ห น ้ า | 43 Sunil S. Suresh, Smita Mohanty, Sanjay K. Nayak. Composition analysis and characterization of waste polyvinyl chloride (PVC) recovered from data cables. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.08.033 Xuezhao Zheng a,b , Guobin Cai a,* , Jun Guo a,b , Wenjing Gao a,b , Yuan Huang a , Xin Tong a . https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102887 Yalong Wang a b, Ning Kang a, Jin Lin a, Shouxiang Lu a, Kim Meow Liew. On the pyrolysis characteristic parameters of four flame-retardant classes of PVC sheathless cable insulation materials. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2023.105901
ห น ้ า | 44 ภาคผนวก ก หลักการใช้งานเครื่องมือวิเคราะห์ FTIR-ATR และ TGA
ห น ้ า | 45 1. หลักการเทคนิค Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ปัจจุบันเครื่องอินฟาเรดสเปกโทรมิเตอร์จะเป็นแบบฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มหรือเครื่องFITR ซึ่งใช้หลักการการ ดูดกลืนสามารถวิเคราะห์ตัวอย่างได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส หลักการทำงานของเครื่อง FTIR คร่าว ๆ ดังนี้หลังจากให้ความร้อนช่วงอุณหภูมิ 1,000-8,000 o C กับแหล่งการเนิดรังสีแล้ว รังสีอินฟาเรดที่ถูกปล่อย ออกมาจะผ่านไปยังเซลล์ตัวอย่างทำให้ดูดกลืนรังสีตรงกับความถี่การสั่นหลักมูลของพันธะซึ่งความเข้มของ สัญญาณจะวิเคราะห์ด้วยเครื่องตรวจหา ได้ลักษณะเป็นคลื่น หลังจากประมวลผลโดยการแปลงฟูเรียร์ (Fourier transformation) จะเปลี่ยนเป็นเส้นสเปกตรัมความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มและความถี่ ภาพแสดง 1 ส่วนประกอบของเครื่องฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟาเรดสเปกโทรสโกป ข้อดีของเครื่อง FTIR 1. วิเคราะห์ตัวอย่างได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส 2. วิเคราะห์ตัวอย่างปริมาณน้อยหรือสารที่มีความเข้มข้นสูงได้ 3. มีอัตราส่วนสัญญาณต่อการรบกวนสูงกว่าเครื่องอินฟาเรดสเปกโทรมิเตอร์แบบกระจาย 4. วิเคราะห์องค์ประกอบของตัวอย่างได้รวดเร็ว 5. ได้สเปกตรัมที่มีการแยกชัดและไม่มีพื้นหลัง (background) 6. สามารถศึกษาสเปกตรัมได้ทั้งแบบสะท้อนและแบบดูดกลืนทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนด (specification) ของ เครื่องมือ ตัวอย่างสเปกตรัมแบบสะท้อน เช่น ฟิล์ม ยาง พลอย และแก้ว เป็นต้น 1.1 การวิเคราะห์โครงสร้างจากอินฟาเรดสเปกตรัม สามารถวิเคราะห์ได้ทั้งเชิงคุณภาพและปริมาณ ประเภทและสูตรโครงสร้างของสารอินทรีย์ เนื่องจากความถี่ ของการสั่น แต่ละพันธะเป็นค่าเฉพาะจึงสามารถวิเคราะห์หมู่ทำหน้าที่ของโมเลกุลได้
