CRDS คืออะไร

  CRDS คือเทคโนโลยีการวิเคราะห์ทางเคมีที่ใช้หลักการดูดกลืนพลังงาน (Absorption) ที่มีขนาดพอดี ซึ่งอยู่ในช่วงความถี่ของ NIR โดยจะติดตามการเกิดปรากฎการณ์เรโซแนนซ์ผ่านการวัดเวลาของพลังงานที่ลดลงด้วยความไวสูง โดยเริ่มต้นจากนำตัวอย่าง (น้ำมะพร้าว) มาเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ พร้อมกำจัดก๊าซส่วนเกิน เช่น O₂, SO₂ และ H₂O ออกให้เหลือเฉพาะก๊าซ CO₂ ที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นปริมาณโดยตรงของ C ที่มีอยู่ในน้ำมะพร้าวผ่านเข้าไปใน Optical resonator cavity การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค CRDS Analyzer โดยมีแสงเลเซอร์วิ่งผ่านก๊าซ CO₂ ไปจนถึงจุด Resonance frequency ลำแสงเลเซอร์จะถูกปิดการทำงาน จากนั้นเลเซอร์ก็ยังถูกสะท้อนด้วยกระจกอีก 3 ชุด สะท้อนไปมาเป็นระยะทางกว่า 20 กิโลเมตร (100,000 รอบ) ในระหว่างนั้นค่าพลังงานเลเซอร์จะค่อยๆ ลดลงไปตามเวลา (หรือที่เรียกว่า Ring down) CO₂ ที่ได้มาจากการเผาตัวอย่าง สามารถคำนวณค่าของ δ ดังรูปที่ 1 ก๊าซที่มีความเข้มข้นสูงกว่าลดลงไวกว่า

การตรวจสอบการเจือปนของน้ำตาล C4

  พืช C3 เป็นกลุ่มพืชที่มีระบบการสร้างสารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) เพียงอย่างเดียว สารอินทรีย์ตัวแรกที่เกิดขึ้นจากการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์คือ PGA (Phosphoglyceric acid) จึงเป็นสารที่ประกอบด้วยคาร์บอน 3 อะตอม เรียกพืชกลุ่มนี้ว่าพืช C3 สำหรับพืช C4 เป็นกลุ่มพืชที่มี ระบบการสร้างสารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครั้ง โดยครั้งแรกตรึงที่ Mesophyll cell โดยมีตัวมารับก๊าซ CO₂ คือ PEP (Phosphoenol pyruvate) ได้เป็นสารประกอบคาร์บอน 4 อะตอม จึงเรียกพืชกลุ่มนี้ว่าพืช C4

 

รูปที่ 1 แสดงการวัดเวลาที่ปล่อยพลังงานที่ถูกดูดกลืนไว้ออกด้วย CRDS

น้ำตาล C4 จึงเป็นน้ำตาลที่ได้มาจากพืช C4 เช่น อ้อย ข้าวโพด ซึ่งมีอัตราส่วนของ ¹³C/¹²C (δ¹³C, ‰) ต่างกับพืช C3 (ในที่นี้ได้แก่มะพร้าว) อย่างเห็นได้ชัด จึงสามารถจำแนกน้ำมะพร้าวบริสุทธิ์ได้จากการวิเคราะห์ค่าของอัตราส่วนของ ¹³C/¹²C ที่แตกต่างกัน (รูปที่ 2) 

 

รูปที่ 2 อัตราส่วนของ ¹³C / ¹²C ในพืชแต่ละชนิด

รูปที่ 3 กราฟแสดงค่า ¹³C / ¹²C (δ¹³C,‰) ของน้ำมะพร้าวจากแหล่งต่างๆ

การเปรียบเทียบการวิเคราะห์เทคโนโลยี CRDS กับ IRMS เพื่อตรวจสอบน้ำมะพร้าว

   IRMS เป็นการวิเคราะห์ไอโซโทป โดยหารูปแบบไอโซโทป (Isotopic signature) ในลักษณะการกระจายของไอโซโทปเสถียร (Stable isotopes) ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ทางด้านอาหารอย่างแพร่หลาย ทฤษฎีและการปฏิบัติของ IRMS รวมถึงการนำมาใช้ในการวิเคราะห์น้ำมะพร้าวซึ่งก็ได้รับการยอมรับแล้ว (Brand, 9619; Brenna et al., 1997; Werner & Brand, 2001; Sessions, 2006) ทั้งนี้การเปรียบเทียบผลของการวิเคราะห์ระหว่าง CRDS กับ IRMS เริ่มจากเตรียมตัวอย่าง 3 กลุ่ม

