เตรียมตัวอย่างสำหรับงานวิเคราะห์ — เลือกวิธีย่อยและวิธีสกัดอย่างไรให้ผลนิ่ง

การเตรียมตัวอย่างเป็นขั้นที่กำหนดคุณภาพผลวิเคราะห์มากกว่าที่หลายคนคิด และแบ่งได้เป็นสองสายตาม analyte กับ matrix ที่ต้องวิเคราะห์ สายแรกคือการย่อย (digestion) สำหรับงานธาตุด้วย ICP-OES, ICP-MS หรือ AAS ซึ่งการย่อยด้วยไมโครเวฟในภาชนะปิดให้อุณหภูมิสูงและสม่ำเสมอกว่าการย่อยบน hot plate จึงสลายตัวอย่างได้สมบูรณ์กว่าและสูญเสียธาตุที่ระเหยง่ายน้อยกว่า สายที่สองคือการสกัดด้วยตัวทำละลาย (solvent extraction) สำหรับสารอินทรีย์และงาน PFAS ซึ่งโจทย์หลักไม่ใช่ความแรงของการย่อย แต่เป็นการควบคุมการปนเปื้อนและความสม่ำเสมอของทุกรอบ

ตัวอย่างชนิดเดียวกันไปได้ทั้งสองสาย ขึ้นกับว่าจะรายงานอะไร — ดินที่วัดโลหะหนักเดินสายย่อย ดินที่วัด PFAS เดินสายสกัด

เตรียมตัวอย่างมีกี่สาย และเลือกจากอะไร

คำถามที่ควรถามก่อนเลือกเครื่องเตรียมตัวอย่าง ไม่ใช่ “แล็บเรามีเครื่องอะไรอยู่” แต่เป็น “เราจะวิเคราะห์อะไร ในตัวอย่างแบบไหน” เพราะสองข้อนี้ คือ analyte กับ matrix เป็นตัวกำหนดสายงานที่ต้องเดิน ไม่ใช่ยี่ห้อหรือรุ่นเครื่อง

ถ้า analyte คือธาตุ เช่น โลหะหนักที่ต้องวิเคราะห์ด้วย ICP-OES, ICP-MS หรือ AAS เป้าหมายของการเตรียมตัวอย่างคือทำให้ธาตุที่สนใจหลุดออกจากเนื้อตัวอย่างมาอยู่ในสารละลายให้หมด นั่นคืองานย่อย (digestion)

แต่ถ้า analyte คือสารอินทรีย์ เช่น สารกำจัดศัตรูพืช สารมลพิษอินทรีย์ หรือกลุ่ม PFAS เป้าหมายเปลี่ยนไปเป็นการดึงสารเป้าหมายออกมาโดยไม่ทำลายมัน และไม่ให้มีอะไรจากอุปกรณ์ปนเข้ามา นั่นคืองานสกัดด้วยตัวทำละลาย (solvent extraction)

สองสายนี้ใช้เครื่องคนละแบบและมีเกณฑ์ตัดสินคนละชุด การเอาเครื่องของอีกสายมาทำงานอีกสายมักได้ผลที่ทำซ้ำไม่ได้ ซึ่งจะไปโผล่ตอนตรวจ QC แล้วหาสาเหตุไม่เจอ

ถ้า analyte คือ	สายงาน	เป้าหมายของขั้นตอน	เกณฑ์ที่ใช้ตัดสิน
ธาตุ / โลหะหนัก (ICP-OES, ICP-MS, AAS)	การย่อย (digestion)	สลายเนื้อตัวอย่างให้ธาตุลงมาอยู่ในสารละลายครบ	อุณหภูมิ ความดัน และการสูญเสียธาตุที่ระเหยง่าย
ไนโตรเจนรวม / ฟอสฟอรัสทั้งหมด (TKN)	การย่อยแบบบล็อก	ย่อยครั้งละหลายสิบตัวอย่างด้วยต้นทุนต่อตัวอย่างที่ต่ำ	จำนวนตำแหน่งต่อรอบ และการคุมโปรไฟล์อุณหภูมิ
สารอินทรีย์ในดิน ตะกอน อาหาร	การสกัดด้วยตัวทำละลาย	ดึงสารเป้าหมายออกมาโดยไม่ทำลาย และคุมให้ทุกรอบเหมือนกัน	ความสม่ำเสมอระหว่างรอบ และปริมาณตัวทำละลายที่ใช้
PFAS	การสกัดด้วยระบบที่ปลอด PFAS	เหมือนข้างบน แต่บวกการคุมการปนเปื้อนจากตัวอุปกรณ์เอง	ชิ้นส่วนที่สัมผัสตัวอย่างต้องผ่านการทดสอบว่าปลอด PFAS

