การพัฒนาคาปิลลารี่ไอออนโครมาโตกราฟีแบบท่อเปิดสำหรับวิเคราะห์ปริมาณไอออนอนินทรีย์ขนาดเล็กในตัวอย่างอากาศ

บทคัดย่อ

การตรวจวิเคราะห์ปริมาณไอออนที่ละลายน้ำขนาดเล็กบางชนิดในฝุ่น PM2.5 เป็นแนวทางหนึ่งในการติดตามแหล่งที่มาของฝุ่นที่นำไปสู่การจัดการแหล่งมลพิษทางอากาศ โครงการวิจัยนี้ได้พัฒนาระบบคาปิลลารี่ไอออนโครมาโทกราฟีแบบท่อเปิดแบบไม่มีซัพเพรสเซอร์ (non-suppressed open tubular capillary ion chromatography, NS-OTIC) ที่มีระบบนำเข้าสารละลายตัวอย่างรูปแบบใหม่ให้สามารถใช้ได้กับตัวอย่างที่มีปริมาตรน้อย (7 ?L) ที่เก็บ/สกัดมาจากตัวอย่าง PM2.5 ที่เรียกชื่อใหม่ว่า hybrid negative pressure injection (HNP-inj) ได้พัฒนาคอลัมน์ที่ประกอบขึ้นเองในท่อคาปิลลารี่ที่ทำจากฟิวส์ซิลิกาหรือ PEEK ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 25-75 ?m และทำการเคลือบผิวภายในท่อด้วยวัสดุแลกเปลี่ยนไอออน Latex AS18 และ poly(butadiene) maleic acid (PBMA) เพื่อใช้ในการแยกไอออนลบ (Cl-, Br-, NO2-, NO3-) และไอออนบวก (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) ตามลำดับ และได้ทำการทดสอบและประเมินระบบ NS-OTIC ที่พัฒนาขึ้นด้วยสารละลายผสมของไอออนมาตรฐาน ได้ผลการทำซ้ำ < 6 % RSD นอกจากนี้ได้ทำการประกอบเครื่องควบคุมอุณหภูมิที่ใช้สำหรับคอลัมน์คาปิลลารี่เพื่อใช้ทดสอบผลของอุณหภูมิที่มีต่อการแยกของแคทไอออนบนคอลัมน์ PBMA พบว่าการเพิ่มอุณหภูมิของคอลัมน์ช่วยเพิ่มสมรรถณะของการแยกให้เพิ่มขึ้น ด้วยการใช้ท่อคาปิลลารี่ที่มีขนาด 50 ?m ที่อุณหภูมิห้องระบบ OTIC สามารถแยกวิเคราะห์ไอออนได้ภายในเวลา 14 นาที ได้ช่วงความเป็นเส้นตรงของการตรวจวัดไอออนบวกในช่วง 0.1-30.0 mg L-1 Na+, 0.1-30.0 mg L-1 K+, 0.50-30.0 mg L-1 Ca2+, 1.0-30.0 mg L-1 Mg2+ และกราฟมาตรฐานสำหรับตรวจวัดไอออนลบ 0.03-3.00 mg L-1 Cl-, 0.10-10 mg L-1 NO2-, 0.50-10.0 mg L-1 Br-, 0.50-10.0 mg L-1 NO3- ทำให้ได้ขีดจำกัดการวิเคราะห์ต่ำสุดที่นิยามจาก ค่าความเข้มข้นต่ำสุดในช่วงกราฟมาตรฐานเป็นเกณฑ์คือ 0.03 mg L-1 Cl-, 0.10 mg L-1 NO2-, 0.50 mg L-1 Br- และ NO3- , 0.1 mg L-1 Na+และ K+, 0.50 mg L-1 Ca2+, 1.0 mg L-1 Mg2+ ซึ่งค่าขีดจำกัดการวิเคราะห์ต่ำสุดนี้เพียงพอในการวิเคราะห์ไอออนในตัวอย่างฝุ่นที่ทำการเก็บในช่วง high season โดยใช้ระบบการเก็บตัวอย่างอากาศแบบปริมาตรอากาศต่ำ (ใช้แผ่นกรองขนาดเส้นผ่านศูนย์ 4.7 cm, ใช้อัตราการไหล 5 Lmin-1, และเก็บตัวอย่างนาน 24 ชั่วโมง) หลังจากที่ทำการสกัดตัวอย่างฝุ่นในปริมาตรสารละลาย 2.00 mL ด้วยน้ำปราศจากไอออนและทำการทดสอบการวิเคราะห์ไอออนด้วย NS-OTIC เปรียบเทียบผลการวิเคราะห์กับเครื่องไอออนโครมาโทกราฟีที่มีขาย พบว่าได้ค่าความเข้มข้นของไอออนในบางสารละลายตัวอย่างตรงกับค่าที่ได้จากเครื่องไอออนโครมาโทกราฟีที่มีขายและให้เปอร์เซ็นการวิเคราะห์กลับคืนในช่วง 78-118% สำหรับไอออนลบและ 82-123 % สำหรับไอออนบวก แต่ใช้ความดันในการขับเคลื่อนสารละลายชะประมาณ 30 psi ที่น้อยกว่าเครื่องไอออนโครมาโตกราฟีที่มีขาย โครงการนี้เป็นจุดเริ่มต้นในการต่อยอดเพื่อพัฒนาเป็นระบบ suppressed OTIC และเพิ่มศักยภาพการวิเคราะห์ ต่อไป ซึ่งยังมีส่วนประกอบของระบบ OTIC ที่ต้องการการพัฒนาต่อยอดอีกหลายส่วน เช่น ระบบไมโครซัพเรสเซอร์เพื่อลดสัญญาณพื้นหลังจากสารละลายตัวชะลง, ระบบเพิ่มความเข้มข้นสารละลายตัวอย่าง, ระบบคัดกรองอนุภาคขนาดใหญ่, ระบบตรวจวัดไอออนและอื่นๆ ทั้งนี้ในการใช้ NS-OTIC ในการวิเคราะห์ไอออนที่มีการเก็บตัวอย่างช่วง low season จำเป็นต้องใช้ระบบเก็บตัวอย่างที่เป็นแบบปริมาตรอากาศสูง (high volume air sampling system)

คำสำคัญ