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

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

ตอนนั้นผมก็ให้คำแนะนำไปว่า ให้แยกประเด็นออกมาพิจารณาทีละประเด็นคือ

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

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

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

 

(ข) carrier gas มีการรั่วไหลก่อนเข้าคอลัมน์ ซึ่งแยกเป็น

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

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

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

ช่วงบ่ายวันศุกร์ก็ทราบว่าเขาทั้งสองสามารถแก้ปัญหาได้แล้ว เช้าวันวานมีโอกาสแวะเข้าไปที่แลปก็เลยไปเอาโครมาโทแกรมที่ทั้งสองทำไว้ระหว่างการปรับแต่ง โดยเลือกมาบางรูปเพื่อนำมาเป็นตัวอย่างให้ได้เห็นกัน

ท้ายสุดก็ขอฝากเรื่องเกี่ยวกับโครมาโทแกรมที่พวกคุณควรต้องไปอ่านให้เข้าใจ เพราะจะว่าไปแล้วเรื่องที่เกิดในสัปดาห์ที่ผ่านมานั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ เคยเกิดขึ้นมาแล้วทั้งนั้น ขอให้ไปอ่านย้อนหลังกันเองก็แล้วกัน

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

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

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

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

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

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

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

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

การปรับความสูงพีค GC MO Memoir : Friday 9 July 2553

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(ล่าง) สายเครื่อง C-R8Aต่อเข้าตรงจุดที่ป้ายติด INTEGRATOR

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

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

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

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

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

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

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

เหลือแก๊สใช้ได้นานอีกเท่าไหร่ (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๔๖) MO Memoir : Thursday 30 May 2556

"อย่าใช้ความกลัวบอกว่ามันไม่พอซิ ทำไมไม่ใช้ความรู้ที่มีอยู่คำนวณออกมาล่ะว่ามันยังเหลืออยู่อีกเท่าไหร่"

  

ผมบอกกับสาวโชเฟอร์สิบล้อเมื่อเช้าวันวาน ไม่รู้ว่าเขาจะฟังข้อความได้หมดหรือเปล่า เพราะดูเหมือนว่าตอนนั้นเขาจะคุมสติไม่ค่อยจะอยู่

เรื่องมันเริ่มจากการที่เขาเปิดเครื่อง GC-2014 ECD & PDD ไปสักพัก แล้วค่อยมาเห็นว่าเข็มวัดความดันภายในถังของมันไม่กระดิกขึ้น แต่ความดันด้านขาออกนั้นยังปรับขึ้นได้อยู่ (รูปที่ ๑) ก็เลยจะปิดเครื่อง GC แล้วทำท่าออกอาการเหมือนกับจะตายเอาว่าอุตสาห์มาทำแลปแต่เช้า แต่ดันไม่มีแก๊สให้ทำแลป

รูปที่ ๑ เกจวัดความดันของ pressure regulator ถังแก๊สฮีเลียมที่เป็นปัญหาเมื่อเช้าวันวาน

เกจวัดความดันในถังของ pressure regulator มันออกแบบมาวัดความดันสูง จากรูปจะเห็นว่ามันไปได้ถึง 270 bar แต่ในความเป็นจริงแก๊สที่ส่งมามักจะบรรจุมาเพียง 125 bar หรือเทียบเท่าแก๊สประมาณ 6 m³ ที่ความดันบรรยากาศ 

   

ทีนี้พอใช้งานไปเรื่อย ๆ จนความดันในถังลดลงเหลือประมาณ 10 bar เข็มแสดงความดันภายในถังมันก็แทบจะไม่กระดิกให้เห็นแล้ว ถ้าอยากรู้ว่าความดันในถังเหลือเท่าไรก็ทำได้โดยการปิดวาล์วด้านขาออก แล้วลองหมุน pressure regulator ไปเรื่อย ๆ เราก็จะเห็นเข็มชี้วัดความดันด้านขาออกมันเพิ่มขึ้น มันเพิ่มได้แค่ไหนก็แสดงว่าความดันในถังมันเหลือแค่นั้น

  

เราสามารถประมาณได้ว่าเราเหลือแก๊สในถังให้ใช้ได้อีกเท่าไรโดยคำนวณจากค่าความดันในถังและปริมาตรของถัง ค่าความดันในถังหาได้อย่างไรก็ทำตามย่อหน้าข้างบน ส่วนปริมาตรภายในถังก็ดูที่บริเวณหัวถังจะมีการตอกตัวเลขเอาไว้ ดังที่แสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง

รูปที่ ๒ ที่แต่ละถังจะมีการตอกตัวเลขแสดงค่าต่าง ๆ เอาไว้ ที่ถ่ายรูปมาตัว V คือตัวระบุปริมาตรภายใน หน่วยเป็นลิตร สำหรับถังนี้คือ 47.5 ลิตร ส่วนตัว W ระบุน้ำหนักของถังเปล่า หน่วยเป็นกิโลกรัม สำหรับถังนี้คือ 54.2 กิโลกรัม

