลื่น (ดังเช่นในรูปข้างล่าง) แต่มันก็ไม่ได้หมายความว่า TiO₂ ที่ได้นี้จะสามารถทำงานได้ด้วยการใช้พลังงานแสงในช่วงตามองเห็น

เรื่องที่ ๗ อุณหภูมิเริ่มต้นเดียวกัน

ในระหว่างการเผาสารตัวอย่างนั้น สารตัวอย่างนั้นอาจมีน้ำหนักเปลี่ยนไป เช่นลดลง เนื่องจากการสลายตัวของสารตัวอย่าง ประเด็นที่ต้องคำนึงก็คือในการสลายตัวของสารตัวอย่างนั้น แก๊สที่ไหลผ่านสารตัวอย่างจำเป็นต้องเข้ามาทำปฏิกิริยากับสารตัวอย่างหรือไม่ เพื่อให้สารตัวอย่างสลายตัวกลายเป็นแก๊ส
 

ในกรณีที่การสลายตัวของสารตัวอย่างนั้นเกิดจากสารตัวอย่างเอง รูปร่างและขนาดของตัวอย่างที่ทำการเผาจะไม่ส่งผลต่ออัตราการลดลงของน้ำหนักของสารตัวอย่างเท่าใดนัก แต่ในกรณีที่สารตัวอย่างจำเป็นต้องมีการทำปฏิกิริยากับแก๊สที่ไหลผ่านเพื่อให้สลายตัวกลายเป็นแก๊ส พื้นที่ผิวสัมผัสของสารตัวอย่าง (ขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของตัวอย่างที่เผา) จะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่าน้ำหนักของสารตัวอย่างนั้นจะลดลงช้า-เร็วเพียงใด ถ้าเรานำเอาตัวอย่างชนิดเดียวกันแต่มีรูปร่างต่างกันมาเผา สิ่งที่เราจะเห็นได้ก็คืออุณหภูมิเริ่มต้นการสลายตัวนั้นจะเป็นอุณหภูมิเดียวกัน (ก็เพราะมันเป็นสารชนิดเดียวกัน) แต่อัตราการลดลงของน้ำหนักนั้นแตกต่างกัน (เพราะมันมีพื้นที่ผิวสัมผัสที่ไม่เท่ากัน)
 

เรื่องการหายไปของน้ำหนักระหว่างการเผานี้เคยเล่าเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๗๗ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๕๕๒ เรื่อง "น้ำหนักหายได้อย่างไร"

ไม่รู้จะสอนยังไงแล้ว (TGA & TPx) MO Memoir : Wednesday 3 February 2553

เพื่อที่จะเข้าใจ memoir ฉบับนี้ ขอแนะนำให้ไปอ่าน memoir ฉบับวันเสาร์ที่ ๑๗ ตุลาคม ๒๕๕๒ เรื่อง "แก๊สเข้าทางไหน" ร่วมด้วย

เมื่อเช้าวันจันทร์ที่ ๑ กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา มีนิสิตป.โทรายหนึ่งมาถามว่าเขาสามารถใช้เอทิลีน (C₂H₄) ในการรีดิวซ์ตัวเร่งปฏิกิริยา CuCl₂ ในเครื่อง TGA ได้หรือเปล่า ผมก็เลยถามเขากลับไปว่าแล้วรุ่นพี่ที่เขาดูแลเครื่องอยู่เขาว่ายังไง คำตอบที่ได้รับคือรุ่นพี่คนนั้น (ซึ่งเป็นนิสิตป.เอก) เขาบอกว่าน่าจะเข้าทางช่องออกซิเจนเข้าได้

ผมก็ถามต่อไปว่าตอนนี้มีการใช้ออกซิเจนด้วยหรือ คำตอบที่ได้รับคือมีการใช้ออกซิเจนในอากาศในการทดลองด้วย ผมก็ย้อนกลับไปว่าตกลงว่ามันเป็นแก๊สอะไรกันแน่ ออกซิเจนหรืออากาศ (เพราะถ้าบอกว่าออกซิเจนจะนึกถึงออกซิเจน 100% แต่ถ้าบอกว่าอากาศจะนึกถึงออกซิเจน 21% โดยส่วนที่เหลือเป็นไนโตรเจน และแก๊สทั้งสองตัวนี้มันมีความแตกต่างด้านความปลอดภัยกันมากด้วย) กว่าจะคุยกันรู้เรื่องว่าใช้ตอนนี้มีแก๊สอะไรต่อเข้าเครื่องก็เสียเวลาไปพักหนึ่ง

คำถามที่ผมถามต่อไปก็คืออากาศนั้นเข้าทางช่องไหน เขาก็ตอบว่าเข้าทางช่องอากาศเข้า (ตอบได้ตรงคำถามดีมาก) ผมเลยถามใหม่ว่าเครื่อง TGA ที่คุณจะใช้นั้นมีช่องทางแก๊สเข้ากี่ช่องทาง เขาก็ตอบว่ามีอยู่ ๒ ช่องทาง ผมก็ถามเขาต่อไปว่าแล้วไอ้ ๒ ช่องทางนั้นอยู่ตรงไหน เขาก็ไม่รู้

คำตอบของเขาทำให้ผมรู้สึก ...(บอกไม่ถูก แต่ไม่โทษเขาหรอก)... เป็นเพราะว่าเครื่องนั้นมีช่องทางแก๊สเข้าอยู่ ๔ ช่องทาง โดยทางด้านหลังเครื่อง (ดูรูปที่ ๑) จะมีช่องทางสำหรับ purge gas ๒ ช่องทาง (ที่ตอนนี้ต่อท่อไนโตรเจนกับอากาศเอาไว้ ช่องทางสองช่องนี้สำหรับป้องกันไม่ให้แก๊สจากการเผาไหม้ไหลย้อนเข้าไปในตัวเครื่องมือ) และช่องทางสำหรับ cooling gas ๑ ช่องทาง (ซึ่งตอนนี้เครื่องปั๊มอากาศและไม่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์) และมีช่องทางสำหรับให้ reactive gas เข้าอีก ๑ ช่องทางอยู่ทางด้านหลังของ furnace (ดูรูปที่ ๒ ซึ่งตอนนี้ไม่มีการต่อท่อแก๊สอะไรเข้าไป แก๊สจากช่องทางนี้จะไหลออกตรงตำแหน่งเหนือ pan ใส่ตัวอย่างพอดี) และที่สำคัญคือผมเองเป็นคนอธิบายเรื่องทางเข้าของแก๊สนี้ให้กับ "รุ่นพี่" คนที่ให้คำแนะนำกับคนที่มาถามคำถามผม ซึ่งผมได้อธิบายและเขียนเป็น memoir เพื่อให้รุ่นพี่คนนั้น "อ่านทำความเข้าใจ" เพื่อจะได้ไม่สอนหรือให้คำแนะนำแบบผิด ๆ อีก