เทคโนโลยี Cavity Ring - Down Spectroscopy (CRDS)

หาสิ่งเจือปนในน้ำมะพร้าว

   วิธีการตรวจสอบการเจือปนน้ำมะพร้าวด้วยน้ำตาลอ้อยหรือข้าวโพด (น้ำตาล C4) ซึ่งเป็นสารที่นิยมเจือปนในน้ำมะพร้าวเพื่อเพิ่มความหวานด้วย CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy) เป็นเทคนิคล่าสุดที่มีข้อดีคือใช้เวลาน้อย ราคาถูก ง่ายต่อการใช้งาน รวมถึงไม่ต้องเตรียมตัวอย่างที่ยุ่งยาก เมื่อเทียบกับวิธีการเดิมในการวิเคราะห์หาการเจือปนน้ำตาลด้วยเทคนิค Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) ที่มีความแม่นยำและเที่ยงตรงสูงในการวิเคราะห์หาการเติมน้ำตาล C4 ในน้ำมะพร้าว โดยการวิเคราะห์หาค่าคาร์บอนไอโซโทป (δ¹³C) ซึ่งเป็นองค์ประกอบในน้ำมะพร้าว CRDS เป็นอีกหนึ่งเทคนิคของการวิเคราะห์หาการปลอมปนในธุรกิจด้านอาหารและเครื่องดื่ม ผลการวัดด้วยเทคนิค CRDS สามารถแยกแยะความแตกต่างของน้ำมะพร้าวที่เจือปน ด้วยน้ำตาล C4 ลงไปได้ร้อยละ 5 โดยมีความเที่ยงตรงและถูกต้องอยู่ที่ ±0.3%o (per mil)ได้แก่ น้ำมะพร้าวบริสุทธิ์ น้ำมะพร้าวสำเร็จรูปที่จำหน่ายทั่วไป และน้ำตาลฟรุกโตส ผลที่ได้คือ น้ำตาลฟรุกโตสค่าที่ได้อยู่ในช่วง -10 ถึง -14 δ¹³C,‰ น้ำมะพร้าวบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ -25 δ¹³C,‰ และน้ำมะพร้าวที่จำหน่ายโดยทั่วไปอยู่ในช่วง   -18 ถึง -19 δ¹³C,‰ ผลการวิเคราะห์ทำให้ทราบว่าตัวอย่างน้ำมะพร้าวที่จำหน่ายมีการเติมน้ำตาลลงไปที่ประมาณ 40% (รูปที่ 3) ค่า R² มีค่า 0.99903 เมื่อนำผลเทียบกับข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วย IRMS พบว่าค่าที่ได้ใกล้เคียงกันแตกต่างเพียง  ± 0.1‰ (ตารางที่ 1) โดยมีความแม่นยำในการวัดแต่ละตัวอย่างจากการวัดซ้ำ 3 ครั้ง คือ ± 0.3‰

ตารางที่ 1 ตารางแสดงค่าδ¹³C,‰ ของน้ำมะพร้าวบริสุทธิ์กับน้ำมะพร้าว ที่เติมน้ำตาล

น้ำมะพร้าวบริสุทธิ์มีเฉลี่ยค่า -25.4 δ¹³C,‰ และน้ำมะพร้าวที่เติมน้ำตาลมีค่าเฉลี่ย อยู่ที่ -19.1δ¹³C,‰

 

ผลศึกษาการทำงานของเทคโนโลยี CRDS ในการวิเคราะห์การเจือปนน้ำตาลของกลุ่มพืช C4 ในน้ำมะพร้าว พบว่ามีช่วงของการวิเคราะห์ตัวอย่างที่กว้าง (4-100%) แต่เทคนิคการวัดด้วย CRDS ยังคงความแม่นยำ ความเที่ยงตรงมีความสัมพันธ์เชิงเส้นที่ดี และมีความคลาดเคลื่อนน้อย เปรียบเทียบตัวอย่างที่จัดทำโดยผู้ผลิตน้ำมะพร้าวในเชิงพาณิชย์แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างที่ชัดเจนในองค์ประกอบของน้ำมะพร้าวบริสุทธิ์และน้ำมะพร้าวที่มีการเจือปน δ¹³C นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความถูกต้องของข้อมูลเทคโนโลยี CRDS เมื่อนำไปเปรียบเทียบกับผลการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง IRMS