สำหรับถังที่มีปริมาตร 47.5 ลิตร ที่ความดันภายในถังประมาณ 10 bar เราก็จะมีแก๊สใช้งานคิดเป็นปริมาตรประมาณ 475ลิตรที่ความดันบรรยากาศ สำหรับเครื่อง GC-2014 ECD & PDD นั้น ในขณะนี้เราตั้งความดันด้านขาออกของ pressure regulator ไว้ที่ 5 bar แต่ตัวเครื่องนั้นจะมี pressure regulatorปรับความดันเพื่อไว้สำหรับปรับอัตราการไหลของ carrier gas ซึ่งในขณะนี้เราตั้งไว้ที่ประมาณ 1.5 bar ส่วนตัว PDD นั้นต้องการ purge gas ที่การอัตราไหลขั้นต่ำ 30 ml/min แต่ตรงนี้ตัวเครื่องจะมี restriction orifice ติดตั้งอยู่กับท่อ purge gas ของ PDD ซึ่งจะจำกัดการไหลไว้ที่ประมาณ 30 ml/min ส่วนตัวคอลัมน์ที่ต่ออยู่กับ PDD นั้นเป็นชนิด micro packed columne (OD 1/8") ผมประมาณค่าอัตราการไหลสูงสุดจากความดันที่ตั้งเอาไว้เผื่อเอาไว้ให้อย่างมากไม่เกิน 20 ml/min ดังนั้น GC เครื่องนี้จึงน่าจะใช้แก๊สฮีเลียมในอัตราประมาณ 50 ml/min หรือ 72 ลิตรต่อวันที่ความดันบรรยากาศ (ถ้าเปิดเครื่องทิ้งไว้ 24 ชั่วโมง)

  

ถ้าเราจะใช้แก๊สจนความดันในถังลดลงเหลือ 5 bar เราก็ต้องดึงแก๊สออกมาคิดเป็นปริมาตร 475/2 = 237.5 ลิตรที่ความดันบรรยากาศ ดังนั้นเราจะสามารถใช้แก๊สต่อไปได้อีก 237.5/72 = 3.3 วันหรือต่อเนื่องเป็นเวลา 79 ชั่วโมง ซึ่งก็เป็นเวลาที่เหลือเฟือสำหรับการสั่งแก๊สถังใหม่และได้ถังใหม่มาเปลี่ยน และโดยปรกติเรามักจะเปิดเครื่องประมาณ 12 ชั่วโมงต่อวัน ดังนั้นเราจะยังสามารถใช้แก๊สในถังดังกล่าวต่อไปได้อีกร่วมสัปดาห์

เรื่องตรงนี้มันไม่มีอะไรซับซ้อนเลย เพียงแต่ตั้งสติและใช้ความรู้พื้นฐานที่ได้เรียนมาแล้วก็จะหาคำตอบเองได้

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

จะว่าไปแล้วเครื่อง GC Shimadzu 9A ที่เราใช้อยู่นี้ ให้บทเรียนในการทำงานแก่เราไว้เยอะมาก

ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๔๖ วันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๐ เมื่อพีค GC หายไป" ผมได้กล่าวถึงปัญหาเมื่อฉีดสารเข้าไปแล้วไม่มีพีคปรากฎ

ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๕ วันอังคารที่ ๑ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๕ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา" ได้กล่าวถึงปัญหาพีคที่ออกมาล่าช้าไปเรื่อย ๆ และมีขนาดเล็กลงไปเรื่อย ๆ

ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๑๗ วันพุธที่ ๑๕ มิถุนายน ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๒๑ เมื่อความแรงของพีค GC ลดลง" ได้กล่าวถึงปัญหาพีคที่ออกมาตรงเวลาแต่มีขนาดเล็กลง

มาคราวนี้ทราบมาจากสาวน้อยนักแสดงและสาวเทคนิคเมืองนครศรีฯ ว่าขนาดของพีคออกมาเท่าเดิม แต่เวลาที่พีคปรากฎนั้นเอาแน่เอานอนไม่ได้ บางครั้งก็เร็วขึ้น บางครั้งก็ช้าลง ทั้ง ๆ ที่เป็นการฉีดสารต่อเนื่องกันในการเปิดเครื่องครั้งเดียว

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมของการฉีดตัวอย่าง ๓ ครั้ง ซึ่งพบปัญหาตำแหน่งของพีคมีการเปลี่ยนแปลงแบบเอาแน่เอานอนไม่ได้ ในรูปบนนั้นจะเห็นว่าระยะห่างระหว่างพีคแต่ละพีคเปลี่ยนแปลงไป (ลองสังเกตดูคู่แรกกับคู่ที่สอง) โดยบางพีค ออกมาเร็วขึ้นในขณะที่บางพีคออกมาช้าลง ส่วนรูปล่างที่มีเฉพาะสองพีคหลังจะเห็นว่าออกมาเร็วขึ้น

สำหรับคอลัมน์เดียวกันนั้นเวลาที่สารตัวอย่างตัวใดตัวหนึ่งจะออกมาจากคอลัมน์ GC นั้นขึ้นอยู่กับ

(ก) อัตราการไหลของ carrier gas

ซึ่งถ้าไหลเร็วจะทำให้ออกมาเร็วขึ้น และถ้าไหลช้าลงก็จะออกมาช้าลง ถ้ามีการรั่วไหลก่อนเข้าคอลัมน์ก็จะเห็นออกมาช้าลงหรืออาจไม่เห็นออกมาเลย (ถ้ารั่วออกหมด) แต่ถ้ามีการรั่วไหลทางด้านขาออกก็จะเห็นออกมาที่เวลาเดิม แต่ขนาดจะลดลงหรืออาจจะไม่เห็นเลย (ถ้ารั่วออกหมด)

(ข) อุณหภูมิการทำงานของคอลัมน์

ที่อุณหภูมิสูงพีคจะออกมาเร็วกว่าที่อุณหภูมิต่ำ

ถ้าเป็นกรณีอัตราการไหลไม่คงที่ ซึ่งโดยปรกติมักจะเป็นการรั่วไหลหรือการตั้งอัตราการไหลที่ผิด เราก็ควรจะเห็นการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ในกรณีนี้การควบคุมการไหลเป็นระบบ manual และเป็นแบบ mechanic (ไม่ใช่ electronic) มี flow meter ที่เป็นลูกลอยวัดอัตราการไหล ซึ่งลูกลอยดังกล่าวก็แสดงว่าแก๊สไหลนิ่ง

เมื่อมาตรวจสอบดูการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ "oven" ก็พบว่าระบบควบคุมการทำงาน (ซึ่งเป็น electronic) ทำงานเป็นปรกติ การเปลี่ยนอุณหภูมิ oven เป็นไปตามจังหวะเวลาและอัตราการเปลี่ยนแปลงที่ตั้งเอาไว้ (คือคงไว้ที่ 80ºC ก่อนเป็นเวลา 5 นาที จากนั้นเพิ่มขึ้นเป็น 230ºC ด้วยอัตราที่กำหนด)

ในกรณีนี้เนื่องจากเวลาที่พีคออกมานั้นมีทั้งเร็วขึ้นและช้าลง ผมจึงไม่สงสัยประเด็นที่ว่า carrier gas มีการรั่วไหล สิ่งที่ผมสงสัยมากกว่าคืออุณหภูมิการทำงานของ "คอลัมน์"

ช่วยสังเกตหน่อยนะว่าผมบอกว่าเวลาที่พีคจะออกมาจากคอลัมน์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานของ "คอลัมน์" แต่ในการตรวจสอบนั้นผมตรวจสอบการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ "oven"

ผมไม่เคยเห็นเครื่อง GC เครื่องไหนมีการวัดอุณหภูมิ "คอลัมน์" แม้ว่าตัวเครื่องจะบอกว่าอุณหภูมิที่แสดงนั้นเป็นอุณหภูมิ "คอลัมน์" แต่อุณหภูมิที่วัดกันนั้นเป็นอุณหภูมิ "oven" ซึ่งก็คืออุณหภูมิของอากาศใน oven นั่นเอง และมักจะสมมุติว่าอุณหภูมิ "คอลัมน์" เท่ากับหรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิ "oven" ถ้าสงสัยก็ลองไปดูตำแหน่งเทอร์โมคัปเปิลใน oven ดูก็ได้

อุณหภูมิของคอลัมน์นั้น ถ้าเป็นการวิเคราะห์ที่อุณหภูมิคงที่ก็มักจะไม่เห็นปัญหาใด ๆ เพราะถ้าเราเปิดเครื่องทิ้งเอาไว้นานพอ อุณหภูมิของคอลัมน์ก็จะปรับเข้าหาอุณหภูมิอากาศร้อนใน oven และคงอยู่ที่อุณหภูมินั้นตลอดการวิเคราะห์

แต่ถ้าเป็นการวิเคราะห์แบบมีการเพิ่มอุณหภูมิ (ที่เรามักเรียกกันติดปากว่า temp programmed) อุณหภูมิของคอลัมน์จะวิ่งไล่ตามอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven ส่วนจะวิ่งตามได้เร็วหรือช้านั้นก็ขึ้นอยู่กับ (ก) ขนาดของคอลัมน์และ (ข) ชนิดของวัสดุที่ใช้ทำคอลัมน์

คอลัมน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ตัว packing ในคอลัมน์จะใช้เวลามากกว่าในการปรับอุณหภูมิเมื่อเทียบกับคอลัมน์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่า เพราะต้องใช้เวลาในการนำความร้อนจากผิวด้านนอกของคอลัมน์เข้าไปยัง packing ที่อยู่บริเวณแกนกลางของคอลัมน์

และ packing ในคอลัมน์ที่ทำจากโลหะก็จะร้อนเร็วกว่า packing ที่อยู่ในคอลัมน์ที่ทำจากแก้ว เพราะโลหะนำความร้อนได้ดีกว่าแก้ว

ในกรณีของเรานั้นเราใช้ packed column ที่ทำจากแก้ว

เราลองมาดูเหตุการณ์โดยเริ่มจากเปิดเครื่อง โดยตั้งอุณหภูมิของ oven เอาไว้ที่ 80ºC ก่อน ถ้าเราเปิดเครื่องทิ้งไว้นานพอ อุณหภูมิคอลัมน์ก็จะปรับตัวเข้าหาอุณหภูมิ oven

พอเราเริ่มทำการวิเคราะห์แบบมีการเพิ่มอุณหภูมิ เครื่องจะเพิ่มอุณหภูมิอากาศใน oven ให้เพิ่มสูงขึ้นตามอัตราที่กำหนดไว้ ความร้อนจากอากาศก็จะถ่ายเทให้กับ packing ในคอลัมน์ ทำให้อุณหภูมิคอลัมน์เพิ่มสูงขึ้นตามอุณหภูมิอากาศรอบ ๆ ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิอากาศรอบคอลัมน์กับอุณหภูมิที่แท้จริงของคอลัมน์นั้นจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้น ในกรณีของเราที่เป็นคอลัมน์แก้วนั้นความแตกต่างนี้ควรมีนัยสำคัญในระดับหนึ่ง เมื่อเครื่องเพิ่มอุณหภูมิ oven ไปจนถึง 230ºC และคงไว้ที่อุณหภูมินั้น อุณหภูมิคอลัมน์จะเพิ่มขึ้นถึง 230ºC หลังจาก oven เล็กน้อย

ทีนี้พอเราเริ่มการวิเคราะห์ใหม่ เราก็ต้องลดอุณหภูมิ oven จาก 230ºC ให้เหลือ 80ºC ก่อน ซึ่งการลดอุณหภูมินั้นอาจลดลงโดย

(ก) ปล่อยให้เครื่องจัดการของมันเอง โดยให้มันระบายความร้อนตามระบบที่มันได้รับการออกแบบ

(ข) เปิดประตู oven เลย อุณหภูมิจะได้ลดลงอย่างรวดเร็ว (ผมชอบจะใช้วิธีนี้)