จะว่าไปแล้วเมื่อไม่กี่เดือนก่อนหน้านั้น (หลังจากที่ออก memoir ฉบับ ๑๗ ตค ๕๒ ไปได้ไม่นาน) ผมบังเอิญเดินผ่านไปเห็น "รุ่นพี่" คนนั้นกำลังสอนน้อง ๆ เรื่องการใช้เครื่อง TGA ที่เขาเคยมาถามปัญหาผม ผมก็เลยแวะเปิดประตูเข้าไปถามว่าได้อ่านสิ่งที่ผมเขียนตอบคุณเป็นลายลักษณ์อักษรไปหรือยัง คำตอบที่ได้รับคือ "ยัง"

คำแนะที่ผมบอกให้ทำเสมอคือให้ไปศึกษาคู่มือการใช้เครื่องที่ทางบริษัทผู้จัดจำหน่ายส่งมาให้ เนื่องจากอุปกรณ์วิเคราะห์ในบ้านเราทุกเครื่องจะส่งมาจากต่างประเทศ ดังนั้นจึงมักมีคู่มือการใช้งานเป็นภาษาอังกฤษมาให้ ในปัจจุบันอาจมาในรูปแบบของแผ่นซีดีแทน แต่ที่ผ่านมาดูเหมือนว่าจะไม่มีใครสนใจคำเตือนดังกล่าว

แต่จะไปว่านิสิตแต่ฝ่ายเดียวก็ไม่ถูก เพราะที่เคยประสบคือตัวอาจารย์เองที่ส่งนิสิตให้ไปใช้งานเครื่องดังกล่าวยังไม่สนใจเลยว่าเครื่องดังกล่าวใช้งานอย่างไร อาจารย์รู้แต่ว่าเครื่องดังกล่าวใช้วิเคราะห์หาอะไร แต่ไม่รู้ว่าจะใช้งานได้อย่างไร สนอย่างเดียวคือผลการทดลองที่นิสิตจะเอามาให้ดู เวลาได้เครื่องมาใหม่แต่ละทีก็ให้นิสิตไปเรียนการใช้เครื่องจากเจ้าหน้าที่ของบริษัท แล้วก็ให้รุ่นพี่สอนต่อรุ่นน้องกันมา (ใครจำอะไรได้ก็จำกันเอง)

รูปที่ 1 ช่องทางสำหรับให้ purge gas ไหลเข้า (วงสีแดง) และ cooling gas (วงสีเขียว) ไหลเข้าซึ่งอยู่ข้างหลังตัวเครื่อง

รูปที่ 2 ช่องทางสำหรับให้ reactive gas เข้า (วงแดง) ซึ่งอยู่ข้างหลัง furnace

เวลาที่เจ้าหน้าที่จากบริษัทมาสอนนั้น เขาไม่ได้สอนวิธีการใช้ทุกเทคนิคที่เครื่องสามารถกระทำได้ เขาสอนได้แต่พื้นฐานการใช้และการซ่อมบำรุงเท่านั้น ที่สำคัญคือสอนเสร็จเร็วเท่าใดเขาก็เสร็จงานเร็วเท่านั้น ดังนั้นเขาจึงมักพยายามสอนให้สั้นที่สุดเท่าที่จะได้ เวลาที่เราถามปัญหาเขาด้วยวาจา เขาก็ตอบด้วยวาจาเช่นเดียวกัน ซึ่งมีบางครั้งที่พบว่าคำตอบนั้นผิด (คู่มือบอกไว้อย่าง แต่เจ้าหน้าที่บริษัทบอกอีกอย่าง เช่นในกรณีของเครื่อง XRD นิสิตบอกว่าเจ้าหน้าที่บริษัทบอกให้ใช้น้ำกรองจากเครื่องทำน้ำดื่มมาใส่แทนน้ำกลั่นเพื่อระบายความร้อนจากหลอดเอ็กซ์เรย์ แต่คู่มือเครื่องนั้นเขียนไว้ชัดเจนว่าน้ำที่ใช้ได้ต้องมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก (3 ไมโครซีเมนส์) ในระดับน้ำกลั่นใช้ในห้องปฏิบัติการ) ถ้าเราไปทำตามวิธีผิด ๆ ที่เจ้าหน้าที่บริษัทบอกมา ก็จะไปกล่าวโทษเขาไม่ได้ เพราะมันไม่มีหลักฐาน ดังนั้นในการถามคำถามที่สำคัญเกี่ยวกับตัวเครื่อง โดยเฉพาะในกรณีที่คู่มือเขียนกำกวม การถามเป็นลายลักษณ์อักษรจะดีกว่า เพราะจะได้มีหลักฐานเป็นลายลักษณ์อักษรเอาไว้ยืนยันเวลาที่มีปัญหาภายหลัง

ปัญหาอีกอย่างคือการสอนต่อ ๆ กันมานั้นไม่ได้มีการทำคู่มือหรือเอกสารแจก แต่ใช้วิธีจดกันเองต่อ ๆ กันมา ผลก็คือมีการผิดเพี้ยนเกิดขึ้น การสอนเจ้าหน้าที่ใหม่ที่มาประจำเครื่องจากรุ่นพี่ที่ดูแลเครื่อง (นิสิตป.เอก) ก็เป็นแบบนี้ ผมเลยแนะนำให้เขาเขียนคู่มือการใช้งานตามที่เขาได้เรียนมา และส่งคู่มือการใช้งานนั้นให้รุ่นพี่ที่เป็นคนสอนตรวจสอบว่าถูกต้องหรือไม่ และให้ลงลายมือชื่อรับรองมา จะได้ไม่เกิดปัญหาแบบเครื่อง TPX ที่เกิดขึ้นเมื่อไม่นานนี้ (ก็ไม่เคยบอกให้คนใช้งานตรวจสอบความดัน พอเกิดปัญหาขึ้นมาก็โยนเลยว่าเป็นเพราะผู้ใช้งานไม่ตรวจสอบความดัน จะว่าไปแล้วคนอื่นในแลปที่ทำมาก่อนหน้าก็เชื่อว่าไม่เคยตรวจสอบความดันเหมือนกัน รายนั้นก็เลยซวยไป)