สายย่อยคุมที่ระบบปิดและอุณหภูมิ ส่วนสายสกัดคุมที่อุณหภูมิและการกรองในตัว · เรียบเรียงจาก CEM Application Note ap0159 (MARS 6) และ ap0214 (EDGE)

สายที่ 1 — การย่อยสำหรับงานธาตุ ทำไมขั้นนี้ถึงกำหนดคุณภาพผล

เวลาผลวิเคราะห์โลหะหนักออกมาต่ำกว่าที่ควรจะเป็น หรือทำซ้ำแล้วไม่ตรงกัน สาเหตุที่พบบ่อยไม่ได้อยู่ที่เครื่องวัดปลายทาง แต่อยู่ที่ขั้นย่อย และมักเป็นหนึ่งในสามเรื่องนี้

1. อุณหภูมิไม่พอหรือไม่สม่ำเสมอ

การย่อยบน hot plate ให้ความร้อนไม่เท่ากันทั้งแผ่น ภาชนะที่วางขอบกับวางกลางได้สภาวะต่างกัน ผลคือบางตัวอย่างย่อยหมด บางตัวอย่างย่อยไม่หมด แล้วค่าที่ได้กระจาย

2. ระบบเปิดทำให้ธาตุที่ระเหยง่ายหายไป

ธาตุอย่างปรอทหรือสารหนูสูญเสียได้ระหว่างย่อยถ้าภาชนะไม่ปิด ค่าที่รายงานจะต่ำกว่าความจริงโดยที่ไม่มีสัญญาณเตือนอะไรเลย

3. ความดันบรรยากาศจำกัดเพดานอุณหภูมิ

กรดที่ความดันบรรยากาศเดือดที่อุณหภูมิหนึ่งแล้วขึ้นไม่ได้อีก การย่อยในภาชนะปิดด้วยไมโครเวฟทำให้อุณหภูมิขึ้นไปสูงกว่าจุดเดือดของกรดที่ความดันบรรยากาศได้ ตัวอย่างจึงสลายสมบูรณ์กว่า

CEM MARS 6 เป็นระบบย่อยด้วยไมโครเวฟที่ออกแบบมาแก้ทั้งสามข้อนี้ CEM ระบุว่าลดเวลาเตรียมตัวอย่างได้มากกว่า 70% เมื่อเทียบกับ traditional techniques

การควบคุมอุณหภูมิที่ Method ของ USEPA ต้องการ ทำได้อย่างไร

Method ของ USEPA สำหรับการย่อยตัวอย่าง ไม่ได้ระบุแค่ว่าใช้กรดอะไรและนานเท่าไร แต่ระบุโปรไฟล์อุณหภูมิที่ตัวอย่างต้องผ่านด้วย คำถามที่ตามมาคือ ในทางปฏิบัติจะรู้ได้อย่างไรว่าตัวอย่างในแต่ละภาชนะร้อนถึงจริงตามนั้น

เครื่องย่อยไมโครเวฟทั่วไปวัดอุณหภูมิจากภาชนะควบคุม (control vessel) หนึ่งใบแล้วอนุมานว่าใบอื่นเท่ากัน วิธีนี้เสียตำแหน่งไปหนึ่งใบทุกรอบ และถ้าตัวอย่างในภาชนะอื่นมีองค์ประกอบต่างกัน สิ่งที่อ่านได้ก็เป็นแค่ตัวแทน ไม่ใช่ค่าจริงของภาชนะนั้น

iWave ของ MARS 6 วัดแบบ contactless, in-situ คือวัดอุณหภูมิของ sample ในแต่ละ vessel โดยตรง ไม่ต้องใช้ control vessel หรือ probe จึงไม่เสียตำแหน่งไปกับภาชนะควบคุม และรู้จริงว่าแต่ละภาชนะร้อนแค่ไหน

