การตรวจวัดเมอคิวรี (II) ไอออนด้วยโรดามีน 6 จี ไฮดราไซด์ บนวัสดุรองรับที่เป็นอนุพันธ์ของพอลิเมอร์จากธรรมชาติ

บทคัดย่อ

วัตถุประสงค์และที่มา : เมอคิวรี (II) ไอออน (Hg²⁺)  เป็นไอออนโลหะที่มีความเป็นพิษสูง แม้ปนเปื้อนในแหล่งน้ำเพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อสุขภาพของสิ่งมีชีวิต องค์การอนามัยโลก (WHO) ได้กำหนดปริมาณปรอทอนินทรีย์ในน้ำดื่มมีค่าไม่ควรเกิน 29.9 นาโนโมลาร์ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการพัฒนาชุดตรวจวัดเมอคิวรี (II) ไอออน ในงานวิจัยนี้ต้องการพัฒนาชุดตรวจวัดไอออน Hg²⁺  ในรูปแบบของแผ่นฟิล์มที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยแผ่นฟิล์มนี้เตรียมได้จากการผสมโรดามีน 6 จี ไฮดราไซด์ (L6G) กับวัสดุรองรับเซลลูโลสไตรอะซิเตท (CTA) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลส และมี Tris (2-ethylhexyl) Phosphate (TEHP) เป็นพลาสติไซเซอร์ เนื่องจากได้มีการรายงานมาก่อนหน้านี้ว่าโมเลกุล L6G  มีความจำเพาะเจาะจงในการเลือกจับกับไอออน Hg²⁺  ได้เป็นอย่างดีในตัวทำละลายเททระไฮโดรฟิวแรน  10%  จึงทำให้ไม่สามารถนำโมเลกุล L6G มาตรวจวัด Hg²⁺ ไอออนในตัวอย่างที่เป็นน้ำได้ ซึ่งทางคณะผู้วิจัยคาดว่าแผ่นฟิล์ม L6G ที่เตรียมขึ้นมานี้สามารถนำมาใช้ตรวจวัด Hg²⁺ ไอออนในตัวอย่างที่เป็นน้ำได้

วิธีดำเนินการวิจัย : ฟิล์ม L6G เตรียมโดยใช้วิธี casting จากการผสมโรดามีน 6 จี ไฮดราไซด์ (L6G) กับเซลลูโลส     ไตรอะซิเตท (CTA) และมี tris(2-ethylhexyl) phosphate (TEHP) เป็นพลาสติไซเซอร์ การศึกษาความจำเพาะเจาะจงในการตรวจวัดไอออนโลหะทำได้โดยนำฟิล์มที่เตรียมได้ไปแช่ในสารละลายของโลหะชนิดต่าง ๆ  การตรวจวัดความเข้มสีของฟิล์มที่เปลี่ยนแปลงทำได้โดยใช้โปรแกรม Image J  นอกจากนี้ยังได้ทำการศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมฟิล์ม ได้แก่  การศึกษาปริมาณของ CTA ที่เหมาะสม การศึกษาปริมาณของ TEHP ที่เหมาะสม และการศึกษาปริมาณของลิแกนด์ ที่เหมาะสม  และยังได้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการนำแผ่นฟิล์มไปใช้เป็นชุดตรวจวัด ได้แก่  การศึกษาเวลาที่เหมาะสมในการตรวจวัด  การศึกษาผลของ pH ที่เหมาะสมในการตรวจวัด  การศึกษาความเข้มข้นของสารละลายไอออนของโลหะที่เลือกจับกับฟิล์ม L6G ที่สามารถตรวจวัดได้ รวมไปถึงการศึกษาการศึกษาค่าขีดจำกัดการตรวจวัดและการศึกษาปริมาณเมอคิวรี (II) ไอออนต่ำสุดที่สามารถวัดได้