การปล่อยให้เครื่องจัดการลดอุณหภูมิเองนั้น เครื่องมักจะระบายแก๊สร้อนออกและเฝ้าตรวจดูอุณหภูมิไม่ให้ลดลงไปต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้น ซึ่งในที่นี้คือ 80ºC ดังนั้นในช่วงนี้อุณหภูมิของคอลัมน์ก็จะลดลงตามอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven แต่อุณหภูมิของคอลัมน์จะสูงกว่าอุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven และตัวเครื่องมักจะควบคุมไม่ให้อุณหภูมิอากาศใน oven ลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์

ในขณะที่อุณหภูมิของอากาศร้อนใน oven เย็นลงเข้าสู่ระดับเริ่มต้นแล้ว อุณหภูมิที่แท้จริงของคอลัมน์จะยังคง "สูงกว่า" อุณหภูมิของอากาศใน oven (ความร้อนถ่ายเทจากอุณหภูมิสูงไปอุณหภูมิต่ำนะ) ถ้าเราไม่ให้เวลานานพอก่อนจะเริ่มการวิเคราะห์ครั้งถัดไป อุณหภูมิของ packing ในคอลัมน์เมื่อเราเริ่มต้นการวิเคราะห์ครั้งที่สองนั้นจะ "สูงกว่า" อุณหภูมิของคอลัมน์ที่เราใช้ในการวิเคราะห์ครั้งแรก (คือ 80ºC)

แต่การใช้วิธีเปิดประตู oven ให้อากาศร้อนระบายออกมาและให้อากาศเย็นใหม่เข้าไปแทนที่นั้น อุณหภูมิของอากาศใน oven จะลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการทำงาน ด้วยวิธีนี้จะทำให้ packing ในคอลัมน์สามารถลดอุณหภูมิลงสู่อุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์ได้ง่ายกว่าและรวดเร็วกว่า และอาจลงไปต่ำกว่าด้วย และเมื่อเราปิดประตู oven กลับ เครื่องก็จะทำการให้ความร้อนแก่ oven เพื่อปรับอุณหภูมิให้เข้าสู่อุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์

แต่ถ้าเราปล่อยให้ packing ในคอลัมน์เย็นตัวลงต่ำกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นการวิเคราะห์ โดยไม่ให้เวลานานพอที่จะทำให้มันปรับตัวจนมีอุณหภูมิสูงถึงอุณหภูมิเริ่มต้น แล้วเริ่มการวิเคราะห์ การวิเคราะห์ในครั้งที่สองนี้จะเริ่มที่อุณหภูมิคอลัมน์ที่ "ต่ำกว่า" อุณหภูมิของอากาศใน oven

ปัญหานี้จะลดลงถ้าหากเรารอนานเพียงพอระหว่างการวิเคราะห์แต่ละครั้ง เพื่อให้อุณหภูมิเริ่มต้นการทำงานของคอลัมน์เท่ากันทุกครั้ง และโดยปรกติก็มักจะไม่เกิดถ้าหากอากาศร้อนใน oven มีการหมุนเวียนที่ดี

ในกรณีของเรานั้นเรามีปัญหาอีกเรื่องหนึ่งเสริมเข้ามาคือพัดลมระบายความร้อนและหมุนเวียนอากาศร้อนภายใน oven ไม่ทำงาน

ตอนแรกที่เขามาปรึกษาผมนั้นผมก็ถามเขากลับไปว่าพัดลมหมุนหรือเปล่า (ผมทราบมาก่อนแล้วว่าพัดลมของ GC เครื่องนี้ค่อนข้างมีปัญหา) เขาก็ตอบกลับมาว่าไม่ทราบ ผมก็ถามกลับไปว่าได้ยินเสียงอะไรบ้างไหม คำตอบก็คือไม่ได้ยิน เนื่องจากพัดลมมีปัญหาเรื่องลูกปืน เวลาหมุนจะมีเสียงดังได้ยิน ดังนั้นถ้าเขาไม่ได้ยินเสียงอะไร ผมก็เลยคิดว่าพัดลมคงไม่หมุน และเมื่อไปตรวจสอบที่เครื่องก็พบว่าพัดลมไม่หมุนจริง ๆ

พอไปจัดการหล่อลื่นจนพัดลมหมุนได้แล้ว (ด้วยการเอา Sonax ไปฉีด) ก็ทราบมาว่าปัญหาเรื่องพีคออกมาที่เวลาเอาแน่เอานอนไม่ได้นั้นหายไปแล้ว

แต่ที่น่าเสียดายคือดูเหมือนว่าตอนนี้ตัวพัดลมจะเสียอย่างถาวร ไม่สามารถหมุนได้อีกต่อไป

ในสัปดาห์ที่ผ่านมาสาวน้อยนักแสดงก็มาถามปัญหาผมอีกว่าทำไมใช้ความดันขาเข้าคอลัมน์เพียงเล็กน้อยก็ทำให้ได้อัตราการไหล carrier gas ตามต้องการ ผมก็เลยแวะไปดูที่เครื่องและก็ถ่ายรูปข้างล่างมา

รูปที่ ๒ เกจย์ความดันแก๊สเข้าคอลัมน์คือตัวซ้ายสุด อัตราการไหลของ carrier gas คือ flow meter ตัวที่มีคาดชมพู

พอจะเดาสาเหตุได้ไหมว่าเกิดจากอะไร ถ้านึกไม่ออกก็แนะนำให้ไปดูรูปที่ ๑ ของ Memoir ฉบับที่ ๒๔๖ วันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๔ หรือรูปที่ ๒ ของ Memoir ฉบับที่ ๒๖๕ วันอังคารที่ ๑ มีนาคม ๒๕๕๔

เห็นแล้วอยากเขกหัวเป็นการลงโทษที่สอนเท่าไรก็ไม่รู้จักจำ แต่เอาเข้าจริง ๆ คงไม่กล้าหรอก เพราะแฟนของเขาตัวบังผมมิด แถมยังมาคอยรับคอยส่งอยู่เป็นประจำเสียอีก

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

ปัญหาเรื่องสัญญาณพีค GC ที่ออกมาแตกต่างไปจากเดิมของเครื่อง Shimadzu GC-9Aนี่ผมเคยเล่าไว้ครั้งหนึ่งใน Memoirปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๖๕ วันอังคารที่ ๑ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๕ เมื่อพีค GC ออกมาผิดเวลา" ซึ่งตอนนั้นพีคมันแตกต่างไปจากเดิมทั้งเวลาที่ออกมาและความแรงของสัญญาณที่ลดลง แต่คราวนี้เป็นเรื่องของพีคที่ออกมาตามเวลาเดิมแต่ความแรงของสัญญาณลดลงไป

สาวน้อยผมยาวนักแสดงละคร (ซึ่งตอนนี้ได้ข่าวว่ากำลังจะผันตัวไปเป็น pretty งานประชุมวิชาการ) นำเรื่องนี้มาถามผมหลายสัปดาห์แล้ว เรื่องที่ทำไมเขาตั้งภาวะการทำงานของเครื่อง GC-9A ที่ภาวะเดียวกันกับที่สาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงเคยใช้ พีคที่ได้นั้นปรากฏออกมาในเวลาเดียวกัน แต่ความแรงของสัญญาณนั้นแตกต่างกันถึงเท่าตัว คือสัญญาณที่สาวน้อยนักแสดงได้นั้นมันต่ำกว่าที่สาวน้อยหน้าใสเคยทำได้ถึงครึ่งหนึ่ง

ตอนแรกผมก็คิดว่า sensitivity ของ FID (Flame Ionisation Detector) น่าจะมีการเปลี่ยนแปลง ก็เลยลองให้สาวน้อยนักแสดงลองปรับส่วนผสมระหว่างอากาศและไฮโดรเจน ก็ปรากฏว่ายังไม่ดีขึ้น

ในกรณีนี้เนื่องจากเวลาที่พีคปรากฏนั้นตรงกัน ผมจึงคิดว่าปัญหาไม่น่าจะอยู่ด้านก่อนถึงทางเข้าคอลัมน์ แต่ต้องเป็นด้านขาออกจากคอลัมน์ไปแล้ว ซึ่งที่ผ่านมาพบว่ามีความเป็นไปได้ ๒ จุดคือ (ก) ภาวะการทำงานของ detector นั้นแตกต่างกัน หรือ (ข) มีการรั่วของ carrier gas ด้านขาออกจากคอลัมน์

ซึ่งเมื่อทดลองปรับการทำงานของ FID แล้วก็ไม่พบว่าจะดีขึ้น ก็เลยลองมาตรวจสอบจุดเชื่อมต่อคอลัมน์ดู พอผมลองเอามือหมุนนอตตัวที่ใช้ยึดด้านขาออกของคอลัมน์เข้ากับจุดต่อเข้า FID ก็พบว่าผมสามารถใช้มือเปล่าหมุนคลายนอตตัวดังกล่าวออกมาได้ ก็เลยบอกให้สาวน้อยนักแสดงลองขันนอตตัวนี้กลับเข้าไปให้แน่น ทดสอบการรั่ว และทดลองฉีดสารตัวอย่างใหม่อีกครั้ง

รูปที่ ๑ ตำแหน่งนอตตัวที่พบว่าหลวมอยู่เล็กน้อย (วงกลมเหลือ) เพราะสามารถใช้มือหมุนคลายออกมาได้

ตอนนี้ก็ทราบว่าได้ความแรงของสัญญาณและเวลาที่ออกมาเหมือนก่อนหน้าแล้ว แต่สาเหตุที่ทำให้นอตดังกล่าวคลายตัวได้นั้นผมเองก็ไม่ทราบเหมือนกัน

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

นี่ถ้าเขาได้อ่านบันทึกฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๕๔ ก็คงไม่ต้องเสียเวลาไปถึง ๔-๕ วัน

อันที่จริงดูเหมือนว่าเขาพบปัญหาตั้งแต่วันพุธสัปดาห์ที่แล้ว แต่กลับรอให้ผมเดินมาที่แลปตอนที่ผมต้องมาลงชื่อในเอกสาร ผมถือว่าถ้าเขารอให้ผมเดินมาหาเขาได้ ผมก็รอให้เขาเดินมาหาผมได้เช่นเดียวกัน และการที่รอให้ผมเดินมาหาเองนั้นแสดงว่าเขาคงคิดว่าเรื่องดังกล่าวคงไม่ใช่เรื่องเร่งด่วนอะไร ดังนั้นเมื่อมันไม่ใช่เรื่องรีบร้อนอะไรสำหรับเขา แล้วทำไปต้องไปรีบร้อนจัดการให้ด้วยล่ะ ตรรกะของผมมันก็ง่าย ๆ แค่นี้แหละ

เรื่องมันเริ่มจากการที่เขาทดลองฉีดโทลูอีนเข้าไปในเครื่อง Shimadzu GC-9A แล้วพบว่าพีคมันออกมาผิดเวลา เอาแน่เอานอนไม่ได้ เช้าเมื่อวานก็เลยให้เขาเอาโครมาโทแกรมมาให้ผมดู (ตอนแรกที่มาหาเขาไม่มีโครมาโทแกรมติดมือมาด้วย) ผมดูอยู่ ๓ พีคข้างล่าง (รูปที่ ๑) ก็พอจะคาดเดาที่มาของปัญหาได้ ว่าแต่พวกคุณจะดูออกหรือเปล่า

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมที่มีปัญหา ที่ได้จากการทดลองฉีดโทลูอีนในวันศุกร์ที่ผ่านมา