ที่นี้กลับมาดูคำถามที่นิสิตป.โทมาถามผมว่าวัดได้หรือเปล่า ผมตอบเขากลับไปว่าสิ่งที่คุณจะวัดนั้นเครื่องมันสามารถมองเห็นได้หรือเปล่า ตัวเร่งปฏิกิริยาของเขามี CuCl₂ อยู่เพียง 1% เท่านั้น ดังนั้นเขาจึงควรคำนวณดูก่อนว่า

- จากปริมาณตัวอย่างที่ใส่เข้าเครื่องได้ (ระดับ mg เช่น 5-20 mg) จะมี CuCl₂ หนักเท่าใด

- CuCl₂ ในปริมาณดังกล่าวเมื่อเปลี่ยนไปเป็น Cu จะมีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเท่าใด โดยสมมุติให้ CuCl₂ เปลี่ยนแปลงทั้งหมด ซึ่งจะได้น้ำหนักที่เปลี่ยนไปมากที่สุดที่เกิดจากการรีดิวซ์ CuCl₂

- น้ำหนักที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นเครื่อง TGA สามารถตรวจวัดได้แม่นยำหรือไม่ ถ้าตัวเลขนี้น้อยกว่าค่าที่เครื่องสามารถอ่านได้ ก็ให้ไปหาวิธีการอื่นวิเคราะห์ได้เลย ลองนึกภาพเครื่องชั่ง 5 ตำแหน่ง แม้ว่าเครื่องจะอ่านได้ระดับ 0.01 mg แต่คุณเคยเห็นตำแหน่งสุดท้ายมันนิ่งหรือไม่

- จะแยกได้อย่างไรว่าน้ำหนักที่ลดหายไปนั้นไม่ได้เกิดจากการคายน้ำของตัวอย่าง น้ำในโครงร่างผลึกหรือน้ำที่ถูกดูดซับแบบ chemisorption นั้นจะใช้อุณหภูมิสูงในการไล่ (คุณไล่น้ำจากซิลิกาเจลได้ด้วยการอบที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซียส แต่ถ้าใช้ molecular sieve ต้องใช้อุณหภูมิกว่า 200 องศาเซลเซียส)

- มั่นใจหรือเปล่าว่าในการวิเคราะห์นั้นจะไม่เกิด coking ขึ้น (เพราะเห็นว่าใช้เอทิลีนเป็นแก๊สรีดิวซ์) ซึ่งการเกิด coking จะทำให้น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น (ไม่ได้ลดลงอย่างที่เขาคาดหวัง)

เพียงแค่การคำนวณดังกล่าวข้างต้นก็ทำให้ทราบแล้วว่าควรต้องทำการทดลองโดยใช้เครื่อง TGA หรือไม่ แทนที่จะมาเสียเวลาทดลองเลยแล้วก็ได้ผลที่ไม่สามารถสรุปอะไรได้ ซึ่งสิ้นเปลืองทั้งเงินและเวลา

ก่อนส่ง memoir ฉบับนี้ได้แวะเข้าไปดูถังแก๊สของเครื่อง TPx พบว่า ... ไม่ได้มีการระบายแก๊สออกจาก pressure regulator ที่หัวถังแก๊สเมื่อไม่มีการใช้งาน ไม่รู้ว่าพวกเขาคิดยังไงกัน ต้องรอให้เกิดเรื่องกันตัวเองก่อนหรือไงจึงจะยอมทำในสิ่งที่ถูกซะที

น้ำหนักหายได้อย่างไร MO Memoir : Friday 13 November 2552

มีคนกล่าวว่า "ของดี ไม่กินก็เน่า ของเก่า ไม่เล่าก็ลืม" Memoir ฉบับนี้เลยขอขุดเอาผลการวิเคราะห์ TGA ที่ทำไว้ในปีพ.ศ. 2538 และพ.ศ. 2539 (เดือนและวันอะไรก็ลองไปดูในรูปภาพเอาเอง) มาเล่าสู่กันฟัง เพราะว่าตอนปลายเดือนที่แล้วได้เป็นเห็นผลการวิเคราะห์ตัวอย่างสารประกอบชนิดหนึ่งเข้าในระหว่างการประชุมวิชาการ ซึ่งผมเองก็เคยทำการวิเคราะห์ตัวอย่างประเภทดังกล่าวไว้เมื่อกว่า 10 ปีที่แล้ว ก็เลยสงสัยว่าสิ่งที่เขารายงานนั้นอาจไม่เป็นดังที่เขาคิดก็ได้

ตัวอย่างนั้นก็คือ MgO ซึ่งเขาวิเคราะห์ด้วยการวัดการคายซับ CO₂ (CO₂ desorption) ส่วนผมวิเคราะห์ด้วยการเผาแล้วดูน้ำหนักที่หายไป แต่ก่อนที่จะไปถึงเรื่องดังกล่าวจะขอเล่าต่อในเรื่องของแก๊สในระบบกับการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของตัวอย่างก่อน

เมื่อเดือนที่แล้วใน "MO Memoir 2552 Oct 17 Sat แก๊สเข้าทางไหน" ได้กล่าวถึงการป้อน reactive gas เข้าสู่เครื่อง TGA (Thermogravimetric analysis) โดยเราคาดหวังให้ reactive gas ที่ป้อนเข้าไปนี้เข้าไปทำปฏิกิริยากับตัวอย่างแล้วจะทำให้ตัวอย่างมีน้ำหนักเปลี่ยนไป

น้ำหนักที่เปลี่ยนไปเมื่อ reactive gas เข้าทำปฏิกิริยานั้นไม่จำเป็นต้องลดลง อาจเพิ่มขึ้นก็ได้ เช่นถ้าเราเผาตัวอย่างที่เป็นโลหะในอากาศ เมื่อโลหะเปลี่ยนไปเป็นโลหะออกไซด์ น้ำหนักของตัวอย่างก็จะเพิ่มสูงขึ้น แต่ถ้าเราเผาโลหะออกไซด์ในไฮโดรเจน เมื่อโลหะออกไซด์เปลี่ยนไปเป็นโลหะ น้ำหนักของตัวอย่างก็จะลดลง

