สำนักวิชาเทคโนโลยีการเกษตร มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ความรู้เบื้องต้นเรื่อง Spectrophotometry และ Atomic absorption spectrophotometry (AAS) โดย ผศ.ดร. สมศักดิ์ มณีพงศ์ สำนักวิชาเทคโนโลยีการเกษตร มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์

อะไรคือ spectroscopy การวิเคราะห์สารโดยอาศัยสมบัติที่เกิดจากอันตรกริยา (interaction) ระหว่างสารกับเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้า อันตรกริยา Absorption Emission Fluorescence Scattering

Electromagnetic spectrum

Absorption VS Emission Absorption หมายถึงกระบวนการที่อนุภาคพลังงาน (photon) ถ่ายเทพลังงานให้แก่อะตอมหรือโมเลกุลของสาร M + hf ---> M* Emission หมายถึงกระบวนการที่อะตอมหรือโมเลกุลคายพลังงานที่ดูดกลืนไว้ออกมา M* ----> M + hf H = Plank’s constant, f = frequency

ระดับพลังงานของอะตอมและโมเลกุล Atom Molecule

ระดับพลังงานของอะตอมและโมเลกุล

การดูดกลืนแสง C คือความเข้มข้นของสาร (อะตอมหรือโมเลกุล) log It/Io = - EbC Transmittance (T) = It/Io Absorbance (A) = EbC C คือความเข้มข้นของสาร (อะตอมหรือโมเลกุล)

UV - Vis spectrophotometer การใช้ประโยชน์ในการวิเคราะห์ดินและพืช ฟอสฟอรัส กำมะถัน ไนโตรเจน

ส่วยประกอบของเครื่อง Spectro. Single beam Double beam

การใช้เครื่อง UV-Vis spectrophotometer เตรียมสารละลายตัวอย่างและสารละลายมาตรฐาน (สารละลายใสไม่มีตะกอน) เปิดเครื่องทิ้งไว้อย่างน้อย 5 นาที (single beam) เลื่อนความยาวเคลื่อนไปยังค่าที่ต้องการวัด ปรับค่า Absorbance เป็น 0 ด้วย reagent blank อ่านค่า Absorbance ของสารละลายมาตรฐานและสารละลายตัวอย่าง

Atomic absorption spectrophotometry (AAS)

การใช้ประโยชน์ สำหรับการวิเคราะห์ดินและพืชใช้วิเคราะห์ธาตุต่างๆ ที่เป็นโลหะ เช่น Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn และ Mo เป็นต้น

ส่วยประกอบของเครื่อง AAS Single beam Double beam

ส่วยประกอบของเครื่อง AAS

Electrodeless discharge lamp แหล่งกำเนิดแสง Hollow cathode lamp Electrodeless discharge lamp ใช้เคลื่อนวิทยุเป็นแหล่งพลังงาน ใช้กับธาตุ P, Hg, As, Se, Ga, Sb และ Bi ใช้ไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงาน ใช้กับธาตุที่นำไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดแสง

แหล่งกำเนิดไออะตอม (เปลวไฟ) ส่วนประกอบของ burner

แหล่งกำเนิดไออะตอม (เปลวไฟ)

แหล่งกำเนิดไออะตอม (เปลวไฟ) ระบบแก๊ส

แหล่งกำเนิดไออะตอม (เปลวไฟ) ชนิดของแก๊สและอุณหภูมิ Fuel Oxidant Temp. (C) Acetylene Air 2100 - 2400 Acetylene Nitrous 2600 - 2800 LPG Air 1700 - 1900 Hydrogen Air 2000 - 2100

แหล่งกำเนิดไออะตอม (เปลวไฟ)

แหล่งกำเนิดไออะตอม แท่งแกรไฟต์กลวง

แหล่งกำเนิดไออะตอม

แหล่งกำเนิดไออะตอม ไฮไดรด์และไอปรอท ใช้วิเคราะห์ธาตุ As, Bi, Sb, Ge, Se, Te, Hg, Sn

แหล่งกำเนิดไออะตอม

หลักการใช้งาน Flame AAS ขั้นตอนการใช้ การเตรียมตัวอย่างและสารละลายมาตรฐาน การใช้เครื่องมือ

การเตรียมสารละลายมาตรฐาน สารละลายมาตรฐานควรเตรียม 3 ระดับ ความเข้มข้น เพื่อลดความผิดพลาดในการเตรียม และความสม่ำเสมอของผลวิเคราะห์ Stock standard Intermediate standard Working standard

การเตรียมสารละลายมาตรฐาน Stock standard เตรียมโดยใช้สารที่มีความบริสุทธิ์สูงนำมาละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสม ธาตุแต่ละธาตุมีวิธีเตรียมไม่เหมือนกัน ดูคำแนะนำจากคู่มือ ซื้อสารละลายสำเร็จรูปจากผู้ผลิต โดยทั่วไปมีความเข้มข้น 500 - 2000 mg/L เก็บขวด PE ในที่มืดที่อุณหภูมิห้อง

การเตรียมสารละลายมาตรฐาน Intermediate standard เตรียมโดยเจือจางสารละลาย stock standard ลง 10 - 25 เท่า โดยทั่วไปความเข้มข้น 50 - 200 mg/L ไม่ควรเก็บไว้นาน (1 - 2 เดือน)

การเตรียมสารละลายมาตรฐาน Working standard เตรียมโดยเจือจาง intermediate standard ให้มีความเข้มข้นต่างๆ คลอบคลุม working range ของธาตุนั้น (3 - 9 ค่า) เติมสารลดการรบกวน เช่น SrCl2 ในกรณีวิเคราะห์ Ca CsCl ในกรณีวิเคราะห์ K KCl ในกรณีวิเคราะห์ Al

วิธีใช้ Flame AAS วิธีใช้เครื่อง เปิดถังแก๊สและปั๊มอัดอากาศ ตรวจสอบความดัน รอยรั่วและความผิดปกติต่างๆ ของแก๊สและ burner เปิดเครื่อง AAS เปิดหลอด HCL ที่ต้องการใช้ แล้วปรับตำแหน่งหลอดและตำแหน่ง burner ตั้งค่าความยาวคลื่นที่ต้องการใช้ (ดูจาก energy meter)

วิธีใช้ Flame AAS วิธีใช้เครื่อง (ต่อ) จุดไฟ ปรับความดันแก๊สอีกครั้ง และปรับอัตราการไหลของแก๊สให้เหมาะสม (normal flame, reduced flame, oxidized flame) ทดสอบ sensitivity ของธาตุที่ต้องการวิเคราะห์ ปรับแต่งตำแหน่ง burner และ nebulizer อีกครั้ง

การปรับตำแหน่ง burner วิธีใช้ Flame AAS การปรับตำแหน่ง burner

วิธีใช้ Flame AAS วิธีใช้เครื่อง (ต่อ) อ่านค่า absorbance ของสารละลายมาตรฐาน อ่านค่า absorbance ของสารละลายตัวอย่าง อ่านค่า absorbance ของสารละลายมาตรฐานบางความเข้มข้น ทุก ๆ 20 - 30 ตัวอย่าง เขียน calibration curve และคำนวณความเข้มข้น

วิธีใช้ Flame AAS AAS บางรุ่นสามารถวิเคราะห์ธาตุได้หลายธาตุพร้อมกัน

วิธีใช้ AAS

วิธีใช้ AAS

การสร้าง calibration curve Y = aX2 + bX + c X = {sqr(b2 - 4a(c-Y)) - b}/2a

ข้อควรระวังเกี่ยวกับ calibration curve หลีกเลี่ยง extrapolation ออกไปจากช่วงความเข้มข้นของสารละลายมาตรฐานมากๆ (ตรวจสอบจากกราฟ) ไม่ใช้สมการเส้นตรง (Y = a + bX) แทนสมการเส้นโค้ง เมื่อ r2 ของเส้นโค้งสูงกว่า

ข้อควรระวังในการใช้ Flame AAS ไม่ใช้แก๊สออกซิเจนกับ pre-mixed burner ใช้ไนตรัสออกไซด์กับ burner ขนาด 5 cm เท่านั้น เปิดอากาศก่อน และปิดอากาศหลัง สวม burner ให้แน่น แหวนยางต้องไม่หลวมหรือชำรุด

ข้อควรระวังในการใช้ Flame AAS ไม่ใช้น้ำมันหล่อลื่นกับส่วนใดๆ ของ burner และต้องมีเครื่องกรองน้ำมันเสมอเมื่อใช้ปั๊มอัดอากาศแบบใช้น้ำมัน ความดันถังของแก๊ส Acetylene ต้องไม่ต่ำกว่า 40 psi แต่ความดันในท่อต้องไม่เกิน 20 psi ตรวจสอบระบบป้องกันการระเบิดตามคำแนะนำของผู้ผลิต

การบำรุงรักษาเบื้องต้น ฉีดน้ำกลั่นหลังใช้งานแต่ละวัน 3 - 5 นาที ถอด burner ออกล้างด้วย Ultrasonic bath ถ้าสกปรกมาก ทำความสะอาด nebulizer ด้วยลวดขนาดเล็กเมื่ออุดตัน ปล่อยน้ำในหม้อลมทิ้งประมาณ 1-3 เดือน/ครั้ง ตามความถี่ในการใช้งาน

จบเนื้อหา