การฉีดตัวอย่างนั้นเริ่มจากทางด้านซ้ายมาขวา จุดสังเกตคือ

(ก) พีคกว้างผิดปรกติ

(ข) เวลาที่พีคปรากฏนั้นเพิ่มขึ้นทีละเล็กน้อย

(ค) พื้นที่และความสูงของพีคแม้ว่าจะใกล้เคียงกัน แต่ก็ค่อย ๆ ลดลง

ลักษณะเช่นนี้ทำให้สงสัยว่าน่าจะมีการรั่วไหลของ carrier gas และน่าจะเป็นด้านขาเข้าคอลัมน์ เพราะถ้าเป็นด้านขาออกแล้วไม่ควรจะส่งผลต่อเวลาที่พีคปรากฏ

รูปที่ ๒ (รูปบน) สังเกตเกจย์ carrier gas 1 ตัวซ้ายสุด จะเห็นว่าความดันแก๊สเข้าคอลัมน์นั้นต่ำ แต่ก็ให้อัตราการไหลตามกำหนดได้ (รูปล่าง) และเมื่อทดสอบการรั่วที่ septum ก็พบการรั่วไหล

เมื่อเปิดเครื่องและเปิดให้ carrier gas ไหลเข้าคอลัมน์ ก็พบว่าความดันด้านขาเข้าคอลัมน์นั้นต่ำผิดปรกติ แต่ก็ให้อัตราการไหลของ carrier gas ตามต้องการได้ ลักษณะเช่นนี้ยืนยันว่าคงมีการรั่วไหลของ carrier gas ก่อนเข้าคอลัมน์ จากนั้นจึงได้ทำการทดสอบการรั่วที่สองตำแหน่ง โดยตรวจที่จุดต่อคอลัมน์ก่อน (เพราะเคยเกิดเหตุที่นี่) แต่ก็ไม่พบการรั่วไหล จึงตรวจสอบที่ septum ซึ่งก็ปรากฏว่าเกิดเป็นฟองแก๊สโตขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งก็สอดคล้องกับโครมาโทแกรมที่ปรากฏ เพราะการรั่วไหลที่ septum จะเพิ่มมากขึ้นตามจำนวนครั้งที่ฉีด เพราะปักเข็มแต่ละครั้งก็จะทำให้รูรั่วขยายใหญ่ขึ้น ทำให้เห็นพีคออกมาช้าลงพร้อมกันการที่เห็นสัญญาณตัวอย่างออกมาน้อยลง (เพราะรั่วออกมาพร้อมกับแก๊สที่รั่วออกมาทาง septum)

รูปที่ ๓ เมื่อเปลี่ยน septum ใหม่แล้ว พบว่าความดันด้านขาเข้าคอลัมน์เพิ่มสูงขึ้น

พอเปลี่ยน septum ใหม่แล้ว ทุกอย่างก็กลับมาเป็นปรกติเหมือนเดิม

เวลาที่ใช้เครื่องมือใด ๆ นั้นผมมักจะบอกว่าให้จดพารามิเตอร์การทำงานต่าง ๆ เอาไว้ด้วย เวลาที่เกิดปัญหาจะได้นำมาวิเคราะห์ได้ แต่ที่ผ่านมานั้นมักจะไม่จดกัน เพราะคิดว่าไม่สำคัญ พอเกิดปัญหาขึ้นก็ทำให้เสียเวลาในการวิเคราะห์ เพราะไม่รู้ว่ามันมีอะไรที่เปลี่ยนไปจากเดิม

นี่เป็นอีกหนึ่งคำแนะนำที่มักไม่ได้รับการปฏิบัติ จะเห็นประโยชน์ก็ต่อเมื่อมันเกิดปัญหาขึ้นแล้ว ครั้งนี้พวกรหัส ๕๓ ก็ได้เห็นปัญหาแล้ว ดังนั้นหวังว่าต่อไปคงจะปฏิบัติตามด้วยนะ

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

เมื่อวันอังคารที่ผ่านมาได้รับแจ้งจากสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงบอกว่า ฉีดตัวอย่างเข้าไปในเครื่อง Shimadzu GC 9Aแล้วแล้วไม่มีพีคปรากฏ

ปัญหาเรื่องที่ฉีดสารเข้าไปในแล้วไม่มีพีคปรากฏนี่มันมีสาเหตุหลายอย่าง ต้องค่อย ๆ ตรวจสอบกันไป เช่น

- ตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์นั้นไม่มีสารที่ต้องการวิเคราะห์ อย่างเช่นในกรณีนี้เป็นการวิเคราะห์สารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำโดยใช้ detector แบบ FID ดังนั้นถ้าน้ำตัวอย่างไม่มีสารอินทรีย์ละลายอยู่ก็จะไม่มีสัญญาณใด ๆ

- การปรับตั้งความว่องไวของ detector ไม่เหมาะสม เช่นสารที่ต้องการวิเคราะห์ปริมาณมีความเข้มข้นต่ำมาก แต่ตั้งความว่องไวของ detector ไว้หยาบมาก

- ปรับตั้งขนาดเล็กสุดของพีคที่ให้เครื่องแสดงผลนั้นใหญ่เกินไป เช่นสมมุติว่าบอก integrator ว่าไม่ต้องรายงานผลพีคที่มีพื้นที่เล็กกว่า 5000 แต่บังเอิญตัวอย่างของเรามีพีคเล็กกว่า 5000 ดังนั้นแม้ว่า detector จะตรวจวัดได้ แต่ integrator ก็จะไม่รายงานผล

