สุทธิรักษ์ อ้วนศิริ

42 วธิ กี ารวิเคราะห์สารทาไดเ้ ช่นเดยี วกับโครมาโทกราฟีกระดาษ 3.2.3 การประยุกต์สาหรับเพลนโครมาโทกราฟี สามารถใช้ใด้ท้ังการวิเคราะห์คุณภาพและ ปริมาณ 1. การวเิ คราะห์คุณภาพ ทาได้โดยการเปรียบเทียบค่า Rf ซึ่งค่า Rf จะข้นึ อย่กู ับความหนาของ สารเคลือบ ชนิดของสารเคลือบ ความช้ืน อุณหภมู ิ และเฟสเคลอ่ื นที่ ดงั นัน้ เพื่อใหก้ ารวเิ คราะหถ์ กู ต้อง นิยมหยดสารตัวอยา่ งและสารมาตรฐานลงในแผน่ เดยี วกัน เปรยี บเทียบค่า Rf โดยตรง อีกวิธีคือการดึงสารแต่ละตัวออกจากแผน่ โครมาโทกราฟี ละลายด้วยตัวทาละลายท่ีเหมาะสม จากน้ันนาไปวิเคราะห์ด้วยเครื่องมืออ่ืน เชน่ วัดการดดู กลนื แสงชว่ งอลั ตราไวโอเลต-วิสิเบิล ช่วง อนิ ฟราเรด หรือแมสสเปกโทรมเิ ตอร์ เป็นตน้ 2. การวิเคราะห์ปริมาณโดยการเตรียมตัวอย่างและสารมาตรฐานให้ทราบความเข้มข้นท่ี แน่นอน หยดสารลงดว้ ยปริมาตรที่ทราบค่า เปรียบเทยี บขนาดของหยดสารท่ีแยก หรอื ความเข้มของสี ในกรณสี ารมีสี วัดการหักเหแสง หรือโดยการแยกสารออกมาจากแผ่นโครมาโทกราฟี ละลายดว้ ยตัวทา ละลายที่เหมาะสม และนาไปวิเคราะหด์ ้วยเครื่องมือชนดิ อน่ื เชน่ วดั การดูดกลนื แสง หรือ การเรอื งแสง เปน็ ต้น 3.3 คอลัมนโ์ ครมาโทกราฟี เฟสคงที่จะบรรจุอยู่ในคอลัมน์ เม่ือผ่านตัวอย่างลงไป และตามด้วยเฟสเคลื่อนท่ีซ่ึงทาหน้าที่ เป็นตัวชะ (eluent) สารที่ชอบจะอยใู่ นเฟสเคล่ือนท่ี (weaker interaction) จะถูกชะออกจากคอลัมน์ กอ่ น ขณะที่สารชอบจะอยู่ในเฟสคงที่ (stronger interaction) จะออกมาทีหลงั มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 43 ภาพท่ี 3.9 การแยกสารดว้ ยคอลัมนโ์ ครมาโทกราฟี ที่มา : (Aryal, S., 2018) เฟสคงที่หรือสารท่ีบรรจใุ นคอลมั น์ แบ่งออกเป็น 4 ชนิด ได้แก่ 3.3.1 โครมาโทกราฟีดูดซับ (adsorption chromatography) หรือเรียกว่าโครมาโทก ราฟีของเหลวของแขง็ (liquid-solid chromatography) เฟสคงท่ีเปน็ ของแข็งบรรจอุ ยู่ในคอลัมน์ อันตรกิรยิ าที่เกดิ ขน้ึ เปน็ แบบดูดซับ โดยของเข็งท่ีใชเ้ ปน็ เฟสคงที่จะมีพ้นื ท่ีผิวขนาดพอเหมาะในการดูด ซับสาร เฟสคงทที่ ี่นิยมใช้กันมาก ไดแ้ ก่ ซลิ กิ าเจล และอะลมู นิ า นอกจากนีย้ งั มเี ฟสคงท่ีอ่นื เชน่ ซโู ครส เซลลโู ลส แปง้ แคลเซียมคารบ์ อเนต แมกนเี ซยี มออกไซด์ เปน็ ตน้ การเกิดอันตรกิริยาระหว่างสารกับเฟสคงท่ีจะข้ึนอยู่กับความช้ืนของเฟสคงท่ี ดังนั้นก่อนใช้ จะตอ้ งนาเฟสคงท่ีไปอบไล่ความชนื้ กอ่ น เฟสเคล่อื นท่ีจะต้องชะสารออกจากคอลัมนไ์ ด้ดซี ึ่งขนึ้ อยู่กนั ค่าสัมประสทิ ธ์ิการกระจายตัวของ ตัวทาละลายที่ใช้ในการชะสาร ถ้าชะสารได้ช้าจะทาให้เวลารีเทนชันมากเกิดแบนกว้าง (band broadening) แตช่ ะสารออกมาเรว็ เกนิ ไป จะทาใหส้ ารแยกออกจากกบั ไม่ดี ดังนัน้ ในการเลือกตัวชะให้ เหมาะสมอาจใช้ตัวทาละลายผสม โดยการเลือกจะพิจารณาความเป็นขั้วของสารและตัวทาละลายให้ เหมาะสม

44 3.3.2 พาร์ทิชันโครมาโทกราฟี (partition chromatography) หรือเรียกว่า โครมาโท กราฟีของเหลว-ของเหลว (liquid-liquid chromatography) โดยเฟสคงที่จะเป็นของเหลวที่ เคลอื บอยู่บนของแขง็ รองรับ (solid support) ของแข็งรองรบั นี้จะต้องมีความหนดื สงู ไมเ่ กดิ อันตรกริ ยิ า ใดกับสารตวั อยา่ งและเฟสเคลอื่ นท่ี ตัวอยา่ งของแข็งรองรับ เช่น ดินเบา ซิลกิ า เซลลโู ลส สารพอลเิ มอร์ เป็นต้น การเตรยี มคอลมั น์ เตรียมเฟสคงที่ท่ีเปน็ ของเหลวก่อนโดยการเคลอื บบนของแข็งรองรับ ซ่ึงมี หลายวธิ ี เชน่ ผสมเฟสคงท่ีของเหลวกบั ของแข็งรองรับใหผ้ สมเขา้ กนั ในโกร่ง หรือ นาเฟสคงที่ซึ่งมีความ หนืด นามาละลายดว้ ยตวั ทาละลายที่เหมาะสม จากน้ันผสมให้เปน็ เน้ือเดยี วกนั กับของแขง็ รองรบั นาไป เข้าเคร่ืองกลั่นแบบลดความดัน ระเหยตัวทาละลายจนหมดก็จะได้เฟสคงท่ีท่ีเคลือบอยู่กับของแข็ง นาไปบรรจุลงในคอลัมน์ สาหรับเทคนคิ พารท์ ชิ ัน สามารถแบง่ ออกเป็นสองแบบคอื 1. นอรม์ ัลเฟส (normal phase) คอื เฟสคงที่มีความเป็นขั้วมากกว่าเฟสเคลื่อนท่ี 2. รเี วอร์สเฟส (reversed phase) คือเฟสคงท่ีมคี วามเปน็ ขวั้ นอ้ ยกว่าเฟสเคลอื่ นท่ี มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 3.3.3 โครมาโทกราฟีแบบแลกเปล่ียนไอออน (ion exchange chromatography) สาร แลกเปลย่ี นไอออน (ion exchanger) หรือเรซนิ (resin) เป็นสารสังเคราะหท์ างอนิ ทรีย์ท่ีมีคุณสมบตั ใิ น การแลกเปล่ียนไอออน มีลักษณะโมเลกุลใหญแ่ ละยดึ กันแบบตาข่าย สาหรับเรซินที่นิยมใช้กันมากคอื พอลสิ ไตรีนไดไวนิลเบนซนี (Poly(styrene-divinylbenzene)) สารแลกเปลยี่ นไอออนแบง่ ออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ 1. สารแลกเปลี่ยนไอออนบวก (cation exchanger) ซ่ึงแบง่ เปน็ 2 แบบคือ สารแลกเปลย่ี น ไอออนแบบกรดแก่ เชน่ กรดซัลโฟนิก (R-SO3- H+) และสารแลกเปลีย่ นไอออนแบบกรดออ่ น เชน่ กรด คารบ์ อกซิลกิ (R-COO- H+) ตัวอย่างปฏกิ ิริยาการแลกเปลย่ี นคอื R-SO3- H+ + Na+ R-SO3- Na+ + H+ R-COO- H+ + Na+ R-COO- Na+ + H+

45 2. การแลกเปลีย่ นไอออนลบ (anion exchanger) แบ่งออกเปน็ 2 แบบคือ สารแลกเปลี่ยน ไอออนแบบเบสแก่ เช่น ควอเตอร์นารเี อมนี (R-NR3+ OH-) และสารแลกเปล่ยี นไอออนลบแบบเบสออ่ น เชน่ เอมีน (R-NH3+ OH-) R-NR3+ OH- + Cl+ R-NR3+ Cl- + OH- มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง R-NH3+ OH- + Cl+ R-NH3+ Cl- + OH- ความจาเพาะเจาะจงของการแลกเปลี่ยน ไอออนมีหลกั ดังน้ี 1. ไอออนที่มปี ระจมุ ากกว่าจะจับกับเรซนิ ไดด้ กี วา่ ไอออนที่มีประจุนอ้ ย โคยมลี าดบั ของการจับ กับสารแลกเปล่ยี นไอออนดังนี้ Na+ < Ca2+< La3+ < Th4+ 2. ไอออนท่ีมีประจุเทา่ กนั ลาดับของการจับกับสารแลกเปลย่ี นไอออนจะขึ้นอยกู่ บั ขนาดของไฮ เดรตไอออน (hydrated ion) ดงั น้ีคอื Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+ F- < Cl- < Br- < I- 3. รอ้ ยละของการไขวข้ องเรซนิ ไอออนของสารอินทรยี ์ที่มีโมเลกลุ ขนาดใหญ่ และสารประกอบ เชิงซอ้ นท่ีมปี ระจุลบจะมคี วามจาเพาะเจาะจงกับสารแลกเปลีย่ นไอออนสูง 4. ภาวะความเปน็ กรดเบส เฟสเคล่อื นท่ี ตอ้ งเป็นสารละลายท่ีมคี ณุ สมบตั ขิ องการแลกเปล่ียน ไอออน เช่น ในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกจะเลือกสารละลายที่มีองค์ประกอบของ H+ และการ แลกเปลย่ี นไอออนลบจะเลอื กสารละลายท่ีมีองค์ประกอบของ OH- เปน็ ตวั ชะ 3.3.4 เจลโครมาโทกราฟี (gel chromatography) เปน็ เทคนคิ ที่ใชใ้ นการแยกสารท่ีมีขนาดโมเลกุลใหญ่ โดยอาศยั การแยกสารตามขนาดโมเลกุล เจลเปน็ สารขนาดใหญ่ มีโมเลกลุ ยาวแบบตาขา่ ย เปน็ สารท่ีมคี วามเป็นข้วั และสามารถดูดซบั น้าหรือตวั ทาละลายที่มีความเปน็ ขัว้ ได้ดี

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง46 หลกั การทางานคอื สารที่มีขนาดโมเลกุลเลก็ สามารถจะแทรกเข้าสรู่ พู รนุ ของโมเลกลุ ได้ ขณะท่ี สารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ไม่สามารถเข้าได้ ก็จะหลุดออกมากับเฟสเคลอื่ นที่ก่อนสารท่ีมขี นาดโมเลกลุ เล็ก เจลฟิลเตรชัน (gel filtration) ใช้ในการแยกสารที่ละลายน้าได้ เช่น สารชีวโมเลกุลและเจล เพอร์เมียชนั (gel permeation) ใชใ้ นการแยกสารที่ไม่ละลายนา้ เช่น สารพอลิเมอร์ ชนดิ ของเจล ได้แก่ 1. เซฟาเดกซ์ (sephadex) เป็นสารที่นิยมใช้มาก ใช้ในการแยกสารชีวเคมีท่ีมีโมเลกุลขนาด ใหญ่ แยกสารโปรตีน เตรียมได้จากพอลิแซคคาไลด์เด็กซ์แทรนส์ (polysaccharide dextrans) ซึ่ง สังเคราะหม์ าจากปฏิรกิ ยิ าของแบคทเี รยี บนซูโครส เซฟาเดกซ์ เสถยี รในกรดอ่อนและเบส หา้ มใช้ที่อุณหภูมสิ งู กวา่ 120 °C ในการใช้งานจะละลาย ในกลัยคอล (glycol) หรือ ไดเมธิลซัลโฟไซด์ (dimethylsulfoxide) หรือฟอร์มาไมด์ (formamide) เปน็ ตน้ 2. ไบโอเจล (bio-gel) เป็นเจลที่เฉื่อยต่อปฏิกิริยาทางเคมี เตรียมจากปฏิกิริยาพอลิเมอร์ ระหว่าง acrylamide กับ N,N'-methylene-bis-acrylamide ไม่ละลายน้าและตัวทาละลายอินทรีย์ ธรรมดา สามารถใชใ้ นการแยกสารที่มขี นาดโมเลกุลในช่วง 1,800-400,000 3. อะกาโรส (agarose) ใช้สาหรับแยกสารที่มีขนาดโมเลกุลมากกว่า 500,000 เตรียมจาก polygalacto-pyranose มลี ักษณะนมุ่ ไมส่ ามารถใชก้ บั ความดันสูง 4. แก้วพอรัส (porous glass) มีรูปร่างท่ีแน่นอน มีรูพรุนทคี่ วบคุมและเปลี่ยนแปลงในการ เลือกใชง้ านได้ เหมาะในการใช้งานความดนั สูงๆ 5. สไตราเจล (styragel) ใช้กับการแยกสารที่ไม่ใช่น้า (nonaqueous) ใช้กับอุณหภูมิสูงกว่า 150°C เหมาะกบั ตัวทาละลาย ได้แก่ เตตราไฮโดรฟูราน คลอโรฟอรม์ คาร์บอนเตตราคลอไรด์ และใช้ ในการแยกสารที่มขี นาดโมเลกลุ ในช่วง 1,600-40,000,000 3.3.5 การตรวจวดั สารทถ่ี กู ชะออกมา (detection of effluent) สารที่ถกู ชะออกมาจากคอลมั น์เรยี กวา่ เอฟฟลเู อนท์ (effluent) ซ่งึ จะประกอบดว้ ยตวั ชะและ สารตัวอย่าง ในการตรวจวัดเอฟฟลูเอนท์ท่ีได้ออกมาว่ามีสารที่ต้องการหรือไม่ ทาได้โดยใช้วิธีการ เกิดปฏกิ ริ ยิ ากับสารเคมีที่เหมาะสม หรือการใช้เครอื่ งมอื ตรวจวัด ในการตรวจวัดด้วยเครือ่ งมอื สามารถ แบง่ ออกเป็นสองแบบคือ

47 1. วัดคุณสมบัติทางกายภาพของเฟสเคลอื่ นทท่ี ี่เปลี่ยนไป เรียกว่า bulk property detector เช่น การวัดค่าดัชนีหักเห หรือวัดค่าการนาไฟฟ้า ระหว่างเฟสเคล่อื นที่และเอฟฟลเู อนท์ทเ่ี ปลี่ยนแปลง ไป 2. การวัดคุณสมบัติของตัวอย่าง เรยี กวิธีนีว้ า่ solute property detector เชน่ การวดั คา่ การ ดูดกลืนแสงของสารตัวอย่างในเฟสเคลื่อนที่ การตรวจด้วยเครื่องมอื ทางรงั สีในกรณีตัวอย่างเป็นสาร กมั มนั ตรังสี มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

48 คาถามทบทวน 1. จงอธบิ าย หลกั การแยกสารด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟี 2. โครมาโทกราฟีกระดาษ และทินเลเยอร์โครมาโทกราฟี มหี ลกั การเหมอื นกันและแตกต่างกนั อย่างไร 3. เทคนิคเจลโครมาโทกราฟี แยกสารโดยอาศยั หลกั การอยา่ งไร 4. โครมาโทกราฟีแบบดดู ซับ และ โครมาโทกราฟแี บบพาร์ทชิ ัน แตกต่างกนั อยา่ งไร 5. เฟสคงทใ่ี นการใชส้ าหรับแลกเปลีย่ นไอออนมีลักษณะอยา่ งไร และมกี ชี่ นดิ 6. สารตัวอย่างสองชนดิ ซึ่งมีคา่ KD เทา่ กับ 1 และ 0.5 ตามลาคบั ทา่ นคดิ ว่าสารใดจะถกู ชะ ออกจากคอลมั นก์ ่อน เพราะอะไรอธบิ าย 7. นอร์มัลเฟส และรเี วอรส์เฟสต่างกันอยา่ งไร 8. ในการทาโครมาโทกราฟีกระดาษ ท่านจะมีวิธีการตรวจสอบได้อย่างไรว่าสารนั้นเป็นสาร อะไร อธบิ าย มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

49 เอกสารอ้างอิง ธวัชชัย ศรีวิบูลย.์ (2551). เทคนคิ การแยก (Separation Techniques). กรงุ เทพ : สานักพมิ พ์ มหาวิทยาลยั รามคาแหง. วรรณา กาญจนมยูร. (2551). หลกั ทางเคมวี เิ คราะห์. ขอนแกน่ : โรงพมิ พม์ หาวิทยาลยั ขอนแกน่ . Aryal, S. (2018). Column Chromatography. คน้ เมอ่ื สิงหาคม 6, 2564. จาก URL : https://microbenotes.com/column-chromatography/ Dilts, R. V., (1974). Analytical chemistry Methods of separation. New York : Van Nostrand. Norasiah Mohammad, N. (2017). Optimization of silver nanoparticles sizes in Ag-Cu nanopaste as die-attach materials for high temperature applications. Masters thesis, Universiti Sains Malaysia. มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏหม่บู า้ นจอมบงึ 50

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงบทที่ 4 แกส๊ โครมาโทกราฟี แก๊สโครมาโทกราฟี (Gas Chromatography) เป็นเทคนิคหน่ึงของการวิเคราะห์ ด้วยวิธีโคร มาโทกราฟีซงึ่ นิยมใช้กันอย่างกว้างขวาง เพราะมีความสามารถในการถแยกและวิเคราะห์ตัวอย่างท่มี ี องคป์ ระกอบซบั ซ้อนได้ ซึ่งให้ผลเทีย่ งตรง และรวดเร็วกวา่ ลคิ วิดโครมาโทกราฟี แก๊สโครมาโทกราฟี มีเทคนิคในการวิเคราะห์ 2 วิธี คือ การใช้เฟสคงท่ีเป็นของแข็ง เรียกว่า gas-solid Chromato-graphy (GSC) และการใช้เฟสอยู่กับท่ีเป็นของเหลว เรียกว่า gas-liquid chromatography (GLC) ซ่ึงท้ังสองวิธีน้ีมีเฟสเคลื่อนท่ีได้เป็นแก๊ส เทคนิคท้ังสองได้นามาใช้ในการ วิเคราะห์ โดยท่ีเทคนิคของ GLC เป็นที่นิยมกันมากกว่าแก๊สโครมาโทกราฟีใช้ได้กับสารท่ีสามารถ ระเหยกลายเปน็ ไอได้ ณ อุณหภูมิคอลัมน์เท่าน้นั ดังนั้นวิธกี ารของแกส๊ โครมาโทกราฟีจงึ เป็นเทคนิคท่ีใช้ในการแยกสารผสมที่เปน็ สารประกอบ อินทรียเ์ ท่านั้น เพราะสารประกอบอนิ ทรียส์ ามารถกลายเปน็ ไอได้งา่ ย ณ อุณหภูมคิ อลัมน์ โดยจะไม่ใช้ วิธีแก๊สโครมาโทกราฟีสาหรับการวิเคราะห์สารประกอบอนินทรีย์ เพราะสารประกอบอนินทรีย์ไม่ สามารถกลายเป็นไอไดใ้ นอณุ หภูมปิ กติ (ท่ที าการทดลอง) ของคอลัมน์ โดยตวั อย่างจะถกู ทาให้เป็นไอที่ อณุ หภมู ิหนงึ่ แลว้ ให้ไอของสารเหล่าน้ันผา่ นเข้าไปยังคอลัมนท์ ่บี รรจดุ ้วยเฟสคงท่ี (stationary phase) โดยอาศัยการพาไปของเฟสเคลื่อนท่ี (mobile phase) หรือ แก๊สพา (carrier gas) องค์ประกอบของ สารผสมท่ีมีความสามารถในการเคล่ือนทแ่ี ละการกระจายตัวผ่านเฟสคงท่ีต่างกันจะแยกออกจากกนั วธิ ีแกส๊ โครมาโทกราฟีสามารถใชใ้ นงานด้านการวเิ คราะห์ท้ังทางคุณภาพและทางปริมาณ 4.1 หลกั การพน้ื ฐานทางแกส๊ โครมาโทกราฟี (basic concept of gas chromatography) การแยกสารในระบบโครมาโทกราฟี อาศัยค่าสมั ประสทิ ธก์ิ ารกระจายตวั ของสารทแ่ี ตกต่างกัน ถ้าสารใดมคี า่ KD = 1 แสดงวา่ สารจะเกิดการกระจายระหว่างสองเฟสเท่ากนั ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ทเี่ กย่ี วข้องทางโครมาโทกราฟี พิจารณาได้จากโครมาโทแกรม ดังน้ี

52 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงภาพที่ 4.1 โครมาโทแกรมของการแยกสารผสม 4.1.1 ค่าการแยก (resolution, Rs) ใชบ้ อกความสามารถของการแยกสญั ญาณท่ตี ิดกัน Rs tR2 tR1 ……………………………… (4.1) W1 W2 2 Rs 2 tR2 tR1 ……………………………… (4.2) W1 W2 เม่อื tR1 ,tR2 เวลาทสี่ าร 1 และ 2 ถูกหนว่ งในคอลมั น์ (retention time) tm เวลาที่สารไม่ถกู หนว่ งในคอลมั น์ (unrctained solute) หรอื เวลารเี ทนชันของแก๊สพา หรอื air pcak = ความยาวคอลัมน/์ อตั ราการไหลเชงิ เส้นของแก๊สพา ( L/µ) W1, W2 ความกว้างทฐ่ี านของสญั ญาณ

53 ในการหา tm จากโครมาโทแกรม สว่ นใหญ่จะไมพ่ บ ดังนั้นสามารถหาได้โดยการใช้สารนอร์มัล แอลเคน (n-alkane) สามตวั ฉดี เขา้ ไป และหาเวลารีเทนชนั ของแตล่ ะตัว 4.1.2 แฟกเตอรค์ วามจุ (capacity factor, k') แสดงความจขุ องเฟสคงทท่ี ่บี รรจุในคอลัมน์ ต่อความสามารถในการแยกสาร มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง k KDVs CsVs tR tm tR ……………………………… (4.3) Vm CmVm tm tm เมอ่ื KD = สมั ประสิทธิข์ องการกระจาย (distribution coefficient) = Cs/Cm Vs = ปรมิ าตรของเฟสคงท่ี Vm = ปริมาตรของเฟสเคลอื่ นท่ี Cs = ความเข้มขน้ ของสารในเฟสคงท่ี Cm = ความเขม้ ข้นของสารในเฟสเคลื่อนท่ี tR' = เวลารีเทนชนั ทป่ี รับแลว้ (adjust retention time) = tR - tm 4.1.3 คา่ ความจาเพาะเจาะจง (selectivity, ) เปน็ คา่ ทีบ่ ง่ บอกถงึ ความสามารถในการ แยกสัญญาณของสารสองตัวออกจากกันด้วยวิธีทางโครมาโทกราฟี k tR2 tm k2 ……………………………… (4.4) tR1 tm k1 ตัวอยา่ ง 4.1 คอลมั นห์ นง่ึ มีขนาดเสน้ ผา่ ศูนย์กลาง 0.25 มลิ ลิเมตร ยาว 1000 เซนติเมตร โดย มีฮเี ลียมเปน็ แก๊สพา อตั ราการไหล 37 เซนตเิ มตร/วินาที เวลารีเทนชนั ของสารตวั อย่างอยูท่ ่ี 1.27 นาที จงคานวณคา่ แฟกเตอรค์ วามจุ

54 tm L 100cm = 27 วินาที วิธีทา 37cm / s 27cm s = 0.45 วินาที 60cm / 1.27 0.45 = 1.82 0.45 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงK ตอบ 4.1.4 ประสิทธิภาพของคอลัมน์ (column efficiency) ประสิทธิภาพของคอลัมน์จะมี ตวั เลขทีบ่ ง่ บอกถงึ ความกวา้ งของสญั ญาณในรูปของเวลารีเทนชัน โดยจะอยู่ในรปู ของจานวนเพลททาง ทฤษฎี (theoretical plate) ทฤษฎีที่ใชใ้ นการหาประสทิ ธภิ าพของคอลมั นม์ ี 2 ทฤษฎี คือ ทฤษฎีเพลท (plate theory) ซ่ึง เสนอโดย Marine และ Synge และ ทฤษฎีอัตรา (rate theory) ซึ่งเสนอโดย van Deemter และ คณะ 1. ทฤษฎเี พลท (plate theory) อธิบายการแยกของสารในรูปของชัน้ หรือเพลท โดยคอลมั น์ ท่ีบรรจุด้วยเฟสคงที่จะถูกแบ่งเป็นช้ันๆ จานวน N ชั้น และแต่ละช้ันจะมีระยะห่างกันเท่ากับ H เมื่อ สารผ่านเข้าสคู่ อลัมน์จะเกิดการกระจายตวั และเกิดสมดุลขึน้ ระหวา่ งเฟสคงท่แี ละเฟสเคล่อื นที่ในแต่ละ เพลท โดย H และ N มีความสมั พนั ธก์ ันดงั สมการ H L ……………………………… (4.5) N เม่อื L = ความยาวของคอลัมน์ H = ความสูงเทยี บเทา่ ทางทฤษฎี (height equivalent to theoretical plate, HETP)

55 เมื่อ H มคี ่าน้อย หรือ N มีค่ามาก แสดงว่าคอลมั นม์ ีประสิทธิภาพสูง โดย N หาได้จากโครมา N tR 2 โทแกรม ซึ่งมีคา่ สมั พนั ธ์กบั เวลารเี ทนชนั สาหรบั พีคทมี่ กี ารกระจายแบบสมมาตร (symmetrical peak หรือ gaussian peak) W W1/2 4 2.345 สามารถประมาณค่เบ่ียงเบนมาตรฐาน (standard deviation)มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง ดงั นัน้ tR 2 tR 2 …………………………(4.6) N = 16 |w| = 5.54 |w1/2| เมือ่ W1/2 = ความกวา้ งท่คี ร่ึงหนึ่งของความสงู ของพคี (width at half height) ตัวอย่าง 4.2 ต่อจากตัวอย่าง 4.1 ถ้าความกว้างท่ีครึ่งหนึ่งของพีคมีค่า 0.88 วินาที จงคานวณหา จานวนเพลท และความสงู เทยี บเท่าทางทฤษฎี วธิ ีทา จากสตู ร N = 5.54 tR 2 |w1/2| = 5.54 1.27 นาที x 60 วนิ าที/นาที 2 | 0.88 วินาที | = 41539 ตอบ H = L/N = 1000/41539 = 0.024 เซนตเิ มตร

56 2. ทฤษฎอี ัตรา (rate theory) Van Decmter และคณะได้อธิบายกระบวนการทเ่ี กิดขน้ึ ใน คอลมั นโ์ ดยจะเก่ียวขอ้ งกับคา่ คงที่ A, B และ C H = A +B/μ+Cμ ……………………………… (4.7) มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงA = Eddy difusion ข้ึนอยู่กบั ขนาดของเฟสคงที่ = 2λdp λ = ค่าคงทขี่ นึ้ อย่กู ับขนาดของอนภุ าคของเฟสคงที่ dp = ขนาดเสน้ ผ่าศนู ยก์ ลางเฉล่ยี ของเฟสคงท่ี B = longitudinal diffusion = 2γDm γ = ค่าคงที่ขน้ึ อยู่กับการแพร่ Dm = diffusion coefficient of solute in mobile phase C = resistance to mass transfer = Cs + Cm Cs = the mass transfer of molecule in stationary phase Cm = the mass transfer of molecule in mobile phase Cs 8k df2 2 1 k 2 Ds Df = the thickness of the stationary phase Ds = diffusion coefficient of solute in stationary phase Cm dp2 Dm = column cfficiency ซงึ่ ขนึ้ อยู่กับการบรรจุเฟสคงที่ในคอลัมน์ = ความเร็วเชิงเสน้ เฉล่ีย (average linear velocity, cm/sec) = ความยาวคอลมั น์/tm

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 57 ภาพที่ 4.2 ความสมั พันธ์ของสมการแวนดีมเตอร์ ทมี่ า : (ผเู้ ขียน, 2564) อัตราการไหลทีใ่ ห้ประสทิ ธภิ าพของการแยกสารดที ส่ี ดุ ( optimum) คือตาแหน่งทมี่ คี ่า H ต่าสุด 4.2 ส่วนประกอบของเคร่ืองแกส๊ โครมาโทกราฟี แกส๊ โครมาโทกราฟีเป็นเครอ่ื งมือในการแยกสารผสมออกจากกนั โดยอาศัยการกระจายตัวของ สารในสองเฟส เฟสคงท่ีอาจเป็นของเแข็งหรือของเหลว และเฟสเคล่ือนที่เป็นแกส๊ เรียกว่า แเก๊สพา (carrier gas) ซึ่งทาหน้าท่ีพาสารเคลื่อนท่ีผ่านไปตามเฟสคงท่ีท่ีบรรจุไว้ในคอลัมน์ เทคนิคแก๊สโคร มาโทกราฟีพฒั นามาใชค้ รง้ั แรกโดย James และ Martin จนไดร้ ับรางวลั โนเบลในปี คศ. 1952 แก๊สโครมาโทกราฟี แบ่งออกเป็น 2 ชนดิ ตามเฟสคงที่ คือ gas-solid chromatography (GSC) และ gas-liquid chromatography (GLC) หลักการทางานคือเม่อื ตัวอย่างได้รับความร้อนจะกลายเป็นไอ แกส๊ พาจะพาสารตวั อย่างเข้าสู่ คอลัมน์ องค์ประกอบของสารจะถูกแยกออกจากกันภายในคอลัมน์ซ่ึงบรรจุด้วยเฟสคงที่ และเข้าสู่ เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณ ส่วนประกอบของเคร่ืองมอื ดังแสดงในภาพท่ี 4.3 ได้แก่ แก๊สพา ส่วนนาเข้า ตัวอย่าง (sample inject) คอลัมน์ ตู้อบและส่วนของการควบคุมอุณหภูมิ เคร่ืองตรวจวัด และเครื่อง บนั ทึกสญั ญาณ

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง58 ภาพที่ 4.3 สว่ นประกอบของเครื่องแกส๊ โครมาโทกราฟี ท่ีมา : (Philadelphia College of Pharmacy, 2012) 4.2.1 แกส๊ พา (carrier gas) ลักษณะหลกั ของแกส๊ พาคือ ต้องเป็นแกส๊ เฉื่อย เพื่อป้องกันไมใ่ ห้เกิดปฏิกิรยิ าใดๆ ในคอลมั น์ ไม่เกิดอันตรกิริยาใดๆ กับสารท่ีจะวิเคราะห์หรือเฟสคงที่ ตัวอย่างของแก๊สพา ได้แก่ ไฮโดรเจน เป็น แก๊สพาท่ีดีแต่สามารถติดไฟใด้งา่ ย เกิดการระเบิดรนุ แรง ฮีเลียมเป็นแก๊สพาทดี่ ีแต่มีราคาค่อนข้างสูง ไนโตรเจนเป็นที่นิยมเพราะราคาไม่แพง แก๊สพาที่ใช้ต้องมคี วามบรสิ ทุ ธ์ิสงู และต้องพิจารณาถึงความ ปลอดภัยต่อผู้ใช้เครื่องมือและมีความเหมาะสมกับความไวของเครื่องตรวจวัดสัญญาณ เช่น ฮีเลียม เหมาะสาหรับเครื่องตรวจวัดค่าการนาความร้อน (thermal conductivity detector, TCD) ไนโตร เจนใชไ้ ดก้ บั เครือ่ งตรวจวัดวัดแบบเฟลมไอออไนเซชัน (flame ionization detector, FID) ไนโตรเจน แบบปราศจากออกซิเจนจะเหมาะสาหรับเคร่ืองตรวจวัดแบบอิเล็กตรอนแคปเจอร์ ( electron capture, ECD) อัตราการไหลของแก๊สพาจะมีผลต่อประสิทธิภาพของคอลัมน์ ดังนั้นในการวิเคราะห์สาร จะต้องมกี ารวัดหรือควบคมุ อัตราการไหลของแกส๊ พา