แต่ถ้าเป็นกรณีที่ตัวอย่างสลายตัวด้วยตัวมันเองที่อุณหภูมิสูงนั้น (เช่นโดยการที่ตัวมันเองแตกตัวออกเป็นโมเลกุลที่เล็กลงหรือการที่สารประกอบโลหะออกไซด์คายออกซิเจนในโครงร่างผลึกออกมา) ถึงแม้ว่าเราเผาในบรรยากาศของแก๊สใด ๆ เราก็จะเห็นน้ำหนักของตัวอย่างลดลง

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในปฏิกิริยาที่มีไฮโดรคาร์บอนอยู่ในระบบนั้น มักประสบปัญหาเรื่องการเสื่อมสภาพแบบชั่วคราวเนื่องจากการสะสมของโค้ก (Coke - สารประกอบคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ที่มีสัดส่วนอะตอมคาร์บอนสูงเมื่อเทียบกับอะตอมไฮโดรเจน หรือ H/C <<>

รูปที่ 1 เป็นผลการทดลองที่ได้จากการเผาตัวเร่งปฏิกิริยา Pt/Al₂O₃ ที่ใช้ปฏิกิริยา propane dehydrogenation ด้วยออกซิเจนโดยใช้ตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา 24.350 mg อัตราการให้ความร้อนคือ 10 C/min น้ำหนักที่ลดลงในช่วงแรก (ประมาณ 2.88%) นั้นเกิดจากการคายน้ำที่ตัวเร่งปฏิกิริยาดูดซับไว้ระหว่างที่สัมผัสกับอากาศ ส่วนน้ำหนักที่ลดลงในช่วงหลัง (ประมาณ 2.62%) เกิดจากการที่โค้กเผาไหม้กับออกซิเจนและกลายเป็นแก๊สหลุดออกไป ในรูปนี้มองไม่เห็นว่าโค้กนั้นเริ่มเผาไหม้ที่อุณหภูมิเท่าใด เห็นแต่น้ำหนักที่ลดลงไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งคงที่

รูปที่ 2 เป็นการการทดลองที่ได้จากการเผาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเดียวกันแต่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพียง 8.184 กรัม (เพียง 1 ใน 3 ของรูปที่ 1) ผลการทดลองนี้แสดงให้เห็นการลดลงของน้ำหนักสองครั้งชัดเจน โดยครั้งแรกคือการคายน้ำ และครั้งที่สองที่เกิดที่อุณหภูมิที่สูงกว่าคือการเผาโค้ก ซึ่งเริ่มเกิดที่อุณหภูมิประมาณ 350 C

รูปที่ 1 การเผาตัวเร่งปฏิกิริยา Pt/Al₂O₃ ด้วยออกซิเจนโดยใช้ตัวอย่าง 24.350 mg (Shimadzu TGA 50)

รูปที่ 2 การเผาตัวเร่งปฏิกิริยา Pt/Al₂O₃ ด้วยออกซิเจนโดยใช้ตัวอย่าง 8.184 mg (Shimadzu TGA 50)

สิ่งที่น่าสนใจคือทำไมกราฟการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักจึงไม่เหมือนกัน ทั้ง ๆ ที่ทำการวิเคราะห์ตัวอย่างเดียวกันด้วยเครื่องมือชนิดเดียวกัน เพียงแต่ใช้ตัวอย่างในปริมาณที่แตกต่างกันเท่านั้นเอง

อย่างที่ได้เกริ่นไว้ในตอนแรกว่าการเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก (โดยเฉพาะการลดลงของน้ำหนักนั้น) อาจต้องมีการทำปฏิกิริยากันระหว่างตัวอย่างและ reactive gas ที่ป้อนเข้ามา ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt/Al₂O₃ นี้จะเป็นการทำปฏิกิริยาเผาไหม้โค้กที่เกาะอยู่บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยออกซิเจนที่ป้อนเข้ามากับ reactive gas ซึ่งถ้าโค้กนั้นมีการ "สัมผัส" กับออกซิเจน ณ อุณหภูมิที่สูงพอก็จะเผาไหม้กลายเป็นแก๊สหลุดออกมา ทำให้เห็นน้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง แต่ถ้าโค้กนั้น "ไม่สัมผัส" กับออกซิเจน แม้ว่าอุณหภูมิจะสูงมากพอแต่ก็จะไม่เกิดการเผาไหม้หลุดออกไป น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาก็จะไม่เปลี่ยนแปลง

โค้กจะ "สัมผัส" หรือ "ไม่สัมผัส" กับออกซิเจนนั้น ขึ้นอยู่กับการบรรจุตัวอย่างลงไปใน pan ของเครื่อง TGA และรูปร่างของ pan ที่ใช้ โดยทั่วไปแล้ว pan ที่ใช้ก็มีรูปร่างเป็นถ้วยทรงกระบอกก้นแบนเตี้ย ๆ การใส่ตัวอย่างลงไปก็เพียงแค่เทหรือตักตัวอย่างใส่ลงไปใน pan แค่นั้นเอง

แล้วปริมาณตัวอย่างมันส่งผลต่อผลการวัดได้อย่างไร

รูปที่ 3 การใช้ตัวอย่างในปริมาณที่แตกต่างกัน (ซ้าย) ใช้ตัวอย่างในปริมาณมาก (ขวา) ใช้ตัวอย่างในปริมาณที่น้อยกว่า

การเผาไหม้โค้กที่เกาะอยู่บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยานั้นต้องการออกซิเจนเข้าไปทำปฏิกิริยา ลองพิจารณากรณีการใช้ตัวอย่างในปริมาณมาก (รูปซ้ายในรูปที่ 3) เมื่อเราบรรจุตัวอย่างลงไปใน pan นั้น ภายในตัวอย่างก็จะมีออกซิเจนจากแก๊สแทรกซึมอยู่ตามช่องว่างระหว่างอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่ออุณหภูมิของตัวอย่างสูงจนถึงจุดที่โค้กเกิดการเผาไหม้ ออกซิเจนที่แทรกซึมอยู่ระหว่างอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกใช้หมดไปและเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์แพร่ออกมาแทน แต่ปริมาณออกซิเจนที่แทรกซึมอยู่ระหว่างอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยานั้นไม่เพียงพอที่จะเผาไหม้โค้กที่เกาะบนพื้นผิวได้หมด (จริง ๆ แล้วเผาไหม้ได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีแก๊สออกซิเจนใหม่ป้อนเข้ามา โดยแก๊สออกซิเจนที่ป้อนเข้ามานั้นจะเข้าไปไล่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นและเข้าไปทำปฏิกิริยาเผาโค้ก