เซนเซอร์ให้ค่าอุณหภูมิแม่นยำ ±2 °C และปรับกำลังไมโครเวฟภายใน 2 วินาทีหลังรับค่า ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้โปรไฟล์อุณหภูมิที่ Method กำหนดไว้ เกิดขึ้นจริงในทุกภาชนะ ไม่ใช่แค่ในภาชนะที่วัด

ย่อยด้วยไมโครเวฟกับย่อยแบบบล็อก เลือกแบบไหนกับงานใด

คำถามนี้ตอบไม่ได้ด้วยคำว่า “แบบไหนดีกว่า” เพราะสองวิธีนี้ตอบโจทย์คนละแบบ ไมโครเวฟชนะเรื่องคุณภาพการย่อยและความเร็วต่อรอบ ส่วนการย่อยแบบบล็อกชนะเรื่องจำนวนต่อรอบและต้นทุนต่อตัวอย่าง

งานที่การย่อยแบบบล็อกยังคุ้มกว่าชัดเจนคือ Total Kjeldahl Nitrogen และฟอสฟอรัสทั้งหมด ที่ต้องทำครั้งละหลายสิบตัวอย่างเป็นประจำ SEAL BD50 รองรับ 50 ตำแหน่งสำหรับหลอดย่อยขนาด 75 หรือ 100 มิลลิลิตร ส่วน BD28 รองรับ 28 ตำแหน่งสำหรับหลอดย่อยขนาด 250 มิลลิลิตร

จุดที่มักถูกมองข้ามเวลาเทียบชุดย่อยแบบบล็อก คือคุณภาพของตัวควบคุมและอุปกรณ์รอบ ๆ ไม่ใช่แค่จำนวนหลุม ตัวควบคุมของ BD50 และ BD28 ตั้งโปรแกรมการย่อยได้ถึง 30 steps ตั้งอุณหภูมิได้ตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 450 °C ความแม่นยำที่จุดตั้งค่า ±2 °C และควบคุมอัตราการเพิ่มอุณหภูมิได้ละเอียดถึง 1 °C ต่อนาที ซึ่งจำเป็นสำหรับกันการเดือดกระฉอก

อุปกรณ์อีกสองอย่างที่มีผลกับความสม่ำเสมอของผลโดยตรง คือแผงกันลม (draft shield) ที่กันกระแสลมในตู้ดูดควันไม่ให้พัดผ่านหลอดย่อย ทำให้อุณหภูมิของแต่ละหลุมเท่ากัน และจุกปิดแบบหยดน้ำ (teardrop stoppers) ที่ดักและควบแน่นไอจากการย่อยให้ย้อนกลับ ลดการสูญเสียกรดและกันการปนเปื้อนข้ามหลอดย่อย

หัวข้อที่เทียบ	ย่อยด้วยไมโครเวฟ (MARS 6)	ย่อยแบบบล็อก (BD50 / BD28)
จุดแข็ง	อุณหภูมิสูงและสม่ำเสมอ ระบบปิด สลายตัวอย่างสมบูรณ์	จำนวนตัวอย่างต่อรอบ และต้นทุนต่อตัวอย่าง
จำนวนต่อรอบ	สูงสุด 40 vessels ต่อ batch (MARSXpress)	50 ตำแหน่ง (BD50) หรือ 28 ตำแหน่ง (BD28)
งานที่เหมาะ	โลหะหนักสำหรับ ICP-OES / ICP-MS / AAS ตัวอย่างที่ย่อยยาก	TKN และฟอสฟอรัสทั้งหมดที่ทำประจำครั้งละหลายสิบตัวอย่าง
ธาตุที่ระเหยง่าย	สูญเสียน้อยกว่า เพราะเป็นระบบปิด	ต้องอาศัยจุกปิดแบบหยดน้ำช่วยลดการสูญเสีย

เลือกภาชนะย่อยตามงาน ไม่ใช่ตามที่มีอยู่

ในระบบย่อยด้วยไมโครเวฟ ภาชนะเป็นตัวกำหนดว่างานหนึ่งรอบจะได้กี่ตัวอย่าง และจะรับตัวอย่างยากได้แค่ไหน สองอย่างนี้แลกกันเสมอ ภาชนะที่ได้จำนวนมากต่อรอบจะไม่ใช่ภาชนะที่ทนความดันสูงที่สุด

MARSXpress — รันได้สูงสุด 40 vessels ต่อ batch ที่ปริมาตร 20, 55 หรือ 75 มิลลิลิตร เป็นตัวเลือกสำหรับงานที่เน้นจำนวนต่อรอบ เช่น แล็บบริการที่รับตัวอย่างเข้ามาเป็นชุดใหญ่
EasyPrep Plus — 12 ภาชนะที่ 100 มิลลิลิตร สำหรับงานที่ต้องการอุณหภูมิหรือความดันสูงขึ้น
iPrep — 16 ภาชนะที่ 110 มิลลิลิตร อีกทางเลือกสำหรับตัวอย่างที่ย่อยยาก

วิธีเลือกที่ตรงที่สุดคือเริ่มจากตัวอย่างที่ยากที่สุดในงานประจำของคุณ ไม่ใช่ตัวอย่างที่ทำบ่อยที่สุด เพราะภาชนะที่รับตัวอย่างยากได้ก็ทำตัวอย่างง่ายได้ด้วย แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน

เรื่อง method ระบบมี pre-programmed method ติดตั้งมาให้กว่า 100 method ครอบคลุมชนิดตัวอย่างที่พบบ่อย เลือกจากหน้าจอแล้วเริ่มได้เลย แต่ยังต้องเลือก method ให้เหมาะกับ sample matrix และงานวิเคราะห์ของแต่ละแล็บ ไม่ใช่ว่าไม่ต้องคิดเลย ถ้าเป็นตัวอย่างเฉพาะทาง ทีมของเราช่วยปรับ method ให้ได้

สายที่ 2 — การสกัดด้วยตัวทำละลายสำหรับสารอินทรีย์

งานสกัดสารอินทรีย์จากดินและตะกอน เป็นขั้นตอนที่กินทั้งเวลา ตัวทำละลาย และคนเฝ้า ปัญหาคลาสสิกคือคนต้องยืนอยู่หน้าตู้ควันตลอดรอบ และแต่ละรอบได้สภาวะไม่เหมือนกันเพราะขึ้นกับคนทำ

CEM EDGE เป็นระบบสกัดด้วยตัวทำละลายแบบอัตโนมัติ ที่รวมเทคนิค pressurized fluid extraction กับ dispersive SPE ไว้ในขั้นตอนเดียว ตามเอกสารของ CEM ระบบนี้ตรงตามข้อกำหนดของ US EPA Method 3545A และเร็วกว่าเครื่องสกัดแบบ pressurized fluid ตัวอื่นอย่างน้อย 3 เท่า โดยรวมขั้นกรอง ทำเย็น และล้างระบบไว้ในรอบเดียว

ส่วนที่ช่วยตัดขั้นตอนออกจริง ๆ คือ Q-Cup ที่ประกอบจาก 3 ชิ้น พร้อม Q-Disc ที่กรองตัวอย่างให้เสร็จในตัว จึงไม่ต้องกรองซ้ำก่อนวิเคราะห์ ซึ่งเป็นขั้นที่กินเวลาและเป็นจุดที่ตัวอย่างมีโอกาสปนเปื้อนเพิ่ม

ผลที่ได้ในทางปฏิบัติมีสองอย่าง คือคนที่เคยยืนเฝ้าขั้นสกัดย้ายไปทำขั้นตอนอื่นได้ และตัวอย่างแต่ละชุดได้รับการควบคุมให้อยู่ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันในทุกการรัน ซึ่งข้อหลังคือสิ่งที่ทำให้ผล QC นิ่งขึ้น