59 ตารางท่ี 4.1 แกส๊ พาท่ีเหมาะสาหรบั เครอ่ื งตรวจวดั ชนดิ ตา่ งๆ ทมี่ า : (วรรณา กาญจนมยูร, 2551) เครื่องตรวจวัด แกส๊ พา แกส๊ เชอื้ เพลิง แกส๊ เสรมิ - TCD He - air or O2 FID N2 or He H2 - มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง ECD N2 (OFN) - air or O2 air FPD N2 or He FTD He 4.2.2 ระบบนาเข้าสารตัวอยา่ ง (sample injection system) การวิเคราะห์ด้วยระบบแก๊สโครมาโทกราฟีสามารถวิเคราะห์ตัวอย่างท้ังสามสถานะ คือ ของเหลว แก๊ส และของแข็ง โดยตัวอย่างจะต้องเป็นสารที่ระเหยงา่ ย มีจุดเดือดต่ากว่า 400 °C กรณี ตวั อย่างทีเ่ ปน็ ของเหลวและแก๊ส จะมีระบบนาเข้าโดยการฉีด ดังแสดงในภาพที่ 4.4 สาหรับของเหลวจะใช้ตัวอย่างอยู่ในช่วง 0.1-1.0 L โดยใช้เข็มฉีดไมโคร (microsyringe) ฉีดผ่านเซปตัม (septum) ซึ่งทาด้วยยางซิลโิ คนที่มคี วามยืดหยุ่น ทาให้สารตัวอย่างและแก๊สพาไม่ดัน ย้อนกลับออกมา ควบคุมอุณหภมู คิ งท่ี และสงู พอทีจ่ ะทาให้ตัวอย่างเปลี่ยนสถานะเป็นแกส๊ โดยปกติจะ ควบคุมให้สูงกว่าอุณหภูมิคอลัมน์ประมาณ 50 องศาเซลเซียส เพ่ือให้สารกลายเป็นไออย่างสมบรูณ์ ป้องกนั การตกค้างซ่ึงจะก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนตอ่ การวเิ คราะห์ตอ่ ไป สาหรับตัวอย่างที่เป็นแก๊สจะใช้ปริมาณตัวอย่างมากกว่าของเหลว คือประมาณ 1-500 L โดยการใช้เข็มฉีด

60 ภาพท่ี 4.4 ระบบนาเขา้ ตวั อยา่ งแบบฉดี ทม่ี า : (Deepak, D., 2014) กรณีตวั อยา่ งเป็นของแข็งเตรยี มโดยละลายในตัวทาละลายทเ่ี หมาะสม สาหรับตวั อย่างที่มีจุด เดือดสูงกว่า 400 °C จะไม่สามารถวิเคราะห์ได้ เช่น สารพอลเิ มอร์ ตัวอย่างดิน เส้นใยต่างๆ ดังนั้นจึง ตอ้ งทาการแยกสลายด้วยความรอ้ น (pyrolysis) โดยตัวอย่างจะถูกทาให้แตกตัวเป็นโมเลกลุ ย่อยๆ ซึ่ง เครื่องมือน้ีเรียกว่าไพโรไลเซอร์ (pyrolyzer) ดังแสดงในภาพท่ี 4.5 โดยจะต่อเข้าแทนท่ีระบบนาเข้า แบบฉดี การวเิ คราะหจ์ ะตอ้ งเลือกอณุ หภมู ทิ ่เี หมาะสมสาหรบั ตวั อย่างแตล่ ะชนิด มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 61 ภาพท่ี 4.5 ไพโรไลเซอร์ ภาพท่ี 4.6 ระบบนาเขา้ ตวั อยา่ งแบบ Head space

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง62 4.2.3 คอลมั น์ (column) คอลัมน์เป็นส่วนสาคัญที่สุดในการแยกองค์ประกอบของสารต่างๆ ออกจากกันคอลัมน์แบ่ง ออกเป็นสองแบบคือ แพ็คคอลัมน์ (packed column) และคาพลิ ลารคี อลัมน์ (capillary column) 1. แพค็ คอลัมน์ ประกอบดว้ ยทอ่ กลวง ยาวประมาณ 1 ถึง 4 เมตร เส้นผ่าศนู ย์กลางประมาณ 2 ถึง 6 มิลลิเมตร คอลมั น์จะถกู ขดไว้ในตู้อบ คอลมั น์บรรจดุ ว้ ยเฟสคงท่ีทเ่ี ปน็ ของแข็ง หรอื ของเหลวที่ เคลือบอยู่บนของแข็งรองรบั วสั ดทุ ่ใี ช้ทาคอลมั น์มีหลายชนิด เชน่ แกว้ สแตนเลส พลาสติก พอลิเมอร์ อะลูมิเนียม ทองแดง เป็นตน้ การเลือกใชค้ อลมั น์ที่ทาด้วยวัสดุชนิดใดน้ัน จะตอ้ งพจิ ารณาว่าวัสดุท่ีใช้ นนั้ จะตอ้ งไม่เกิดปฏิกริ ิยากบั เฟสคงที่ เฟสเคลอ่ื นท่ี หรือตัวอย่าง 2. คาพิลลารีคอลัมน์ เป็นคอลัมน์ท่ีมีเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กมาก ประมาณ 0.1 ถึง 0.5 มิลลิเมตร ความยาวคอลัมน์ประมาณ 10 ถึง 100 เมตร เฟสคงที่เป็นได้เฉพาะของเหลวโดยลเคลือบ ภายในคาพิลลารี ของแขง็ รองรับ (solid support) ทาหน้าท่ีให้เฟสของเหลวเคลือบเป็นแผ่นฟิลม์ คุณสมบัติ ของของแขง็ รองรบั ท่ดี คี วรมีลักษณะดงั น้ี 1. มคี วามเฉื่อยสูง และไม่เกดิ ปฏกิ ิริยากับสารตวั อยา่ ง 2. มีพน้ื ที่ผิวมากประบาณ 1-20 ตารางเมตรต่อกรัม 3. มีโครงสร้างเป็นรพู รุนขนาดสม่าเสมอ ถ้าโครงสร้างมีรูพรุนมากจะมีพ้ืนที่ผวิ ในการเคลือบ เฟสของเหลวไดม้ าก 4. มีความคงทน ขนาดรูปร่างและรูพรุนคงทไ่ี ม่แตกหกั งา่ ยขณะใชง้ าน ของแข็งรองรับท่ีใช้ในปัจุบันมีหลายชนิด เช่น ไคอะตอมไมท์ ( diatomite หรือ diatomaceous earth หรืe kieselguhr) ซ่ึงเป็นสารพวกซิลิกา นอกจากน้ียังมีสารสังเคราะห์พอลิ เมอร์เทฟรอน (teflon) glass bead และ carbon bead เป็นต้น ไดอะตอมไมท์ เป็นของแข็งรองรับท่ีนิยมมาก มีพ้ืนที่ผิวสูง ส่วนผสมของไดอะตอมไมท์ คือ ออกไซด์ของซิลิกา อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม แมกนีเซียม โดยส่วนผสมจะถูกเผาท่ี 900 °C ซ่ึงใน การเผาจะเตมิ โซเดียมคาร์บอเนตลงไป สารประกอบที่เกิดข้ึนจากการเผาจะอยู่ในรูปของเกลือโลหะซิลิ เกท มีสีขาว ถ้ามีส่วนประกอบของเหลก็ ออกไซด์มากจะได้สารประกอบของเหลก็ ทีม่ ีสีชมพู ตัวอย่าง ของของแข็งรองรบั ชนิดน้ีคือ Chromosorb ซ่งึ จะมีหลายแบบและมีคุณสมบัติแตกต่างกัน ดังแสดงใน ตาราง 4.2

63 ตารางท่ี 4.2 คุณสมบัตขิ องของแขง็ รองรับ Chromosorb คณุ สมบตั ิ Chromosorb P Chromosorb W Chromosorb G Chromosorb A Chromosorb T สี ชมพู ขาว เทา ชมพู ขาว pH 6.5 8.5 8.5 7.1 - surface 4.0 1.0 0.5 2.7 7-8 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง area (m2/g) ในการใช้งานบางครั้งจะมีการล้างด้วยกรด(acid wash, AW) เพ่ือกาจัดเหล็ก โดยล้างกรด ไฮโดรคลอริกเขม้ ขน้ 3N เป็นเวลาหลายช่ัวโมง หรือการสกดั ดว้ ย soxhlet โดยใช้กรดเขม้ ขน้ 6N ที่ผิวของของแข็งรองรับจะมีหมู่ฟังก์ชันเป็นไซลานอล ซึ่งมีคุณสมบัติในการเกิดการดูดซับ สาหรบั สารทม่ี ีข้ัว ดังน้นั การลดคุณสมบตั นิ เี้ รยี กว่าดแี อกติเวท (deacivated) ทาได้โดยการทาปฏกิ ิริยา กับไดเมธิลคลอโรไซเลน (dimethylchlorosilane, (CH3)2SiCI2, DMCS) หรือเฮกซาเมธิลไคไซเลน (hexamethyldisilane, (CH3)3SiNHSi(CH3)3, HMDS) ปฏกิ ริ ยิ าทเี่ กดิ ขนึ้ เรยี กว่าการเกดิ ไซลาไนเซชัน (silanization) ดงั แสดงในภาพท่ี 4.7 ตัวอย่างเช่น Chromosorb WAW DMCS หมายถึง Chromosorb W ทีผ่ า่ นการลา้ งด้วยกรด และไซลาไนสด์ ว้ ยไดเมธลิ คลอโรไซเลน คุณสมบตั ขิ องเฟสของเหลว คอื 1. เฉ่อื ย ไมท่ าปฏิกริ ยิ ากับสารอนื่ 2. ทนตอ่ ความร้อน (thermally stable) 3. เปน็ สารไม่ระเหย (nonvolatile) 4. ตอ้ งละลายในตัวทาละลายไดด้ ี เพ่ือสะดวกในการเคลอื บบนของแข็งรองรับ หรอื เคลือบในคาพิลลารคี อลมั น์

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง64 ภาพที่ 4.7 ปฏิกริ ิยาการดแี อกติเวทดว้ ยการไซลาไนเซชัน่ เฟสของเหลวสามารถแบง่ ตามคุณสมบัติความเป็นข้วั ได้ 3 กลุ่ม ดังนี้ 1. เฟสคงท่ีแบบไม่มีข้ัว (nonpolar stationary phase) ได้แก่ สารพวกพาราฟิน เช่น squalane, methylsilicone 2. เฟสคงท่ีท่ีมีความเป็นข้ัวปานกลาง (medium polar stationary phase) ได้แก่ สาร พวกเอสเทอร์ของกรดคาร์บอกซลิ กิ เชน่ dinonyIphthalate neopentylglycolsebacate ethylene glycol succinate และ aromatic polyether 3. เฟสคงทีท่ ่ีมคี วามเปน็ ขั้วมาก ไดแ้ ก่ polyethylene glycol การเลือกเฟสคงทจี่ ะต้องพิจารณาความเป็นขั้วของตัวอย่างท่จี ะวิเคราะห์ โดยเลือกให้มีความ เปน็ ขั้วใกล้เคียงกัน นอกจากนย้ี ังต้องพิจารณาอณุ หภมู ทิ ีใ่ ช้ในการวิเคราะห์ ปริมาณเฟสของเหลวที่เคลือบบนของแข็งรองรับควรพอเหมาะประมาณ 2-10% ปริมาณ ของเหลวที่ใชจ้ ะมผี ลต่อเวลารีเทนชัน ดังแสดงในภาพ 4.8