ในกรณีที่เราบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาลงไปเป็นชั้นที่หนานั้น แก๊สออกซิเจนที่เข้ามาใหม่จะทำปฏิกิริยาเผาไหม้โค้กที่อยู่บนผิวหน้าของชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาก่อน (เพราะออกซิเจนต้องไหลผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาในชั้นบนก่อน) โดยที่โค้กที่อยู่ลึกลงไปไม่เกิดการเผาไหม้ (เพราะว่ามันไม่มีออกซิเจน ดังนั้นแม้ว่าอุณหภูมิจะสูงมากพอแต่ถ้าไม่มีออกซิเจนก็จะไม่เกิดการเผาไหม้) โค้กที่อยู่ลึกลงไปนั้นจะเกิดการเผาไหม้ได้ก็ต่อเมื่อโค้กที่อยู่เหนือกว่าเกิดการเผาไหม้หมดไปแล้ว ดังนั้นรูปแบบการเผาไหม้โค้กจึงมีลักษณะแบบจากผิวหน้าด้านบนและค่อย ๆ เคลื่อนลงลึกสู่ด้านล่างเมื่อเวลาผ่านไป (และอุณหภูมิก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเพราะเราเพิ่มอุณหภูมิตามเวลา) ทำให้เห็นน้ำหนักตัวเร่งปฏิกิรยาที่ถูกเผานั้นค่อย ๆ ลดลงตลอดเวลาไปเรื่อย ๆ

แต่ถ้าเราบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นชั้นบาง ๆ (รูปขวามือในรูปที่ 3) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่บนผิวบนสุดหรือด้านล่างสุดจะรับออกซิเจนที่ไหลป้อนเข้ามาได้ง่ายเหมือน ๆ กัน ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงพอที่จะทำให้โค้กเริ่มเกิดการเผาไหม้ โค้กก็จะเกิดการเผาไหม้ทุก ๆ จุดพร้อมกันหมดและหมดไปพร้อม ๆ กัน ทำให้เห็นน้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยามีการลดลงอย่างรวดเร็วเป็นขั้นบันไดดังเห็นได้ชัดในรูปที่ 2

ในกรณีที่ตัวอย่างเกิดการสลายตัวและสูญเสียน้ำหนักโดยไม่ต้องมีการทำปฏิกิริยากับแก๊สในระบบนั้น ความหนาของตัวอย่างที่บรรจุลงไปจะไม่ส่งผลที่ชัดเจนต่ออัตราการลดลงของน้ำหนัก ตัวอย่างเช่นการสลายตัวของ MgO ที่เผาในอากาศที่แสดงในภาพที่ 4 ข้างล่าง ที่อุณหภูมิประมาณ 280C MgO บางส่วนจะเกิดการสลายตัวกลายไปเป็น Mg และปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนออกมา ดังนั้นเมื่อ MgO แต่ละอนุภาคที่บรรจุอยู่ใน pan มีอุณหภูมิสูงถึงอุณหภูมิการสลายตัว MgO ทุกอนุภาคก็ปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนออกมาพร้อม ๆ กันทำให้เห็นน้ำหนักตัวอย่างลดลงกระทันหัน (เส้นสีเขียวในรูปที่ 4) ถ้านำอัตราการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักตัวอย่างไปเขียนกราฟก็จะได้พีคที่เด่นชัด (ดูเส้นสีม่วง) ณ อุณหภูมิที่ MgO เกิดการสลายตัว

ตรงนี้ต้องขอกล่าวไว้นิดนึงว่าในตัวอย่าง MgO นั้นมีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่จะสลายตัวคายออกซิเจนออกมา (ไม่ได้สลายตัวทั้งหมด) ตัวอย่างที่เหลืออยู่จะเป็นสารประกอบของ MgO กับ Mg และถ้านำไปเผาซ้ำใหม่อีกครั้งก็จะไม่เห็นการลดลงของน้ำหนักอีก

รูปที่ 4 การเผา MgO 7.287 กรัมในอากาศ

การไม่เข้าใจในกลไกการสลายตัวของตัวอย่างมักจะนำไปสู่การแปลผลการทดลองที่ผิดพลาดไปได้ ตัวอย่างที่เคยพบได้แก่การวิเคราะห์การเผาไหม้ของพอลิเมอร์ ซึ่งผู้วิเคราะห์มักจะต้องนำพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ได้มาตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ก่อนบรรจุลงไปใน pan เวลาที่จะเผาไหม้พอลิเมอร์ได้หมดนั้นขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของชิ้นพอลิเมอร์ที่ตัดออกมา ตัวอย่างที่ถูกตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ และมีพื้นที่ผิวสูงก็จะเผาไหม้ได้หมดก่อนตัวอย่างที่ตัดออกมาเป็นชิ้นที่ใหญ่กว่าและ/หรือมีพื้นที่ผิวต่ำกว่า ดังนั้นการควบคุมรูปร่างและขนาดของตัวอย่างจึงเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าต้องการเปรียบเทียบอุณหภูมิการสลายตัวของพอลิเมอร์นั้น

ในการวิเคราะห์ความสามารถในการดูดซับแก๊สของของแข็งนั้น เรามักจะใช้วิธีการให้ของแข็งนั้นดูดซับแก๊สให้อิ่มตัวเอาไว้ก่อนที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างและวัดปริมาณแก๊สที่คายออกมา ตัวอย่างเช่นในการวัดความเป็นเบสของพื้นผิวเราอาจให้ตัวอย่างดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ก่อน จากนั้นจึงให้ความร้อนแก่ตัวอย่างเพื่อให้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์หลุดออกมา ยิ่งใช้อุณหภูมิยิ่งสูงเท่าใดในการไล่ ก็แสดงว่าความเป็นเบสของพื้นผิวนั้นยิ่งแรง