ห น ้ า | 46 โดยจพิจารณาแถบที่สำคัญในสเปกตรัมเท่านั้น โดยเฉพาะที่ช่วงความถี่ 1,000-4,000 cm-1 ซึ่งเป็นการสั่น แบบยืด ส่วนช่วงความถี่ 600-1,350 cm-1 จะเป็นการสั่นแบบงอ ซึ่งมีลักษณะลายบ่งชี้เฉพาะแต่พีกอาจ ซับซ้อนและสังเกตได้ยาก หลักการการวิเคราะห์โครงสร้างสารอินทรีย์ด้วยอินฟาเรดสเปกตรัมจะเริ่มจากแถบ ความถี่มากไปน้อย ภาพแสดง 2 ช่วงความถี่ของพันธะต่าง ๆ ในอินฟาเรดสเปกตรัม ลำดับการวิเคราะห์ 1. พิจารณาที่ช่วงความถี่ 3,000-4,000 cm-1 จะมีพีกปรากฏของพันธะ O-H พันธะ N-H พันธะ C H พันธะ =C-H หรือไวนิลโปรตอนหรือไม่ 2. พิจารณาที่ช่วงความถี่ 2,100-2,260 cm-1 จะมีพีกปรากฏของพันธะ C-C และพันธะ C-N หรือไม่ 3. กรณีมีพีกปรากฏที่ความถี่ใกล้ 3,000-3,100 cm-1 ของพันธะ =C-H หรือไวนิลโปรตอน ให้พิจารณาแถบที่ ช่วงความถี่ 1,800-2,000 cm-1 ด้วย กล่าวคือ ถ้ามีลายบ่งชี้ปรากฏจะแสดงถึง โครงสร้างมีส่วนอาโรมาติก แต่ ถ้าไม่มีลายบ่งชี้แสดงถึงโครงสร้างมีพันธะคู่ที่มีไวนิลโปรตอน 4. พิจารณาความถี่ของพันธะ C=O ซึ่งต้องพิจารณาร่วมกับความถี่ของพันธะอื่นด้วย เพื่อ ยืนยันประเภทของ สารประกอบคาร์บอนิล 5. เมื่อพิจารณาตามข้อ 1-4 ตามลำดับแล้ว ปรากฏว่าไม่มีพันธะใดปรากฏ โครงสร้างอาจเป็น สารประกอบ เฮโลเจนหรือสารประกอบซัลเฟอร์ เป็นต้น ซึ่งต้องพิจารณาความถี่ต่อไป
ห น ้ า | 47 ตาราง 1 IR SPECTRUM TABLE BY FREQUENCY RANGE Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 4000-3000 4000-3000 3700-3584 medium, sharp O-H stretching alcohol 3550-3200 strong, broad O-H stretching alcohol 3500 medium N-H stretching primary amine 3400 3400-3300 medium N-H stretching aliphatic primary amine 3330-3250 3350-3310 medium N-H stretching secondary amine 3300-2500 strong, broad O-H stretching carboxylic acid 3200-2700 weak, broad O-H stretching alcohol 3000-2800 strong, broad N-H stretching amine salt
ห น ้ า | 48 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 3000-2500 3333-3267 strong, sharp C-H stretching alkyne 3100-3000 medium C-H stretching alkene 3000-2840 medium C-H stretching alkane 2830-2695 medium C-H stretching aldehyde 2600-2550 weak S-H stretching Thiol 2400-2000 2400-2000 2349 strong O=C=O stretching carbon dioxide 2275-2250 strong, broad N=C=O stretching isocyanate 2260-2222 weak CΞN stretching nitrile 2260-2190 weak CΞC stretching alkyne 2175-2140 strong S-CΞN stretching thiocyanate
ห น ้ า | 49 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 2160-2120 strong N=N=N stretching azide 2150 C=C=O stretching ketene 2145-2120 strong N=C=N stretching carbodiimide 2140-2100 weak CΞC stretching alkyne 2140-1990 strong N=C=S stretching isothiocyanate 2000-1900 medium C=C=C stretching allene 2000 C=C=N stretching ketenimine 2000-1650 2000-1650 2000-1650 weak C-H bending aromatic compound 1870-1540 1818 strong C=O stretching anhydride 1750 1815-1785 strong C=O stretching acid halide
ห น ้ า | 50 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1775 strong C=O stretching conjugated anhydride 1720 1770-1780 strong C=O stretching vinyl / phenyl ester 1760 strong C=O stretching carboxylic acid 1750-1735 strong C=O stretching esters 1750-1735 strong C=O stretching δ-lactone 1745 strong C=O stretching cyclopentanone 1740-1720 strong C=O stretching aldehyde 1730-1715 strong C=O stretching α,β-unsaturated ester 1725-1705 strong C=O stretching aliphatic ketone 1720-1706 strong C=O stretching carboxylic acid 1710-1680 strong C=O stretching conjugated acid
ห น ้ า | 51 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1710-1685 strong C=O stretching conjugated aldehyde 1690 strong C=O stretching primary amide 1690-1640 medium C=N stretching imine / oxime 1685-1666 strong C=O stretching conjugated ketone 1680 strong C=O stretching secondary amide 1680 strong C=O stretching tertiary amide 1650 strong C=O stretching δ-lactam 1670-1600 1670-1600 1678-1668 weak C=C stretching alkene 1675-1665 weak C=C stretching alkene 1675-1665 weak C=C stretching alkene
ห น ้ า | 52 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1662-1626 medium C=C stretching alkene 1658-1648 medium C=C stretching alkene 1650-1600 medium C=C stretching conjugated alkene 1650-1580 medium N-H bending amine 1650-1566 medium C=C stretching cyclic alkene 1648-1638 strong C=C stretching alkene 1620-1610 strong C=C stretching α,β-unsaturated ketone 1600-1300 1600-1300 cm-1 1550-1500 strong N-O stretching nitro compound 1372-1290 1465 medium C-H bending alkane 1450 medium C-H bending alkane
ห น ้ า | 53 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1375 1390-1380 medium C-H bending aldehyde 1385-1380 medium C-H bending alkane 1370-1365 1400-1000 1400-1000 1440-1395 medium O-H bending carboxylic acid 1420-1330 medium O-H bending alcohol 1415-1380 strong S=O stretching sulfate 1200-1185 1410-1380 strong S=O stretching sulfonyl chloride 1204-1177 1400-1000 strong C-F stretching fluoro compound 1390-1310 medium O-H bending phenol
ห น ้ า | 54 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1372-1335 strong S=O stretching sulfonate 1195-1168 1370-1335 strong S=O stretching sulfonamide 1170-1155 1350-1342 strong S=O stretching sulfonic acid 1350-1300 strong S=O stretching sulfone 1160-1120 1342-1266 strong C-N stretching aromatic amine 1310-1250 strong C-O stretching aromatic ester 1275-1200 strong C-O stretching alkyl aryl ether 1075-1020 1250-1020 medium C-N stretching amine 1225-1200 strong C-O stretching vinyl ether
ห น ้ า | 55 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 1075-1020 1210-1163 strong C-O stretching ester 1205-1124 strong C-O stretching tertiary alcohol 1150-1085 strong C-O stretching aliphatic ether 1124-1087 strong C-O stretching secondary alcohol 1085-1050 strong C-O stretching primary alcohol 1070-1030 strong S=O stretching sulfoxide 1050-1040 strong, broad CO-O-CO stretching anhydride 1000-650 1000-650 995-985 strong C=C bending alkene 915-905 980-960 strong C=C bending alkene 895-885 strong C=C bending alkene