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 65 ภาพที่ 4.8 ความสมั พันธข์ องเวลารีเทนชนั กับปริมาณเฟสของเหลวท่เี คลือบบนของแขง็ รองรบั คอลัมนก์ อ่ นใช้งานครงั้ แรกจะตอ้ งทาการปรบั สภาวะ (conditioning หรือ ageing) ก่อน เพื่อ ไล่สารที่ปะปนมาจากการเตรยี มเฟสคงท่ี วิธีการคือ ตอ่ คอลมั นเ์ ข้ากับระบบ ปลอ่ ยแก๊สพาให้ไหลผ่าน คอลัมน์ในอัตราการไหลปานกลาง จากนั้นค่อยเพิ่มอุณหภูมิจนกระท่งั ถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่ใช้ งาน จากนน้ั ปลอ่ ยใหอ้ ุณหภูมิคงที่ 2 ถึง 3 ช่วั โมง หรือ ท้ังวัน ข้นึ อยกู่ บั ชนดิ ของเฟสคงท่ี ลาดับของการชะสารออกจากคอลมั น์ ขึ้นอยูก่ ับ 1. จุดเดอื ดของสาร สารท่ีมจี ดุ เดอื ดต่าจะออกมาก่อน 2. ถ้าเป็นสารประเภทเดียวกัน ลาดบั การถกู ชะจะเรียงตามจานวนคาร์บอนอะตอมจากนอ้ ยไป มาก

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง66 3. ลาดับของการชะข้ึนอยู่กับคุณสมบัติความเป็นข้ัว และขึ้นอยู่กับอันตรกิริยาที่เกิดข้ึนของ ตวั อยา่ งกับเฟสคงท่ี การใชอ้ ุณหภูมิสงู เกินไปจะทาใหส้ ารถกู ชะออกมาเร็ว ทาให้ประสทิ ธภิ าพการแยกต่า แต่ถ้าใช้ อุณหภูมิตา่ จะทาใหส้ ารออกมาช้า เสียเวลา ดงั นน้ั กรณสี ารผสมหลายชนิด และมจี ุดเดือดต่างกันมาก จะอาศัยการทาโปรแกรมอุณหภูมิ (temperature programming) ซ่ึงมีการเปล่ียนแปลงอุณหภูมิใน อตั ราทเ่ี หมาะสมขณะทาการวเิ คราะห์ 4.2.4 เคร่ืองตรวจวัดสญั ญาณ (detector) การเลือกเครือ่ งตรวจวดั สญั ญาณ จะตอ้ งเลอื กให้เหมาะสมกบั การวเิ คราะหส์ ารแต่ละประเภท คณุ สมบตั ขิ องเครือ่ งตรวจวัดสญั ญาณท่ีดคี อื 1. มคี วามไวสูง (high sensitivity) และตรวจวดั สญั ญาณ (detectability) ไดด้ ี 2. มกี ารตอบสนอง (response) ต่อสารท่จี ะวิเคราะหไ์ ด้ดี 3. มีสญั ญาณรบกวน (noise) ตา่ สามารถวเิ คราะห์สารความเข้มข้นต่าๆ ได้ 4. มีชว่ งการใช้งานทเ่ี ปน็ เสน้ ตรงกวา้ ง (linaerity range) 4.2.4.1 เครื่องตรวจวัดสัญญาณแบบเฟลมไอออในเซชั่น (lame ionization detector, FID) อาศัยการแตกตวั เป็นไอออนของสารในเปลวไฟของไฮโดรเจนและอากาศ พลังงานความรอ้ น จากเปลวไฟจะทาให้สารเกิดการแตกตัว จานวนอิเล็กตรอนและไอออนท่ีเกิดขึ้นจะข้ึนอยกู่ ับชนิดของ สาร และความเขม้ ขน้ อิเล็กตรอนที่เกดิ ข้นึ จะเหนีย่ วนาให้เกิดกระแสขึ้น ซ่งึ ทาให้เกดิ การเปลยี่ นแปลง ศักย์ไฟฟ้า และเกดิ เปน็ สัญญาณ เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณ FID สามารถใช้เป็นการวิเคราะห์สารได้หลายชนิดโดยเฉพาะ สารประกอบอนิ ทรีย์ ยกเว้นแกส๊ ทไ่ี ม่สามารถเกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้ เชน่ แก๊สคารบ์ อนมอนอก ไซด์ คารบ์ อนไดออกไซด์ คารบ์ อนไดซไั ฟด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซค์ แอมโมเนีย ออกซิเจน ออกไซด์ของไน โทรเจน น้า และแก๊สเฉ่ือยทุกชนิด เคร่ืองตรวจวัดชนิดน้ีมีช่วงการใช้งานกว้าง มีความไวของการ ตรวจวัดสูง สามารถวิเคราะห์สารได้ในระดับนาโนกรัม

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 67 ภาพท่ี 4.9 เครื่องตรวจวัดสัญญาณแบบเฟลมไอออไนเซชน่ั ทมี่ า : (ผู้เขียน, 2564) 4.2.4.2 เครอ่ื งตรวจวดั สัญญาณค่การนาความร้อน (thermal conductivity detector, TCD) หลักการเก่ียวขอ้ งกับค่าการนาความร้อนของสารท่ีแตกต่างกัน ซึ่งมผี ลตอ่ ความต้านทานของ ลวดตัวนา เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณจะประกอบด้วยลวดตัวนา (flament) สี่เส้นซึ่งต่อเข้าด้วยกันแบบ วงจรวีทสโตนบริคจ์ (wheatstone bridge) เม่ือแก๊สพาเคลื่อนที่ผ่านเส้นลวดตัวนาทุกเส้น จะทาให้ ความต่างศักย์เป็นศูนย์ เมอ่ื มสี ารออกจากคอลัมน์ผ่านมาพร้อมกับแกส๊ พา สารแต่ละชนิดมีค่าการนา ความร้อนแตกต่างกัน ดังนั้นจะทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของลวดตัวนาข้ึน เกิดการ เปล่ียนแปลงศักย์ไฟฟ้า ทาให้เกิดสัญญาณขึ้น สาหรับแก๊สฮีเลียมและแก๊สไฮโดรเจนจะมีค่าการนา ความร้อนมากกว่าแกส๊ และสารชนิดอื่นมาก เมื่อมีสารผ่านออกมาทล่ี วดตัวนาจะทาใหค้ ่าการนาความ รอ้ นลดลงเมอื่ เทียบกบั แก๊สพาอยา่ งเดียว ดงั นน้ั จึงนิยมใชเ้ ปน็ แก๊สพา TCD จัดเปน็ เครื่องตรวจวดั สญั ญาณแบบครอบจกั รวาล (universal detector) สามารถใช้กับ การวิเคราะห์สารและแก๊สทุกชนิด ค่าความไวของเคร่ืองตรวจวัดต่าคือวิเคราะห์สารได้ในระดับ

68 ไมโครกรัม ข้อดีของเครื่องตรวจวัดชนิดนี้คือไม่ทาลายสารตัวอย่าง (nondestructive detector) สามารถเกบ็ สารดา้ นทางออกของเครอื่ งมอื และนาไปวเิ คราะห์ดว้ ยเทคนดิ อืน่ ไดต้ ่อไป ภาพท่ี 4.10 เคร่ืองตรวจวดั สัญญาณค่าการนาความรอ้ น ท่มี า : (McMinn, D., 2000) 4.2.4.3 เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณแบบอิเล็กตรอนแคปเจอร์ (electron capture detector, ECD) ภายในบรรจุสารกัมมันตรังสีซึง่ ส่วนใหญ่จะเปน็ นิเกิล-63 (63Ni) ท่ีมีคุณสมบัติในการแผ่รังสี บีตาหรืออิเล็กตรอน เมื่อมีสารซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยธาตุที่มีคุณสมบัติในการจับอิเล็กตรอนได้ (electron affinity) ผ่านออกจากคอลัมน์ เข้าสู่เครื่องตรวจวัด การทางานของเคร่ืองตรวจวัดจะเกิด การจบั อิเลก็ ตรอน ทาใหก้ ระแสอิเล็กตรอนลดลง เกิดสญั ญาณข้ึน มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

69 ภาพท่ี 4.11 เคร่อื งตรวจวดั สัญญาณแบบอิเล็กตรอนแคปเจอร์ ECD เปน็ เครอ่ื งตรวจวดั ทมี่ ีความไวสงู สามารถวเิ คราะหส์ ารในระดับต่ามากคือ 0.1 พิโคกรัม ใช้ในการวิเคราะห์สารเฉพาะ คือสารที่มีองค์ประกอบของธาตุในกลุ่มฮาโลเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน ดังนั้นในการวิเคราะห์ตัวอย่างจะต้องไม่มีความช้ืน ไม่มีน้า จึงต้องเตรียมตัวอย่างในตัวทาละลาย อินทรีย์ทไ่ี มม่ ีธาตุทมี่ ีคุณสมบตั ใิ นการจับอิเล็กตรอนเปน็ องคป์ ระกอบ เช่น เฮกเซน ไซโลเฮกเซน เป็น ต้น โดยการตอบสนองสัมพัทธ์ของเครื่องตรวจจับการจับอิเล็กตรอนต่อสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ แสดงดงั ตารางที่ 4.3 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

70 ตารางท่ี 4.3 แสดงค่าการตอบสนองสัมพัทธ์ของเครื่องตรวจจับการจับอิเล็กตรอนต่อสารประกอบ อนิ ทรียต์ า่ งๆ ทมี่ า : (Poole, C.F., 2005) General organicมหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงRelativeFluorocarbonRelative compounds response compounds response Benzene 0.06 CF3CF2CF3 1.0 Acetone 0.50 CF3Cl 3.3 Di-n-butyl ether 0.60 CF2=CFCl 1.0×102 Methylbutyrate 0.90 CF3CF2Cl 1.7×102 1-Butanol 1.00 CF2=CCl2 6.7×102 1-Chlorobutane 1.00 CF2Cl2 3.0×104 1,4-Dichlorobutane 15.00 CHCl3 3.3×104 Chlorobenzene 75.00 CHCl=CCl2 6.7×104 1,1-Dichlorobutane 1.1×102 CF3Br 8.7×104 1-Bromobutane 2.8×102 CF2ClCFCl2 1.6×105 Bromobenzene 4.5×102 CF3CHClBr 4.0×105 Chloroform 6.0×104 CF3CF2CF2I 6.0×105 1-Iodobutane 9.0×104 CF2BrCF2Br 7.7×105 Carbon tetrachloride 4.0×105 CFCl3 1.2×106