การวัดว่ามีแก๊สหลุดออกมาจากพื้นผิวหรือไม่นั้นนิยมวัดโดยการใช้ Thermal Conductivity Detector (TCD) ซึ่งวัดการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงค่าการนำความร้อนของแก๊ส โดยปรกติแล้วจะใช้แก๊ส He บริสุทธิ์ไหลผ่าน TCD ดังนั้นเมื่อมีแก๊สชนิดอื่นผสมเข้ามาในแก๊ส He ก็จะทำให้ค่าการนำความร้อนของแก๊ส He เปลี่ยนไป ส่งผลให้ TCD ส่งสัญญาณออกมา

เนื่องจากแก๊สใด ๆ ก็ตามที่ผสมเข้าไปกับ He ก็จะทำให้ค่าการนำความร้อนของแก๊ส He เปลี่ยนไปทั้งนั้น ดังนั้นไม่ว่าแก๊สนั้นจะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ที่หลุดออกจากพื้นผิว หรือออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของ MgO ก็จะทำให้เห็นสัญญาณของ TCD ทั้งนั้น และสัญญาณดังกล่าวก็บอกไม่ได้ด้วยว่าเกิดจากแก๊สอะไร

ประเด็นที่ผมได้เกริ่นไว้ตอนต้นคือในผลการทดลองที่มีการนำเสนอนั้น มีการระบุว่าสัญญาณที่เห็นเป็นสัญญาณจากการคายซับคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ที่ผมจำได้คือ ณ อุณหภูมิบริเวณนั้นเป็นอุณหภูมิที่ MgO สามารถสลายตัวให้แก๊สออกซิเจนออกมาด้วย ซึ่งตรงนี้ไม่ทราบเหมือนกันว่าผู้วิจัยผู้นั้นทราบถึงคุณสมบัติของ MgO ในเรื่องนี้หรือเปล่า และได้มีการเตรียมการแยกผลที่เกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่หลุดออกมาและออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวไว้ด้วยหรือไม่

แก๊สเข้าทางไหน MO Memoir : Saturday 17 October 2552

ตอนแรกกะว่าจะเล่าเรื่องเครื่อง XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) สักหน่อยว่าทำอย่างไรเครื่องมันถึงพังได้ แต่บังเอิญเมื่อวานตอนหัวค่ำมีนิสิตมาปรึกษาเรื่องเครื่อง TGA (Thermogravimetric Analysis) ที่ช่างพึ่งจะซ่อมเสร็จไปว่าควรจะมีข้อกำหนดอะไรบ้างในการวิเคราะห์ ก็เลยขอหยิบเอาเรื่องนี้ขึ้นมาเล่าก่อนก็แล้วกัน จะได้ทราบเทคนิคการทำให้เครื่องมือที่มันใช้งานได้ดีพังลงได้ ตัวผมเคยเล่นกับเครื่อง TGA-50 ของ Shimadzu ส่วนเครื่องที่เกิดปัญหานั้นเป็นเครื่องใหม่รุ่น SDT-50 (ไม่แน่ใจนะว่าจะจำรุ่นได้ถูก) ซึ่งผมไม่เคยใช้งาน ได้แต่เดินผ่านไปมาและชำเลืองดูเวลาคนอื่นเขาใช้งาน แต่เทคนิคการทำให้เครื่องทั้งสองรุ่นนี้พังลงได้ มันเป็นเทคนิคเดียวกัน

เรื่องที่จะเล่าต่อไปมีการเรียบเรียงใหม่นิดหน่อย เพื่อให้เห็นภาพและเข้าใจได้ง่ายขึ้น และขอเป็นกำลังใจให้นิสิตทั้งสองคนที่ได้มาคุญกับผมในฐานะที่ต้องเข้ามาดูแลเครื่องมือนี้ด้วย

เรื่องราวมันเริ่มต้นจากมีนิสิตมาแจ้งว่าเครื่องมันเสีย วัดอุณหภูมิไม่ได้ ควบคุมอัตราการให้ความร้อนไม่ได้ ช่างที่มาตรวจแล้วเสนอให้เปลี่ยนบีม (beam - ในที่นี้คานวางตัวอย่างอย่างซึ่งมีเทอร์โมคัปเปิลอยู่ในตัว แต่ต่อจะขอเขียนทับศัพท์แล้วกันเพราะขี้เกียจกดแป้นสลับภาษา) ผมได้ฟังข้อกล่าวหาที่มีต่อเครื่องเสร็จก็เกิดความสงสัย ถามว่าตกลงว่าอะไรกันแน่ที่เสีย คำถามที่ผมถามกลับไปมี

(ก) เครื่องยังอ่านอุณหภูมิของเตาเผาได้หรือไม่ ถ้าอ่านไม่ได้ก็เป็นไปได้ว่า

- เทอร์โมคัปเปิลเสีย หรือ

- การเชื่อมต่อระหว่างเทอร์โมคับเปิลกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์เสีย (เทอร์โมคัปเปิดไม่ได้เสีย) หรือ

- เสียทั้งสองจุดที่กล่าวมาข้างบน

(ข) ถ้าเครื่องยังอ่านอุณหภูมิของเตาเผาได้ ก็มีคำถามต่อไปอีกว่าค่าที่อ่านได้นั้นถูกหรือผิด ถ้าค่าที่อ่านได้นั้นผิดก็เป็นไปได้ว่าเทอร์โมคัปเปิลมีปัญหา

(ค) แต่ถ้าเครื่องอ่านอุณหภูมิได้ถูก ปัญหาก็ไม่น่าที่จะอยู่ที่เทอร์โมคับเปิล

ข้อมูลที่ได้รับเพิ่มเติมมาคือเทอร์โมคับเปิลอ่านอุณหภูมิได้ แต่ไม่รู้เหมือนกันว่าที่อ่านนั้นมันถูกหรือผิด รู้แต่ว่าไม่สามารถควบคุมอัตราการเพิ่มอุณหภูมิของเตาเผาได้ โดยเฉพาะช่วงอุณหภูมิต่ำ ผมก็ถามต่อไปว่า

(ง) ที่ว่าควบคุมไม่ได้นั้นเป็นอย่างไร คือคอมพิวเตอร์สั่งให้เพิ่มอุณหภูมิแต่อุณหภูมิไม่เพิ่มขึ้น ถ้าเป็นเช่นนี้ปัญหาน่าจะอยู่ที่เตาเผาหรือไม่ก็การสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์กับเตาเผา

