เครองมอวทยาศาสตร

227

บทท 11 : เครองวดการดดกลนแสง

(ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER)

การหาปรมาณสารใดสารหนงโดยวธการทางหองปฏบตการมอยหลายวธ แตวธทนยมใชมากคอการวดความเขมของส(colorimetry) หรอการวดความเขมของแสง โดยการเปรยบเทยบกบสารละลายมาตรฐาน(standard solution) ททราบคา ในระยะแรก ๆ การเปรยบเทยบความเขมของสอาศยสายตา(visual colorimetry) ซงมความถกตองและแมนยาตา ตอมาไดมการนาตวไวแสง(photo sensor) มาใชแทนการเปรยบเทยบดวยสายตา จงเรยกเครองมอทใชตวไวแสงวา “photoelectric colorimeter” หรอ “photometer” เนองจากสารหรอสทจะวดมความสามารถในการดดกลนแสง หรอปลอยแสงทมชวงความยาวคลน(spectrum)ทแตกตางกน ดงนนเพอใหการวดมความจาเพาะ (specificity) และความไว(sensitivity) สง จงไดพฒนาเครองมอทสามารถวดความเขมของแสงชวงความยาวคลนแคบ ๆ ไดอยางตอเนองตามตองการ และใชตวไวแสงทมประสทธภาพสง เครองมอดงกลาวถกเรยกวา “สเปกโทรโฟโตมเตอร” (spectrophotometer) ซงในปจจบนไดมการพฒนาไปมาก มทงแบบอะนาลอก แบบดจตอล รวมทงแบบดจตอลททางานโดยอตโนมตทมระบบไมโครโพรเซสเซอรควบคมการทางาน(รปท 11.1) เครองวดความเขมของแสง (spectrophotometer) แบงออกเปน 3 กลมใหญคอ การวดแสงทเปลงออกมา(emission light) การวดแสงทถกดดกลน(absorption light) และการวดแสงฟลออเรสเซนซ (fluorescence light) ทเปลงออกมา

เครองวดการดดกลนแสงและเครองวดแสงฟลออเรสเซนซ มองคประกอบทคลายกนแตตาแหนงการวางอปกรณตางกน กลาวคอ เครองวดการดดกลนแสงมหลอดไฟกาเนดแสง(light source) สองแสงผานไปยงตวแยกแสง(monochromator) ผานสารตวอยาง(sample) ผานตวไวแสง (photo sensor) แลวจงอานคาออกมา สวนเครองวดแสงฟลออเรสเซนซ หลอดไฟกาเนดแสงจะสองแสงผานสารตวอยางเพอทาใหเกดแสงฟลออเรสเซนซ แลวใหแสงฟลออเรสเซนซทเกดขนสองผานไปสตวแยกแสงและอปกรณอนๆ ตามลาดบ สวนเครองวดการเปลงแสงโดยเปลวไฟมอปกรณตาง ๆ เหมอนกบเครองวดการดดกลนแสงแตตางกนตรงทไมมหลอดไฟกาเนดแสง (รปท 11.2) ในบทนจะกลาวถงเฉพาะเครองวดการดดกลนแสงทใชงานทว ๆ ไปในหองปฏบตการ สวนเครองวดการดดกลนแสงของอะตอม และเครองวดความเขมของแสงชนดอน ๆ จะกลาวถงในบทตอ ๆ ไป

เครองวดการดดกลนแสง

228

(ก) (ข) (ค)

(ง) (จ)

(ฉ) (ช)

รปท 11.1 รปรางของเครองวดการดดกลนแสง แบบอะนาลอก(ก) แบบดจตอล ชนดตงโตะ(ข,ง, จ, ฉ, ช) และแบบดจตอลชนดมอถอ(ค)

เครองมอวทยาศาสตร

229

รปท 11.2 องคประกอบหลกของเครองวดความเขมของแสงโดยการวดการดดกลนแสง (ก)

วดแสงฟลออเรสเซนซ (ข) และวดการเปลงแสงโดยเปลวไฟ(ค)

ธรรมชาตของแสง แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟา(electromagnetic wave) ทมความเรวในการเดนทางสงมาก

กลาวคอ มความเรวในสญญากาศเทากบผลคณของความยาวคลน (λ) และความถ (ν) แตความเรวในการเดนทางจะเปลยนไปเมอเดนทางผานตวกลางอนๆ โดยมความเรวในการเดนทางเทากบ 2.9979 x 10-16 ซม./วนาท / n (n= ดรรชนหกเหของตวกลาง, refractive index)

พลงงานของแสงมคาเทากบผลคณของความถและคาคงตว (hν, h = Planck’s constant = 6.6x10-27 เอรก-วนาท) ดงนนแสงทมความถมาก จงมพลงงานสง มความรอนมาก และมอานาจการทะลทะลวงสง ซงผปฏบตงานตองคานงถงอนตรายดงกลาวดวย

ความเขมของแสงนยมวดในหนวยกาลงเทยน(candle power) หรอลเมน(lumen) ปรมาณแสงแปรผนโดยตรงกบความเขม(intensity) ของแสง ดงนนการวดความเขมของแสงจงเปนการวดปรมาณแสงทางออม

ความยาวคลนแสงนยมแทนดวยอกษรกรกคอ “λ” (แลมบดา, lambda) แสงแตละชวงความยาวคลนถกกาหนดใหมชอเรยกตางกน ตามขอกาหนดของ “The Joint Committee on Nomenclature in Applied Spectroscopy” ดงน

เครองวดการดดกลนแสง

230

ชอเรยก

ความยาวคลน (นาโนเมตร)

Far ultra violet 10-200 Near ultra violet 200-380

Visible 380-780 Near infrared 780-3,000

Middle infrared 3,000-30,000 Far infrared 30,000-300,000 Microwave 300,000-1,000,000,000

แสงทมองเหน(visible light) เปนแสงสขาวทเกดจากการรวมกนของแสงสตาง ๆ มสหลกอย 7 ส คอ สมวง สคราม สนาเงน สเขยว สเหลอง สแสด และสแดง เมอแสงสขาวตกระทบวตถแลวทาใหมองเหนวตถเปนสใด แสดงวาวตถดดกลนแสงสอน ๆ หมด แตสะทอนแสงทตามองเหนออกมา แตถาวตถนน ๆ ดดกลนแสงทกสไวไดหมดจะมองเหนวตถเปนสดา แสงอตราไวโอเลต(ultraviolet light) เปนแสงทมคณสมบตในการทาใหอเลกตรอนของอะตอมเกดการสงผาน(electronic transmission) เมอรางกายถกแสงนเปนเวลานานอาจเกดอนตราย ตวอยางเชน ผวหนงไหมเกรยม เยอบลกตาถกทาลาย และอาจทาใหเกดเปนมะเรงของผวหนงได เนองจากแสงอลตราไวโอเลตทาใหไธมนเบส(thymine base) ในนวเคลยสของเซลลรวมตวกนทาใหการอานรหสบนยนผดไป เปนผลใหเซลลควบคมการเจรญเตบโตไมได แสงอนฟราเรด(infrared light) เปนแสงทมองไมเหนดวยตาเปลา สามารถทาใหโมเลกลของวตถตาง ๆ เกดการสนสะเทอนอยางรนแรงจนเกดความรอนขนมาก เนองจากวตถสวนใหญดดกลนแสงในชวงความยาวคลนในชวง 3,000-100,000 นาโนเมตรไดด ดงนนจงนยมใชรงสอนฟราเรดในการทาใหวตถตาง ๆ แหง เพราะมประสทธภาพในการทาใหแหงสงกวาการใชความรอนแบบธรรมดา

กฎของแสง เมอแสงตกกระทบวตถอาจจะเกดการดดกลนแสง การสองผาน การกระจาย การสะทอนกลบ หรอเกดการเปลงแสงฟลออกเรสเซนซ (รปท 11.3) แตกฎของแสงทนามาใชวดคาการดดกลนแสงถอวามเฉพาะแสงทตกกระทบ(incident light) แสงทดดกลน(absorbed light) และแสงทสองผาน (transmitted light) โดยไมไดคานงถงผลของแสงรบกวน(stray light) ดงนนเพอใหการวดความเขมของแสงเปนไปตามกฎดงกลาว การผลตเครองวดการดดกลนแสง และการใชงานจงตองปองกนการเกดแสงรบกวนใหนอยทสด

เครองมอวทยาศาสตร

231

รปท 11.3 แสงทอาจเกดขนเมอแสงตกกระทบสารตวอยาง

1. กฎของแลมเบรต (lambert’s law) กฎของแลมเบรต (ค.ศ.1760) กาหนดวาแสงทถกดด กลนเปนสดสวนโดยตรงกบความหนาของตวกลางทแสงผาน ซงสามารถหาความสมพนธโดยการคานวณทางคณตศาสตรดงน

dI/dt α I -dI/dt = kI -dI/I = kdt In Io/It = kt Io/It = ekt

It = Io x 10-0.4343 kt It = Io x 10-kt ---------------- (1)

โดย k คอเศษสวนของความหนาในหนวยเซนตเมตร ททาใหความเขม

ของแสงลดลงจากความเขมเดม 10 เทา (Io = 10 It)

2. กฎของเบยร (Beer’s law) กฎของเบยร(ค.ศ. 1852) กาหนดวาแสงทถกดดกลนเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสารในของเหลว เมอคานวณเชนเดยวกบกฎของแลมเบรต จะไดสมการ

เครองวดการดดกลนแสง

232

It = Io x 10-kc ---------------- (2)

เมอรวมกฎทงสองเขาดวยกน (Beer- Lambert’s law) โดยการบวกสมการท (1) และสมการท (2) จะไดสมการใหมดงน

It = Io x 10-εct

แตแสงสองผาน(transmittance, T) มคาเทากบ It/Io และแสงทถกดดกลน(absorbance, A) มคาเทากบ log (Io/It) ดงนน

A = εct = -log T = 2-log%T-------------------------------- (3)

โดย ε = Molar extinction coefficient ของสารแตละชนด ซงจะมคาคงท ในแตละความยาวคลน

c = ความเขมขนในหนวย โมล/ลตร t = ระยะทางทแสงผานมหนวยเปนเซนตเมตร %T = It/Io x 100

ถาแทนคาในสมการแสดงความสมพนธระหวาง A และ T (สมการท 3) จะพบวา 100% T =

0A, 10% T = 1.0 A, 1.0% T = 2.0 A, 0.1% T = 3.0 A และ 0% T = ∝ A ดงนน % T จงมคาตงแต 0-100 สวน A มคาตงแต 0 ถงคาอนนต (infinity) เมอลากเสนหาความสมพนธระหวางคาความเขมขนและคาการดดกลนแสง พบวามความสมพนธกนเปนเสนตรง(รปท 11.4 ก) แตความเขมขนจะมความสมพนธกบคาแสงสองผานเปนเสนโคงเอกซโพเนนเชยล(exponential) (รปท 11.4 ข) บนกระดาษกราฟธรรมดา แตจะเปนเสนตรงถาใชกระดาษเซมลอก(semilog paper) (รปท 11.4 ค) ในทางปฏบตจงนยมวดคาการดดกลนแสง เพราะมความสะดวกในการอานคาหรอคานวณคามากกวา แตอยางไรกตามถาแสงตกกระทบเปนแสงหลายส (polychromatic light) ความสมพนธทเปนเสนตรงจะลดลง เมอเปรยบกบการใชแสงสเดยว (monochromatic light) (รปท 11.4 ง)

การวเคราะหเชงปรมาณ(Quantitative analysis) การวดคาการดดกลนแสงเพอนาคามาคานวณหาปรมาณสารนยมวดอย 2 วธ คอ

เครองมอวทยาศาสตร

233

รปท 11.4 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความเขมขนกบคาการดดกลนแสง (ก,ง) และคาแสงสองผาน (ข,ค)

1. การวดคาการดดกลนแสงสมบรณ(absolute absorbance) เปนการวดคาการดดกลนแสง

ของสารเมอเทยบกบอากาศ หรอนากลนในควเวทท ทมความกวาง 1 เซนตเมตร หลงจากนนหารคา

การดดกลนแสงทไดดวย ε จะไดคาความเขมขนของสาร( A=εct)

การวเคราะหโดยวธนถอวาคา ε มคาคงท แตในทางปฏบตคา ε มกจะแตกตางไปจากท

กาหนดไวเปนคามาตรฐาน เพราะคา ε ขนอยกบคณภาพของเครองวดการดดกลนแสง ตวอยางเชน

เครองวดการดดกลนแสง

234

ความถกตองของการวดความเขมของแสง(photometric accuracy) แสงรบกวนจากเครองมอ ฯลฯ. นอกจากนยงขนอยกบคณภาพของควเวทททใชดวย เพอใหการวเคราะหหาปรมาณสารมความ

ถกตองมากทสดจงควรหาคา ε สาหรบเครองวดการดดกลนแสงนน ๆ โดยวดจากสารมาตรฐานทบรสทธทความเขมขนตาง ๆ 2. การวดคาการดดกลนแสงสมพทธ(relative absorbance) เปนการวดคาการดดกลนแสงเปรยบเทยบกนระหวางสารละลายมาตรฐานททราบคา(standard solution) กบสารละลายทตองการหาปรมาณ วธนนยมใชมากเนองจากลดความผดพลาดจากความคลาดเคลอนของเครองวดการดดกลนแสง คณภาพควเวทท ตลอดจนเทคนคทใชได เพราะใชเทคนค อปกรณและเครองมออนเดยวกน การวดคาการดดกลนแสงอาจแบงตามปฏกรยาเคมได 2 แบบคอ 2.1 แบบปฏกรยาสมดล(equilibrium reaction) เปนการวดคาการดดกลนแสงเมอปฏกรยาเคมสมดล หรอถงจดหยดปฏกรยา สารละลายจะดดกลนแสงคงททจดน แตปฏกรยาสวนใหญจะใชเวลานานในการเกดสมดล 2.2 แบบปฏกรยาจลน(kinetic reaction) เปนการวดคาการดดกลนแสงในขณะทปฏกรยายงไมหยดนง คาการดดกลนแสงมการเปลยนแปลงไดในลกษณะทเพมขนหรอลดลง คานวณหาปรมาณสารไดจากคาการดดกลนแสงทเปลยนแปลงตอหนวยเวลา แตเนองจากชวงเวลามกจะเปนชวงสน ๆ เปนวนาท การวดแบบนจงควรใชเครองวดการดดกลนแสงทมระบบวดคาการดดกลนแสงตอหนวยเวลาแบบอตโนมต