71 4.2.4.4 เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณแบบเฟลมโฟโทเมทริก ( flame photometric detector, FPD) เป็นเคร่ืองตรวจวัดสารเฉพาะกลมุ่ ท่มี ีองค์ประกอบของซลั เฟอร์ และฟอสฟอรสั ซึ่งพัฒนามา จาก FID โดยอาศยั พลังงานจากเปลวไฟในการเกดิ ปฏิกริ ิยา โดยสารทเ่ี กิดขึน้ จะเปน็ สารทเ่ี กิดการเร่ือง แสงได้ แสงท่ีออกมาสามารถใช้แผ่นกรองแสงท่ีเหมาะสมตรวจวัดได้ สาหรับซัลเฟอร์อยู่ท่ีความยาว คลื่น 394 นาโนเมตร และฟอสฟอรัสท่ีความขาวคลื่น 526 นาโนเมตร ตัวอย่างปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้น สาหรบั สารท่มี ีองคป์ ระกอบของซัลเฟอร์คือ มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 2R-S + (2+x)O2 xCO2+ 2SO2 2SO2 + 4H2 4H2O + S2 S2 S2* S2* คายพลงั งานส่วนเกินออกมาในรูปของแสง ภาพที่ 4.12 เครื่องตรวจสัญญาณแบบเฟลมโฟโทเมทริก

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง72 4.2.4.5 เครื่องตรวจวัดสัญญาณแบบตรวจวัดไนโตรเจน-ฟอสฟอรัส (Nitrogen Phosphorus Detector, NPD) เปน็ ตวตรวจวัดท่ีมลี ักษณะคล้าย FID ตา่ งตรงทีม่ ีส่วนทีเ่ รยี กว่า Bed ซึง่ ทามาจาก Rubidium หรือ Cesium แต่ NPD เป็นตัวตรวจวัดท่ีไวต่อสารที่มีไนโตเจนหรือฟอสฟอรสั เป็นองค์ประกอบ โดย กลไกการทางาน Bed จะถกู ทาให้ร้อนขึน้ และเกิด thermionic emission ซึ่งจะวงิ่ ปไปสู่ Anode เกิด สัญญาณขึ้น แตเ่ มื่อสารที่มีองค์ประกอบของไนโตเจนหรอื ฟอสฟอรสั แยกออกมาจากคอลัมน์ และเกิด การเผาไหม้อยู่ท่ีบริเวณรอบๆ Bed ทาให้ถูกดูดซับที่ผวิ ของ Bed ทาให้สัญญาณเปล่ียนแปลงเพิ่มข้ึน NPD เป็นตัวตรวจวัดท่ีไวต่อสารท่ีมีไนโตเจนหรือฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ เช่น ยาฆ่าแมลง ยา ปราบศัตรูพชื เป็นต้น ภาพท่ี 4.13 เครอ่ื งตรวจวัดสัญญาณแบบตรวจวัดไนโตรเจน-ฟอสฟอรัส ทมี่ า : (Wikimedia Commons, 2021)

73 4.2.4.6 เคร่ืองตรวจวดั สัญญาณอ่ืนๆ ในปจั จุบันมกี ารพฒั นาเครอื่ งตรวจวัดหลายชนิดมาใช้งาน เชน่ - เฟลมเธอร์มิออนิก (flame themionic detector, FTD) ใช้กับการวิเคราะห์ ไนโตรเจน ฟอสฟอรสั และซลั เฟอร์ - โฟโตไอออนไนเซช่ัน (Photo-ionization detector, PID) ใช้ในการวิเคราะห์สารประกอบ อนิ ทรยี ร์ ะเหยงา่ ย (VOCs) ได้แก่ สารกลุ่ม aromatics, ketones, esters, aldehydes, amines, heterocyclics, organosulphurs และสาร organometallics บางชนิด - หรือการนาเครอ่ื งแมสสเปกโทรมเิ ตอร์ (mass spectrometer) มาเป็นเครื่องตรวจวัด โดย แมสสเปกตรมั ทไ่ี ดอ้ อกมาสามารถใช้ในการตรวจเอกลักษณ์ของสารได้ มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง ตารางที่ 4.4 เคร่ืองตรวจวัดสัญญาณสาหรับแก๊สโครมาโทกราฟีและคุณสมบัติของเครื่องตรวจวัด สญั ญาณชนิดต่างๆ ท่ีมา : (Stauffer, E. และคณะ, 2008) Detector Selectivity Sensitivity Linear Concentration or (dynamic) mass sensitive Flame Most organic range ionization compounds Mass detector (FID) 10-100 pg 107 Electron- Halides, nitrates, 50 fg 105 Concentration capture nitriles, peroxides, detector (ECD) anhydrides, organometallics Thermal Universal 1 ng 107 Concentration conductivity detector (TCD)

74 Detector Selectivity Sensitivity Linear Concentration or (dynamic) mass sensitive range Flame S, P, Sn, B, As, Ge, Se, 100 pg 103 Mass photometric Cr detector (FPD) มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง Nitrogen- N, P 10 pg 106 Mass phosphorus detector (NPD) Photo- Aromatics, ketones, 2 pg 107 Concentration ionization esters, aldehydes, detector (PID) amines, heterocyclics, organosulphurs, some organometallics Mass Universal 1 ng (scan) 103 Mass spectrometer (MS) Selective* 1 pg (SIM) 103 * When a mass spectrometer is operated in SIM mode, it becomes selective based on the ions scanned. Although the MS becomes more sensitive, it loses its universal nature when in SIM mode. 4.3 การเลอื กเฟสคงที่ (selection of the stationary phase) ในการพิจารณาว่าจะเลือกเฟสคงท่ีใดจึงจะเหมาะสมกับสารที่จะวเิ คราะหน์ ั้นจะมคี ่าคงท่ีท่ีใช้ ในการเปรียบเทียบ ซึ่งค่าคงที่น้ีเรียกว่าค่าคงที่โรฮร์ชไนเดอร์ (rohrshneider constant) ซ่ึงมีการ กาหนดไว้ 5 ค่าไดแ่ ก่ X Y Z U และ S ซง่ึ แทนกลมุ่ ของสารดงั น้ี

75 ตารางที่ 4.5 ค่าคงทโี่ รฮร์ชไนเดอร์ (rohrshneider constant) สัญญลักษณ์ สารทดสอบ กลมุ่ สาร X benzene aromatic, olefins Y ethanol Z methylethyl ketone ketone, ether, ester, aldehydes มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง U nitromethane nitro/ nitrile derivative S pyridine pyridine, dioxane คา่ ต่างๆ หาได้จากผลตา่ งของดรรชนีรีเทนชน่ั โคแวทส์ (kovats retention index, I) หารด้วย 100 ดังนี้ X I benzene ……………………………… (4.8) 100 Y I ethanol ……………………………… (4.19 100 Z I methylethylketone ……………………………… (4.10) 100 U I nitromethane ……………………………… (4.11) 100 S I pyridine ……………………………… (4.12) 100 I Ipolar Inonpolar ……………………………… (4.13)

76 Ipolar คอื ดรรชนรี เี ทนชันโคแวทสข์ องเฟสคงที่ที่ต้องการพจิ ารณา Inoapplar คือ ดรรชนีรีเทนชันโดแวทส์ของเฟสคงที่ที่ไม่มีขั้ว ซ่ึงจะใช้ squalane เป็นตัวเทียบ โดยมคี า่ X Y Z U และ S = 0 คา่ ดรรชนีรเี ทนชัน โคแวทส์ สามารถหาได้จากการฉีดสารตวั อย่างและสารนอรม์ ัลแอลเคนท่มี ี จานวนคารบ์ อน Z และ Z+1 ทใ่ี ห้สญั ญาณคร่อมหวั ท้ายของสารตัวอย่าง (ดงั ภาพ) และคานวณค่า ดรรชนีรีเทนชนั โคแวทว์จากสมการ 14.20 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง I 100Z 100 log tR sample log tR Z log tR Z 1 log tR Z ……………………………… (4.14) ไดม้ กี ารปรบั ปรงุ จากคา่ โรฮรช์ ไนเดอร์ เปน็ คา่ คงทแี่ มค็ เรโนลด์ (McReynolds constant) ซึ่ง มีค่ามากกว่า 100 เท่า โดยเปล่ียนแปลงสารทดสอบสาหรับค่า Y Z และ U เป็น n-butanol, methyl-n-propylIketone และ nitropropane ตามลาดับ X I benzene ……………………………… (4.15) Y I n buthanol ……………………………… (4.16) Z I mrthyl n propylketone ……………………………… (4.17)

77 U I nitropropane ……………………………… (4.18) S I pyridine ……………………………… (4.19) การพจิ ารณาค่าคงที่แม็คเรโนลด์ เชน่ เฟสคงท่ตี ัวที่ 1 มีค่า X 50 ขณะทเี่ ฟสคงทีต่ ัวที่มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 2 มคี า่ X 400 แสดงว่าเฟสคงที่ตวั ที่ 2 จะแยกสารกล่มุ เบนซีนไดด้ ีกวา่ ตัวอย่าง 4.4 ในการวิเคราะห์สารผสมของ nonane, 1-heptanol, decane, 1-octanol และ dodecane ผลการวิเคราะห์ได้ว่าค่า TR ดังนี้ 0.639, 0.932, 1.226, 1.863 และ 5.024 นาที ตามลาดับ จงคานวณคา่ ดรรชนีรีเทนชันโคแวทส์ วธิ ที า ค่าดรรชนีรีเทนชนั โคแวทสข์ อง nonane decanc และ dodecane มีค่าตามจานวนคาร์บอน อะตอม คอื 900, 1000 และ 1200 ตามลาดบั สาหรบั 1-heptanol มคี ่า TR อยู่ระหว่าง TR ของ nonane และ decane ดังนน้ั สามารถ คานวณไดจ้ ากสูตร โดย Z=9 และ Z+1 = 10 log 0.932 log 0.639 I 100x9 100 log 1.226 log 0.630 I 958 ตอบ

78 สาหรับ 1-octanol มีค่า TR อยู่ระหว่าง TR ของ decanc (Z=10) และ dodecane (Z+2=12) ซง่ึ มจี านวนอะตอมของคารบ์ อนตา่ งกันเท่ากับ 2 ดังนั้น ในการคานวณจากสูตรจะต้อง คานวณจากค่า 2x100 ของค่าในวงเล็บ คอื log 1.863 log 1.226 I 100x10 2x100 log 5.024 log 1.226 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง I 1056 ตอบ 4.4. การประยุกตใ์ ช้ การวเิ คราะห์ดว้ ย GC สามารถทาการวิเคราะห์ได้ทงั้ เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ - การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ โดยใช้ความเร็วหรือระยะเวลาในการเคลือ่ นที่ของสารผ่านคอลมั น์ (Retention Time, RT) เพ่อื ระบชุ นิดของสาร - การวเิ คราะหเ์ ชงิ ปริมาณ โดยใช้ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งพืน้ ทใ่ี ต้กราฟ (Peak Area) กบั ปรมิ าณ ของสาร โดยสารทสี่ ามารถนามาวิเคราะห์ด้วยเทคนคิ GC จะตอ้ งเป็นสารที่มีคุณสมบตั ริ ะเหยเป็นไอได้ งา่ ย ตัวอย่างงานตรวจวิเคราะหส์ ารมีดังนี้ 4.4.1 ด้านการแพทย์ เช่น การตรวจวิเคราะห์สารสาคัญในพืช ปัจจุบันการตรวจวัดคณุ ภาพ ของพืชกัญชาและผลิตภัณฑ์กัญชาทางการแพทย์กาลังได้รับความสนใจอย่างมาก สามารถนาเทคนิค GC มาประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์สารออกฤทธิ์และสารปนเป้ือนในตัวอย่างได้ โดยใช้ส่วน ตรวจวัดที่มีความไวในการวิเคราะห์ (sensitivity) และความจาเพาะเจาะจง (selectivity) สูง ได้แก่ Mass Spectrometer (MS) Terpene เป็นกลุ่มสารประกอบอินทรีย์ท่ีสามารถพบได้ในน้ามันหอมระเหยจากพืชกัญชา เป็นสารมีกล่ินที่เฉพาะตัวและรุนแรง มักมีส่วนช่วยในการออกฤทธิ์ในลักษณะทาให้เกิดอาการผ่อน คลายและบรรเทาความเครียด แต่สารสาคัญบางชนิดอาจมีการออกฤทธ์ิอ่ืนๆ เช่น ต้านการอักเสบ รักษาโรคมะเร็งบางชนิด หรือทาปฏิกิริยาและประสานเข้ากันกับสารประกอบอื่นๆ ในพืชกัญชา เช่น Cannabidiol (CBD) และ Tetrahydrocannabinol (THC) ซึ่งช่วยเสริมการออกฤทธ์ิและสามารถ

