การวิเคราะห์โมเลกุลของสารต่างๆ อาจถือเป็นเรื่องยากในอดีต เนื่องจากสสารในระดับโมเลกุลและอะตอมนับว่าเป็นองค์ประกอบย่อยของสารที่มีขนาดเล็กที่สุด แต่ปัจจุบันนี้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทำให้เกิดเครื่องมือหลากหลายชนิดที่ถูกพัฒนามาเพื่อจุดประสงค์นี้
Mass Spectrometry คือหนึ่งในเทคโนโลยีที่เข้ามามีบทบาทในการศึกษาและวิเคราะห์องค์ประกอบของโมเลกุลของสารที่เราต้องการได้อย่างละเอียดและแม่นยำ ถือเป็นเทคนิคสำคัญในการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของสารที่นิยมใช้ในเชิงวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม โดยบทความนี้จะกล่าวถึงเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ หลักการทํางานของมัน รวมถึงประโยชน์และข้อจำกัดต่างๆ ของเทคนิคนี้ในการนำมาใช้วิเคราะห์สาร เพื่อสร้างความเข้าใจและเป็นประโยชน์สำหรับผู้ที่กำลังศึกษาหรือสนใจใช้งานเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์อย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพสูงสุด
สารบัญบทความ
- Mass Spectrometry คืออะไร?
- หลักการทำงานของ Mass Spectrometry
- ส่วนประกอบของเครื่อง Mass Spectrometer
- ประโยชน์ของ Mass Spectrometry และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ
- ข้อจำกัดของ Mass Spectrometry ที่ควรรู้มีอะไรบ้าง
- สรุป Mass Spectrometry คืออะไร? เหมาะสำหรับใคร?
Mass Spectrometry คืออะไร?
ที่มา: https://pico.co.th/th/product/prima-bt-bench-top-mass-spectrometer/
Mass Spectrometry คือ เทคนิคที่ถูกพัฒนามาเพื่อใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีภายในสารที่ต้องการศึกษา โดยการทำให้สารนั้นแตกตัวออกเป็นประจุไอออน และวิเคราะห์ไอออนเหล่านั้น เพื่อแปลงค่าออกมาเป็นหน่วยอัตราส่วน mass to charge ratio หรือ ขนาดมวลต่อประจุ (m/z) ในขณะที่ Mass Spectrometer คือ เครื่องที่ใช้ในการวัดค่ามวลของสารด้วยเทคนิคดังกล่าวนั่นเอง
หลักการทำงานของ Mass Spectrometry
หลักการทำงานของ Mass Spectrometry คือการนำสารตัวอย่างมาผ่านกระบวนการภายในเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ โดยสารตัวอย่างจะถูกทำให้เกิดประจุ และแตกตัวออกเป็นไอออน ซึ่งกระบวนการที่ทำให้สารได้รับพลังงานจนแตกตัวเป็นไอออน (กระบวนการ ionization) สามารถทำได้หลายวิธีการขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของสารตัวอย่างที่ใช้ หลังจากนั้น ไอออนเหล่านี้จะถูกนำมาคัดแยก, วัดค่าน้ำหนักของโมเลกุล รวมไปถึงรูปแบบการแตกตัว และขนาดมวลต่อประจุ (m/z) ของตัวอย่างที่นำมาศึกษานั่นเอง
โดยเครื่องแมสสเปกโตมิเตอร์ หลักการทํางานยังสามารถแบ่งแยกย่อยได้อีกหลายประเภท ขึ้นอยู่กับเทคนิค Ionization ที่แตกต่างกัน เพื่อศึกษาโมเลกุลตัวอย่างในสถานะที่ต่างกันออกไป เช่น
- MALDI TOF คือ เทคนิคที่เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ โดยเฉพาะสารจำพวกโปรตีน และไขมัน
- Liquid Chromatography Mass Spectrometry คือ เทคนิคที่สามารถนำมาใช้ได้กับโมเลกุลที่มีคุณสมบัติหลากหลาย โดยเฉพาะสารประกอบอินทรีย์ที่มีขนาดเล็ก
- Gas Chromatography คือ เทคนิคที่เหมาะสำหรับการศึกษาตัวอย่างประเภทสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs)
จะเห็นได้ว่าหลักการ Mass Spectrometer ได้ถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง จนสามารถวิเคราะห์โครงสร้างของโมเลกุลได้หลากหลายรูปแบบ จึงเป็นเทคนิคที่มีความสำคัญในการศึกษาโครงสร้างทางเคมีของสารในหลากหลายอุตสาหกรรม และถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน
ส่วนประกอบของเครื่อง Mass Spectrometer