โดยทวไปจะวดการดดกลนแสงทชวงความยาวคลนเดยว แตในระยะหลง นยมวดหลายความยาวคลน(multi wavelength measurement) เพอลดการรบกวนจากสารอน ๆ ทไมตองการวด ตวอยางเชน ระบบการวด 2 ความยาวคลน(bichromatic measurement system)ใชความยาวคลนอนแรกสาหรบวดคาการดดกลนแสงสงสดของสารทตองการวเคราะห และใชความยาวคลนอนทสองสาหรบวดการดดกลนแสงของสารรบกวนทปนอยในสารตวอยางททาการวเคราะห หลงจากนนจงนาคาการดดกลนแสงของสารรบกวนมาลบออกจากคาการดดกลนแสงของสารตวอยาง ซงจะทาใหไดคาการดดกลนแสงเฉพาะทเกดจากสารทตองการวเคราะห หรอในระบบการวด 3 ความยาวคลน (trichromatic measurement system) จะเพมความยาวคลนอนท 3 มาวดคาการดดกลนแสงของสารรบกวนตวท 2 หลงจากนนจงหาคาเฉลยของคาการดดกลนแสงของความยาวคลนอนท 2 และ อนท 3 กอนนาไปลบออกจากคาการดดกลนแสงของสารตวอยาง ฯลฯ.

องคประกอบและคณสมบต เครองวดการดดกลนแสงโดยทวไปมองคประกอบพนฐานทเหมอนกนคอ ภาคจายกระแสไฟฟา(power supply) หลอดไฟกาเนดแสง(light source) ชองแสงเขา(entrance slit) ชองแสงออก (exit slit) ตวแยกแสง(monochromator) ชองใสสารตวอยาง(sample holder) ตวไวแสง (photo sensor) ภาคขยายสญญาณ(amplifier) และภาคแสดงผล(read out) (รปท 11.5) การออกแบบและ

เครองมอวทยาศาสตร

235

ชองแสงเขา ชองแสงออก

รปท 11.5 แผนผนงแสดงองคประกอบพนฐานของเครองวดการดดกลนแสง

คณภาพของแตละสวน ตลอดจนการทางานรวมกนทงระบบจะกอใหเกดประสทธภาพโดยรวมทแทจรงของเครองวดการดดกลนแสง 1. ภาคจายกระแสไฟฟา(power supply) มความสาคญตอเครองวดการดดกลนแสงมากเพราะความไมคงทของกระแสไฟฟาทาใหอานคาการดดกลนแสง หรอคาแสงสองผานไมคงท แหลงจายกระแสไฟฟาแบงออกเปน 2 ชนดคอ 1.1 แบตเตอร(battery) นยมใชชนดแหง(dry cell) ใชสาหรบจายไฟฟากระแสตรงใหกบเครองวดการดดกลนแสงขนาดเลก การใชแบตเตอรทาใหเสถยรภาพในการอานคาการดดกลนแสงตา เนองจากโวลตของแบตเตอรลดลงเรอย ๆ ในระหวางทใชงาน ดงนนในปจจบนจงใชแบตเตอรเพอใชจายไฟฟาใหกบหนวยความจาในระบบไมโครโพรเซสเซอรเทานน เพอใหเครองมอสามารถจาขอมลหรอโปรแกรมตาง ๆ ไว ถงแมวาจะตดกระแสไฟฟาสลบออกจากเครองมอแลวกตาม แบตเตอรทใชอาจเปนชนดทอดไฟได ตวอยางเชน แบตเตอรชนดนเกล-แคดเมยม(nikel-cadmium) หรอใชชนดทอดไฟไมได แบตเตอรแหงบางชนดมอายการใชงานไดนานนบป 1.2 กระแสไฟฟาสลบ(alternating current) กระแสไฟฟาทใชอาจเปน 110 โวลต หรอ 220 โวลต มความถ 50 เฮรตซ หรอ 60 เฮรตซ ซงผใชตองตรวจสอบขนาดโวลตใหถกตองกอนเปดสวทชจายไฟฟาใหเครองวดการดดกลนแสง ภายในเครองมอ กระแสไฟฟาสลบสวนใหญจะถกลดโวลตใหตาลงดวยหมอแปลงกาลง(power transformer) เพอจายใหกบอปกรณทตองการกระแสไฟฟาสลบ

หลอดไฟกาเนดแสง

ตวกรองแสงรบกวน

ตวไวแสง ภาคขยายสญญาณ ภาคแสดงผล

ตวแยกแสง ชองใสสารตวอยาง

ภาคจายกระแสไฟฟา

เครองวดการดดกลนแสง

236

โวลตตา อกสวนหนงของกระแสไฟฟาสลบโวลตตาถกเปลยนใหเปนไฟฟากระแสตรงดวยไดโอด หรอเรคตไฟเออร เพอจายใหกบวงจรอเลกทรอนกสและหลอดไฟกาเนดแสง ในภาคจายกระแสไฟฟาตรงนมกจะมตวกรอง(filter) ซงเปนตวเกบประจและซเนอรไดโอด(zener diode) เพอควบคมกระแสไฟฟากระแสตรงใหมโวลตคงท เครองวดการดดกลนแสงโดยทวไปสามารถควบคมกระแสไฟฟาภายในเครองใหคงทได ถาโวลตของกระแสไฟฟาสลบทจายใหแกเครองมอมคาเปลยนแปลงไปเกนรอยละ 10 จากโวลตทกาหนด 2. หลอดไฟกาเนดแสง มหลายชนดตามความยาวของคลนแสงทเปลงออกมา (รปท 11.6) ซงตองเลอกใชใหถกตองเหมาะสมกบของเหลวทนามาวดคาการดดกลนแสง ผผลตมกจะหามใชมอจบบรเวณกระเปาะหลอดไฟซงอาจเปนแกวหรอควอทซ(quartz) ดวยเหตผลอยางนอยสามประการคอ ประการแรก คราบไขมนหรอคราบสกปรกอาจดดกลนแสงบางชวงคลนไว ประการทสอง สงสกปรกอาจทาใหการกระจายของแสงหกเหไปจากแนวทตองการ ประการทสาม คราบสกปรกอาจทาใหกระเปาะหลอดไฟกาเนดแสง มการกระจายความรอนไมเทากน ซงอาจทาใหกระเปาะหลอด

รปท 11.6 รปรางของหลอดไฟกาเนดแสง : หลอดดวทเรยม (ก) หลอดทงสเตน

ฮาโลเจน (ข) และหลอดทงสเตน (ค,ง)

ไฟกาเนดแสงเปลยนรปราง หรอแตกเมออณหภมสงมาก สาหรบหลอดไฟกาเนดแสงทนยมใชในปจจบนมดงน

เครองมอวทยาศาสตร

237

2.1 หลอดไฮโดรเจน(hydrogen lamp) หรอ หลอดดวทเรยม(deuterium lamp) ประกอบดวยขวบวก(anode) ขวลบ(cathode) และแผนความรอน(heating element) บรรจอยในกระเปาะซงทาดวยควอทซ ภายในกระเปาะบรรจไวดวยแกสไฮโดรเจน(รปท 11.6 ก) เมอปลอยกระแสไฟฟาประมาณ 40 โวลตใหแผนความรอนรอบ ๆ ขวลบ จนอณหภมสงประมาณ 200-3000 ซ. ความรอนจะทาใหขวลบเรมปลอยอเลกตรอนออกมา หลงจากนนกระแสไฟฟาจะถกตดออกจากแผนความรอนแตจะจายกระแสไฟฟาใหขวลบแทน โวลตทสงนจะทาใหเกดการกระโดด (arc) ของอเลกตรอนระหวางขวบวกและขวลบ เปนผลใหอเลกตรอนของแกสอยในสถานะกระตน(excited state) เมอพลงงานของอเลกตรอนลดลง อเลกตรอนจะกลบสสถานะพน(ground state) พรอม ๆ กบปลอยแสงในชวงความยาวคลนชวง 160 ถง 375 นาโนเมตรออกมา

เพอลดการดดกลนแสงชวงอลตราไวโอเลต จงตองใชกระเปาะหลอดไฟทเปนควอทซทาใหหลอดไฮโดรเจนมราคาสง หลอดไฮโดรเจนมอายการใชงานเพยงไมกรอยชวโมง เนองจากความเขมของแสงจะลดลงเรอย ๆ ตามอายการใชงาน แตผใชอาจใชงานตอไปไดโดยการเพมความกวางของชองแสง(slit width)ใหมากขน เพอชดเชยความเขมของแสงทลดลง การเปลยนหลอดใหมควรระวงเรองความสะอาดของกระเปาะหลอดไฟและระบบทางเดนแสง และตองพยายามปรบตาแหนงหลอดไฟกาเนดแสงใหลาแสงทมความเขมมากตกกระทบตวไวแสงมากทสด ไมควรมองแสงจากหลอดไฟกาเนดแสงโดยตรงเพราะแสงอลตราไวโอเลตสามารถทาลายเยอบลกตา 2.2 หลอดทงสเตน(tungsten tamp)(รปท 11.6 ค,ง) เปนหลอดไฟกาเนดแสงทนยมใชมากทสดในการวดความเขมของแสงในชวงคลนแสงทตามองเหน เนองจากมราคาถก ใหแสงทมความเขมคงท และใชระบบจายไฟฟาใหหลอดไฟแบบงาย ๆ ไสหลอดทงสเตนเมอถกทาใหรอนประมาณ 2,870 องศาเคลวน จะเกดการเปลยนสถานะของอเลกตรอนทาใหเกดการปลอยแสงชวงความยาวคลน 200 ถง 20,000 นาโนเมตร แตเนองจากกระเปาะหลอดไฟทาดวยแกวธรรมดาทมความบรสทธตา แสงความยาวคลนสงกวา 2,500 นาโนเมตร และทตากวา 300 นาโนเมตร จงถกดดกลนไว ประกอบกบความเขมของแสงทชวงตากวา 300 นาโนเมตรมนอย ดงนนชวงใชงานของหลอดทงสเตนจงอยทประมาณ 300-2,500 นาโนเมตร

หลอดทงสเตนบางชนดสามารถเปลงแสงทคงททนทหลงจากไดรบกระแสไฟฟา แตบางชนดอาจตองใชเวลาหลายนาทกวาแสงจะคงท ความเขมของแสงจะเปลยนแปลงมากถาโวลตทตกครอมหลอดทงสเตนเปลยนแปลงไป ความเขมของแสงจะลดลงเรอย ๆ ตามอายการใชงาน เพราะไอระเหยของทงสเตนเกาะทผวแกวดานในทาใหแสงผานออกมานอยลง ถาเกาะหนามากจนกลายเปนสดา หรอปลอยแสงทกระพรบอยตลอดเวลาควรเปลยนหลอดทงสเตนใหม 2.3 หลอดทงสเตนฮาโลเจน(tungsten halogen lamp)(รปท 11.6 ข) เปนหลอดไฟกาเนดแสงทพฒนามาจากหลอดทงสเตน โดยการเตมธาตกลมฮาโลเจนในกระเปาะหลอดไฟ ตวอยางเชนไอโอดน และใชควอทซทากระเปาะหลอดไฟแทนแกว เปนผลใหหลอดไฟกาเนดแสงมอายการใช

เครองวดการดดกลนแสง

238

งานนานขน เนองจากไอระเหยของทงสเตนเมอรวมกบธาตฮาโลเจนจะกลายเปนทงสเตนฮาไลด (tungsten halide) แทนททงสเตนจะไปเกาะทผวกระเปาะหลอดไฟดานใน ทงสเตนฮาไลดเมอถกความรอนทงสเตนจะกลบไปเกาะทไสหลอดไดอก

สวนควอทซมความบรสทธสงจงดดกลนแสงในชวง 300-400 นาโนเมตร ไดนอย ประกอบกบสามารถทนความรอนไดมากกวาแกวมาก จงสามารถเพมความเขมของแสงได ดงนนจงสามารถใชงานในชวง 300-400 โนเมตรไดดกวาหลอดทงสเตน 2.4 หลอดเนนสต-โกลเวอร(Nernst-glower lamp) เปนหลอดไฟกาเนดแสงชวงอนฟราเรด ทมความยาวคลนตงแต 400-20,000 นาโนเมตร โดยการเผาไสหลอดซงเปนสารผสมระหวาง yttrium (Y2O3) และ zirconium (ZrO2) ขนาดยาวประมาณ 20 มม. กวางประมาณ 1-2 มม. ใหรอนประมาณ 1,500 0ซ.