(จ) หรือว่าอัตราการเพิ่มอุณหภูมิไม่เป็นไปตามที่กำหนด แกว่งไปมาเอาแน่เอานอนไม่ได้

ผมก็ได้รับข้อมูลเพิ่มเติมมาอีกว่า อัตราการเพิ่มอุณหภูมิควบคุมไม่ได้ ก็เลยถามต่อไปอีกว่า

(ฉ) เครื่องนี้สามารถปรับค่าพารามิเตอร์ควบคุม PID (เรียน Process Dynamic Control กันมาแล้ว น่าจะรู้จักแล้วนะว่ามันคือค่าอะไร) ได้หรือไม่ ถ้าทำได้ มีใครไปปรับเปลี่ยนมันหรือเปล่า

คำตอบที่ได้รับคือไม่รู้ และไม่รู้ด้วยว่าทำได้หรือเปล่า ที่ "รุ่นพี่" สอนกันมาไม่เคยพูดถึงเรื่องนี้ คำตอบที่ทำให้ผมมึนไปเหมือนกันคือคำถามที่ถูกถามกลับมาว่า ค่า PID มันคืออะไรหรือ แล้วมันสำคัญอย่างไรกับการควบคุม (ว่าแต่ว่าเมื่ออ่านมาถึงจุดนี้แล้ว คุณเป็นแบบเขาหรือเปล่า)

ข้อมูลที่ได้รับทราบเพิ่มเติมจากนิสิตคือช่างบอกว่าบีมถูกกัดกร่อน และคิดว่าปัญหาน่าจะมาจากแก๊สที่เกิดจากการสลายตัวของตัวอย่าง แต่ผมก็มีคำถามที่สงสัยตามมาคือ

(ช) ตำแหน่งการติดตั้งบีมนั้นสัมพันธ์กับทิศทางการไหลของแก๊สและจุดวางตัวอย่างอย่างไร ถ้าบีมอยู่ทางด้าน upstream ของทิศทางการไหลแล้ว แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวของตัวอย่างไม่ควรที่จะไหลย้อนกลับมากัดกร่อนบีมได้ ถ้าการกัดกร่อนนั้นเกิดจากแก๊สที่เกิดจากการสลายตัวของตัวอย่างจริง แล้วแก๊สนั้นไหลย้อนต้านการไหลของ purge gas ได้อย่างไร ต้องมีคำอธิบายตรงจุดนี้

คำตอบที่ได้รับก็คือ ไม่รู้เหมือนกันว่าแก๊สมันไหลจากไหนไปไหน รู้แต่ว่ามันเข้าทางด้านหลังเครื่อง ส่วนเตาเผาอยู่ทางด้านซ้ายมือหรือขวามือก็จำไม่ได้ บีมยื่นมาจากทางด้านไหนจะอยู่ upstream หรือ downstream ของทิศทางการไหลของแก๊สก็ไม่รู้เหมือนกัน รู้แต่ว่าใช้แก๊ส "ออกซิเจน 100%" เป็น purge gas ด้วยอัตราการไหล 100 ml/min พอผมได้ยินว่าใช้อะไรเป็น purge gas ก็นิ่งไปเหมือนกัน (พลางคิดในใจว่าพวกนี้รอดมาได้ยังไง ไม่เกิดไฟไหม้หรือระเบิดก็บุญแล้ว ไม่รู้เหมือนกันว่าผู้ทื่ได้รับประโยชน์จากผลการทดลองนั้นรู้หรือเปล่าว่านิสิตเหล่านี้เผชิญกับอะไรอยู่ในระหว่างการทดลอง) แล้วถามต่อไปว่าใครเป็นคนต้นคิดให้ใช้แก๊สตัวนี้ คำตอบที่ได้รับก็คือใช้ต่อ ๆ กันมา ผมเองก็บอกเขาไปว่าสงสัยว่าตัวที่ทำให้บีมพังคงไม่ใช่แก๊สที่เกิดจากตัวอย่างหรอก สงสัยเป็นเพราะออกซิเจน 100% ที่ใช้เป็น purge gas ซะมากกว่าที่เป็นตัวการต้นเหตุ

ขอพักเรื่องที่เกิดไว้ตรงนี้ก่อนก็เพื่อที่จะแนะนำให้รู้จักกับเครื่อง TGA

เครื่อง TGA ที่เคยเห็นนั้นพอจะแยกออกเป็น 3 ชิ้นส่วนหลัก ๆ ด้วยกันคือ

1. ส่วนเตาเผา (Furnace) ที่ทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่ตัวอย่าง

2. ส่วนเครื่องชั่งหนักหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นส่วนที่ทำหน้าที่ชั่งน้ำหนักตัวอย่าง

3. ส่วนควบคุม ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเครื่อง ส่วนควบคุมนี้อาจเป็นอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่ติดมากับตัวเครื่อง หรือเป็นเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ที่ควบคุมผ่านทางซอฟแวร์ก็ได้

รูปแบบการจัดวางอุปกรณ์ (เฉพาะส่วนเตาเผาและส่วนเครื่องชั่งน้ำหนัก) ที่เคยเห็นนั้น พอจะทำให้แบ่งรูปแบบการออกแบบเครื่อง TGA ออกได้เป็น 2 รูปแบบคือ

1. รูปแบบจัดวางในแนวดิ่ง รูปแบบนี้จะจัดวางส่วนเครื่องชั่งอยู่เหนือเตาเผา (เช่นเครื่อง TGA-50 ที่มีใช้อยู่ในแลปเรา) ซึ่งมีทิศทางการไหลของแก๊ส (ทั้ง purge gas และ reactive gas) จากบนลงล่าง โดยตัวเตาเผาเป็นตัวที่เลื่อนขึ้น-ลง (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) หรือจัดวางเตาเผาอยู่เหนือส่วนเครื่องชั่ง (เช่นเครื่อง TGA-40 ที่อยู่ที่ศูนย์เครื่องมือวิเคราะห์ ถ้าอยากเห็นก็ติดต่อมา จะพาไปดูให้ได้) ซึ่งมีทิศทางการไหลของแก๊ส (ทั้ง purge gas และ reactive gas) จากล่างขึ้นบน โดยเวลาใช้งานที่ก็เลื่อนเตาเผาลงมาสวมครอบตัวอย่างเอาไว้

2. รูปแบบการจัดวางในแนวนอน รูปแบบนี้จะวางส่วนเครื่องชั่งและส่วนเตาเผาอยู่เคียงข้างกัน โดยทิศทางการไหลของแก๊ส (ทั้ง purge gas และ reactive gas) จะอยู่ในแนวนอน (จะซ้ายไปขวาหรือขวาไปซ้ายก็ไม่สำคัญ ขึ้นอยู่กับคนออกแบบ (ดูรูปที่ 2 ประกอบ)

แต่ละแบบก็มีข้อดีข้อเสียของมันเอง แล้วแต่ว่าแบบไหนเหมาะสมกับงานของเรามากที่สุด

รูปที่ 1 รูปแบบเครื่อง TGA ที่ใช้วิธีแขวนตัวอย่างในแนวดิ่ง

รูปที่ 2 รูปแบบเครื่อง TGA ที่จัดรูปแบบอุปกรณ์ในแนวนอน

ลักษณะทั่วไปนั้น ส่วนเครื่องชั่ง (กล่องสีน้ำเงิน) จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่ โดยส่วนเตาเผา (กล่องสีเขียวแก่) เป็นส่วนที่เลื่อนเข้า-ออกได้ เนื่องจากส่วนเครื่องชั่งนั้นต้องมีลวดสำหรับแขวนตัวอย่าง (สีเขียวอ่อนในรูปที่ 1) หรือบีมสำหรับวางตัวอย่าง (สีเขียวอ่อนในรูปที่ 2) โผล่ยื่นออกมาจากตัวกล่องหุ้มห่อเครื่องชั่ง ตำแหน่งที่ลวดหรือบีมนั้นโผล่ออกมาเป็นตำแหน่งที่เป็นรูเปิดเชื่อมต่อกันระหว่างตัวเครื่องชั่งกับเตาเผา ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้แก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้เข้าไปรบกวนการวัดหรือทำความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องชั่ง จึงต้องทำการป้องกันบริเวณส่วนนี้ด้วยการป้อนแก๊สที่เฉื่อย (เช่น He N₂ Ar หรืออากาศ) เข้าไป "ทุกครั้งและตลอดเวลา" ที่ทำการวิเคราะห์ แก๊สเหล่านี้คือ "Purge gas" ที่ได้กล่าวถึงมาก่อนหน้า

Purge gas นอกจากทำหน้าที่ป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องชั่งแล้วยังมีหน้าที่สำคัญอีกหน้าที่หนึ่งคือ ทำการ "เป่าไล่" แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวของสารตัวอย่างให้ระบายออกไปทางด้านรูระบาย (vent) พึงสังเกตในรูปจะเห็นว่าการวางลวดแขวนตัวอย่างหรือบีมวางตัวอย่างนั้น ตัวลวดหรือตัวบีมจะอยู่ทางด้าน upstream ของการไหลของแก๊ส ส่วนตัวอย่างจะอยู่ทางด้าน downstream ของการไหลของแก๊ส ดังนั้นเมื่อตัวอย่างสลายตัว แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวจะถูกพัดพาออกไปจากชิ้นส่วนที่บอบบางเหล่านี้

เพื่อให้มั่นใจว่าตัวอุปกรณ์ได้รับการป้องกันจากแก๊สที่เกิดจากการสลายตัว อัตราการไหลของ purge gas จึงต้องเหมาะสมกับ ปริมาตรของกล่องบรรจุเครื่องชั่ง ปริมาตรและขนาดพื้นที่หน้าตัดของเตาเผา และปริมาณแก๊สที่คาดว่าจะเกิดจากการสลายตัวของสารตัวอย่างรวมกัน โดยหลัก ๆ ก็คือเราต้องการให้แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวนั้นถูกพัดออกไปจากตัวอุปกรณ์ทันที โดยไม่มีการฟุ้งสะสมอยู่ในเตาเผา (ถ้าให้ผมเริ่มต้นทดลอง ผมก็จะลองใช้ purge gas ที่อัตราการไหลอย่างน้อย 2 เท่าของปริมาตรของเตาเผาต่อนาทีก่อน แล้วค่อยปรับกันใหม่อีกที) เพราะถ้าอัตราการไหลของ purge gas ต่ำเกินไปก็จะทำให้แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวสะสมอยู่ในเตาเผา

ในกรณีที่เราต้องการใช้แก๊สที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยา (Reactive gas ต่าง ๆ เช่น H₂ NH₃ CO O₂ ฯลฯ) เข้าทำปฏิกิริยากับตัวอย่างในระหว่างการเผา เราก็สามารถป้อนแก๊สเหล่านี้ไปยังตัวอย่างได้ แต่ต้องป้อนผ่านช่องทางพิเศษที่เป็นทางเข้าของ reactive gas ไม่ใช่ป้อนเข้าทางช่อง purge gas (ดังเช่นกรณีของการป้อน O₂ 100% ที่เล่ามาก่อนหน้านี้) ช่องทางพิเศษนี้จะนำ reactive gas ไปปล่อยออกถึงตรงตำแหน่งที่วางตัวอย่าง และโดยทั่วไปแล้วอัตราการไหลของ reactive gas ควรจะต่ำกว่าอัตราการไหลของ purge gas เพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่มี reactive gas ตกค้างสะสมอยู่ในเตาเผา ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายหรืออันตรายได้

จะว่าไปแล้วข้อห้ามและข้อกำหนดต่าง ๆ สำหรับแก๊สที่จะป้อนเข้าเครื่องได้มีบอกไว้แล้วในหนังสือคู่มือและส่วน Help ของซอฟแวร์ควบคุมการทำงาน แต่ดูเหมือนว่าจะไม่มีใครคิดที่จะอ่านมัน เป็นเรื่องปรกติที่เมื่อผมถามหาหนังสือคู่มือเวลาที่อุปกรณ์ใดมีปัญหา ผมจะโดยถามกลับมาว่า "มีด้วยหรือ"

ดูเหมือนว่าคำสอนของรุ่นพี่ถือเป็นคัมภีร์ที่ต้องปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด ส่วนคู่มือของเครื่องที่ผู้ผลิตและออกแบบอุตส่าห์เขียนขึ้นมาไม่ต้องไปสนใจ