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 79 นาไปใช้ในการรกั ษาโรคต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามการนาสารกลุม่ Terpenes มาใช้ เปน็ ผลิตภณั ฑท์ างการแพทย์ จาเป็นตอ้ งใช้ในปริมาณท่เี หมาะสม หากใช้ในปริมาณสารทม่ี ากหรือน้อย เกินไปอาจส่งผลต่อการรักษาได้ ดังนั้นการตรวจวิเคราะห์หาปริมาณสารกลุ่ม Terpenes จึงเป็นสิ่ง สาคัญ โดยวิธีการตรวจวิเคราะห์ที่นิยมและสามารถทาได้ง่าย คือเทคนิค Headspace Gas Chromatography Mass Spectrometry (HS-GC-MS) ภาพที่ 4.14 แสดงขนั้ ตอนการวิเคราะหต์ วั อย่างน้ามันกัญชา ทม่ี า : (Ratimarth Boonlorm, 2020) 4.4.2 ด้านอาหาร นิยมวิเคราะหห์ าองค์ประกอบของสารในอาหาร และสารปนเป้อื นใน อาหาร โดยจะใช้ร่วมกับเทคนิคการเตรียมตัวอยา่ งทีแ่ ตกต่างกนั ไป สารกลุ่มพาทาเลต (phthalate) เป็นกลุ่มสารเคมีที่ใช้เป็นสารเจือปนหรือพลาสติไซเซอร์ (plasticizers) ที่เติมลงไปในโพลิเมอร์หรือการผลิตพลาสติกประเภทโพลิไวนิลคลอไรด์ (พลาสติก PVC) เพ่ือทาให้พลาสติกมีความยืดหยุ่นและอ่อนนุ่ม โดยสารไม่ได้ยึดติดกับโพลิเมอร์ของพลาสติก เพียงแตจ่ ะแพร่แทรกเขา้ ไปอยูร่ ะหวา่ งโมเลกุลพลาสติก ดังนั้นสารดังกลา่ วจงึ สามารถหลุดออกมาจาก ภาชนะบรรจุลงสู่อาหาร และถ่ายเทลงส่สู ่ิงแวดลอ้ ม เช่น นา้ อากาศ ดิน ไดง้ ่าย โดยเฉพาะในอาหารท่ี มนี า้ มนั เปน็ สว่ นประกอบเน่ืองจากสารชนดิ น้ีละลายไดใ้ นไขมันและน้ามนั

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง80 ภาพที่ 4.15 แสดงโครมาโทแกรมของสารพทาเลต 4 ชนิดทปี่ นเปื้อนในตวั อย่างน้ามนั พืช ที่มา (Uansiri, U. และคณะ, 2018) นอกจากนีย้ ังสามารถเจอในอาหารชนดิ อน่ื ๆ ท่บี รรจุดว้ ยภาชนะพลาสติก โครมาโทแกรม แสดงการวเิ คราะห์หาสารกลมุ่ พทาเลตในตวั อยา่ งนา้ ดืม่ แสดงดงั ภาพท่ี 4.16 ภาพท่ี 4.16 โครมาโทแกรมของสารพทาเลต 4 ชนิดที่ปนเปื้อนในตัวอย่างน้าดื่ม; (A) without preconcentration, (B) preconcentration by USADLLME. Peak list: (1) DMP, (2) DEP, (3) DnBP, (4) DEHP ทีม่ า (Uansiri, U. และคณะ, 2016)

81 4.4.3 ดา้ นการเกษตร นยิ มใช้ตรวจหานสารปนเป้ือนจากการจากสารเคมที างการเกษตร สารเคมีปราบศัตรูพืช (Pesticides) เป็นหน่ึงในสารปนเปื้อนอันตรายท่ีมักจะตรวจพบในพืช ที่มาจากแหล่งที่มาที่ไม่ได้มาตรฐาน ดังนั้นจึงจาเป็นต้องมีการตรวจวัดปริมาณของสารเคมีปราบ ศตั รพู ืชในตัวอยา่ งกอ่ นจะนามาใชป้ ระโยชน์ ภาพท่ี 4.17 แสดงขัน้ ตอนการตรวจวเิ คราะหส์ ารเคมปี ราบศตั รพู ืช ที่มา : (Ratimarth Boonlorm, 2020) มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

82 คาถามทบทวน 1. จากข้อมลู การวิเคราะหท์ ี่ไดจ้ ากการใช้คอลมั น์ยาว 40 เซนติเมตร สารประกอบ เวลารีเทนชนั (tR ,นาท)ี W1/2 (นาที) - air 1.9 0.76 methylcyclohexane 10.0 0.82 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 1.06 methylcyclohexene 10.9 toluene 13.4 จงคานวณหาจานวนเพลทตามทฤษฎี (N) ความสูงของเพลท (H) ค่าแฟกเตอร์ความจุ และค่าการ แยก (RS) 2. จากผลการวิเคราะห์ต่อไปน้ี จงคานวณปริมาณสารโดยวิธีนอร์มาไลเซชัน และ การใช้คอร์เรค ชันแฟกเตอร์ เม่อื ฉีดสารมาตรฐานท่มี ีความเขม้ ขน้ เท่ากนั ทกุ ตวั สารมาตรฐาน สารตวั อย่าง สารประกอบ พ้ืนที่พีค สารประกอบ พ้นื ท่พี ีค 1 4231 1 3862 2 5087 2 5841 3 5691 3 4926 4 3872 4 4406

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 83 เอกสารอา้ งอิง ธวัชชัย ศรวี บิ ลู ย์. (2551). เทคนิคการแยก (Separation Techniques). กรุงเทพ : สานกั พิมพ์ มหาวิทยาลยั รามคาแหง. วรรณา กาญจนมยรู . (2551). หลกั ทางเคมีวเิ คราะห์. ขอนแกน่ : โรงพมิ พม์ หาวิทยาลัยขอนแก่น. Deepak, D. (2014). Split /Splitless Injection in Capillary Gas Chromatography. ค้นเมอ่ื กันยายน 21, 2564. จาก URL : https://lab-training.com/benefits-of-split-splitless- injection-in-capillary-gas-chromatography/ Dilts, R. V. (1974). Analytical chemistry Methods of separation. New York : Van Nostrand. Lab training. (2564). Split /Splitless Injection in Capillary Gas Chromatography. ค้น เมื่อ กนั ยายน 21, 2564. จาก URL : https://lab-training.com/benefits-of-split- splitless-injection-in-capillary-gas-chromatography/ McMinn, D. (2000). Chromatography: GAS | Detectors: General (Flame Ionization Detectors and Thermal Conductivity Detectors). Encyclopedia of Separation Science. 443-447 Philadelphia College of Pharmacy. (2012). Basic Instrumentation. (L. V. Allen, Editor, and Medicines Complete). คน้ เม่ือ ตลุ าคม 8, 2564. จาก URL : http://www.medicinescomplete.com/mc/rem/current/c19-fig-19-5.htm Poole, C.F. (2005). Gas Chromatography: Detectors. Encyclopedia of Analytical. Science. Second Edition, Elsevier. Stauffer, E., Dolan, J. A., Newman R. (2008). Gas Chromatography and Gas Chromatography—Mass Spectrometry, Fire Debris Analysis, 235-293. Uansiri, S., Vichapong J., Kanchanamayoon, W. (2016). Ultrasound-assisted low density solvent based dispersive liquid-liquid microextraction for determination of phthalate esters in bottled water samples. Chemical Research in Chinese Universities. 32 : 178–183.

84 Uansiri, S., Vichapong J., Kanchanamayoon, W. (2018). HS-SPME for the Determination of Phthalate Esters in Vegetable Oil and Soft Drink Samples. Chiang Mai Journal of Science. 45(2) : 1052-1061. Wikimedia (2021). Nitrogen-phosphorus detection. คน้ เม่ือ ธนั วาคม 1, 2564. จาก URL : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-phosphorus_detection.jpg มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบงบทท่ี 5 โครมาโทกราฟีเหลวสมรรถนะสูง ลิควิดโครมาโทกราฟี (Liquid Chromatography) คือ เทคนิคการทาโครมาโทกราฟีทีใ่ ช้เฟส เคลื่อนที่เป็นของเหลว ส่วนเฟสอยู่กับท่ีจะเป็นของแข็งหรือของเหลวก็ได้ ถ้าเป็นของแข็งจะเรียกว่า Liquid-Solid Chromatography (LSC) ถ้าเป็นของเหลว จะเรียกว่าLiquid-Liquid Chromato graphy (LLC) 5.1 ชนดิ ของโครมาโทกราฟีเหลว (types of liquid chromatography) โครมาโทกราฟีเหลวสามารถจาแนกตามชนิดของเฟสคงท่ีเป็น 4 ชนิด คือ โครมาโทกราฟี ของเหลว-ของแข็ง (liquid-solid chromatography) โครมาโทกราฟีของเหลว-ของเหลว (liquid- liquid chromatography) โครมาโทกราฟีแบบแลกเปล่ียนไอออน (ion exchange chromato graphy) และ โครมาโทกราฟีแบบเอก็ ซครูชนั (exclusion chromatography) ภาพท่ี 5.1 แผนผังการเลอื กชนิดของโครมาโทกราฟเี หลวในการวิเคราะหต์ วั อยา่ ง ที่มา : (ผู้เขียน, 2564)

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง86 ในการเลือกวา่ จะใช้โครมาโทกราฟเี หลวชนิดใด พจิ ารณาจากนาหนักโมเลกุลของสารตัวอย่าง และคณุ สมบตั ิการละลายไดใ้ นตวั ทาละลายที่เป็นนาและตัวทาละลายอินทรีย์ 5.1.1 โครมาโทกราฟขี องเหลว-ของแขง็ (liquid-solid chromatography) เปน็ เทคนคิ ที่แยกสารออกจากกันโดยอาศัยหลกั การดูดชับของสารบนเฟสคงทจี่ ึงนิยมเรียกว่า โครมาโทกราฟแี บบดดู ซับ (adsorption chromatography) เฟสคงทจี่ ะมีหมู่ไฮดรอกซลิ อยบู่ นผวิ ซึ่งมี ความเปน็ ขัว ดังนนั จึงสามารถใช้ในการแยกสารท่มี สี ภาพขัวต่างกัน โมเลกลุ ของสารท่มี ีขัวมากกว่าจะ ถูกยืดเหน่ยี วไว้ได้ดี ส่วนโมเลกลุ ทีม่ คี วามเป็นขัวนอ้ ยจะถกู ชะออกมาก่อน ดงั นันเทคนคิ นคี จึงสามารถ ใช้ในการแยกไอโซเมอร์ของสารได้ดี เช่น การแยกไอโซเมอร์ของไฮโดรควิโนน พบวา่ ออร์โธไฮโดรควิ โนนจะถูกชะออกมาก่อน ตามด้วยเมตาไฮโดรควิโนนและพาราไฮโครควิโนนจะออกมาช้าท่ีสุด ซ่ึง อธิบายไดด้ ังแสดงในภาพท่ี 5.2 เนื่องจากไอโซเมอร์ในรูปของพารา จะถูกยดึ เหน่ยี วดว้ ยเฟสคงทีใ่ ดด้ ที ี่สดุ ขณะท่ีไอโซเมอร์ใน รปู ของออร์โธจะถกู ยึดเหน่ียวนอ้ ยท่สี ดุ ภาพที่ 5.2 แสดงการยดึ เหนี่ยวของไฮโดรควิโนนด้วยเฟสคงที่ซิลกิ า เฟสคงทส่ี าหรบั เทคนิคนี ดงั แสดงในตาราง 5.1 และที่นยิ มใชก้ ันมากคอื ซลิ กิ าและอะลูมินา

87 ตารางท่ี 5.1 เฟสคงท่ีสาหรับโครมาโทกราฟขี องเหลว-ของแขง็ ท่มี า : (วรรณา กาญจนมยูร, 2551) ร้อยละการนาไปใช้ เฟสคงท่ี คณุ สมบตั ิ การประยุกต์ (โดยประมาณ) 90 silica slightly acidic general purpose มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 5 alumina slightly basic general purpose 1 charcoal graphitized nonpolar sample clean up 1 florisil strongly acidic general purpose <2 others : clays, relative nonpolar Very polar kieselguhr, compounds diatomadeous earth, celite, etc. อนุภาคของเฟสคงท่ีท่ีบรรจุในคอลมั น์ทผ่ี ลิตออกมาจาหน่ายจะมีสองลักษณะคือ แบบรูพรุน (porous) และแบบเพลลิคูลาร์ (pellicular) ดงั แสดงในภาพที่ 5.3 ภาพที่ 5.3 ชนดิ ของอนภุ าคท่ใี ชใ้ นโครมาโทกราฟีของเหลว-ของแขง็ ที่มา : (ผเู้ ขียน, 2564)

88 กรณีอนุภาคของเฟสคงท่ีท่ีมีขนาดใหญจ่ ะทาใหเ้ สยี เวลาในการแยกสารและประสทิ ธิภาพต่า เน่ืองจากต้องสญู เสียเวลาไปกับการถ่ายเทมวลเข้าไปในรพู รุนท่ีมีขนาดใหญ่ ดังนันจึงมกี ารนาอนุภาค แบบเพลลิคูลาร์ซ่ึงมีลักษณะเป็นชันบางๆ ท่ีผิวมาใช้แทน เนื่องจากการถ่ายเทมวลจะเกิดรวดเร็ว นอกจากนแี บบรพู รนุ ไดม้ ีการพัฒนามาเป็นแบบไมโครพอรัส ทงั แบบเพลลคิ ูลาร์และไมโครพอรัสเป็นที่ นยิ มใชท้ ังสองแบบ ซงึ่ มขี ้อดีและข้อเสียดังนี ชนิดเพลลิคูลาร์จะมปี ระสิทธิภาพต่ากว่าแบบไมโครพอรสั ในกรณีท่ีสารแยกออกจากกนั ยาก ไมโครพอรสั จะใหป้ ระสทิ ธิภาพดีกวา่ และนิยมใช้ ตัวอย่างของคอลมั น์ท่ผี ลติ ออกมาจาหน่ายมีหลายชื่อ ซ่ึงมีขนาดอนุภาคและพืนท่ีผวิ แตกต่าง กนั ดังแสดงในตาราง 5.2 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง ตารางที่ 5.2 ตวั อย่างของคอลัมน์ชนดิ โครมาโทกราฟีของเหลว-ของแข็ง ท่มี า : (วรรณา กาญจนมยรู , 2551) ชนิด ช่ือ ขนาดอนุภาค (μm) พนื ทผี่ ิว (m2/g) 400 silica Lichrosorb Si 5,10,20 400 400 MicroPak Si 5,10 200 10-90 Porasil 5,10,20 95 Spherisorb-S 5,10,20 Alumina Lichrosorb Al 5,10,20 Spherisorb Al 5,10,20 การเลือกเฟสเคล่ือนทใ่ี นการชะสารออกจากคอลมั น์ พิจารณาจากคณุ สมบัติความเป็นขัวของ สารและเฟสเคลื่อนท่ี คณุ สมบตั คิ วามเป็นขวั ของตัวทาละลายอนิ ทรยี ์สามารถเรยี งเป็นอนุกรม เรียกว่า อนุกรมอีลูโอโทรปิค (eluotropic series) ความเป็นขัวของตัวทาละลายจะดูได้จากค่า ɛ° เรียกว่า ความแรงของตวั ทาละลาย (solvent strength parameter) การเลือกเฟสเคล่ือนท่ีจะอาศัยการลองผิดลองถูก (trial and error) โดยท่ัวไปจะใช้ทดสอบ จากการทา TLC หรือคอลัมน์โครมาโทกราฟี สาหรบั เฟสเคลื่อนท่ีทีน่ ิยมใช้ได้แก่ เฮกเซน เฮปเทน เมธิ ลีนคลอไรค์ คลอโรฟอรม์

89 5.1.2 โครมาโทกราฟีของเหลว-ของเหลว (liquid-liquid chromatography) เป็นการแยกสารโดยอาศัยการกระจายตัวระหว่างเฟสคงท่ี และเฟสเคล่อื นที่ทีเ่ ปน็ ของเหลวทงั คู่ อันตรกิริยาท่ีเกิดขึนเป็นแบบพารท์ ิชัน ดังนันจงึ มีชือ่ เรียกวา่ โครมาโทกราฟีแบบพารท์ ิชัน (partition chromatography) โดยเฟสคงทจ่ี ะเคลือบอยูบ่ นของแข็งรองรับ พารท์ ชิ นั โครมาโทกราฟีสามารถแบง่ ออกเปน็ 2 แบบคือ นอรม์ ัลเฟส (normal phase) และรี เวอร์สเฟส (reversed phase) 5.1.2.1 นอร์มัลเฟส เฟสคงท่ีจะมีความเป็นขัวสูงกว่าเฟสเคล่ือนท่ี ตัวอย่างของเฟสคงท่ี ได้แก่ แอลคิลไนไทร์ (Si-(CH2)n-CN) และแอลคิลแอมีน (Si-(CH2)n-NH2) เฟสคล่ือนท่ีจะใช้หลัก เดียวกับโครมาโทกราของเหลว-ของแขง็ 5.1.2.2 รีเวอร์สเฟส เฟสคงท่ีจะมีความเป็นขัวน้อยกว่าเฟสเคลื่อนท่ี ตัวอย่างของเฟสคงที่ ได้แก่ กลมุ่ ออกตาเดคลิ (octadecyl group) และเฟสเคลือ่ นทีจ่ ะเป็นตัวทาละลายที่มีความเป็นขัวสูง เชน่ นา เมทานอล และอะซโิ ทไนไทรล์ (acetonitrile) เป็นต้น ตัวอย่างของคอลัมน์สาหรบั โครมาโทกราฟีของเหลว-ของเหลว ดังแสดงในตาราง 5.3 มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง ตารางท่ี 5.3 ตวั อยา่ งคอลมั นส์ าหรบั โครมาโทกราฟีของเหลว-ของเหลว ชือ่ ขนาดอนุภาค (μm) หมูฟ่ ังก์ชัน C8 hydrocarbon Lichrosorb RP-8 10 C8 hydrocarbon octadecylsilane Lichrosorb RP-18 10 octadecylsilane μBondapak-C18 8-12 alkyInitrile alkylamine Spherisorb-ODS 5, 10 μBondapak-CN 8-12 μBondapak-NH2 8-12 5.1.3 โครมาโทกราฟแี บบแลกเปล่ยี นไอออน (ion exchange chromatography) เป็นเทคนคิ ทอ่ี าศัยการแลกเปลีย่ นไอออนภายในคอลมั น์จะบรรจุด้วยเฟสคงทที่ มี่ คี ุณสมบัติใน การแลกเปล่ียนไอออน เรียกว่า เรซิน ซึ่งเป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์โดยมีหมู่ฟังก์ชันเป็นกรดหรือเบส ได้แก่ เรซินสาหรับแลกเปล่ียนไอออนบวกแบบแรง (strong cation exchanger) จะมีหมู่ฟังก์ชัน

90 เปน็ ซลั โพเนท หรอื เรซินแลกเปล่ยี นไอออนบวกแบบอ่อน (weak cation exchanger) จะมีหมฟู่ ังก์ชัน เป็นคารบ์ อกซเิ ลท เรซนิ แลกเปล่ยี นไอออนลบแบบแรงและแบบอ่อนจะมีหม่ฟู ังก์ชันเปน็ เตตราแอลคลิ แอมโมเนียมไอออน และเอมีน ตามลาดับ ภาพที่ 5.4 โครงสรา้ งของเรซินแลกเปล่ียนไอออนลบ มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง

มหา ิวทยา ัลยราช ัภฏห ู่ม ้บานจอม ึบง 91 ภาพที่ 5.5 โครงสรา้ งของเรซนิ แลกเปลีย่ นไอออนบวก ปฏิกริ ิยาการแลกเปลี่ยน ในกรณไี อออนบวก n R-SO3-H+ + Mn+ ⇋ (R-SO3-)nMn+ + n H+ n R-COO-H+ + Mn+ ⇋ (R-COO-)nMn+ + n H+ และการแลกเปลย่ี นไอออนลบ n R-NCH3+OH- + An- ⇋ (R-NCH3+)nAn- + n OH- n R-NH3+OH- + An- ⇋ (R-NH3+)nAn- + n OH- เรซินสงั เคราะห์จากปฏิกริ ยิ าการไขว้ (crosslink) ระหวา่ งไดไวนลิ เบนซิน (divinylbenzene, DVB) กับสไตรีน (styrene) เช่น durrim DA-X4F หมายถึง มีการไขว้ของ DVB 4% หรือ Hamilton H-70 หมายถึง มีการไขวข้ อง DVB 8% ในปัจจุบันได้มีการนาซิลิกามาใช้แทนพอลิสไตรีนไดไวนิลเบนซิน เรียกว่า สารแลกเปลี่ยน ไอออนฐานซิลิกา (silica based ion exchange) ซ่ึงจะให้ความจาเพาะสูงกว่าโครงสร้างจะแข็งแรง