- เข็มที่ใช้ฉีดนั้นอุดตัน ทำให้เมื่อเวลาดึงตัวอย่างเข้าในเข็ม ไม่มีตัวอย่างไหลเข้ามาในเข็ม ปัญหานี้มักเกิดกับตัวอย่างที่เป็นของเหลว เพราะเข็มฉีดของเหลวนั้นมักเป็นหัวเข็มขนาดเล็ก ตัวกระบอกสูบก็เล็ก ถ้าหัวเข็มอุดตันจะทำให้ไม่มีของเหลวไหลเข้ามาในตัวเข็มในขณะที่เราดึงเอาลูกสูบถอยหลังเพื่อดูดตัวอย่าง และจะทำให้เกิดสุญญากาศในตัวกระบอกเข็ม และจากการที่พื้นที่หน้าตัดช่องว่างในตัวเข็มนั้นเล็ก แรงที่กระทำต่อสุญญากาศที่เกิดขึ้นในตัวเข็มนั้นไม่มากพอที่จะดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่กลับ ซึ่งจะเป็นตัวบ่งบอกว่าไม่มีตัวอย่างไหลเข้าไปในกระบอกเข็ม แต่ถ้าเป็นเข็มฉีดแก๊สซึ่งมีพื้นที่หน้าตัดลูกสูบมากกว่า เราจะรู้ได้ทันทีถ้าไม่มีตัวอย่างไหลเข้าไปในตัวกระบอกเข็ม เพราะพอเราปล่อยลูกสูบ ลูกสูบก็จะเคลื่อนที่กลับเนื่องจากแรงกดอากาศภายนอกที่กระทำ

- การเชื่อมต่อระหว่างเครื่อง GC และเครื่อง Integrator มีปัญหา เช่นสายเชื่อมต่อหลุดหรือชำรุด

- Detector ปิดอยู่ หรือในกรณีอย่าง FID นั้นอาจเป็นกรณีที่เปลวไฟดับก็ได้

- สารตัวอย่างไหลไปไม่ถึง detector

- ฯลฯ

ในกรณีของสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงนั้นเมื่อตรวจสอบแล้วพบว่า ปัญหาเกิดจากการที่ตัวอย่างไหลไปไม่ถึง detector

สาเหตุที่ทำให้แก๊สอย่างไหลไปไม่ถึง detector ก็มีด้วยกันหลายสาเหตุ ที่พบเป็นประจำมี ๒ สาเหตุคือ

- ไม่มี carrier gas ไหลเข้าเครื่อง

- carrier gas มีการรั่วไหลก่อนเข้า detector

ในแลปของเรานั้นคอลัมน์ส่วนใหญ่ที่เราใช้กันจะเป็นแบบ packed column ซึ่งเป็นท่อขนาดเล็กภายในบรรจุ packing ที่มีลักษณะเป็นผงขนาดเล็กเอาไว้ ขนาดของ packing ที่เราใช้อยู่ก็มี 80-100 mesh และ 100-120 mesh จากการที่ตัวคอลัมน์เองก็มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กและมีความยาวมาก ร่วมกันการที่ packing เองมีขนาดเล็ก จึงทำให้ต้องใช้ความดันค่อนข้างมากในการดันให้ carrier gas ไหลผ่านคอลัมน์ในอัตราการไหลที่ต้องการ ด้วยแรงดันที่ค่อนข้างมากนี้เองจึงทำให้เมื่อใช้งานไปนาน ๆ ตัว packing จะเคลื่อนตัวอัดเข้าหากัน ทำให้แก๊สไหลผ่านไม่สะดวก ประกอบกับการที่เครื่อง GC ในแลปเราหลายเครื่องนั้นเป็นเครื่องที่ไม่มีเครื่องวัด "อัตราการไหล" ของ carrier gas มีแต่วัด "ความดัน" ของแก๊สที่ไหลเข้าคอลัมน์ ในการใช้งานจึงต่อปลายด้านขาออกของคอลัมน์เข้ากับ bubble flow meter และทำการปรับความดันแก๊สด้านขาเข้าจนวัดอัตราการไหลด้านขาออกได้ดังต้องการ แล้วจึงทำการบันทึกค่าความดันที่ทำให้ได้อัตราการไหลที่ต้องการนั้นไว้เพื่อที่ว่าเมื่อเปิดเครื่องแต่ละครั้งจะได้ค่าอัตราการไหลที่ต้องการ

แต่เมื่อใช้งานคอลัมน์ไปนาน ๆ (โดยเฉพาะคอลัมน์ที่ใช้ packing ขนาดเล็กเช่น 100-120 mesh) ค่าความดันลดคร่อมคอลัมน์จะสูงขึ้น ดังนั้นที่ค่าความดันขาเข้าเท่าเดิม อัตราการไหลของ carrier gas จะลดลง และในกรณีที่เป็นมากจนคอลัมน์อุดตัน ก็จะไม่มี carrier gas ไหลไปยัง detector ได้เลย (แต่เกจย์บอกความดันด้านขาเข้ายังคงแสดงค่าความดันอยู่นะ)

กรณีเช่นนี้ตรวจสอบได้โดยการถอดด้านขาออกของคอลัมน์มาวัดอัตราการไหลผ่าน ถ้าพบว่า packing ในคอลัมน์เริ่มอัดตัวกันแน่นเกินไป ก็แก้ปัญหาได้โดยการสลับทิศทางการต่อคอลัมน์ โดยเปลี่ยนด้านขาออกให้เป็นด้านขาเข้า และให้ด้านขาเข้าเป็นด้านขาออก แต่การสลับทิศทางจะทำได้ก็ต่อเมื่อรูปร่างคอลัมน์มันยอมให้ทำได้ (รูปร่างคอลัมน์ GC และรูปแบบการต่อนั้นขึ้นอยู่กับรุ่นและยี่ห้อของเครื่อง เครื่องยี่ห้อเดียวกันแต่ต่างรุ่นกันก็อาจใช้คอลัมน์รูปร่างต่างกันนะ)