งาน PFAS ต่างออกไปอีกชั้น

PFAS กลายเป็นหัวข้อที่ผู้ส่งออกและโรงงานเริ่มถูกถามมากขึ้น และวิธีมาตรฐานที่ถูกอ้างถึงบ่อยที่สุดคือ EPA Method 1633A ในประเทศไทยยังไม่มีข้อบังคับตามกฎหมายเรื่อง PFAS แรงกดดันตอนนี้จึงมาจากลูกค้าปลายทางและตลาดส่งออกเป็นหลัก

สิ่งที่ทำให้งาน PFAS ต่างจากงานสกัดทั่วไปไม่ใช่ความยากของการสกัด แต่คือการปนเปื้อนจากอุปกรณ์เอง ชิ้นส่วนที่มี PFAS อยู่ในตัวเครื่องจะสร้างพื้นหลังที่แยกไม่ออกจากตัวอย่าง แปลว่าต่อให้เครื่องวัดปลายทางดีแค่ไหน ถ้าพื้นหลังมาจากอุปกรณ์เตรียมตัวอย่าง ผลก็เชื่อไม่ได้

CEM EDGE PFAS ออกแบบมาสำหรับงานนี้โดยเฉพาะ ชิ้นส่วนทุกจุดที่สัมผัสตัวอย่างผ่านการทดสอบว่าปลอด PFAS ด้วยระบบทำสกัด กรอง ทำให้เย็น และล้างระบบก่อนตัวอย่างถัดไปแบบอัตโนมัติ เอกสารของ CEM ระบุว่าเครื่องนี้สกัด PFAS ได้ 40 ชนิดจากดินและเนื้อเยื่อ ตามแนวทาง EPA Method 1633A

ถ้าแล็บของคุณกำลังประเมินว่าจะรับงาน PFAS ไหม จุดตัดสินใจไม่ได้อยู่ที่เครื่องวัดปลายทางอย่างเดียว แต่อยู่ที่ขั้นเตรียมตัวอย่างว่าควบคุมการปนเปื้อนพื้นหลังได้หรือเปล่า

ขั้นตอนหลังเตรียมตัวอย่างที่มักถูกข้าม

หลายแล็บลงทุนกับเครื่องย่อยหรือเครื่องสกัดแล้วจบตรงนั้น ทั้งที่ขั้นตอนหลังจากนั้นอีกสามอย่างมีผลกับตัวเลขที่รายงานเหมือนกัน

การปรับปริมาตร — ถ้าปรับปริมาตรสุดท้ายไม่ตรงกันทุกตัวอย่าง ความพยายามคุมอุณหภูมิตอนย่อยจะเสียเปล่า เพราะค่าที่คำนวณกลับไปหาความเข้มข้นเดิมจะเพี้ยนตามไปด้วย
การกรอง — ตัวอย่างที่ยังมีอนุภาคค้างจะไปรบกวนทั้งระบบนำส่งตัวอย่างและตัวตรวจวัด บางระบบอย่าง EDGE กรองให้เสร็จในตัวด้วย Q-Disc แต่ถ้าใช้วิธีอื่นต้องวางแผนขั้นนี้เอง
การเก็บตัวอย่างก่อนเข้าเครื่องวัด — ระยะเวลาและอุณหภูมิที่เก็บระหว่างรอวิเคราะห์มีผลกับ analyte บางกลุ่ม โดยเฉพาะสารอินทรีย์ ถ้าคิวเครื่องวัดยาว ควรกำหนดเงื่อนไขการเก็บไว้ในขั้นตอนการทำงานให้ชัด