หลังจากที่ได้ทำความรู้จักกันแล้วว่าเทคนิค Mass Spectrometry คืออะไร เรามาดูส่วนประกอบของเครื่อง Mass Spectrometer กันดีกว่า ว่ามีองค์ประกอบหลักอะไรบ้าง
1. Ionization Source หรือ Ionizer
ส่วนแรกของ Mass Spectrometry คือ Ionization Source หรือ Ionizer ซึ่งเป็นส่วนที่โมเลกุลจะถูกเปลี่ยนสภาพเป็นประจุไอออนด้วยกระบวนการ ionization โดยการส่งกระแสอิเล็กตรอนเข้าไป ทำให้โมเลกุลของสารตัวอย่างแตกตัว (fragmentation) กลายเป็นไอออนที่มีประจุ หลังจากที่ใส่ตัวอย่างเข้าไปในเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ เพื่อให้อยู่ในสถานะที่สามารถนำไปวิเคราะห์ต่อได้ตามหลักการ Mass Spectrometer
2. Mass Analyzer
หลังจากที่โมเลกุลได้แตกตัวออกมาเป็นไอออนแล้ว โมเลกุลไอออนเหล่านั้นจะถูกส่งต่อมายังท่อ Mass Analyzer หรือส่วนวิเคราะห์มวล ซึ่ง Mass Analyzer จะทำหน้าที่ในการคัดแยกมวลต่อประจุของโมเลกุลไอออนที่แตกต่างกัน (โดยตั้งแต่ส่วนของ ionizer จนถึงส่วนนี้จะมีสถานะเป็นสูญญากาศ)
เริ่มจากการแยกประจุไอออนลบออกไปจากไอออนบวก ซึ่งไอออนบวกแต่ละโมเลกุลที่แตกตัวออกมาจะถูกแบ่งแยกออกจากกันขึ้นอยู่กับขนาดมวลต่อประจุ (m/z) ที่แตกต่างกัน โดยจะต้องผ่านสนามแม่เหล็กในส่วนของ Mass Analyzer ที่จะส่งผลให้ไอออนแต่ละขนาดเกิดการเบี่ยงเบนไปด้วยองศาที่แตกต่างกัน
3. Ion Detector
และองค์ประกอบส่วนสุดท้ายของ Mass Spectrometry คือ Ion Detector ซึ่งจะทำหน้าที่ในการรับสัญญาณไอออนแล้วแปลงมาเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อนำข้อมูลมาวิเคราะห์ต่อได้ โดย Ion Detector จะทำการประมวลผลข้อมูลออกมาเป็นสัดส่วนความหนาแน่นของโมเลกุลที่มีค่ามวลต่อประจุ (m/z) แตกต่างกัน จากตัวอย่างที่ทำการทดสอบ หรือที่เรียกกันว่าแผนผัง Mass Spectrum
ประโยชน์ของ Mass Spectrometry และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ
Mass Spectrometry คือเทคนิคทางวิทยาศาสตร์ที่ฟังก์ชันการใช้งานหลากหลาย สามารถนำมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ โดยเฉพาะในเชิงอุตสาหกรรมหลายภาคส่วนที่ต้องการศึกษาวิจัยองค์ประกอบและโครงสร้างของโมเลกุลอย่างละเอียดและแม่นยำ ยกตัวอย่างประโยชน์ของแมสสเปกโทรมิเตอร์ เช่น
- การตรวจวัดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ – เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ต้องมีการตรวจสอบคุณภาพสินค้าในระดับโครงสร้างโมเลกุลเชิงลึก เช่น กลุ่มอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม, อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ เพื่อตรวจสอบความคงที่และความบริสุทธิ์ของสารประกอบในผลิตภัณฑ์
- การผลิตและพัฒนาด้านเภสัชกรรม – แมสสเปกโทรมิเตอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งยวดในการศึกษาวิจัยและพัฒนายา เพราะสามารถใช้ในการวิเคราะห์ตรวจสอบองค์ประกอบของตัวยาและเมแทบอไลท์ รวมไปถึงการควบคุมสิ่งเจือปนอื่นๆ ที่อาจพบในสารประกอบของยา
- การวิเคราะห์เชิงปิโตรเคมี – Mass Spectrometry คือเทคนิคที่อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมีใช้ในการวิเคราะห์น้ำมันดิบและผลิตภัณฑ์อื่นๆ จากน้ำมันดิบ เพื่อจำแนกโครงสร้างของไฮโดรคาร์บอน รวมไปถึงการตรวจจับสารปนเปื้อนและช่วยควบคุมกระบวนการกลั่นน้ำมันได้อีกด้วย
- การสำรวจมลพิษทางสิ่งแวดล้อม – สามารถเก็บตัวอย่างจากสิ่งแวดล้อมเพื่อตรวจสอบและควบคุมมลพิษของบริเวณที่ต้องการได้ สามารถตรวจพบสิ่งปนเปื้อนได้อย่างแม่นยำ เพื่อต่อยอดให้เกิดแนวทางการป้องกันและควบคุมมลพิษในพื้นที่เป้าหมายได้อย่างถูกต้องและตรงจุด
>> อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับกับการตรวจจับก๊าซในโรงงานอุตสาหกรรมได้ที่ Gas Detector คืออะไร?
ข้อจำกัดของ Mass Spectrometry ที่ควรรู้มีอะไรบ้าง
ถึงแม้ว่า Mass Spectrometry คือเทคนิคที่สามารถวิเคราะห์สารประกอบของตัวอย่างทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพได้อย่างละเอียด แต่เทคนิคนี้ก็ยังมีข้อจำกัดบางอย่างที่ควรทราบสำหรับผู้ที่กำลังสนใจสิ่งซื้อเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์มาใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมของตนเอง ยกตัวอย่างเช่น
- ราคา – อย่างที่ทราบกันดีว่าเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์อาจมีราคาที่ค่อนข้างสูง จึงไม่เหมาะสำหรับห้องปฏบัติการณ์ขนาดเล็กหรืออุตสาหกรรมครัวเรือน
- ความชำนาญในการใช้ – ผู้ใช้งานเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์จะต้องเป็นผู้ที่มีความรู้ความเข้าใจในการใช้งาน, การติดตั้ง, การดูแลรักษา และการอ่านประเมินผล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีบุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญในด้านเคมีวิเคราะห์โดยเฉพาะ
- การเตรียมสารตัวอย่าง – การเตรียมสารตัวอย่างเพื่อนำมาวิเคราะห์ อาจต้องใช้เวลาในการเตรียมก่อนนำมาใช้งาน โดยเฉพาะตัวอย่างที่มีคุณลักษณะเป็นของแข็ง (solid) อาจต้องทำให้กลายเป็นของเหลวหรือก๊าซก่อน
สรุป Mass Spectrometry คืออะไร? เหมาะสำหรับใคร?
Mass Spectrometry คือเทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบของโมเลกุลที่ต้องการศึกษา สามารถทำให้ผู้ศึกษาได้ทราบถึงค่ามวลต่อประจุ (m/z) ของโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ เป็นเทคนิคที่นิยมมาประยุกต์ใช้ได้กับหลากหลายอุตสาหกรรม อาทิเช่น อุตสาหกรรมอาหารและยา, อุตสาหกรรมปิโตรเคมี, เภสัชกรรม, เคมีภัณฑ์ และอื่นๆ อีกมากมาย
ทั้งนี้ผู้ที่สนใจควรศึกษารายละเอียดข้อมูลก่อนการตัดสินใจเลือกซื้อเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ให้เหมาะสมกับอุตสาหกรรมของคุณ PICO เป็นตัวแทนจำหน่ายเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์คุณภาพดี สามารถวัดค่าได้ละเอียด แม่นยำ และใช้งานได้อย่างปลอดภัย มีหลายรุ่นหลายขนาดให้เลือกเพื่อตอบโจทย์ทุกธุรกิจของคุณ
สนใจสอบถามรายละเอียดหรือรับคำปรึกษาเกี่ยวกับเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ หรืออุปกรณ์สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมประเภทอื่นๆ อีกมากมาย ได้ที่:
- บริษัท เพทโทร-อินสตรูเมนท์ จำกัด (สำนักงานใหญ่)
- ที่อยู่ : เลขที่ 7/409 ซอยวิภาวดีรังสิต 36 ถนนวิภาวดีรังสิต แขวงจตุจักร เขตจตุจักร กรุงเทพมหานคร 10900 (ประเทศไทย)
- เวลาทำการ : จันทร์-ศุกร์ เวลา 08:30-17:30 น. (ยกเว้นเสาร์-อาทิตย์ และวันนักขัตฤกษ์)
- Tel : (+66)2-939-5711, (+66)2-513-2333
- Email : marketing@pico.co.th
- Facebook : https://www.facebook.com/Petro.Instruments/