2.5 หลอดโกลบาร(globar lamp) เปนหลอดไฟกาเนดแสงทปลอยแสงในชวงความยาวคลน 1,000-40,000 นาโนเมตร โดยการเผาไสหลอดซงเปน silicon carbide(SiC) ขนาดยาวประมาณ 50 มม. และกวางประมาณ 5 มม. ใหรอนประมาณ 1,200 0ซ. หลอดชนดนปลอยแสงทมความเขมคงทดกวาหลอดเนนสต-โกลเวอร

3. ตวแยกแสง(monochromator) เปนอปกรณทมหนาทแยกแสงหลายสหรอหลายความยาว คลน ใหกลายเปนแสงสเดยวทมความยาวคลนแสงชวงแคบ ๆ โดยอาศยการดดกลน การสะทอนกลบ หรอการหกเห แสงสเดยวมความสาคญมากเนองจากทาใหความสมพนธระหวางคาความเขมขนและคาการดดกลนแสงมชวงทเปนเสนตรงยาวมาก (รปท 11.4 ก) และชวยเพมความไวในการวด เพราะสามารถใชแสงสเดยวทมความยาวคลนตรงกบความยาวคลนทสารนน ๆ มการดดกลนแสงสงสด (maximum absorption) ตวแยกแสงทใชในเครองวดการดดกลนแสงมอย 3 ชนดคอ 3.1 ตวกรองแสง(filter) แบงออกไดเปนอก 3 ชนดคอ 3.1.1 กระจกส(tinted glass filter) หรอตวกรองดดกลนแสง(absorption filter) เปนกระจกผสมสแผนเดยว หรอเปนกระจกใส 2 แผนประกอบเจลาตน(gelatin) ผสมสไวตรงกลาง ซงสเหลานจะดดกลนแสงชวงตาง ๆ ทาใหไดลาแสงสเดยวในชวงตงแต 380-2,000 นาโนเมตร มความกวางของลาแสง(band width) ตงแต 25-250 นาโนเมตร ความกวางของลาแสงวดจากความกวางชวงความยาวคลนทครงหนงของความสงของ %T สงสด (รปท 11.7) ความกวางทมากของลาแสงสเดยว ทาใหกระจกสเหมาะสมทจะใชเฉพาะในเครองวดการดดกลนแสงอยางงาย(simple colorimeter) เนองจากเครองดงกลาวไมตองการการวดทมความไวสง และไมคานงถงการรบกวนมากนก แตอยางไรกตามความกวางของลาแสงสเดยวสามารถลดลงได เมอใชรวมกบตวกรองตดแสง(cut off filter) ซงจะยอมใหแสงผานไดเกอบ 100%T และลดลงเปน 0%T อยางรวดเรวในชวงความยาวคลนประมาณ 350 นาโนเมตร จงทาใหความกวางของลาแสงสเดยวลดลง

ในการเลอกใชตวกรองแสงอาจกระทาโดย การถอดเปลยน การหมนจานหมนทมตวกรอง

เครองมอวทยาศาสตร

239

รปท 11.7 การกาหนดความกวางของลาแสง (band width) เมอให λ0 = ความยาว

คลนแสงทตงไว λ1 และ λ2 = แสงทมความยาวคลนใกล เคยงกบ λ0

แสงตดอย หรอการเลอนเขาออก หรอเครองมอสามารถเปลยนตวกรองแสงโดยอตโนมตตามความ ยาวคลนทเปลยนแปลง ทงนขนอยกบเครองวดการดดกลนแสงแตละแบบ สวนการเลอกใชตวกรองแสงชนดใดอาจยดเกณฑดงตอไปน - เลอกใช UV filter สาหรบการวดในชวงความยาวคลน 335-380 นาโนเมตร - เลอกใช VIS filter สาหรบการวดในชวงความยาวคลน 380-650 นาโนเมตร - เลอกใช NIR filter สาหรบการวดในชวงความยาวคลน 650-825 นาโนเมตร -เลอกใชกระจกสทมความกวางของลาแสงใหครอบคลมชวงคลนแสงทสารละลายทตองการวดมการดดกลนแสงสงสด

- เลอกใชตวกรองตดแสงรวมดวยเมอตองการลดการรบกวน -สของสารละลายทจะวด พจารณาจากสของสารละลาย ซงจะทาใหทราบคราว ๆ วา

ควรจะใชแสงความยาวคลนใดในการวดตามเกณฑดงน

เครองวดการดดกลนแสง

240

ความยาวคลนทดดกลน (นาโนเมตร)

สของตวกรองแสง สของสารละลาย

380-435 มวง เขยวเหลอง 435-480 นาเงน เหลอง 480-490 นาเงนเขยว สม 490-500 เขยวนาเงน แดง 500-560 เขยว มวง 560-580 เขยวเหลอง มวง 580-595 เหลอง นาเงน 595-650 สม นาเงนเขยว 650-780 แดง เขยวนาเงน

3.1.2 ตวกรองแสงแบบอนเตอรเฟยเรนซ (interference filter) หรอเรยกอกชอหนงวาตวกรองแสงแบบไดอเลกทรก(dielectric filter) ประกอบดวยแผนแกว 2 แผน ประกบสารทมดรรชนหกเห(refractive index) ตา ตวอยางเชน MgF2 หรอ CaF2 ไวตรงกลาง ดานในของกระจกใสแตละแผนเคลอบไวดวยฟลมชนเงนกงโปรงใส(semitransparent silver film) เมอมลาแสงมาตกกระทบ แสงสวนหนงเกดการสะทอนกลบ แสงอกสวนหนงผานชนเงนชนแรกลงมากระทบชนเงนชนทสอง เกดการสะทอนกลบไปมาระหวางชนโลหะ ระยะหางระหวางชนโลหะทาใหมความยาวคลนแสงเพยงความยาวคลนเดยวทเกดการแทรกสอดแบบเสรมกน(constructive interference) จนมปรมาณมากพอ สวนแสงความยาวคลนอน ๆ ถกทาลายหกลาง เนองจากเกดการแทรกสอดแบบหกลางกน (destructive interference)(รปท 11.8) ความยาวคลนแสงทผานออกมาจากตวกรองแสงชนดนคานวณไดจากสตร

λ = 2 nt/m

โดย λ = ความยาวคลนแสงทปลอยออกมาจากตวกรองแสง t = ความหนาของสารไดอเลกทรก n = ดรรชนหกเหของสารไดอเลกทรก m = จานวนครงของการสอดแทรกทางแสง ซงปกตจะออกแบบ ใหมคาเทากบ 1

เครองมอวทยาศาสตร

241

รปท 11.8 ทางเดนของแสงเมอผานตวกรองแสงแบบอนเตอรเฟยเรนซ

กระจกแผนทสองนยมใสส เพอทาหนาทตดแสงความยาวคลนทไมตองการออก วธการดงกลาวทาใหตวกรองแสงชนดนใหลาแสงทมความกวางเพยง 10 นาโนเมตร ในชวงการใชงาน 200-15,000 นาโนเมตร และมปรมาณแสงสองผานสงอยในชวงรอยละ 40-60 ของปรมาณแสงตกกระทบ ถาทดลองใชสารไดอเลกทรกมากกวา 1 ชน(multilayer interference filter) พบวาความกวางของลาแสงทผานออกมาจากตวกรองจะแคบลงอก โดยกวางไมเกน 8 นาโนเมตร และมปรมาณแสงสองผานเพมขนเปนรอยละ 60-90 ของแสงปรมาณแสงตกกระทบ 3.1.3 ตวกรองแสงแบบลม(wedge filter) มหลกการทางานเหมอนกบตวกรองแสงแบบอนเตอรเฟยเรนซ แตแผนกระจกวางทามมกนเปนรปลม(wedge) ทมระยะหางระหวางแผนกระจกอยในชวง 50 ถง 200 มม. ในการใชงานตองเลอนตวกรองทมสารไดอเลกทรกทหนาตางกนผานลาแสง ทาใหไดความยาวคลนแสงทเปลยนไปอยางตอเนองทความกวางของลาแสงประมาณ 20 นาโนเมตร ตวกรองแสงแบบนมอย 3 ชนด คอ ชนด VIS ใชสาหรบการวดในชวงความยาวคลน 400-700 นาโนเมตร ชนด NIR ใชสาหรบการวดในชวงความยาวคลน 1,000-2,000 นาโนเมตร และชนด IR ใชสาหรบการวดในชวงความยาวคลน 2,500-14,500 นาโนเมตร

เครองวดการดดกลนแสง

242

3.2 ปรซม(prism) ปรซมทนยมใชในเครองวดความเขมของแสงมอย 2 แบบคอ แบบสามเหลยมมมเทา(cornu prism)(รปท 11.9 ก) และแบบสามเหลยมมมฉาก(littrow prism)(รปท 11.9 ข) ปรซมสามารถแยกแสงออกเปนความยาวคลนตาง ๆ โดยอาศยการหกเห และการสะทอนของแสงทมความยาวคลนตางกน เมอเดนทางผานตวกลางทมดรรชนหกเหตางกน แสงความยาวคลนตาง ๆ ทเกดขน จะมความเขมทตางกน และมระยะหางระหวางความยาวคลนไมเทากน(nonlinear) กลาวคอทความยาวคลนนอยระยะหางระหวางความยาวคลนจะมมาก แตระยะหางระหวางความยาวคลนยงลดลงเมอความยาวคลนยงมากขน ดงนนกลไกในการเลอนตาแหนงปรซม หรอตาแหนงหลอดไฟกาเนดแสงจงตองคานวณอยางละเอยด เพอใหสเกลของปมเลอกความยาวคลนแสงเปนเสนตรง (ระยะหางระหวางคาความยาวคลนแสงเทากน) ตวอยางเชน เครองวดการดดกลนแสงยหอ Coleman Junior II ใชลกเบยวเลอนตาแหนงหลอดไฟกาเนดแสง (ใชเกรตตงชนดแสงสองผานซงแสงจะเกดการหกเหเหมอนปรซม) นอกจากนเพอชวยใหการวดมความถกตองจะตองปรบชองแสงออก(exit slit) ใหแคบลงเรอย ๆ เมอวดทความยาวคลนทสงขน ทงนเพอใหความกวางของลาแสงสเดยวมคาคงท แตถาชองแสงออกปรบความกวางไมได ความกวางของลาแสงสเดยวจะเพมขนเรอย ๆ ตามความยาว คลนแสงทใชวด

การเปลยนแปลงของอณหภมมผลทาใหมมของการกระจายแสง(angular dispersion) เปลยนแปลงไป ดงนนในเครองวดการดดกลนแสงบางชนดจงมระบบรกษาอณหภมของปรซมใหคงทและสงกวาอณหภมของอากาศภายนอกเครองมอ หรออาจใชแถบโลหะ 2 ชนด(bimetallic strip) ซงหดตวและขยายตวไดตามอณหภมเพอชดเชยความผดพลาดดงกลาว โดยการตอกบกลไกการปรบตาแหนงของปรซมหรอหลอดไฟกาเนดแสง

รปท 11.9 การแยกแสงดวยปรซมสามเหลยมมมเทา (ก) และปรซมสามเหลยม มมฉาก (ข)

เครองมอวทยาศาสตร

243

ถงแมวาปรซมสามารถทาใหเกดลาแสงสเดยวทมความกวางของลาแสงเพยง 1 นาโนเมตร แตความกวางจะเปลยนแปลงตามชวงความยาวคลนทใชงานดงกลาวแลวขางตน ชวงใชงานของความยาวคลนแสงสเดยวยงขนอยกบสารทใชทาปรซมดวย เนองจากสารชนดตาง ๆ มความสามารถในการดดกลนแสงหรอหกเหแสงแตกตางกน ตวอยางเชน CaF2 (125-200 นาโนเมตร) ควอทซ (190-3,800 นาโนเมตร) แกว (340-3,600 นาโนเมตร) NaCl (2,000-15,000 นาโนเมตร) และ KBr (10,000-29,500 นาโนเมตร) 3.3 เกรตตง(grating) เกรตตงมอย 2 แบบ คอแบบแสงสองผาน(transmission type) ซงทาใหเกดลาแสงสเดยวโดยวธการเดยวกนปรซม และแบบสะทอนแสง(reflection type) ซงนยมใชมากในปจจบน เนองจากมราคาถก สามารถผลตใหมมาตรฐานและมจานวนมากไดงาย การเปลยนแปลงของอณหภมมผลกระทบนอย การเกดแสงสเดยวไมขนอยกบคณสมบตของสารทใชทาเกรตตง ระยะหางระหวางลาแสงสเดยวทเกดขนเทากนทาใหสะดวกตอการออกแบบสรางเครองมอ และความกวางของลาแสงไมเปลยนแปลงตามความยาวคลนทใชงาน เกรตตงเปนแผนโลหะทมรองเลก ๆ ขนานกนจานวนมาก กลาวคอมจานวน 600-2,000 รอง/มม. สาหรบการใชงานในชวงแสงทมองเหน และมจานวน 50 รอง/มม. หรอ 3,000 รอง/มม. เมอใชงานทชวงความยาวคลน 100 นาโนเมตร และ 40,000 นาโนเมตรตามลาดบ รองเหลานอาจทาใหเกดขนโดยการขดดวยเพชรหรอแสงเลเซอร(holographic grating) ซงควบคมการทางานดวยระบบไมโครโพรเซสเซอร จงไดเกรตตงทมคณภาพสงและสมาเสมอ ผวของเกรตตงนยมเคลอบดวยอะลมเนยมเพอใหสามารถสะทอนแสงไดด รองเหลานมขนาดเลกมากจงไมควรใชมอจบ หรอใชสารละลายทาความสะอาด แตควรทาความสะอาดโดยการเปาดวยลมทสะอาดเทานน

รปท 11.10 แสดงการเกดแสงสเดยวของเกรตตงกลาวคอ เมอแสงสขาวตกกระทบเกรตตง แสงสขาวสวนหนงจะสะทอนออกมาในรปแสงสขาวเชนเดม(zero order) แสงสวนทเหลอจะเกดการสะทอนกลบเปนลาแสงสเดยวทมความยาวคลนตาง ๆ กน ซงอาจซอนทบกนบางสวนและสวนทไมซอนทบกน(reversed spectrum) เราเรยกแถบแสงทมความเขมมาทสดวา “อนดบปฐมภม” (first order) และแถบแสงทมความเขมนอยลงไปวา “อนดบทตยภม” (second order) และ “อนดบตตยภม” (third order) ตามลาดบ ความยาวคลนทสะทอนออกมาขนอยกบมมตกกระทบ และระยะหางระหวางรองของเกรตตง ตามความสมพนธดงน

nλ = 2dSINθ โดย n = อนดบทของแถบแสงทเกดขน (n = 1 = อนดบปฐมภม............)

θ = มมตกกระทบ d = ระยะหางระหวางรองของเกรตตง

λ = ความยาวคลนแสงทสะทอนออกมา

เครองวดการดดกลนแสง

244

จากความสมพนธดงกลาว จะเหนวาเกดการซอนทบกนของแสงทมความยาวคลนλ, λ/2, λ/3............ดงนนในการสรางเครองวดความเขมของแสง จงนยมใชแถบแสงทมความเขมมากทสดและมการซอนทบกนนอยทสด และนยมใชตวกรองตดแสงรบกวน (stray light filter) ตดแสงรบกวนทอาจเกดจากการซอนทบกนของความยาวคลน หรอเกดจากการสะทอนทผดทศทาง เนองจากผวเกรตตงไมเรยบ

รปท 11.10 การหกเหของแสงเมอตกกระทบเกรตตง

4. ชองแสง(slit) เปนอปกรณทใชควบคมปรมาณแสงทจะเขาสตวแยกแสง หรอแสงทออกจากตวแยกแสง ชองแสงประกอบดวยโลหะขอบบาง 2 แผน วางขนานกนในระนาบเดยวกน ระยะหางระหวางชองแสงอาจคงทหรอปรบเลอนไดดวยกลไก ม 2 ชนดคอ 4.1 ชองแสงเขา(entrance slit) เปนชองทรบแสงจากหลอดกาเนดแสงสองผานไปยงตวแยกแสง แตแสงดงกลาวจะผานเลนสทาแสงขนาน(collimating lens) เพอทาใหลาแสงเปนลาแสงขนานกอนตกกระทบตวแยกแสง

4.2 ชองแสงออก(exit slit) เปนทางผานของแสงสเดยวไปสสารตวอยาง ความกวางของชองแสงออก(slit width) ถายงมคานอยยงเพมกาลงแยกความยาวคลนแสงทตองการออกจากความยาว

เครองมอวทยาศาสตร

245

คลนแสงอนๆ 5. ชองใสควเวทท ชองใสควเวทททดควรสามารถจบยดใหควเวททใหอยในตาแหนงเดมไดตลอดเวลาทวด มการสะทอนแสงนอย(มกเปนสดา) และปองกนแสงจากภายนอกเลดลอดเขาไปสควเวทท เนองจากอณหภมมผลตอการดดกลนแสงของสารละลายบางชนดและการวเคราะหบางชนดไวตอการเปลยนแปลงอณหภมมาก จงตองมชดควบคมอณหภมในชองควเวททสาหรบงานดงกลาว ชองใสควเวททบางชนดมอปกรณปรบระดบความสงของควเวทท เพอความสะดวกในการวดของเหลวทมปรมาณนอย ๆ ชองใสควเวททบางชนดสามารถใสควเวททไดหลายขนาด โดยไมตองมตวปรบขนาด(adapter) เพราะอาศยการบบและคลายตวของแผนโลหะททาหนาทเหมอนสปรง แตการจบยดควเวททอาจทาใหลาแสงเดนทางไมถกตอง กลาวคอแสงจากชองแสงออกไมตกกระทบบรเวณตรงกลางของควเวทท ซงสามารถตรวจสอบตาแหนงของควเวททไดโดยใสสารทเปลงแสงฟลออเรสเซนซลงในควเวทท แลวจงใสลงในชองใสควเวทท เมอปลอยใหแสงทความยาวคลนประมาณ 490 นาโนเมตร ตกกระทบจะสงเกตเหนตาแหนงของควเวททและตาแหนงของแสงตกกระทบไดชดเจน 6. ควเวทท (cuvette หรอ cell) ควเวททเปนภาชนะสาหรบใสของเหลวทจะนาไปวดความเขมของแสง มอยหลายแบบ หลายขนาด เพอใหเหมาะสมกบงานแตละประเภท 6.1 วสดทใชทาควเวทท ในอดตนยมใชเฉพาะควเวททททาจากแกว หรอควอทซ แตในปจจบนไดเพมความนยมในการใชควเวททพลาสตกมากขน แตอยางไรกตาม การวเคราะหทตองการความถกตองและความแมนยาสงควรใชควเวททททาจากแกวหรอควอทซ 6.1.1 แกว(glass) มกเปนชนดบอโรซลเคท (borosilicate glass) เนองจากมความแขง ทนตอการขดขวนไดดและทนความรอนไดสง ควเวททแกวมขอเสยตรงทดดกลนแสงทความยาวคลน 270 นาโนเมตรไดเกอบหมด และดดกลนแสงประมาณครงหนง (50%T) ทความยาวคลน 310 นาโนเมตร และดดกลนแสงไมเกน 20%T ทความยาวคลน 340 นาโนเมตร ดงนนชวงใชงานของควเวททแกวจงควรเรมตงแต 360-2,000 นาโนเมตร 6.1.2 ควอทซ(quartz หรอ fused silica) คณสมบตในการดดกลนแสงของควเวททควอทซขนอยกบความบรสทธของซลกาเกรดอลตราไวโอเลต(ultraviolet grade) ทใชทาควเวทท ซงจะดดกลนแสงชวงอลตราไวโอเลตนอย จงเหมาะสาหรบการใชงานในชวง 185-220 นาโนเมตร เกรดมาตรฐาน(standard grade) เหมาะสาหรบการใชงานในชวง 220-340 นาโนเมตร (ควเวททเปลาใหแสงสองผานมากกวา 80%T) และเกรดอนฟราเรด(infrared grade) เหมาะสมสาหรบการวดในชวงความยาวคลนมากกวา 2,700 นาโนเมตรขนไป (ควเวททเปลาใหแสงสองผานมากกวา 85%T) 6.1.3 พลาสตก นยมใชโพลสตรยรน (polystyrene) ทาควเวทท เนองจากใส ยอมใหแสงสองผานไดมาก สามารถใชงานไดในชวงใชงานทวไปคอ 340-800 นาโนเมตร มราคาถก ทาใหสามารถใชแลวทงโดยไมตองลางเพอนามาใชใหม ซงเสยงตอการตดเชอไวรส หรอไดรบอนตรายจากสารเคม นอกจากนควเวททพลาสตก ยงเหมาะสมกบงานทตองใชควเวททในปรมาณมาก

เครองวดการดดกลนแสง

246

ตวอยางเชน เครองวเคราะหอตโนมต ชนดตาง ๆ 6.2 ชนดของควเวทท เนองจากควเวททมรปรางแตกตางกนหลายแบบซงไมสะดวกตอการแบงชนดตามรปราง จงนยมแบงชนดตามความจของควเวททซงแบงออกไดเปน 3 ชนดคอ(รปท 9.11)

รปท 11.11 รปรางชองไมโครควเวทท (1-5) เซมไมโครควเวทท (6,7) และควเวททมาตรฐาน

(8-10)

6.2.1 ไมโครควเวทท(micro cuvette) เปนควเวทททมความจภายในประมาณ 0.5 มล. เมอมระยะแสงผาน 10 มม. เหมาะสาหรบการวเคราะหทใชสารปรมาณนอย ๆ หรอใชสารเคมราคา

เครองมอวทยาศาสตร

247

แพง แตเนองจากชองภายในมขนาดเลกการใสของเหลวลงในควเวททจงกระทาไดยากและเกดฟองอากาศไดงาย จงมกพบวาควเวททชนดนใชกบระบบดดของเหลวเขาไปและไลของเหลวโดยอตโนมต ซงบางครงเรยกควเวททชนดนวา “auto cell” หรอ “flow cell” 6.2.2 เซมไมโครควเวทท(semimicro cuvette) เปนควเวทททมความจภายในไมเกน 1.5 มล. เมอมระยะแสงผาน 10 มม. 6.2.3 ควเวททมาตรฐาน(standard cuvette) เปนควเวทททมขนาด กวาง ยาว สง ตามมาตรฐาน มความจตงแต 2.5 มล. ขนไป ขนอยกบขนาดของควเวทท บางชนดมฝาปดซงทาดวยพลาสตก(PTFE) เพอปองกนการระเหยของของเหลวซงจะทาใหความเขมขนของสารละลายเปลยนแปลง หรอเพอปองกนไอระเหยของสารเคมบางชนดทาลายองคประกอบของเครองมอ ขณะใชงานไมควรใสของเหลวเตมควเวททเมอตองการปดฝาควเวทท เพราะของเหลวบางชนดมความดนไอ (vapor pressure) สง อาจทาใหของหลวเกดการลนหกออกจากควเวททไดงาย

6.3 การเลอกใชควเวทท ควรพจารณาถง 6.3.1 เลอกชนดของเนอควเวททใหเหมาะสมกบชวงคลนแสงทจะใชงาน ดงกลาวแลวขางตน 6.3.2 ใชควเวทททมเสนผานศนยกลาง 10 มม. สาหรบการวดทวๆ ไป ใชควเวทททมเสนผานศนยกลาง 20-40 มม. หรอมากกวาสาหรบวดของเหลวทมคาการดดกลนแสงตามาก และใชควเวทททมเสนผาศนยกลาง 1-5 มม. สาหรบการวดของเหลวทมคาการดดกลนแสงมาก หรอใชสารเคมราคาแพงมาก 6.3.3 ควรใชควเวททสเหลยมทมผนงขนานกน เพอลดการหกเห หรอการสะทอนแสงจากผนงโคงของควเวททชนดกลม ซงจะชวยเพมความถกตองและความแมนยาในการวดคาการดดกลนแสง 6.3.4 การวเคราะหทตองใชควเวททหลายอน ควรเลอกใชควเวทททมคาการดดกลนแสงหรอคาแสงสองผานแตกตางกนไมมาก(matched cell) โดยอาจถอเกณฑดงน

ชนดของวสด ความผดพลาด (%T)

ความยาวคลน (นาโนเมตร)

แกว 0.5 365 Standard silica 1.5 240 UV grade silica 1.5 220 IR grade silica 1.5 2,700

เครองวดการดดกลนแสง

248

6.4 การลางควเวทท เนองจากควเวททสวนใหญมราคาแพงจงควรระวงการเกดรอยขดขวนในขณะลาง ตวอยางเชน ไมควรใชแปลงขนแขงลางควเวทท แตควรใชสารชะลางอยางออน (mild detergent) รวมกบการใชเครองลางอลตราโซนก หรอการลางดวยนาสะอาด หลาย ๆ ครง หลงจากนนจงนาไปเกบไวในกลองเกบควเวทท สวนความสกปรกสามารถลดลงไดดวยการรบลางทนทหลงจากใชงาน และเลอกใชสารเคมทาความสะอาดทเหมาะสม เมอเกดความสกปรกมาก ตวอยางเชน การแชในกรดซลฟวรกเพอชวยละลายตะกอนเปนตน 7. ตวไวแสง(photo sensor หรอ photo detector) ตวไวแสงเปนอปกรณททาหนาทเปลยนความเขมของแสงใหเปนสญญาณไฟฟา แลวจงสงตอไปยงภาคขยายสญญาณและวงจรอเลกทรอนกสอนๆ เพอใหสามารถแสดงคาออกมาในรปคาการดดกลนแสงหรอแสงสองผาน ตวไวแสงแตละชนดมความแตกตางกนในดานชวงความยาวคลนทตอบสนอง อตราเรวในการตอบสนอง(speed of response) ความเปนเสนตรงของการตอบสนอง(linearity of response) และความไว(sensivity)

ในทางปฏบตความไวของตวไวแสงจะลดลงเรอย ๆ อนเนองมาจากการเสอมของตวมนเองหรอเกดความผดปกตในองคประกอบอน ๆ เครองวดการดดกลนแสงบางแบบจงมปมเพมความไวในการตอบสนอง โดยเพมอตราการขยายในวงจรขยาย(gain control) แตการใชปมเพมอตราการขยายทมากเกนจะทาใหความแมนยาในการอานคาลดลง กลาวคอมคา C.V. ประมาณรอยละ 6.7 เมอเพมอตราการขยายมาก แตเมอใชอตราการขยายปกตมคา C.V. ประมาณรอยละ 0.2 ดงนนเมอพบวาความไวในการตอบสนองลดลง ควรตรวจสอบหาสาเหตกอนเพมอตราการขยาย ตวอยางเชน ตรวจดความสกปรกในระบบทางเดนแสง ตาแหนงของไสหลอดไฟกาเนดแสง โวลตทจายใหกบวงจรขยายหรอหลอดไฟกาเนดแสง ฯลฯ. ตวไวแสงมอยหลายชนดคอ 7.1 โฟโตเซลล(photo cell หรอ barrierlayer cell) เปนตวไวแสงทใชมากเนองจากมราคาถก มขนาดเลกทาใหตดตงงาย การตอบสนองตอแสงดพอสมควร พบไดในเครองวดการดดกลนแสงบางชนด ตวอยางเชน เครองยหอ Coleman, Turner, Spectronic ฯลฯ. จากรปท 11.12 ก แสดงใหเหนโครงสรางอยางงายของโฟโตเซลล ซงประกอบดวยแผนเหลกเคลอบดวยสารกงตวนา ซงอาจเปนซลเนยม(selenium) หรอแคดเมยม(cadmium) ชนถดมาเปนชนแลคเกอรใส ซงมโลหะเงนอย ชนถดออกมาเปนกระจกปดเพอปองกนองคประกอบภายในเสยหายจากไอของสารเคม หรอจากการขดขวนดวยของแขง

เมอมแสงชวงความยาวคลน 380 ถง 700 นาโนเมตรตกกระทบ (ไวตอแสงมากทชวง 500 ถง 600 นาโนเมตร) พนธะโควาเลนท(covalent bond) ของสารกงตวนาจะแตกออก เกดกระแสอเลกตรอนวงไปยงโลหะเงนซงทาหนาทเปนขวไฟฟารวบรวมอเลกตรอน(collecting electrode) และเมอตอวงจรระหวางขวทงสองจะเกดการไหลของกระแสอเลกตรอน โดยไมตองอาศยพลงงานไฟฟาจากภายนอก กระแสไฟฟาทเกดขนจะมคาประมาณ 10-100 ไมโครแอมแปร ซงพอเพยงทจะอานคาออกมาไดโดยตรงโดยไมตองผานวงจรขยาย แตถาชองแสงแคบกระแสไฟฟาจะไหลนอยลง จงไม

เครองมอวทยาศาสตร

249

นยมใชในเครองวดการดดกลนแสงทมชองแสงแคบมาก หรอมความเขมของแสงนอย การตอบสนองของโฟโตเซลลขนอยกบอณหภมดวย จงควรเปดเครองวดการดดกลนแสงเพอใหอณหภมของโฟโตเซลลมคาคงทกอนใชงาน โฟโตเซลลมการตอบสนองเปนเสนตรงในชวงความยาวคลน 400-750 นาโนเมตร แตเมอใชงานอาจพบวาการตอบสนองไมเปนเสนตรงซงอาจเกดจากหลายสาเหตคอ โฟโตเซลลเสอมคณภาพเนองจากการใชงานเปนเวลานาน ทาใหสารกงตวนาเสอมสภาพจากการถกไอปรอท ไอซลเฟอร ความรอนหรอความชน หรอเกดจากการลา(fatigue) เนองจากโฟโตเซลลถกแสงทมความเขมมากเปนเวลานาน เปนผลใหปลอยกระแสอเลกตรอนไดนอยกวาปกตเมอถกแสงความเขมนอย ๆ ดงนนจงควรปดชองแสงออกทกครงเมอไมไดวดความเขมของแสง

7.2 โฟโตทวบ(phototube หรอ photoemission tube) มลกษณะเปนหลอดแกว (รปท 11.12ข) ภายในเปนสญญากาศหรอเกอบสญญากาศเพอลดการสญเสยพลงงานของอเลกตรอน เมอวงผานอากาศ ภายในตวไวแสงมขวลบ(cathode) ซงเคลอบไวดวยสารกงตวนาชนดตาง ๆ เพอใหตอบสนองตอแสงชวงความยาวคลนตาง ๆ ตวอยางเชน สารผสมระหวางซเซยม(cesium)และแอนตโมน (antimony) ซงไวตอแสงในชวงความยาวคลน 352-625 นาโนเมตร (แตถาใชหลอดดวทเรยมเปนหลอดไฟกาเนดแสงจะไวตอแสงในชวงความยาวคลน 200 นาโนเมตรดวย) และซเซยมออกไซด ซงไวตอแสงในชวงความยาวคลน 600-1,000 นาโนเมตร

เมอแสงตกกระทบขวลบ สารกงตวนาจะเกดอเลกตรอนอสระ ซงจะถกดดไปทขวบวก (anode) เนองจากผลของความตางศกยไฟฟาทครอมระหวางขวบวกและขวลบ (ใชกระแสไฟฟาตรงประมาณ 90 โวลต) แตการใชความตางศกยไฟฟาทสงทาใหมกระแสอเลกตรอนไหลไดเลกนอย แมวาจะไมมแสงตกกระทบโฟโตทวบเลย (0% T) จงเรยก กระแสไฟฟาของโฟโตทวบเมอไมมแสงตกกระทบวา “กระแสมด” (dark current) หรอ “กระแสรว” (leakage current) กระแสไฟฟาดงกลาวจะมคาเปลยนแปลงตามอณหภมทเปลยนแปลง เมออณหภมของสภาพแวดลอมเปลยนแปลงขณะทใชเครองวดการดดกลนแสงชนดทใชโฟโตทวบ ควรตรวจสอบหรอปรบ 0% T เสมอ ดวยปม “dark current” หรอปม “ZERO” แตในเครองวดการดดกลนแสงบางชนดทมระบบชดเชยอณหภมโดยอตโนมตจะทาใหคา 0% T ไมคอยเปลยนแปลง โฟโตทวบมความไวในการตอบสนองตอแสงมากกวาโฟโตเซลล และมการตอบสนองเปนเสนตรงดมาก แตความไวในการตอบสนองเปลยนแปลงตามความกวางของชองแสง และความเขมขนของสารละลาย จากการศกษาพบวาการวดคาการดดกลนแสงทถกตองมากทสดควรวดทประมาณ 10% ของความไวสงสด (maximum sensitivity) ของโฟโตทวบ

ความไวของโฟโตทวบทลดลงอาจมสาเหตมาจาก ความสกปรกของกระเปาะหลอดไฟ เมอถกแสงความเขมมากเปนเวลานานจะเกดการลาเชนเดยวกบโฟโตเซลล สารกงตวนาเสอมสภาพ ฯลฯ. ในทางปฏบตควรตรวจสอบความไวสงสดเปนระยะ ๆ โดยปดชองแสง ออกปรบ 0%T ดวยปม

เครองวดการดดกลนแสง

250

รปท 11.12 โครงสรางของโฟโตเซลล (ก) และโฟโตทวบ (ข)

dark current เปดใหแสงตกกระทบโฟโตทวบ เพมความกวางของชองแสงออก(exit slit) ชาๆ จนสเกลอานคาได 100%T หรอ OA ความกวางของชองแสงในหนวย มม. จะบงถงความไวของโฟโตทวบทสภาวะนน ๆ กระแสไฟฟาทไดจากโฟโตทวบมคานอยมาก จาเปนตองใชวงจรขยายสญญาณกอนสงไปยงภาคแสดงผล ประกอบกบตองใชภาคจายไฟเลยงโฟโตทวบทซบซอน และหลอดโฟโตทวบมราคาสง จงนยมใชโฟโตทวบเฉพาะในเครองวดการดดกลนแสงทมคณภาพด และมราคาอยในชวงปานกลางถงสง

เครองมอวทยาศาสตร

251

7.3 โฟโตมลตพลายเออรทวบ(photomultiplier tube) เปนโฟโตทวบทพฒนาใหมความไวสงและสามารถปลอยกระแสไฟฟาออกมาไดมากขน โดยการเพมไดโนด(dynode) เพอเพมจานวนอเลกตรอนใหมากขน ไดโนดอาจมจานวน 9-16 อนตออนกรมกนและมความตางศกยไฟฟาเพมขนตามลาดบเพอดงอเลกตรอน(รปท 11.13) เมอแสงตกกระทบขวลบซงฉาบสารกงตวนา (Be-Cu, Cs-

รปท 11.13 โครงสรางและทางเดนของอเลกตรอนในโฟโตมลตพลายเออรทวบชนดไดโนด เรยง เปนเสนตรง (linear type) (ก) และชนดไดโนดเรยงเปนวงกลม (circular type) (ข)

Sb) จะเกดอเลกตรอนอสระวงไปตกกระทบไดโนด อเลกตรอน 1 ตวทาใหเกดอเลกตรอนอสระอก 3-6 ตวบนไดโนดอนแรก เหตการณจะดาเนนไปเรอยจนถงไดโนดตวสดทาย แลวสงอเลกตรอนไปใหขวบวก เกดเปนกระแสอเลกตรอนตอไป กระแสอเลกตรอนทไดมคามากกวา 1 ลานเทาเมอเปรยบเทยบกบกระแสอเลกตรอนทไดจากการใชขวลบอนเดยว จากกลไกการเพมอเลกตรอนภายใน

เครองวดการดดกลนแสง

252

ทาใหโฟโตมลตพลายเออรทวบสามารถวดแสงทมความเขมนอยกวาการวดดวยโฟโตทวบไดถง 200 เทา

โฟโตมลตพลายเออรทวบมคณสมบตทคลายกบโฟโตทวบกลาวคอ อณหภมทสงทาใหเกด “กระแสมด” และสญญาณรบกวน(noise)มาก จงควรใชในทอณหภมตากวา 250 ซ. แตถาใชงานทอณหภมตามากเกนไปอาจเกดไอนาเกาะทหลอดไฟกาเนดแสง

เมอโฟโตมลตพลายเออรทวบถกแสงความเขมมากเปนเวลานานจะเกดการลาและอายการใชงานของหลอดลดลงมาก ดงนนจงไมควรใหถกแสงภายนอกในขณะทมกระแสไฟฟาจายใหกบโฟโตมลตพลายเออรทวบ

โฟโตมลตพลายเออรทวบมคณสมบตทดหลายประการ คอ ตอบสนองตอแสงในชวงกวาง 190-900 นาโนเมตร มความไวตอแสงมากจงสามารถใชกบเครองวดความเขมของแสงทมชองแสงแคบ ๆ ได มความเรวในการตอบสนองตอแสง(response time)ดมาก จงเหมาะสมทจะใชกบการวดทความเขมของแสงมการเปลยนแปลงอยางรวดเรวตลอดเวลา ตวอยางเชน เครองวดความเขมของแสงชนดลาแสงค(double beam spectrophotometer) 7.4 สารกงตวนา(semiconductor) นยมใชไดโอดไวแสง(photo diode) ซงอาจเปนเกลอ sulfide, selenide หรอ stibnide ของโลหะประเภท ตะกว แคดเมยม หรอแกลเลยม ไดโอดไวแสงไวตอการตอบสนองในชวงความยาวคลน 200-3,000 นาโนเมตร ขนอยกบชนดของสารทใชทาไดโอด แสงดงกลาวทาใหเกดอเลกตรอนอสระ เปนผลใหความตานทานลดลงทเปนสดสวนกน จงสามารถวดความเขมของแสงไดโดยการวดการเปลยนแปลงของกระแสไฟฟาทไหลผานไดโอด จากทกลาวถงคณสมบตและองคประกอบตางๆ มาแลวขางตน องคประกอบทมสวนสาคญในการดดกลนแสงหรอปลอยแสงในชวงความยาวคลนแสงทตางกน คอหลอดไฟกาเนดแสง ตวแยกแสง ควเวทท เลนส กระจก และตวไวแสง ซงจาเปนตองใชใหถกตองกบคณสมบตทางแสงขององคประกอบนนๆ (ตารางท 11.1) 7.5 ภาคขยายสญญาณ(amplifier) มหนาทหลกในการขยายสญญาณไฟฟาจากตวไวแสงใหมปรมาณมากพอทจะอานคาออกมาได โดยมการรบกวนจากสญญาณอน ๆ นอยทสด อตราการขยาย(gain) มคาเทากบปรมาณกระแสไฟฟาหลงผานวงจรขยายหารดวยปรมาณกระแสไฟฟากอนผานวงจรขยาย ซงสามารถปรบไดดวยปมปรบอตราการขยาย(gain control knob) ปมนมประโยชนมากในการปรบความไวของการวดคาการดดกลนแสงใหเหมาะสม เนองจากความไวของตวไวแสงมกจะเปลยนแปลงไปตามความเขมของแสง ความยาวคลนแสง และอณหภม วงจรขยายอาจมมากกวา 1 วงจร ขนอยกบวตถประสงคของการใชงาน ตวอยางเชน การใชวงจรขยายแบบลอก(log amplifier) เพอเปลยนสญญาณไฟฟาทมความสมพนธกบความเขมของแสงแบบลอกใหมความสมพนธแบบเสนตรง และใชวงจรขยายแบบเสนตรง(linear amplifier) สาหรบการขยายสญญาณไฟฟาทมความสมพนธกบความเขมของแสงแบบเสนตรงใหมากขน

เครองมอวทยาศาสตร

253

ตารางท 11.1 คณสมบตทางแสงขององคประกอบชนดตางๆ ของเครองวดการดดกลนแสง

องคประกอบ

ชวงความยาวคลนแสงทใชงาน (นาโนเมตร)

หลอดไฟกาเนดแสง - หลอดดวทเรยม - หลอดซนอน - หลอดทงสเตน - หลอดทงสเตน-ฮาโลเจน - หลอดเนนสต-โกลเวอร - หลอดโกลบาร

160-375 150-800 330-20,000 200-20,000 400-20,000 1,000-40,000

ตวแยกแสง - กระจกส - ตวกรองแสงอนเตอรเฟยเรนซ - ตวกรองแสงแบบลม - ปรซม

*CaF2

*ควอทซ *แกว *NaCl *KBr

- เกรตตง

380-2,000 200-15,000 400-14,500 125-200 190-3,800 340-2,600 2,000-15,000 10,000-29,500 100-40,000

ควเวทท (เลนสและกระจก) - แกว - ควอทซ - พลาสตก

360-2,000 220-3,800 340-800

ตวไวแสง - โฟโตเซลล - โฟโตทวบ - โฟโตมลตพลายเออรทวบ - สารกงตวนา

380-700 200-625 190-900 200-3,000

เครองวดการดดกลนแสง

254

รปท 11.14 ก เปนตวอยางวงจรขยายอยางงายจะเหนไดวา I1 = I2 + I3 แตเนองจากตวขยาย

(operational amplifier) มความตานทานเชงซอนเขา (input impedance) สงมาก ดงนน I1 ≅ I2 จากกฎของโอหมจะได V2 = -I2R2 = I1R2 หรอ I1 = Vo/R2 ถา R2 มคามากกวาความผดพลาดในการวดกระแสจะนอย ตวอยางเชน ถาให R2 = 100 กโลโอหม เมอมกระแสไฟฟาไหลผาน 1.0 ไมโครแอมแปร จะวดความตางศกยไฟฟาได 0.1 โวลต ดงนนโวลตทวดไดจงแปรผนตามกระแสไฟฟาทไดจากตวไวแสง ซงกระแสไฟฟานแปรผนตามความเขมของแสงทตกกระทบตวไวแสง