ห น ้ า | 56 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 850-550 strong C-Cl stretching halo compound 840-790 medium C=C bending alkene 730-665 strong C=C bending alkene 690-515 strong C-Br stretching halo compound 600-500 strong C-I stretching halo compound 900-700 900-700 880 ± 20 strong C-H bending 1,2,4-trisubstituted 810 ± 20 880 ± 20 strong C-H bending 1,3-disubstituted 780 ± 20 (700 ± 20) 810 ± 20 strong C-H bending 1,4-disubstituted or 1,2,3,4tetrasubstituted
ห น ้ า | 57 Frequency Range (cm-1 ) Absorption (cm-1 ) Appearance Group Compound Class 780 ± 20 strong C-H bending 1,2,3-trisubstituted (700 ± 20) 755 ± 20 strong C-H bending 1,2-disubstituted 750 ± 20 strong C-H bending monosubstituted 700 ± 20 benzene derivative 1.1 หลักการของเทคนิค Attenuated Total Reflectance (ATR) ATR เป็นเทคนิคที่ใช้วิเคราะห์สารตัวอย่างที่เป็นของแข็งของเหลวของแข็งกึ่งเหลว แผ่นฟิล์ม บาง ๆ ซึ่ง สารตัวอย่างเหล่านี้ ได้แก่ พอลิเมอร์ หมึกหรือสารเคลือบบนกระดาษ วัสดุเคลือบสิ่งทอ สีทา วัสดุเหลว คล้ายแป้งเปียก หนัง เนื้อเยื่อ วัสดุที่ทึบแสง หลักการของเทคนิคนี้ คือ เมื่อลำแสงอินฟราเรดของเครื่อง FTIR เดินทางไปยังผลึก crystal ของเครื่อง ATR ซึ่งมีความหนาแน่นสูง (มีดรรชนีหักเหสูง) ถูกส่งยังตัวอย่างที่มี ความหนาแน่นต่ำกว่า (มีดรรชนีหัก เหต่ำกว่า) บางส่วนของคลื่นอินฟราเรดที่ตกกระทบจะถูกสะท้อนและการ สะท้อนเพิ่ม มากขึ้นเมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้นจนกระทั้งมุมตกกระทบเท่ากับมุมวิกฤต (critical angle) คลื่น อินฟราเรดที่ตกกระทบจะไม่หักเหแต่จะสะท้อนกลับหมด (total reflected) ที่ตรงผิวรอยต่อระหว่าง ตัวกลาง ทั้งสองและพบว่าลำแสงจะทะลุตรงผิวรอยต่อระหว่างงตัวกลางทั้งสองนั้น (evanescent wave) โดยพลังงาที่ สะท้อนออกมาจะถูกวัดค่าไว้และแสดงออกมาในรูปสเปกตรัม (เบญจพร พรมล, 2556) 2.1 Thermogravimetric Analysis (TGA) เป็นเทคนิคที่วิเคราะห์ด้วยยการวัดมวลที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับอุณหภูมิที่และเวลาใดๆ ตามที่ โปรแกรมได้กำหนดไว้ในการวิเคราะห์สามารถทำได้3 รูปแบบดังนี้
ห น ้ า | 58 2.1.1 แบบ Isothermal Thermogravimeter วิธีนี้จะเป็นการวัดมวลสารตัวอย่างกับ เวลาที่อุณหภูมิคงที่ตัวอย่างจนได้มวลที่คงที่ในแต่ละชุดเมื่อใช้อุณหภูมิที่ เพิ่มขึ้น ภาพแสดง 3 วิธีการวัดแบบ Isothermal Thermogravimeter 2.2.2 แบบ Quasi-Isothermal Thermogravimeter วิธีนี้จะเป็นการเผาสาร ภาพแสดง 3 วิธีการวัดแบบ Quasi- Isothermal Thermogravimeter 2.2.3 แบบ Dynamic thermogravimetry วิธีนี้สารตัวอย่างจะถูกเผาในสภาวะ แวดล้อมที่แตกต่างกันหลายหลายอุณหภูมิที่อัตราคงที่ศึกษามาก่อน ซึ่งวิธีที่ 3 เป็นวิธีที่นิยมกันแพร่หลายและ นําไประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางในการศึกษาสมบัติของสารตัวอย่าง ภาพแสดง 4 วิธีการวัดแบบ Dynamic thermogravimetry