ในกรณีของคอลัมน์ที่เป็นโลหะนั้น ถ้าหากเริ่มแรกเราขันต่อคอลัมน์เอาไว้แน่นดีและไม่มีการรั่วไหล แม้ว่าเมื่อใช้งานไปแล้วคอลัมน์เกิดการอุดตัน สิ่งที่เกิดขึ้นคืออัตราการไหลของ carrier gas จะลดลง แต่ในกรณีของคอลัมน์แก้ว (ดังเช่นในกรณีของสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงที่ใช้เครื่อง Shimadzu GC 9A นั้น) การจับกันระหว่าง fitting กับตัวคอลัมน์จะไม่สามารถจับกันได้แน่นเหมือนกับกรณีการจับกันระหว่าง fitting ที่เป็นโลหะกับคอลัมน์ที่เป็นโลหะ

ดังนั้นสิ่งที่อาจพบเห็นในกรณีของคอลัมน์แล้วคือ เมื่อคอลัมน์เกิดการอุดตัน เรายังอาจเห็นว่ามี carrier gas ไหลเข้าคอลัมน์อยู่ (ถ้าเครื่องมี flow meter วัด) และความดันด้านขาเข้าคอลัมน์อาจไม่ได้เพิ่มขึ้น ทั้งนี้อาจเป็นเพราะเกิดการรั่วไหลที่บริเวณ fitting ได้ (โดยเฉพาะทางด้านขาเข้าคอลัมน์) และถ้ามีการรั่วไหลมากก็จะเห็นความดันด้านขาเข้าคอลัมน์นั้นต่ำกว่าปรกติ

รูปที่ ๑ ความดัน carrier gas ขาเข้าคอลัมน์ (บน) เมื่อมีการรั่วไหลก่อนเข้าคอลัมน์ และ (ล่าง) เมื่อไม่มีการรั่วไหล รูปที่แสดงเป็นของเครื่อง Shimadzu GC 9A ที่กลุ่มเราใช้งานอยู่

รูปที่ ๒ คอลัมน์แก้วที่กลุ่มเราใช้กับเครื่อง Shimadzu 9A

เครื่อง 9A ที่กลุ่มเราใช้นั้นจะมีการปรับความดันอยู่ ๒ ระดับด้วยกัน ระดับแรกเป็นการปรับความดัน carrier gas ที่ไหลเข้าเครื่อง ระดับที่สองเป็นการปรับความดันเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่ต้องการ จากรูปที่ ๑ จะเห็นว่าแม้ว่าค่าอัตราการไหลของ carrier gas จะเท่ากัน และความดันที่ทำให้ได้ค่าอัตราการไหลของ carrier gas เข้าคอลัมน์ที่ต้องการนั้นอาจแตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่นในรูปที่ ๑ (บน) นั้นข้อต่อมีการรั่วไหลที่บริเวณด้านขาเข้าคอลัมน์ แก๊สรั่วออกทางด้านนี้ได้ง่าย จึงเห็นค่าความดันแก๊สไหลเข้าคอลัมน์ต่ำกว่าค่าความดันเมื่อไม่มีการรั่วไหลที่แสดงในรูปที่ ๑ (ล่าง) ดังนั้นในการใช้งานนั้นเราจึงควรต้องคอยบันทึกความดันค่านี้เอาไว้ด้วย เพราะจะเป็นตัวบอกได้ว่าระบบมีปัญหาใดหรือไม่

รูปที่ ๒ แสดงให้เห็นการเคลื่อนตัวของ packing ในคอลัมน์เนื่องจากความดันด้านขาเข้าที่สูงกว่าความดันด้านขาออก จะเห็นว่าคอลัมน์ทางด้านขาเข้านั้นจะเป็นคอลัมน์โล่ง ๆ ในขณะที่ทางด้านขาออกมี packing (ที่เห็นเป็นสีขาว) เคลื่อนตัวมาอัดอยู่เต็มไปหมด packing ที่บรรจุนั้นมีขนาด 100-120 mesh (หมายความว่าขนาดอนุภาคลอดผ่านตะแกรงขนาด 100 mesh ได้ แต่ติดค้างอยู่บนตะแกรงขนาด 120 mesh) ซึ่งจัดว่าเป็นพวกที่มีความละเอียดสูงแบบหนึ่ง

ในกรณีของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อวันอังคารนั้น เนื่องจากก่อนหน้านั้นคอลัมน์ยังทำงานได้ปรกติ ผมจึงคิดว่ายังไม่น่าจะมีปัญหาเรื่องการรั่วไหลของ carrier gas แต่เมื่อตรวจพบว่าปัญหาน่าจะเกิดจากการที่สารตัวอย่างไหลไปไม่ถึง detector ซึ่งอาจเป็นเพราะ packing เกิดการอัดแน่นมาก จึงทำให้แก๊สเกิดการรั่วไหลบริเวณข้อต่อด้านขาเข้า การแก้ปัญหาทำโดยการถอดคอลัมน์ออกมาเคาะเบา ๆ เพื่อให้ packing ที่อัดแน่นนั้นคลายตัว และมีการนำเอาลูกยางมาดูดแก๊สทางด้านขาเข้า (เพื่อให้มีแก๊สไหลย้อนทาง) เพื่อช่วยให้ packing ที่อัดแน่นนั้นคลายตัวเช่นเดียวกัน

ในขณะนี้ก็ทราบว่าเครื่องสามารถทำงานได้เป็นปรกติแล้ว

ปัญหาทำนองนี้เคยประสบเมื่อหลายปีมาแล้ว แต่คราวนั้นเกิดกับคอลัมน์ที่เป็นโลหะ พึ่งจะมีคราวนี้ที่เกิดจากคอลัมน์ที่เป็นแก้ว คราวนี้ก็เลยขอโอกาสบันทึกเรื่องราวนี้ไว้เป็นลายลักษณ์อักษร เพื่อที่จะได้เป็นบันทึกความทรงจำและอาจเป็นประโยชน์ต่อผู้อื่นที่เข้ามาอ่าน