การเลือกวิธีเตรียมตัวอย่างให้เหมาะกับ analyte และ matrix เป็นงานที่ตอบจากสเปกเครื่องอย่างเดียวไม่ได้ ต้องดูวิธีมาตรฐานที่ต้องใช้และลักษณะตัวอย่างจริงประกอบ ทีมของ Thai Unique เป็นผู้เชี่ยวชาญระดับปริญญาเอกที่ทำงานกับงานเตรียมตัวอย่างในไทยโดยตรง ถ้าส่งชนิดตัวอย่าง analyte ที่ต้องรายงาน และวิธีมาตรฐานที่อ้างอิงมาให้ เราช่วยประเมินให้ได้ว่าควรใช้แนวทางไหน ติดต่อได้ที่ โทร 0-2629-0191-6 · customer.service@thaiunique.com

สินค้าที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้ ดูรายละเอียดได้ที่หน้า CEM MARS 6, CEM EDGE, CEM EDGE PFAS และชุดย่อยแบบบล็อก SEAL BD50 / BD28

เครื่องย่อยและเครื่องสกัดที่กล่าวถึงในบทความนี้ มีจำหน่ายในประเทศไทยโดย Thai Unique พร้อมทีมติดตั้ง สอบเทียบ และดูแลหลังการขายที่ประจำอยู่ในประเทศ

คำถามที่พบบ่อย

ย่อยด้วยไมโครเวฟกับ hot plate ต่างกันแค่ความเร็วหรือเปล่า

ไม่ใช่แค่ความเร็ว การย่อยในภาชนะปิดด้วยไมโครเวฟทำให้อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของกรดที่ความดันบรรยากาศ จึงสลายตัวอย่างได้สมบูรณ์กว่า และเพราะเป็นระบบปิด ธาตุที่ระเหยง่ายจึงสูญเสียน้อยกว่า นอกจากนี้ทุกภาชนะได้รับสภาวะใกล้เคียงกัน ผลจึงทำซ้ำได้ดีกว่าการวางบน hot plate ที่ความร้อนไม่เท่ากันทั้งแผ่น

หนึ่งรอบย่อยได้กี่ตัวอย่าง

ขึ้นกับภาชนะที่เลือก ภาชนะแบบ MARSXpress รันได้สูงสุด 40 vessels ต่อ batch ที่ปริมาตร 20, 55 หรือ 75 มิลลิลิตร ส่วนภาชนะแรงดันสูงสำหรับงานยากอย่าง EasyPrep Plus จะได้ 12 ภาชนะที่ 100 มิลลิลิตร และ iPrep ได้ 16 ภาชนะที่ 110 มิลลิลิตร งานที่เน้นจำนวนกับงานที่เน้น matrix ยากจึงเลือกภาชนะคนละแบบ

ต้องพัฒนา Method เองไหม

ส่วนใหญ่ไม่ต้องเริ่มจากศูนย์ ระบบมี pre-programmed method ติดตั้งมาให้กว่า 100 method ครอบคลุมชนิดตัวอย่างที่พบบ่อย โดยยังต้องเลือก method ให้เหมาะกับ sample matrix และงานวิเคราะห์ของแล็บ ถ้าเป็นตัวอย่างเฉพาะทาง ทีมของเราช่วยปรับ method ให้ได้

งาน PFAS ใช้เครื่องย่อยตัวเดิมได้ไหม

ไม่แนะนำ เพราะปัญหาหลักของงาน PFAS คือการปนเปื้อนจากชิ้นส่วนของอุปกรณ์เอง ระบบที่ออกแบบมาสำหรับงานนี้โดยเฉพาะจะทดสอบแล้วว่าทุกจุดที่สัมผัสตัวอย่างปลอด PFAS และมีขั้นล้างระบบระหว่างตัวอย่างเพื่อลดการตกค้าง

ต้องเตรียมอะไรบ้างก่อนติดตั้ง

ข้อกำหนดเรื่องไฟฟ้า ตู้ดูดควัน และพื้นที่วางเครื่อง ต่างกันตามเครื่องมือแต่ละชนิดและแต่ละรุ่น จึงไม่มีคำตอบชุดเดียวที่ใช้ได้กับทุกงาน วิธีที่ตรงที่สุดคือแจ้งรุ่นที่สนใจและสภาพหน้างานมาให้เราตรวจสอบก่อนตัดสินใจซื้อ แล้วเราจะส่งข้อกำหนดการติดตั้งของรุ่นนั้นให้