ผลการวิจัย : จากการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมฟิล์ม L6G ด้วยสภาวะที่เหมาะสมพบว่าฟิล์มที่เตรียมได้มีลักษณะเป็นแผ่นฟิล์มที่มีลักษณะเรียบสีชมพูซีดไม่ละลายน้ำ  เมื่อนำฟิล์มที่เตรียมได้ไปศึกษาความจำเพาะเจาะจงของการตรวจวัดไอออนโลหะที่ละลายอยู่ในน้ำนั้น พบว่าฟิล์มดังกล่าวมีความจำเพาะเจาะจงในการตรวจวัดไอออน Hg²⁺ ที่ละลายอยู่ในน้ำได้เป็นอย่างดี เนื่องจากมีเพียงไอออน Hg²⁺ เท่านั้นที่เปลี่ยนสีของฟิล์มจากสีชมพูซีดไปเป็นสีม่วง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดจากการที่ไอออน Hg²⁺ เกิดพันธะโคออร์ดิเนตโควาเลนต์กับลิแกนด์ L6G ที่อยู่ในฟิล์ม โดยลิแกนด์ L6G ใช้อะตอมของออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นอะตอมผู้ให้อิเล็กตรอนแล้วจึงเหนี่ยวนำให้เกิดการเปิดของวงสไปโรแลกแตม จึงทำให้แผ่นฟิล์มเปลี่ยนสีจากสีชมพูซีดไปเป็นสีม่วง จากการศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมฟิล์ม L6G  พบว่า ปริมาณของ CTA ที่เหมาะสมที่สุด คือ 0.2 กรัม จะได้ฟิล์มที่มีความใส และมีความหนาที่เหมาะสม ถ้ามีปริมาณของ CTA น้อยเกินไปจะได้ฟิล์มที่มีลักษณะบาง แต่ถ้ามีปริมาณ CTA สูงเกินไปจะทำให้ได้ฟิล์มที่หนาปริมาณของ TEHP ที่เหมาะสมที่สุด คือ  0.05 กรัม  โดยที่ถ้ามีปริมาณของ TEHP ที่มากเกินไปจะได้ฟิล์มที่มีลักษณะแข็งและด้านซึ่งส่งผลให้น้ำไม่สามารถซึมผ่านเข้าไปได้  สำหรับปริมาณของลิแกนด์ L6G ที่เหมาะสมที่สุดในการเตรียมฟิล์ม คือ 6.0 มิลลิกรัม เนื่องจากให้ค่าความเข้มสีสูงที่สุด ถ้ามีปริมาณของ L6G มากเกินไปฟิล์มที่จะได้จะมีลักษณะขุ่นไม่มีความเป็นเนื้อเดียวกัน  จากการศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการตรวจวัดไอออน Hg²⁺ ที่ละลายอยู่ในน้ำด้วยฟิล์ม L6G  พบว่าเวลาที่เหมาะสมในการแช่ฟิล์ม L6G ในสารละลายของไอออน Hg²⁺ คือ 180 นาที  pH เท่ากับ 5.0 โดยตรวจวัดที่ 0 นาที หรือหลังจากนำฟิล์ม L6G  ขึ้นมาจากสารละลาย ซับให้แห้ง แล้วทำการวัดความเข้มสีบนแผ่นฟิล์มทันที   โดยที่วัสดุดังกล่าวสามารถตรวจวัดความเข้มข้นของไอออน Hg²⁺ ที่มีความเป็นเส้นตรงในช่วงความเข้มข้นระหว่าง 1.0-10.0 ppm มีค่าขีดจำกัดการตรวจวัดเท่ากับ 0.51 ppm และปริมาณความเข้มข้นของไอออน Hg²⁺ ต่ำสุดที่สามารถตรวจวัดได้มีค่าเท่ากับ 1.66 ppm จากการศึกษาช่วงความเข้มข้นของไอออน Hg²⁺  ที่สัมพันธ์กับความเข้มสีของฟิล์มที่วัดได้มีความเป็นเส้นตรงมากที่สุดพบว่าอยู่ในช่วง 0-10 ppm  มีค่า R² = 0.9984 การศึกษาการศึกษาค่าขีดจำกัดการตรวจวัดและการศึกษาปริมาณเมอคิวรี (II) ไอออนต่ำสุดที่สามารถวัดได้ด้วยแผ่นฟิล์ม L6G พบว่ามีค่า  0.51 ppm และ 1.66 ppm ตามลำดับ

สรุปผลการวิจัย : ในงานวิจัยนี้ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ทางเคมีเชิงแสงในรูปแบบของแผ่นฟิล์มสำหรับการตรวจวัดไอออน Hg²⁺  ที่ละลายอยู่ในน้ำ โดยใช้ลิแกนด์โรดามีน 6G ไฮดราไซด์ (L6G) เป็นโมเลกุลเซ็นเซอร์ที่ผสมกับเซลลูโลสไตรอะซิเตตหรือ CTA ด้วยวิธี casting และมี THEP ทำหน้าที่เป็นพลาสติไซเซอร์   ชุดตรวจวัดที่เตรียมได้นี้มีลักษณะเป็นฟิล์มบางใสมีสีชมพูอ่อน  ไม่ละลายน้ำและมีความคงทนเมื่ออยู่ในน้ำ จากการศึกษาความจำเพาะเจาะจงในการตรวจวัดไอออนของโลหะชนิดต่างๆ ของฟิล์มที่เตรียมได้ พบว่าฟิล์มดังกล่าวมีความจำเพาะเจาะจงกับไอออน Hg²⁺ ได้เป็นอย่างดี  เนื่องจากมีเพียงไอออน Hg²⁺ เท่านั้นที่ทำให้สีของฟิล์มเปลี่ยนจากสีชมพูอ่อนไปเป็นสีม่วง  ในขณะที่ไอออนของโลหะชนิดอื่นๆ ไม่ส่งผลรบกวนการตรวจวัดแต่อย่างใด ซึ่งจะเห็นได้ว่าชุดตรวจวัดที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถตรวจวัดไอออน Hg²⁺ ที่ละลายอยู่ในน้ำได้ ข้อดีของการเตรียมฟิล์มเพื่อนำมาพัฒนาเป็นชุดตรวจวัดด้วยวิธีนี้คือมีวิธีการเตรียมที่ง่าย ไม่ต้องใช้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีราคาสูง