วิธีใช้สเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบ COD ในการทดสอบคุณภาพน้ำในห้องปฏิบัติการ?

ทำความเข้าใจพื้นฐานให้ถูกต้องก่อนเริ่มต้น

ความต้องการออกซิเจนทางเคมี หรือ COD เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ปรากฏอยู่เกือบทุกใบอนุญาตปล่อยน้ำเสีย และรายการตรวจสอบการติดตามสิ่งแวดล้อม โดยหลักการแล้ว COD วัดค่าปริมาณออกซิเจนที่เทียบเท่ากับสารอินทรีย์ในตัวอย่างน้ำที่สามารถถูกออกซิไดซ์ด้วยปฏิกิริยาทางเคมี ค่า COD ที่สูงขึ้นมักหมายถึงมลพิษจากสารอินทรีย์มากขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนการบำบัด ความสอดคล้องตามข้อกำหนดของหน่วยงานกำกับดูแล และสุขภาพของระบบนิเวศบริเวณปลายน้ำ .

เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์วัดค่า COD ใช้วิธีการวิเคราะห์แบบย่อยสลายด้วยความร้อนร่วมกับสเปกโตรโฟโตเมตรีแบบรวดเร็ว ซึ่งเป็นวิธีที่ปรับปรุงให้กระชับขึ้น โดยลดระยะเวลาการต้มกลับแบบดั้งเดิมที่ใช้เวลาสองชั่วโมงลงเหลือเพียงประมาณ 20 นาที หลักการนี้เรียบง่าย: ตัวอย่างน้ำจะถูกผสมกับโพแทสเซียมไดโครเมตในปริมาณที่ทราบค่าแล้วลงในหลอดย่อยสลายแบบปิด จากนั้นนำไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 165°C เป็นเวลา 15 ถึง 20 นาที แล้ววัดค่าการดูดกลืนแสงของ Cr⁶⁺ หรือ Cr³⁺ ด้วยสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่ความยาวคลื่นเฉพาะ ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงเป็นความเข้มข้นของ COD ในหน่วยมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/L)

แต่มีข้อควรระวังคือ การเป็นเจ้าของเครื่องมือกับการใช้งานเครื่องมืออย่างถูกต้องนั้นแตกต่างกันมาก ห้องปฏิบัติการหลายแห่งได้รับค่าผลลัพธ์ที่ไม่สม่ำเสมอไม่ใช่เพราะอุปกรณ์เสีย แต่เป็นเพราะผู้ปฏิบัติงานข้ามขั้นตอนสำคัญบางขั้นตอนไป

การตั้งค่าเครื่องมือและการทำการสอบเทียบครั้งแรก

ก่อนดำเนินการวิเคราะห์ตัวอย่างจริงใดๆ สเปกโตรโฟโตมิเตอร์จำเป็นต้องตั้งค่าให้พร้อมใช้งานอย่างเหมาะสม โดยวางเครื่องมือบนโต๊ะทำงานที่มั่นคง ปราศจากการสั่นสะเทือน และห่างจากแสงแดดโดยตรงและไอระเหยที่กัดกร่อน ส่วนใหญ่สเปกโตรโฟโตมิเตอร์สำหรับวัด COD แบบตั้งโต๊ะจะต้องใช้เวลาอบอุ่นเครื่องประมาณ 15 ถึง 30 นาทีก่อนใช้งาน เพื่อให้แหล่งกำเนิดแสงมีความเสถียรและรับประกันความแม่นยำของการวัด

การสอบเทียบเป็นขั้นตอนที่ห้องปฏิบัติการหลายแห่งมักเกิดข้อผิดพลาด ซึ่งเครื่องมือจะวัดค่าการดูดกลืนแสง (absorbance) แล้วแปลงค่าดังกล่าวเป็นความเข้มข้นของ COD โดยใช้กราฟมาตรฐานที่สร้างไว้ล่วงหน้า สำหรับสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เชิงพาณิชย์ที่ใช้วัด COD มักมาพร้อมวิธีการที่ได้รับการสอบเทียบจากโรงงานสำหรับช่วงค่าที่ใช้บ่อย เช่น 0–150 มก./ลิตร, 0–1500 มก./ลิตร หรือ 0–15000 มก./ลิตร อย่างไรก็ตาม ยังคงแนะนำให้ทำการสอบเทียบใหม่ด้วยสารมาตรฐานที่ได้รับรองแล้ว โดยเฉพาะเมื่อเปลี่ยนชุดสารเคมี (reagent lot) หรือหลังจากการบำรุงรักษาเครื่องมือ

นี่คือรายการตรวจสอบการสอบเทียบแบบย่อ:

1. เตรียมสารละลายมาตรฐาน COD อย่างน้อยสามถึงห้าชนิด ครอบคลุมช่วงค่าที่คาดว่าจะวัดได้

2. นำสารละลายมาตรฐานแต่ละตัวไปผ่านกระบวนการย่อยสลาย (digestion) ตามวิธีเดียวกับตัวอย่างจริง ทั้งในแง่ของอุณหภูมิและระยะเวลาในการย่อยสลาย

3. วัดค่าการดูดกลืนแสง (absorbance) ของสารละลายมาตรฐานแต่ละตัว แล้วนำมาสร้างกราฟความสัมพันธ์

4. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (R²) มีค่าไม่น้อยกว่า 0.995 ก่อนดำเนินการต่อ

การข้ามขั้นตอนนี้เป็นสาเหตุทั่วไปของความคลาดเคลื่อนเชิงระบบ แม้แต่กราฟเส้นโค้งการสอบเทียบจะเปลี่ยนแปลงเพียง 5% ก็อาจทำให้ตัวอย่างที่อยู่ในเกณฑ์พรมแดนล่วงเลยขีดจำกัดตามระเบียบข้อบังคับ หรือแย่กว่านั้น คือ ซ่อนการละเมิดที่แท้จริงไว้

การเตรียมตัวอย่างและการย่อยสลาย—ขั้นตอนสำคัญที่กำหนดผลลัพธ์

การเตรียมตัวอย่างมีบทบาทมากกว่าครึ่งหนึ่งของความสำเร็จในการวิเคราะห์ ตัวอย่างน้ำต้องมีความสม่ำเสมอ เพราะแขวนลอยสามารถกระจายแสงและรบกวนค่าการดูดกลืน สำหรับตัวอย่างที่มีเศษสิ่งสกปรกมองเห็นได้ อาจจำเป็นต้องทำการผสมให้สม่ำเสมอหรือกรอง อย่างไรก็ตาม การกรองอาจทำให้สารอินทรีย์บางส่วนที่จับตัวอยู่กับอนุภาคสูญหายไป ดังนั้นการเลือกวิธีการจึงขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของวิธีการทดสอบ

ความแม่นยำในการใช้ปิเปตมีความสำคัญมากกว่าที่หลายคนคิด ตัวอย่างขนาด 2.00 มล. จะถูกใส่ลงในหลอดย่อยสลายพร้อมกับสารย่อยสลาย จากนั้นปิดฝาหลอดให้แน่นแล้ววางลงในบล็อกย่อยสลายที่อุ่นไว้ล่วงหน้าที่อุณหภูมิ 165°C

การรบกวนจากคลอไรด์เป็นปัญหาที่ใหญ่ที่สุดในการวัดค่า COD ไอออนคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์โดยไดโครเมตเช่นเดียวกับสารอินทรีย์ ทำให้ผลการวัด COD สูงเกินจริง ระบบสารเคมีสำเร็จรูปส่วนใหญ่รวมสารปรอทซัลเฟตเพื่อปิดบังการรบกวนจากคลอไรด์ แต่วิธีนี้ใช้ได้ผลเฉพาะในระดับความเข้มข้นของคลอไรด์ที่ไม่เกินค่าหนึ่งเท่านั้น โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 2000 มก./ลิตร สำหรับตัวอย่างที่มีคลอไรด์สูง การเจือจางมักเป็นทางเลือกเดียวที่สามารถปฏิบัติได้จริง อย่างไรก็ตาม การเจือจางยังทำให้ความเข้มข้นของ COD ลดลงด้วย ซึ่งอาจทำให้ค่าต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจจับของวิธีการนั้น

โรงงานแห่งหนึ่งในภาคตะวันออกของประเทศจีนที่ดำเนินการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมซึ่งมีระดับคลอไรด์สูงอย่างสม่ำเสมอเกิน 3,000 มก./ลิตร ประสบปัญหานี้โดยตรง ห้องปฏิบัติการได้รับค่า COD สูงกว่าที่คาดการณ์ไว้ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับค่า BOD หลังจากวิเคราะห์อย่างละเอียด ทีมงานพบว่าสารเมอร์คิวรีซัลเฟตในชุดสารเคมีที่ใช้ไม่สามารถปิดบังปริมาณคลอไรด์ได้ครบถ้วน จึงเปลี่ยนไปใช้วิธีการแก้ไขค่าคลอรีน และเริ่มเจือจางตัวอย่างก่อนการย่อยสลายในอัตราส่วน 1:5 ค่า COD ที่ได้รับการปรับค่าแล้วลดลงสู่ช่วงที่คาดการณ์ไว้ และโรงงานสามารถหลีกเลี่ยงการฝ่าฝืนข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมได้หลายกรณีในไตรมาสนั้น .

การอ่านค่าการดูดกลืนแสงและการตีความข้อมูล

หลังการย่อยสลาย หลอดทดลองจะค่อยๆ เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์จะวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม คือ 440 นาโนเมตร สำหรับวิธีการวัดช่วงต่ำ (เพื่อวัด Cr⁶⁺) หรือ 600 นาโนเมตร สำหรับวิธีการวัดช่วงสูง (เพื่อวัด Cr³⁺) จากนั้นเครื่องมือจะเปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับกราฟการสอบเทียบ และแสดงค่าความเข้มข้นของ COD

สิ่งหนึ่งที่ทำให้ผู้ปฏิบัติงานใหม่รู้สึกประหลาดใจคือ ตัวอย่างเดียวกันอาจให้ค่าผลการวัดที่แตกต่างกันเล็กน้อยเมื่อวัดด้วยเครื่องมือต่างชนิดกัน หรือแม้แต่ด้วยเครื่องมือตัวเดียวกันในวันที่ต่างกัน ซึ่งไม่จำเป็นต้องหมายความว่าเครื่องมือเสียหาย — นี่เป็นลักษณะโดยธรรมชาติของการวัดด้วยสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ ปัจจัยต่าง ๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ อายุของสารเคมี และแม้แต่ความสะอาดของขวดสำหรับการย่อยสลาย ก็ล้วนก่อให้เกิดความแปรผันเล็กน้อย

วิธีมาตรฐาน HJ/T 399-2007 ระบุช่วงที่ยอมรับได้สำหรับตัวอย่างควบคุมคุณภาพ โดยทั่วไปคือภายใน ±10% ของค่าที่คาดหวัง การวิเคราะห์ตัวอย่างเปล่า (น้ำกลั่นผ่านกระบวนการทั้งหมด) และตัวอย่างควบคุมคุณภาพทุกชุดจะช่วยตรวจจับการแปรผันก่อนที่จะส่งผลต่อตัวอย่างจริง

การบำรุงรักษาตามกำหนดเพื่อรักษาความน่าเชื่อถือของข้อมูล

สเปกโตรโฟโตมิเตอร์วัดค่า COD ที่ไม่ได้รับการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอในที่สุดจะให้ผลข้อมูลที่ไม่มีใครไว้ใจได้ ชิ้นส่วนออปติก—ซึ่งเป็นส่วนที่วัดค่าการดูดกลืนแสงโดยตรง—จำเป็นต้องทำความสะอาดเป็นระยะ Dust หรือคราบสิ่งสกปรกบนที่วางหลอดเซลล์หรือหน้าต่างแหล่งกำเนิดแสงอาจทำให้เกิดการเลื่อนค่าพื้นฐาน ส่งผลต่อค่าการวัดทุกค่า

บล็อกการย่อยสลายก็ต้องได้รับการใส่ใจเช่นกัน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิอาจคลาดเคลื่อนไปตามระยะเวลาที่ใช้งาน และหากบล็อกทำงานที่อุณหภูมิสูงหรือต่ำกว่าปกติ 2 องศาเซลเซียส จะส่งผลต่อประสิทธิภาพของการย่อยสลาย ดังนั้นจึงควรตรวจสอบค่าอุณหภูมิเป็นประจำทุกปีโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์ที่ผ่านการรับรอง ซึ่งเป็นการลงทุนที่คุ้มค่าเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดเชิงระบบ

การจัดการสารเคมีก็เป็นอีกหนึ่งด้านที่มักถูกมองข้าม สารเคมีสำหรับการย่อยสลายประกอบด้วยกรดซัลฟูริกเข้มข้นและโพแทสเซียมไดโครเมต ซึ่งทั้งสองชนิดเป็นสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง หากเก็บสารเคมีไม่เหมาะสม หรือใช้งานเกินวันหมดอายุ จะทำให้กระบวนการย่อยสลายไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้ค่า COD ที่ได้มีค่าต่ำกว่าความเป็นจริงอย่างผิดพลาด หลักการง่ายๆ คือ ควรระบุวันที่เปิดขวดสารเคมีทุกขวดไว้ และติดตามจำนวนการทดสอบที่ดำเนินการด้วยสารเคมีแต่ละชุด

จุดเด่นของวิธีการนี้ — และจุดที่วิธีการนี้มีข้อจำกัด

วิธีการวัดค่า COD แบบเร่งด่วนโดยใช้สเปกโตรโฟโตเมตรี เป็นวิธีมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ค่า COD ทั่วไป เนื่องจากมีความรวดเร็ว ใช้สารเคมีในปริมาณน้อย และสามารถประมวลผลตัวอย่างจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ บล็อกการย่อยสลายตัวอย่างแบบเดี่ยวสามารถประมวลผลตัวอย่างได้พร้อมกัน 12–25 ตัวอย่าง จึงเหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการที่วิเคราะห์ตัวอย่างหลายสิบตัวอย่างต่อวัน

แต่วิธีนี้มีข้อจำกัดที่ชัดเจน ตัวอย่างที่มีความขุ่นสูงหรือมีสีเข้มจะรบกวนการวัดค่าการดูดกลืนแสง และผลลัพธ์ที่ได้มักไม่สามารถเปรียบเทียบโดยตรงกับวิธีการย่อยสลายแบบดั้งเดิมได้ โดยต้องคำนึงถึงความแตกต่างของเมทริกซ์ตัวอย่างด้วย สำหรับกรณีข้อพิพาทเชิงกฎระเบียบหรือการอนุญาตให้ตัดสิน วิธีการย่อยสลายด้วยไดโครเมต (HJ 828-2017) ยังคงเป็นมาตรฐานอ้างอิงที่ยอมรับกันทั่วไป .

วิธีการวัดด้วยสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ยังสมมุติว่าเมทริกซ์ของตัวอย่างมีความสม่ำเสมอค่อนข้างสูง ดังนั้นน้ำเสียจากอุตสาหกรรมที่มีองค์ประกอบซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้บ่อย อาจจำเป็นต้องมีการตรวจสอบความเหมาะสมของวิธีการเพิ่มเติมก่อนนำมาใช้เป็นประจำ สำหรับสถานที่ที่วิเคราะห์ตัวอย่างหลากหลายประเภท การรักษามาตรฐานทั้งสองวิธีไว้พร้อมกัน หรืออย่างน้อยก็ควรมีแผนสำรองสำหรับตัวอย่างที่มีปัญหา จะช่วยให้การดำเนินงานมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ข้อสรุปเชิงปฏิบัติสำหรับงานบนแท่นทดลอง

การได้รับข้อมูล COD ที่เชื่อถือได้จากสเปกโตรโฟโตมิเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับหลักปฏิบัติที่จำเป็นและไม่อาจละเลยได้หลายประการ ได้แก่ การสอบเทียบเครื่องเป็นประจำ การสังเกตการรบกวนจากคลอไรด์ การบำรุงรักษาเลนส์ออปติกและบล็อกการย่อยสลาย รวมทั้งห้ามไว้วางใจสารเคมีที่หมดอายุแล้ว เครื่องมือเองเป็นเพียงเครื่องมือช่วยเท่านั้น คุณภาพของข้อมูลขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งานมากกว่า

สำหรับห้องปฏิบัติการที่ต้องการปรับปรุงกระบวนการทดสอบ COD ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยไม่ลดทอนคุณภาพของข้อมูล เครื่องมือจากผู้ผลิตที่มีประวัติอันยาวนานและน่าเชื่อถือในการวิเคราะห์คุณภาพน้ำจะส่งผลต่อความแม่นยำของผลการวัดอย่างชัดเจน บริษัท Lianhua Meter ซึ่งมีประสบการณ์กว่าสี่ทศวรรษในการพัฒนาเครื่องมือวิเคราะห์ COD และมีการกระจายเครือข่ายในกว่า 22 มณฑลทั่วประเทศจีน นำเสนอสเปกโตรโฟโตมิเตอร์สำหรับวัด COD หลากหลายรุ่นที่ออกแบบมาเพื่อรองรับทั้งงานในห้องปฏิบัติการทั่วไปและงานภาคสนาม ความมุ่งมั่นของบริษัทต่อการควบคุมคุณภาพ รวมทั้งเครือข่ายบริการที่กว้างขวาง ทำให้ห้องปฏิบัติการสามารถดำเนินงานได้อย่างต่อเนื่องและราบรื่น แม้เมื่อเกิดปัญหาที่ไม่คาดฝัน .