รปท 11.14 การขยายสญญาณแบบไมใชตวตดแสง (ก) และแบบใชตวตดแสง (ข) รปท 11.14 ข เปนวงจรขยายทมประสทธภาพสง เนองจากตดสญญาณรบกวนและความไม

คงทของกระแสมดไดด เพราะใชตวตดแสง(chopper) ตดแสงจากแหลงกาเนดแสงใหเปนสญญาณทเปนชวงๆ ทมความถสง หลงจากแสงผานสารตวอยางไปตกกระทบตวไวแสงจะเกดสญญาณไฟฟากระแสสลบทมความถตาง ๆ ขนอยกบจานวนใบพดและความเรวของตวตดแสง ความถของสญญาณไฟฟาทมากขนจะตดการรบกวนจากคลนรบกวนความถตา และลดผลของกระแสมดได เปนผลใหวงจรทขยายสญญาณกระแสไฟฟาสลบมความคงตวดและมการรบกวนตา หลงจากถกขยาย

เครองมอวทยาศาสตร

255

สญญาณไฟฟากระแสสลบถกเปลยนใหเปนไฟฟากระแสตรงโดยใชตวกรอง ซงประกอบดวยตวตานทานและตวเกบประจทเหมาะสม แลวจงสงตอไปยงภาคแสดงผลตอไป

7.6 ภาคแสดงผล(read out device) มหนาทเปลยนสญญาณไฟฟาใหเปนหนวยวดทตองการ ตวอยางเชน คาการดดกลนแสง(A) คาเปอรเซนตแสงสองผาน(%T) หรอคาความเขมขน (concentration) เปนตน สญญาณไฟฟาทสามารถเปรยบเทยบกบหนวยวดทตองการไดโดยตรงเรยกวา “สญญาณอะนาลอก” (analog signal) แตถาสญญาณนนตองเปลยนเปนสญญาณเชงตวเลขหรอตวอกษรตองสงสญญาณนนไปยงวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนสญญาณเชงตวเลข(analog to digital convertor) และในทางกลบกนสามารถแปลงสญญาณเชงตวเลขใหเปนสญญาณอะนาลอกไดดวย วงจรแปลงสญญาณเชงตวเลขเปนสญญาณอะนาลอก (digital to analog convertor)

7.6.1 มเตอร(meter) มเตอรทนยมใชในเครองมอทว ๆ ไปอาศยการวดปรมาณ กระแสไฟฟา โดยการใหกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดทองแดง ซงกอใหเกดสนามแมเหลกไฟฟา (electromagnetic field) และเกดการผลกกบสนามแมเหลกถาวรทอยรอบ ๆ ทาใหขดลวดซงมเขมชตดอยเคลอนไป(รปท 11.15 ก) เนองจากมเตอรชนดทขดลวดมแกนหมนมความฝด ทาใหตองใชกระแสไฟฟามากในการทาใหขดลวดเคลอนท จงลดความฝดของแกนหมนโดยใชวธแขวนขดลวดดวยเสนลวดเลก และอาศยการเคลอนทของกระจกทตดอยทขดลวด ทาใหสามารถอานคาได ตวอยางเชน แกลแวนอมเตอร(galvanometer) ทใชในเครองวดการดดกลนแสงยหอ Coleman รน Junior II (รปท 11.15 ข,ค) ซงควรปองกนการขาดของลวดดงกลาวโดยหลกเลยงการสนสะเทอน หรอการกระแทกทรนแรง หรอปลอยใหกระแสไฟฟาไหลผานมากกวาปกต มเตอรนอกจากจะมขอเสยตรงทมความไวตาแลว มเตอรยงมสเกลอานคาทหยาบเนองจากขนาดของเครองมอทาใหสเกลอานคามขนาดจากด

7.6.2 ตวเลข(digit) นยมใชมาก เนองจากมขอดหลายประการคอ ทนตอการสน สะเทอน มความไวสง สามารถมองเหนไดในระยะไกล หรอในทมแสงสวางนอย และมความแมนยาในการอานคา ตวเลขอาจเปนไดโอดเปลงแสงชนดแอลอด หรอชนดแอลซด 7.7 ระบบไมโครโพรเซสเซอร(microprocessor system) พบในเครองมอรนใหม ๆ ทมประสทธภาพสง ระบบไมโครโพรเซสเซอรจะทาหนาทควบคมการทางานของเครองแบบอตโนมตแบบกงอตโนมต หรอใชคานวณทางคณตศาสตร ทาใหสามารถทาการวเคราะหหาปรมาณสารดวยเทคนคตาง ๆ ไดมากขน มความสามารถเกบหรอจาขอมลไวในตว และสามารถสงขอมลไปยงเครองมออนภายนอกดวยชองสอสารทเหมาะสม เครองวดการดดกลนแสงทใชระบบไมโครโพรเซสเซอรจงมประสทธภาพสงกวา และใชงายกวาเครองวดการดดกลนแสงทไมมระบบไมโครโพรเซสเซอร

ชนดของเครองวดการดดกลนแสง เครองวดการดดกลนแสงแบงตามระบบทางเดนแสงเปน 2 ชนด คอ

เครองวดการดดกลนแสง

256

รปท 11.15 การแสดงผลดวยมเตอร (ก) และแกลแวนอมเตอร (ข)

1. ชนดลาแสงเดยว(single beam type) ใชลาแสงอนเดยวกนสาหรบวดสารอางอง (reference หรอ blank) และวดสารตวอยาง(sample) การวดความเขมแสงกระทาโดยปรบ 0%T แลวปรบ 0A หรอ 100%T ดวยสารอางอง หลงจากนนวดคาของสารตวอยางในหนวย A หรอ %T ชนดลาแสงเดยวมขอดตรงทมองคประกอบนอย(รปท 11.16 ก) และมแสงสองผานไปยงสารตวอยางเขมมากกวาแบบอน ๆ แตมขอเสยตรงทมเสถยรภาพในการอานคาตา และคาเปลยนแปลงไดงาย นอกจากนยงไมสามารถกวาด(scan) ดการดดกลนแสงของสารตาง ๆ ไดอยางตอเนอง 2. ชนดลาแสงค(double beam type) วดความเขมของแสงโดยการสะทอนแสงทผานออกมาจากตวแยกแสงใหผานสารอางองและสารตวอยางสลบกน(รปท 11.16 ข) ทาใหความเขมของแสงทผานสารตวอยางลดลงครงหนง วงจรขยายจะขยายสญญาณทไดจากการเปรยบเทยบสญญาณทไดรบจากสารตวอยางกบสารอางองอยตลอดเวลา จงมเสถยรภาพในการวดความเขมของแสงดมาก แต เนองจากใชตวไวแสงอนเดยวจงตองมสวทชเลอกวดสญญาณ และใชหลอดไฟฟากาเนดแสงทมกาลงสองสวางสง จงทาใหมราคาแพงกวาเครองมอชนดลาแสงเดยว

3. ชนดลาแสงแยก (split-beam type) สรางขนมาเพอชดเชยความไมคงทของชนดลาแสงเดยวและแกความซบซอนในชนดลาแสงคโดยการแบงลาแสงกอนตวแยกแสงเปน 2 สวน ปลอยแสงสวนนอยวงไปตกกระทบตวไวแสงเพอใหเกดสญญาณอางองสาหรบวงจรขยาย แสงสวนใหญทเหลอจะ

เครองมอวทยาศาสตร

257

รปท 11.16 องคประกอบทสาคญของเครองวดการดดกลนแสงชนดลาแสงเดยว(ก) และชนดลาแสงค (ข)

ผานตวแยกแสง สารตวอยาง และตวไวแสงอกตวหนงตามลาดบ แลวเขาสวงจรขยาย (รปท 11.17 ก) วงจรขยายสญญาณไฟฟาจากสารตวอยางเปรยบเทยบกบสญญาณไฟฟาทไดจากลาแสงอางอง จงทาใหระบบนมเสถยรภาพในการอานคา

ถงแมวาความเขมของหลอดไฟกาเนดแสงจะเปลยนแปลง มขอดกวาชนดลาแสงคคอ สารตวอยางและสารอางองใชระบบแสงอนเดยวกน(ควเวทท เลนส กระจก) ทาใหลดความผดพลาดอนเนองมาจากความแตกตางของอปกรณเหลานได สารตวอยางและสารอางองถกวดทความยาวคลนเดยวกนอยางแนนอน แตในชนดลาแสงค แสงสเดยวถกสะทอนผานทางเดนแสงทอาจแตกตางกนทาใหความยาวคลนของแสงสเดยวทผานสารตวอยาง และสารอางองแตกตางกนไดเลกนอย

เครองวดการดดกลนแสงชนดลาแสงแยกมความเรวในการตอบสนองมากกวา เพราะไมตองเสยเวลาในการสบเปลยนลาแสงผานสารตวอยางและสารอางอง นอกจากนแสงทสองผานสารตวอยางยงมความเขมมากกวาทาใหการวดมความไวสงขน มการรบกวนตา และสามารถวดคาการดดกลนแสงไดมากกวา 3A เครองวดการดดกลนแสงบางแบบใชระบบคลายชนดลาแสงค แตแยกแสงหลงตวแยกแสงเปนสองสวน แสงสวนแรกใหตกกระทบตวไวแสงอางองโดยตรงเพอสรางสญญาณอางอง แสงสวนทสองใหสองผานสารตวอยาง แลวตกกระทบตวไวแสงอกตวหนง(รปท 11.17 ข) จงมขอเสย

เครองวดการดดกลนแสง

258

เหมอนกบชนดลาแสงค แตดอยกวาเพราะไมไดวดสญญาณเปรยบเทยบกบสารอางองตลอดเวลา

รปท 11.17 องคประกอบทสาคญของเครองวดการดดกลนแสงชนดลาแสงแยก แบบลาแสงเขมไมเทากน (ก) และแบบลาแสงเขมเทากน (ข)

นอกจากการแบงชนดดงกลาวแลวขางตน ยงมเครองวดความเขมของแสงอยางงายทเรยกวา

“โฟโตมเตอร” (photometer) เครองมอดงกลาวมองคประกอบทแตกตางจากเครองวดความเขมของแสงชนดอน ๆ คอใชตวกรองแสงเปนตวแยกแสง โฟโตมเตอรมทงชนดลาแสงเดยวและชนดลาแสงค (รปท 11.18) สวนการปรบ 100%T อาจใชวธควบคมความสวางของหลอดไฟกาเนดแสง หรอปรบความกวางของแผนไดอะแฟรม

วธใชเครองวดการดดกลนแสง เครองวดการดดกลนแสงแตละแบบอาจมเทคนคการใชและวธการใชแตกตางกนบาง ซงผใชควรศกษาคมอการใชงานโดยละเอยดกอนใชงาน สาหรบวธใชเครองวดการดดกลนแสงโดยทวไปมดงน

1. ถอดถงคลมเครองมอออก

เครองมอวทยาศาสตร

259

2. เปดสวทชไฟฟาเพออนเครองนาน 10-20 นาท 3. ปดแสงจากภายในหรอภายนอกไมใหตกกระทบตวไวแสง โดยการปดฝาครอบชองใส

รปท 11.18 องคประกอบทสาคญของโฟโตมเตอรชนดลาแสงเดยว (ก) และชนดลาแสงค(ข) ควเวททและปดชองแสงออก

4. ปรบ 0%T ดวยปมปรบศนย คาความเขมของแสงควรจะคงท ถาไมคงทอาจเกดจากการ อนเครองไมพอ หรอเครองมอมความผดปกต

5. เลอกความยาวคลนแสงทตองการวดโดยหมนปมเลอกความยาวคลน 6. เลอกตวกรองตดแสงรบกวนทเหมาะสม 7. ใสรเอเจนตอางอง(reagent blank) ลงในชองในควเวทท ปดฝาชองใส ควเวทท 8. ปรบ 100%T หรอ 0A ดวยปมควบคมการปรบ ใ นขนตอนนตองกระทาทกครงทมการ

เปลยนความยาวคลนแสงทใชวด 9. ใสสารตวอยางลงในชองใสควเวทท ปดฝาชองใสควเวทท 10. อานคา %T หรอ A 11. ปดสวทชไฟฟา ปลอยใหเครองเยนกอนคลมเครองดวยถงคลมเครองมอ

เครองวดการดดกลนแสง

260

ขอควรปฏบตในการใชงาน เพอใหการใชเครองวดการดดกลนแสงมความผดพลาดนอยทสดควรปฏบตดงน

1. เลอกใชวธวเคราะหทเหมาะสม 2. เลอกสารตวอยางทเหมาะสม (ไมขนหรอมสอน ๆ เจอปนมาก) 3. ปฏบตตามคาแนะนาในคมอการใชงาน(operating manual) อยางเครงครด 4. ตงเครองมอในทมฝนนอย ความชนตาอณหภมไมสง และควรตงหางจากผนงเพอให

ความรอนระบายออกไดด 5. ใชเครองควบคมโวลต (voltage stabilizer) ถาโวลตของกระแสไฟฟาทจายใหกบเครอง

มอมคาเปลยนแปลงเกน 10% (198-242 โวลต) 6. อนเครองใหพอเพยงกอนใชงาน 7. ตรวจดความเสอมสภาพของหลอดไฟกาเนดแสงเปนระยะ ๆ พรอมกบดตาแหนงทถก

ตองดวย 8. ปดหลอดไฟกาเนดแสงเมอไมไดใชงาน 9. ปดชองแสงออกเมอไมไดวดความเขมของแสง เพอกนการลา 10. ใชความกวางของชองแสงออกแคบ เพอสรางแสงสเดยวทมชวงความยาวคลนแคบ 11. ควรอานคาความเขมของแสงในชวง 15-80 %T เนองจากการตอบสนองของตวไวแสง

สวนใหญเปนเสนตรง 12. ใชควเวทททสะอาดและมคาความแตกตางของ %T ตา 13. ในกรณทมควเวททนอยจาเปนตองใชรวมกน ควรวดสารละลายทมความเขมขนนอย

กอนสารละลายทมความเขมขนมากตามลาดบ 14. ตรวจสอบความไวของตวไวแสงเปนระยะ ๆ 15. ตรวจสอบการเปลยนแปลง 100 %T หรอ 0A เปนระยะๆ ในขณะทใชงานเครองมอ 16. มการบารงรกษาเครองมอเปนระยะ ๆ และสมาเสมอ

การบารงรกษา จดประสงคของการบารงรกษา คอ การทาใหเครองมอมประสทธภาพด พรอมใชงานอยเสมอ มความปลอดภยแกผใช และชวยยดอายของเครองมอ การบารงรกษาประกอบดวยขนตอนของการทาความสะอาด การตรวจสอบประสทธภาพ การปรบใหถกตอง และการทดสอบระบบความปลอดภย สาหรบเครองวดการดดกลนแสงมกจกรรมทควรกระทาทก ๆ เดอน คอ ตรวจสอบความถกตองของความยาวคลน(wavelength accuracy) แสงรบกวน ความถกตองและความเปนเสนตรง ของการวดความเขมของแสง สญญาณรบกวน(noise) ฯลฯ. สวนเวลาในการตอบสนอง

เครองมอวทยาศาสตร

261

ความกวางของลาแสง และความแมนยาของความยาวคลน(wavelength repeatability) ควรตรวจสอบทก ๆ 6 เดอน

1. ความถกตองของความยาวคลน การวดในชวงความยาวคลน 400-800 นาโนเมตร ความถกตองของความยาวคลนมผลตอการวดความเขมของแสงไมมากนก เนองจากสารทดดกลนแสงสวนใหญมชวงการดดกลนแสงกวาง จงยอมใหผดพลาดประมาณ 1 นาโนเมตร แตในชวงแสงอลตราไวโอเลตซงความถกตองของความยาวคลนแสงมผลมากกวา ควรมความผดพลาดของความยาวคลนไมเกน 0.5 นาโนเมตร 1.1 การตรวจสอบดวยหลอดเมอควร(mercury lamp) เปนวธการตรวจสอบทมความถกตองมากทสด เพราะหลอดเมอควรปลอยแสงทมความยาวคลนทเขมและแคบ(sharp) ทความยาวคลน 253.6, 280.4, 334.1, 435.8, 546.0, 577 และ1,014 นาโนเมตร ฯลฯ. (รปท 11.19 ก) การตรวจสอบมวธการดงน 1.1.1 ปดหรอถอดหลอดไฟกาเนดแสงของเครองออกใสหลอดเมอควรแทน 1.1.2 เลอกการวดความเขมของแสงในหนวย %T ถาเปนชนดลาแสงคตองเปลยน สวทชเปนชนดลาแสงเดยว 1.1.3 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครองนานประมาณ 30 นาท 1.1.4 ปรบตาแหนงของหลอดเมอควรเพอใหแสงตกกระทบตวไวแสงมากทสด (%T

สงสด) ณ ทความยาวคลนแสงทตองการตรวจสอบ 1.1.5 หมนปมเลอกความยาวคลนแสง เพอเลอกความยาวคลนแสงทหางจากความ ยาวคลนแสงทตองการตรวจสอบประมาณ 10 นาโนเมตร 1.1.6 หมนปมเลอกความยาวคลนแสงชา ๆ โดยหมนเขาหาความยาวคลนแสงทตองการตรวจสอบ และหยดหมนทนทเมอคา %T สงสด 1.1.7 ทาซาตามวธการขางตน 3 ครง เพอหาคาเฉลยจะไดความยาวคลนแสงของเครองวดการดดกลนแสง 1.2 การตรวจสอบดวยหลอดดวทเรยม มวธการเชนเดยวกบการตรวจสอบดวยหลอด เมอควร แตนยมตรวจสอบความถกตองทความยาวคลน 656.1 นาโนเมตร เทานน 1.3 การตรวจสอบดวยตวกรองแสงไดดเมยม(didymium filter) ตวกรองแสงชนดนมชวงการดดกลนแสง (adsorption line) กวางทหลายความยาวคลน คอท 530, 573, 585, 685, 741 และ 803 นาโนเมตร(รปท 11.19 ข) จงนยมใชสาหรบตรวจสอบในเครองวดการดดกลนแสงทมความกวางของชองแสงมากกวา 10 นาโนเมตรขนไป วธการตอไปนเปนตวอยางการตรวจสอบความถกตองความยาวคลนแสงในเครองยหอ Coleman รน Junior II โดยใชตวกรองแสงไดดเมยมท 585 นาโนเมตร 1.3.1 เปดสวทชไฟฟาอนเครองนานประมาณ 30 นาท 1.3.2 ปรบ 0%T

เครองวดการดดกลนแสง

262

1.3.3 หมนปมเลอกความยาวคลนใหอยใน 585 นาโนเมตร โดยประมาณ

1.3.4 หมนปมเลอกตวกรองตดแสงรบกวนไปทตาแหนง VIS

1.3.5 ใสกระดาษขาวขนาดประมาณ 1x10 ซม. ลงในชองใสควเวทท ควรปรากฎสเหลองบนกระดาษ ถาเปนสอนตองเปดฝาปดดานหลงเครอง หมนสกรปรบ (calibration screw) ซง เปนปมทองเหลองขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 1.5 ซม. 1.3.6 ใสตวกรองแสงไดดเมยมลงในชองใสควเวทท 1.3.7 ปรบปมควบคม %T ใหสเกลอานคาไดประมาณ 50-60%T 1.3.8 หมนปมเลอกความยาวคลนแสงชาๆ ในชวง 580-590 นาโนเมตร สงเกตคา

%T ตาทสดควรอยใน 585 ± 1 นาโนเมตร ถาไมอยในชวงดงกลาวตองทาการปรบใหถกตองตอไปตามขอ 1.3.9 1.3.9 หมนสกรปรบทองเหลองภายในเครองตามเขมนาฬกา ถาความยาวคลนแสงทสเกลสงกวา 585 นาโนเมตรและหมนทวนเขมนาฬกา ถาความยาวคลนแสงตากวา 585 นาโนเมตร โดยการเคลอนทของฟนเฟองบนสกรปรบ 5-6 คลก จะทาใหเกดการเปลยนความยาวคลนประมาณ 1 นาโนเมตร

1.4 การตรวจสอบดวยตวกรองแสงโฮลเมยมออกไซด(holmium oxide filter) ตวกรองแสงชนดนมการดดกลนแสงทมากและแคบทความยาวคลน 241, 27.3, 287.6, 333.8, 360.8, 418.5, 536.4 และ 637.5 นาโนเมตร(รปท 9.19 ค) วธการทใชตรวจสอบความถกตองของความยาวคลนแสงมวธการคลายกบการใชตวกรองแสงไดดเมยม แตมเกณฑตรวจดงน ทความยาวคลน 279.3, 287.6 และ 338.8 ควรผดพลาดไมเกน 0.7 นาโนเมตร ผดพลาดไมเกน 1.5 นาโนเมตรทความยาวคลน 360.8 และ 418.5 นาโนเมตร และผดพลาดไมเกน 2 นาโนเมตร และ 4 นาโนเมตรทความยาวคลน 536.4 และ 635.7 นาโนเมตร ตามลาดบ 1.5 การตรวจสอบโดยใชแสงสขาว(white light) เปนการตรวจสอบความถกตองท 0.00 นาโนเมตร ซงทาไดงาย ๆ โดยใสกระดาษขาวขนาดประมาณ 1x 10 ซม. ลงในชองใสควเวทท หมนปมเลอกความความคลนแสงไปท 0.00 นาโนเมตร ถาความยาวคลนแสงถกตองจะสงเกตเหนแสงสขาวตกกระทบกระดาษเขมมากทสด

2. ความแมนยาของความยาวคลนแสง สามารถหาไดจากขอมลการตรวจสอบความถกตองของความยาวคลนแสงโดยใชหลอดเมอควร การคานวณใชวธเฉลยคาความยาวคลนทได แลวนาคาทวดไดแตละครงลบออกจากคาเฉลย จะไดคาความแตกตาง แลงจงรวมผลความแตกตางทงหมดเขาดวยกนหาคาเฉลยอกครงจะไดคาความแมนยาทตองการ ซงควรอยในชวง 0.02-1 นาโนเมตร

3. ความถกตองของการวดความเขมของแสง(photometric accuracy) หมายถงความถกตองของ %T หรอ A เมอเครองมอไมมความผดพลาด นยมปรบเครองใหถกตองดวยตวกรองมาตรฐานของ NBS (SRM-930b) ซงกาหนดคามาตรฐานไวดงตารางท 11.2 วธการวดตวกรองมาตรฐานกระทา

เครองมอวทยาศาสตร

263

เชนเดยวกบการวดสารตวอยางทวไป แตควรวดซากน 3 ครงแลวหาคาเฉลย ความแตกตางของคาเฉลยทไดเมอเปรยบเทยบกบคาทกาหนดไวในตาราง คอความถกตองของการวดความเขมของแสง ผใชอาจหาซอตวกรองมาตรฐานทผผลตเครองวดความเขมของแสงผลตออกจาหนาย ตวอยางเชน ตวกรองมาตรฐานของบรษท Helena แหงประเทศสหรฐอเมรกาเปนตน

รปท 11.19 การปลอยแสงหรอการดดกลนแสงของหลอดเมอควร (ก) ตวกรองแสงไดดเมยม(ข)

และตวกรองแสงโฮลเมยมออกไซด (ค)

4. ความแมนยาของการวดความเขมของแสง(photometric repeatability) หมายถงความสามารถในการใหคาทใกลเคยงกนเมอวดความเขมของแสงหลาย ๆ ครง(มากกวา 10 ครง) นยมทาโดยการวดความเขมของแสงของสารละลาย K2Cr2O7 ทเจอจางหลาย ๆ ครง คานวณหาคาเฉลย

เครองวดการดดกลนแสง

264

นาคาทไดจากการวดคาแตละครงลบกบคาเฉลยเพอหาคาความแตกตาง คาเฉลยของคาความแตกตางทงหมดคอคาความแมนยาของการวดความเขมของแสงซงควรผดพลาดไมเกน ± 0.001A

5. เสถยรภาพของ 100%T(baseline stability หรอ drift) เปนการตรวจสอบความคงทของ 100%T หรอ 0A ในชวงระยะเวลาทนาน ซงการตรวจสอบเสถยรภาพมวธการดงน

ตารางท 11.2 คาความเขมของตวกรองมาตรฐานตาม NBS (SRM-930b)

ความยาวคลน (นาโนเมตร)

440 546.1 635

คาการดดกลนแสง

ตวกรองเบอร 1 1.042(+0.001) 1.009(-0.001) 1.031(-0.001) ตวกรองเบอร 2 0.718(-0.001) 0.695(-0.002) 0.697(-0.002) ตวกรองเบอร 3 0.567(-0.001) 0.541(-0.002) 0.557(-0.001) คาแสงสองผาน

ตวกรองเบอร 1 9.1(-0.01) 9.8(-0.01) 9.8(+0.09) ตวกรองเบอร 2 19.1(+0.02) 20.3(-0.12) 20.3(+0.20) ตวกรองเบอร 3 27.1(+0.08) 29.0(-0.14) 27.9(-0.19)

5.1 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครองนานประมาณ 30 นาท 5.2 ปลอยใหแสงตกกระทบตวไวแสง

5.3 ปรบ 100%T หรอ 0A 5.4 จดคา %T หรอ A เปนระยะ ๆ เปนเวลานาน 8 ชวโมง หรออาจใชเครองบนทก

(recorder) เพอความสะดวกในการตรวจสอบ 6. ความเปนเสนตรงของการวดความเขมของแสง(photometric linearity) สามารถตรวจสอบโดยใชสารละลาย K2Cr2O7 ซงมคาการดดกลนแสง 3 A เมอวดสารละลายทมความเขมขน 0.2 กรม/ลตร ท 257 นาโนเมตร หรอใชสารละลาย Evans Blue ทชวงความยาวคลน 640 นาโนเมตร วธการตรวจสอบดวยสารละลาย K2Cr2O7 มดงน 6.1 เตรยมสารละลาย K2Cr2O7 ใหมความเขมขนตางๆ ดงตารางท 11.3 6.2 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครองนานประมาณ 30 นาท 6.3 เลอกตวกรองตดแสงรบกวนทเหมาะสม (UV, VIS) 6.4 ปรบ 0A หรอ 100%T ดวยสารละลาย 0.01 N H2SO4 ในควเวททขนาด 1 ซม.

6.5 ปรบ 0% T

เครองมอวทยาศาสตร

265

6.6 วดคาการดดกลนแสงของสารละลาย K2Cr2O7 6.7 สรางกราฟระหวางคาการดดกลนแสงและคาความเขมขน ซงควรจะมความสมพนธ

กนเปนเสนตรงถง 3A ถาเปนเสนตรงไมถง 3 A อาจเกดจากการปรบ 0%T ไมถกตอง การเจอจางผด หรอเครองมอมการตอบสนองเปนเสนตรงลดลง

ตารางท 11.3 การเจอจางสารละลาย K2Cr2O7 เพอใหไดความเขมขนตางๆ

หลอดท

0.2 กรม/ลตร H 2SO4

(มล.) 0.01 N H 2SO4

(มล.)

การเจอจาง 1 5 45 1:10 2 10 40 2:10 3 15 35 3:10 4 20 30 4:10 5 25 25 5:10 6 30 20 6:10 7 35 15 7:10 8 40 10 8:10 9 45 5 9:10

7. ความกวางของลาแสงทออกมาจากชองแสงออก(band width) เนองจากการดดกลนแสงของสารในชวง 400-700 นาโนเมตรกวางมาก(มากกวา 100 นาโนเมตร) การใชลาแสงสเดยวทมความกวาง 20 นาโนเมตร จงพอเพยงสาหรบการวดทถกตอง แตสารทดดกลนแสงในชวงอตราไวโอเลตจะดดกลนแสงในชวงแคบ(1-60 นาโนเมตร) จงตองวดดวยลาแสงสเดยวทแคบมาก ในทางทฤษฎควรใชลาแสงสเดยวทมความกวางเพยง 1 สวนใน 10 สวนของความกวางทความสงครงหนงของความสงสดสงสด(รปท 11.7) ตวอยาง เชน NADH มความกวางทครงหนงของความสงเทากบ 60 นาโนเมตร จงควรวด NADH โดยใชความกวางของลาแสงสเดยวไมเกน 6 นาโนเมตร เปนตน วธการตรวจสอบกระทาดงน 7.1 ใสหลอดเมอควรแทนหลอดไฟกาเนดแสง 7.2 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครอง 7.3 ปรบตาแหนงของหลอดเมอควรใหแสงตกกระทบตวไวแสงมากทสด 7.4 เลอกการวดความเขมของแสงในหนวย %T 7.5 เลอกตวกรองตดแสงรบกวนใหเหมาะสมกบความยาวคลนทตองการตรวจสอบ

เครองวดการดดกลนแสง

266

7.6 หมนปมเลอกคาความยาวคลน (λ0) ใหตรงกบความยาวคลนทจะตรวจสอบ (หลอดดวทเรยมใหแสงเขมมากท 656.1 นาโนเมตร) 7.7 ปรบ 100% T 7.8 ปรบ 0% T

7.9 ปรบปมเลอกความยาวคลนแสงใหตากวา λ0 ประมาณ 15 นาโนเมตร หมนปมเลอก

ความยาวคลนแสงชาๆ หยดหมนเมอสเกลอานคาได 50%T พอด (λx)

7.10 หมนปมเลอกความยาวคลนแสงผาน λ0 และหยดหมนเมอสเกลอานคาได 50%T อก

ครง (λy)

7.11 ควรทาซา 3 ครง คาเฉลยของผลตางผลตางของ λx และ λy คอคาความกวางของลาแสงสเดยวทความยาวคลนททาการตรวจสอบ 8. แสงรบกวน(stray light) แสงรบกวน หมายถงแสงทไมตองการวด ซงอาจเกดจากสารตวอยางเอง เกดจากการสะทอนภายในเครองมอ ตลอดจนแสงทสองมาจากภายนอกเครองมอ แสงรบกวนสวนใหญมคาคงท จงมผลทาใหคา %T สงขนมากเมอวดสารละลายทม %T ตา ๆ แตการรบกวนไมเกน 0.5%T ท 1A มผลตอความเปนเสนตรงในการตอบสนองนอยมาก แตอยางไรกตามถาชองแสงออกมความกวางมากจะทาใหผลของแสงรบกวนเพมขน(รปท 11.20) เนองจากแสงรบกวนทแตละความยาวคลนมคาไมเทากน จงควรตรวจสอบทหลาย ๆ ความยาวคลน โดยเฉพาะทความยาวคลนแสงทใชงานเปนประจา วธการตอไปนใชตวกรองแสงไดดเมยมซงหาไดงายเปนอปกรณในการตรวจสอบ 8.1 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครอง 8.2 ปดทางเดนแสงของชองแสงออก ปรบ 0%T 8.3 ปรบ 100%T ท 360 นาโนเมตร (แสงผานอากาศ)

8.4 หมนปมเลอกความยาวคลนจาก 300 นาโนเมตร ไปส 320 นาโนเมตร ชา ๆ 8.5 อานคา %T ท 340 นาโนเมตร ซงไมควรมคาเกน 0.5%T

8.6 ปรบ 100%T ท 500 นาโนเมตร (แสงผานอากาศ) 8.7 หมนปมเลอกความยาวคลนจาก 600 นาโนเมตร ไปส 550 นาโนเมตร 8.8 อานคา %T ท 580 นาโนเมตร ซงไมควรมคาเกน 0.5%T

ในกรณทไมสามารถหาตวกรองไดดเมยมได อาจใชสารละลายบางชนดใสในควเวททขนาด 1 ซม. เพอตรวจสอบแสงรบกวนทความยาวคลนตางๆ ตวอยางเชน ท 200 นาโนเมตร ใช 1 g% NaBr ท 220 นาโนเมตร 1 g% Nal และท 340 นาโนเมตร ใช 5 g% NaNO2 เปนตน

9. เวลาการตอบสนอง(response time) หมายถงเวลาทใชในการเปลยนคาจาก 0%T เปน 98%T ของสเกลอานคา มวธตรวจสอบดงน

9.1 เปดสวทชไฟฟาเพออนเครอง

เครองมอวทยาศาสตร

267

9.2 ปดชองแสงออกและปรบ 0%T 9.3 เตรยมนาฬกาจบเวลาใหพรอม 9.4 เปดชองแสงออก จบเวลาทนทและหยดจบเวลาท 98%T 9.5 ควรทาซา 3 ครงเพอหาคาเฉลย

รปท 11.20 ผลของแสงรบกวนเมอใชชองแสงแคบ(ก) และชองแสงกวาง(ข)

9.6 ถาเวลาในการตอบสนองชา อาจแกไขโดยปรบความกวางของชองแสงออกหรออตราการขยายของวงจรขยายสญญาณ การเลอกเครองวดการดดกลนแสง ในปจจบนมเครองวดการดดกลนแสงหลายชนด หลายยหอ แตละแบบมความเหมาะสมกบหองปฏบตการแตละแหงแตกตางกน ขนอยกบชนดของงาน ปรมาณงาน สภาพแวดลอม ตลอดจนความรความสามารถของผใช แตสงทควรพจารณาในการเลอกมดงน 1. ชนดของระบบแสง(optical system) ควรดวาเปนชนดลาแสงเดยว ชนดลาแสงค หรอชนดลาแสงแยก เพอพจารณาขอดขอเสยของแตละชนดใหสอดคลองกบงานทตองใช

เครองวดการดดกลนแสง

268

2. การจดการสารตวอยาง(specimen processing) ควรดวาใชสารตวอยางในการวดเทาไร มการปนกนระหวางการวดทตอเนองหรอไม มระบบการดดปลอยสารละลายแบบใด ฯลฯ. 3. ชองใสควเวทท ควรดวาเปนแบบมาตรฐานใสควเวทททว ๆ ไปไดหรอไม มชดควบคมอณหภมสาหรบการวเคราะหแบบจลนหรอไม

4. ความสะดวกและความงายในการใชงาน ควรพจารณาจากสงอานวยความสะดวกของ เครองมอ ตวอยางเชน ระบบปรบ 0A แบบอตโนมต สเกลอานคาอานไดงาย สามารถเกบขอมลได การบารงรกษาทาไดงายและไมบอยเกนไป ฯลฯ. 5. ประสทธภาพของเครองมอ ซงไดแกความถกตองและความแมนยาของความยาวคลน และความถกตองและความแมนยาของการอานคาความเขมของแสง 6. อปกรณประกอบเครอง ทจะอานวยความสะดวกและการประยกตใชงานตาง ๆ ตวอยางเชน ชดปรบความถกตองชนดตาง ๆ คมอการประยกตใชงาน(application manual) ควเวททแบบตาง ๆ อะไหลสารอง ฯลฯ. 7. ราคา ซงรวมถงราคาของตวเครอง อะไหล คาบรการ การฝกอบรม และอปกรณประกอบอน ๆ

ปญหาและสาเหต มเครองวดการดดกลนแสงจานวนมากทเกดความผดปกตในการวด โดยทเครองมอไมไดเสยหาย อาศยการปรบแตงหรอการทาความสะอาดเพยงเลกนอยสามารถทาใหเครองมอใชงานไดตามปกต และมเครองมอเปนสวนนอยทมความผดปกตในระบบไฟฟาหรอระบบอเลกทรอนกสจรง ๆ ดงนนเมอเกดปญหาควรตรวจสอบตามขนตอนกอน จงจะตรวจสอบความผดปกตของไฟฟาและอเลกทรอนกส ขนตอนทควรตรวจสอบตามลาดบคอ 1. ตรวจดความผดปกตในสารตวอยาง(faulty sample) มสารตวอยางหลายชนดทมสอน ขน สเปลยนแปลงอยตลอดเวลา(ยงไมถงจดสมดล) ฯลฯ. เปนผลใหการวดความเขมของแสงผดปกต 2. ตรวจดการใชเครองมอถกตองหรอไม โดยเฉพาะการปรบ 0%T การปรบ 100%T และการอนเครองใหพอเพยงกอนใชงาน ฯลฯ.

3. ตรวจหาความผดปกตในทางเดนแสง(faulty in the optical path) ตวอยางเชน ไอนาทกระจกหรอเลนส คราบสกปรกทหลอดไฟกาเนดแสง หยากไยขวางทางเดนแสง ตาแหนงไสหลอดไฟกาเนดแสง หลอดเสอมสภาพ ฯลฯ.

4. ตรวจหาความผดปกตในระบบกล(faulty mechanical path) ตวอยางเชน การสกหรอของลกเบยวทใชเคลอนหลอดไฟกาเนดแสง สายพานยานหรอขาด รรวของแสงจากภายนอก ฯลฯ.

5. ตรวจหาความผดปกตของระบบกระแสไฟฟา(faulty electrical system) ควรตรวจสอบไวลตของกระแสไฟฟาสลบ แบตเตอรจายกระแสไฟตรง การขาดหรอหลวมของรอยตอของสายไฟฟา ฯลฯ.

เครองมอวทยาศาสตร

269

6. ตรวจหาความผดปกตในระบบอเลกทรอนกส(faulty electronic system) ในวงจรตางๆ เชน วงจรขยาย วงจรควบคมกระแสไฟฟา ฯลฯ.

7. ตรวจหาความผดปกตของโปรแกรมคอมพวเตอร ตารางท 11.4 เปนสาเหตทอาจทาใหเกดความผดปกตซงจะชวยใหตรวจหาความผดปกตไดงายขน

ตารางท 11.4 ปญหาและสาเหตทพบในเครองวดการดดกลนแสง

ปญหา

สาเหต

เครองมอไมมการตอบสนอง - ฟวสขาด - หลอดไฟขาด - ตวไวแสงเสอม - ทางเดนของแสงถกปดกน หรอเคลอนท

ปรบ 100%T ไมได - หลอดไฟกาเนดแสงขาด - หลอดไฟกาเนดแสงเสอม - ตาแหนงหลอดไฟกาเนดแสงไมถกตอง - ภาคขยายสญญาณเสย - ชองแสงออกถกปดกน - ตวไวแสงเสอม - มการลดวงจรไฟฟา

ความแมนยาในการวดตา - สารตวอยางมการเปลยนแปลงตลอดเวลา - ใชตวกรองแสงไมถกตอง - ใชความกวางของชองแสงไมเทากน - ใชเทคนคการวเคราะหทตางกน - อนเครองไมเพยงพอ

ปรบ 0%T ไมได - ฟวสขาด - ตวไวแสงเสอม - มแสงรวเขามาจากภายนอก

คาไมนง - ขวตอหลอดไฟกาเนดแสงหลวม - มสญญาณรบกวนจากภายนอก - มการสนสะเทอน

เครองวดการดดกลนแสง

270

มแสงรบกวนมาก - กระจกสะทอนแสงหรอตวแยกแสงสกปรก - มแสงรวเขามาจากภายนอก

เครองมอวทยาศาสตร

271

ในสวนทเกยวกบโครงสราง องคประกอบและหลกการทางานของเครองวดการดดกลนแสง

นบวามสวนสาคญอยางยง เพราะเปนพนฐานในการทาความเขาใจเครองวดความเขมของแสงชนด

อน ๆ ตลอดจนการทางานของเครองมออน ๆ ทมระบบวดความเขมของแสงเปนองคประกอบ แต

เหนอสงอนใดเทคนคการใชทถกตองยอมนามาซงผลการวเคราะหทมคณภาพเสมอ

บรรณานกรม

1. Eade R. Color testing moves from lab to line. Quality 1995;34:36-40. 2. Ferris CD. Guide to medical laboratory instruments. Boston : Little Brown and

Company, 1980. 3. Korzun WJ, Miller WG. Monitoring the stability of wavelength calibration of

spectrophotometers. Clin Chem 1986 ; 162-5. 4. Lee LW, Schmidt LM. Elementary principle of laboratory instruments. 5th ed. Toronto

: The C.V. Mosby company, 1983. 5. White JS. Spectrophotometer join color toolbox. Graphic Arts Monthly 1998;70:50-2. 6. Noltingk BE. Jones’ instrument technology volume 2 : measurement of temperature and

chemical composition. 4th ed. Butterworths : English Language Book Society, 1985. 7. Skoog DA, West DM. Principle of instrumental analysis. 2nd ed. Philadelphia :

Saunders College, 1980. 8. Thomas HE. Handbook of automated electronic clinical analysis. Reston : Reston

Publishing Company, 1979.