ห น ้ า | 59 2.3 องค์ประกอบเครื่อง Thermogravimetric Analysis (TGA) เครื่อง Thermogravimetric Analysis มีสวนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน คือ เครื่องชั่ง เตาเผา และส่วนควบคุมการทำงานของระบบ ภาพแสดง 5 ไดอะแกรมเครื่องและเครื่องชั่งสำหรับการวางสารตัวอย่างThermogravimetric Analysis (TGA) 1. เตาเผา (Furnace) เตาเผาที่ใช้ในเครื่อง Thermogravimetric Analysis มี 2 ช่วง อุณหภูมิ ระหว่าง ช่วง อุณหภูมิห้อง – 1000 องศาเซลเซียส และ ช่วงอุณหภูมิห้องถึง -1500 องศาเซลเซียส โดยขึ้นกับวัสดุ ที่นํามาเป็นเตาเผา เตาเผาที่ดีมีสมบัติที่เฉื่อยต่อการทำปฏิกิริยาทุกช่วงอุณหภูมิ เช่น เซรามิกส์ อลูมิน่า มูลไลน์ผสมแก้วซิลิก้า เป็นต้น 2. เครื่องชั่ง (Balances) เครื่องชั่งไฟฟ้าในระบบเครื่องThermogravimetric Analysis เป็น เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีสภาพไวต์อการเปลี่ยนของน้ำหนัก เมื่อมีการเพิ่มหรือลดของน้ำหนักของ สาร ตัวอย่างโดยเครื่องชั่งมีความละเอียดถึง 1 mg โดยทั่วไปมีการบรรจุสารตัวอย่างน้ำหนัก ในช่วง 5-50 mg เครื่องชั่งสำหรับวางสารตัวอย่างนั้นมีด้วยกัน 3 แบบ ดังภาพโดยแต่ละแบบนั้นมีข้อดีข้อเสียที่คล้ายคลึงกัน ขึ้นอยู่กับบริษัทผู้ผลิตออกแบบและพัฒนามีวัตถุประสงค์ที่สำคัญ คือ ตัวอย่างที่วางในเครื่องชั่งนั้นจะต้องได้รับ ความร้อนอย่างทั่วถึง สม่ำเสมอ และวัสดุที่นํามาทำเครื่องชั่งต้องเป็นวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนต่อสารเคมีและ ไอสารเคมีที่เกิดจากการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูง เช่น แก้สคลอรีน แก้สซัลเฟอร์เป็นต้น
ห น ้ า | 60 3. ชุดควบคุมการทำงานและเครื่องบันทึกสัญญาณ ปัจจุบันเครื่องบันทึกและแปลผลการ วิเคราะห์ใช้คอมพิวเตอร์PC ที่ติดตั้งโปรแกรมการ ควบคุมการทำและบันทึกผลไว้เพื่อจัดเก็บข้อมูลที่ได้จาก การวิเคราะห์โปรแกรมที่ถูกออกแบบมา ให้มีความสามารถในการคํานวณผลการวิเคราะห์และแสดงผลใน รูปแบบต่างๆ เช่น การหา TG การ หาการคํานวณหาร้อยละการสูญเสียโดยน้ำาหนัก เป็นต้น
ห น ้ า | 61 ประวัติผู้วิจัย ชื่อ-สกุล นางสาวจารวี รัตนานพ สถานที่เกิด โรงพยาบาลสมเด็จพระบรมราชเทวี ณ ศรีราชา จังหวัดชลบุรี เกิดเมื่อ วันอาทิตย์ ที่ 11 เดือน กุมภาพันธ์ 2544 ภูมิลำเนา บ้านเลขที่ 128 หมู่ 7 ชื่อหมู่บ้านทรัพย์ไพรวัลย์ ตำบลแก่งโสภา อำเภอวังทอง จังหวัดพิษณุโลก 65220 ประวัติการศึกษา พ.ศ. 2555 สำเร็จการศึกษาชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 โรงเรียนพิณพลราษฎร์ ตั้งตรงจิตร 12 อำเภอวังทอง จังหวัดพิษณุโลก พ.ศ. 2558 สำเร็จการศึกษาชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น โรงเรียนเซนต์นิโกลาส อำเภอเมือง จังหวัดพิษณุโลก พ.ศ. 2562 สำเร็จการศึกษาชั้นมัธยมตอนปลาย โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ภาคเหนือ อำเภอเมือง จังหวัดพิษณุโลก พ.ศ. 2563 นิสิตชั้นปีที่ 1 คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร พ.ศ. 2563 - ปัจจุบัน กำลังศึกษาระดับปริญญาตรี คณะวิทยาศาสตร์ สาขาเคมี มหาวิทยาลัยมหาสารคาม จังหวัดมหาสารคาม เบอร์โทร 082-614-5556 E-mail [email protected]