RSA6080036_web1

ชุดตรวจวัดเหล็กในน้ำแบบรักษ์โลก

“มลสาร” คือ สารที่ก่อให้เกิดมลพิษ ซึ่งในปัจจุบันพบว่าเกือบทุกกิจกรรมที่มนุษย์กระทําทั้งโดยตั้งใจและไม่ได้ตั้งใจ ล้วนปล่อยของเสียออกสู่บรรยากาศ พื้นดินและแหล่งน้ำ การสะสมของมลสารในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดการปนเปื้อนสารพิษในห่วงโซ่อาหารเกินเกณฑ์มาตรฐานสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายได้ ปัจจุบันมีกระบวนการวิเคราะห์ตรวจวัดการปนเปื้อนของสารเคมีในสิ่งแวดล้อมหรือมลสารภาคสนาม แต่รู้หรือไม่ว่า บางครั้งสารเคมีที่นำมาใช้ในการวิเคราะห์มีความเป็นพิษมากกว่าสารมลพิษที่สนใจวิเคราะห์!!! แล้วเราควรตรวจวิเคราะห์มลสารด้วยวิธีการใด???

เนื่องจากการใช้เทคนิคการวิเคราะห์สารในปัจจุบันมักก่อปัญหาของเสียที่เกิดจากกระบวนการวิเคราะห์ที่สามารถส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหลายด้าน และหลายครั้งที่พบว่าสารเคมีที่นำมาใช้ในการวิเคราะห์มีความเป็นพิษมากกว่ามลสารที่สนใจวิเคราะห์ ดังนั้นในหลายปีที่ผ่านมาจึงมีการให้ความสำคัญกับเทคนิคการวิเคราะห์สารที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยหลักการที่สำคัญที่จะสามารถทำให้เทคนิคการวิเคราะห์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น คือ การใช้สารอื่นทดแทนสารที่มีความเป็นพิษสูงและการทำกระบวนวิเคราะห์ให้มีขนาดเล็กลง เพื่อลดปริมาณการใช้สารเคมีและลดปริมาณของเสียที่เกิดขึ้น ทั้งนี้เพื่อให้สามารถลดผลกระทบที่เกิดจากกระบวนการวิเคราะห์ได้

การพัฒนาเทคนิคสะอาดสำหรับการตรวจวัดมลสารในสิ่งแวดล้อมในรูปแบบของเซนเซอร์แบบเปรียบเทียบสี (Colorimetric sensor) ที่สามารถประยุกต์ใช้สำหรับการทดสอบหามลสารภาคสนามเพื่อคัดกรองและลดจำนวนตัวอย่างที่จำเป็นต้องนำเข้าสู่กระบวนการวิเคราะห์ สามารถลดปริมาณตัวทำละลายและของเสียที่เกิดขึ้น ทำให้กระบวนการวิเคราะห์มลสารส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง

ในบทความนี้จะกล่าวถึงวิธีการตรวจวัดเหล็กเฟอรัสโดยการพัฒนาชุดตรวจจากแบบฟิล์มบางจากแป้งมันสำปะหลังและการพัฒนาชุดตรวจจากเคอร์คูมินบนกระดาษ

การพัฒนาชุดตรวจแบบฟิล์มบางจากแป้งสำหรับตรวจเหล็กเฟอรัส

ชุดตรวจเหล็กเฟอรัสแบบฟิล์มบางจากแป้งมันสำปะหลัง สามารถสังเคราะห์ขึ้นได้โดยอาศัยหลักการทำปฏิกิริยาระหว่างเหล็กเฟอรัสและสารเคมีที่จำเพาะกับเหล็กเฟอรัส ได้แก่ ฟีแนนโทรลีน (1,10-phenanthroline) ทำให้เกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์ [(C12H8N2)3Fe]2+ ที่มีสีแดง

วิธีการผลิตชุดตรวจเริ่มจาก การเตรียมสารละลายแป้งมันสำปะหลัง (แป้ง 0.5 กรัมต่อน้ำ ปริมาตร 10 มิลลิลิตร) และให้ความร้อนจนได้สารละลายหนืด ใส ไม่มีสี หลังจากนั้นเติมสารเชื่อมขวาง (Crosslinker) ที่สามารถเพิ่มสมบัติการเป็นพลาสติก (Plasticizer) ได้แก่ กลีเซอรัล (Glycerol) ปริมาตร 0.1 มิลลิลิตร ก่อนนำมาผสมกับสารฟีแนนโทรลีน หนัก 0.1 กรัม จากนั้นจึงนำสารละลายพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ได้ปริมาตร 100 ไมโครลิตรไปบรรจุลงในภาชนะบรรจุ (หลอดพลาสติกขนาด 1.5 มิลลิลิตร) และนำไปให้ความร้อนที่ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 90 นาที จะได้แผ่นฟิล์มบางที่มีลักษณะเรียบและเป็นเนื้อเดียวกันเคลือบอยู่ที่ผิวภายในของบริเวณก้นของภาชนะบรรจุ ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสให้กับสารที่ทำให้เกิดสี (ฟีแนนโทรลีน) ซึ่งถูกกักไว้ภายในฟิล์มบาง เมื่อชุดตรวจฟิล์มบางนี้สัมผัสกับตัวอย่างของเหลวที่มีเหล็กเฟอรัสผสมอยู่ จะทำให้ฟีแนนโทรลีนที่ถูกกักอยู่ภายในฟิล์มละลายออกมาทำปฏิกิริยากับเหล็กเฟอรัสที่ละลายอยู่ในตัวอย่าง เกิดเป็นสารประกอบสีส้มแดง หากในตัวอย่างมีปริมาณของเฟอรัสสูง สารผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ให้สีส้มแดงจะมีปริมาณสูง จึงให้สีส้มแดงเข้ม ในทางกลับกัน หากในตัวอย่างมีปริมาณของเฟอรัสต่ำ สารประกอบสีส้มแดงจะมีปริมาณต่ำด้วย จึงให้สีส้มจาง

การประยุกต์ใช้ชุดตรวจนี้ร่วมกับเทคนิคการวิเคราะห์ภาพดิจิทัลจากโทรศัพท์เคลื่อนที่สำหรับวิเคราะห์ปริมาณเหล็กเฟอรัส พบว่า เทคนิคดังกล่าวให้ผลการวิเคราะห์ที่ถูกต้อง แม่นยำสูง สามารถตรวจวัดเหล็กเฟอรัสได้ในช่วงความเข้มข้นที่กว้าง (0 ถึง 10 มิลลิกรัมต่อลิตร) มีขีดจำกัดในการตรวจวัดต่ำ (0.085±0.001 mgL-1 ถึง 0.40±0.01mgL-1) เมื่อประยุกต์ใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นกับตัวอย่างดินจากสวนปาล์มและตัวอย่างน้ำจากแปลงนา จำนวนทั้ง หมด 11 ตัวอย่าง พบว่า เทคนิคดังกล่าวให้ร้อยละการได้กลับคืน (%Recovery)* จากการสกัดตัวอย่างดินที่ 98.7 – 99.7% และจะมีค่า%Recovery ที่ 96.2 – 97.3% เมื่อประยุกต์ใช้กับตัวอย่างน้ำ และให้ผลการวิเคราะห์ตัวอย่างจริงทั้งหมดเทียบเท่ากับเทคนิคมาตรฐาน (อะตอมมิค แอบซอร์บชัน สเปกโตรโฟโตเมทรี) ที่ระดับความเชื่อมัน 95%

*การคำนวณหาร้อยละการกลับคืนของการทดสอบเป็นการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลวิเคราะห์ กรณีไม่มีวัสดุอ้างอิงรับรอง ค่าเฉลี่ยของร้อยละการกลับคืนจะถูกนำไปเปรียบเทียบผลกับเกณฑ์ที่ยอมรับ โดยสามารถคำนวณร้อยละการกลับคืนได้ดังนี้
%recovery = [(C1 – C2)/C3] x 100
เมื่อ C1 = ความเข้มข้นที่วัดได้จากสัญญาณของตัวอย่างที่ spiked**
C2 = ความเข้มข้นที่วัดได้จากสัญญาณของตัวอย่างที่ไม่ spiked
C3 = ความเข้มข้นของสารมาตรฐานที่ spiked

**การเติมสารมาตรฐานของสารที่สนใจที่ทราบปริมาณแน่นอนลงไป เรียกว่า spiked sample

ชุดตรวจแบบเปรียบเทียบสีแบบฟิล์มบางจากแป้งมันสำปะหลังสำหรับตรวจหาเหล็กเฟอรัสที่ผลิตได้นี้มีต้นทุนการผลิต (เฉพาะวัสดุ) ประมาณ 20 สตางค์/ชุด สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานสำหรับวิเคราะห์เหล็กละลายน้ำในตัวอย่างน้ำดื่ม น้ำผิวดิน น้ำทิ้งจากอุตสาหกรรม น้ำในนาข้าว และตัวอย่างดิน ทำให้ทราบผลการทดสอบทันทีและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การพัฒนาชุดตรวจจากเคอร์คูมินบนกระดาษสำหรับตรวจเหล็กเฟอรัส

ชุดตรวจสะอาดสำหรับตรวจวัดไอออนของเหล็กเฟอรัสบนกระดาษถูกพัฒนาขึ้น โดยอาศัยหลักการกักสารสกัดเคอร์คูมินไว้ในฟิล์มบางของแป้งมันสำปะหลังและทำการขึ้นรูปในรูปแบบของเซนเซอร์แบบกระดาษเพื่อให้สามารถทดสอบตัวอย่างได้ง่าย เพียงทำการหยดสารละลายตัวอย่างลงบนแผ่นฟิล์มบางโดยตรง ฟิล์มบางสีเหลืองอ่อนจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลแดงเมื่อทำปฏิกิริยากับไอออนของเหล็กเฟอรัสและมีสีเข้มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของเหล็กเฟอรัสมากขึ้น

ชุดตรวจนี้มีขั้นตอนการเตรียม 2 ขั้นตอน ได้แก่ 1.) การเตรียมกระดาษ และ 2.) การเตรียมสารผสมสำหรับทำปฏิกิริยา การเตรียมกระดาษซึ่งจะใช้เป็นฐานสำหรับหยดตัวอย่างสามารถเตรียมได้โดยการเคลือบไขบนกระดาษขนาดกว้าง 2.4 ซม ยาว 2.5 ซม จำนวน 2 ชั้น (เว้นบริเวณตรงกลางไว้สำหรับสร้างฟิล์ม ซึ่งเป็นบริเวณเกิดปฏิกิริยา) ในขณะที่การเตรียมสารผสมสำหรับทำปฏิกิริยาสามารถเตรียมได้โดยการผสมสารละลายแป้งและเคอร์คูมินขนาดนาโน ในอัตราส่วน (3 : 0.4มิลลิลิตร) แล้วหยดสารละลายผสมปริมาตร 100 ไมโครลิตรลงบนกระดาษที่เตรียมไว้และทิ้งให้แห้งประมาณ 2-3 ชั่วโมง จะได้ฟิล์มบางสีเหลืองอ่อนบนกระดาษ

ชุดตรวจแบบกระดาษนี้สามารถเกิดปฏิกิริยากับเหล็กเฟอรัสได้ดีที่ pH 4 โดยที่ชุดตรวจแบบกระดาษนี้จะไม่เกิดปฏิกิริยากับไอออนอื่นๆ ได้แก่ Ca2+, Co2+, Cd2+, Cr3+, Cu2+, Hg+, K+, Mg2+, Mn2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Zn2+ และ Fe3+ แม้ว่าจะมีความเข้มข้นสูงกว่า Fe2+ 1,000 เท่า

จากผลการทดลองทั้งด้านประสิทธิภาพและต้นทุนการผลิตพบว่าชุดตรวจที่พัฒนาขึ้นทั้งหมดมีศักยภาพที่จะพัฒนาต่อเป็นต้นแบบเพื่อการจำหน่ายเชิงพาณิชย์ต่อไปในอนาคต เนื่องจากมีความสะดวกและรวดเร็วในการใช้งาน นอกจากนี้การใช้ชุดตรวจสะอาดจากเคอร์คูมินสำหรับการตรวจวัดมลสารในสิ่งแวดล้อมยังเป็นเทคนิคการวิเคราะห์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้วยกระบวนวิเคราะห์ที่มีขนาดเล็ก จึงสามารถลดปริมาณการใช้สารเคมีและลดปริมาณของเสียที่เกิดขึ้นได้อีกด้วย

อ้างอิงข้อมูลจาก

โครงการวิจัย “ชุดตรวจสะอาดจากเคอร์คูมินสำหรับการตรวจวัดมลสารในสิ่งแวดล้อมภาคสนามบนโทรศัพท์เคลื่อนที่”

หัวหน้าโครงการ : อารีย์ ชูดำ
สนับสนุนโดย : สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

เรียบเรียง บุษยา เกรย์
กราฟิก พิชญาภา นาคทับที

 

 

 

00:00
00:00
Empty Playlist