การสังเคราะห์และศึกษาคุณลักษณะของสารอนุพันธ์แนฟทาลิก แอนไฮไดรด์ เพื่อใช้เป็นสารอินทรีย์ในอุปกรณ์เปล่งแสง

40 ภาคผนวก ข วิธีการคำนวณ 1. การคำนวณการเตรียมสารละลายออกทิลลามีน 1.1 จำนวนโมลของ 4-ไนโตร-1,8-แนฟทาลิกแอนไฮไดรด์(มวลโมเลกุล 243.17 กรัมต่อโมล) คำนวณจำนวนโมลจากมวล 0.200 กรัมของ 4-ไนโตร-1,8-แนฟทาลิกแอนไฮไดรด์ มวลของสาร(กรัม) มวลโมเลก ุ ล(กรัมต่อโมล) = 0.2000(กร ั ม) 243.17(กร ั ม) = 4 8.2244 10− = ดังนั้นจำนวนโมลของ 4-ไนโตร-1,8-แนฟทาลิกแอนไฮไดรด์เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล 1.2 จำนวนโมลของออกทิลลามีน 1 eq 1 eq 1 eq จากปฏิกิริยา 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์1 eq ทำปฏิกิริยาพอดีกับออกทิลลามีน 1 eq เมื่อ 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์1 eq ได้เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล ดังนั้นออกทิลลามีน 1 eq ได้เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล 1.3 ปริมาณของออกทิลลามีน (กรัม) (มวลโมเลกุล 129.24 กรัมต่อโมล) คำนวณมวลจากโมล 4 8.2244 10− ของออกทิลลามีน มวลของสาร(กรัม) โมล มวลโมเลกุล(กรัมต่อโมล) = ดังนั้นออกทิลลามีนมีมวลเท่ากับ 0.1069 กรัม 4 มวลของสาร 129.24(กร ั มต ่ อโมล) 8.2244 10 (โมล) − = มวลของสาร= 0.1069กร ั ม โมล โมล โมล 4-Nitro-1,8-naphthalic Anhydride Octylamine 4-Octylamino-1,8-naphthalic anhydride

41 1.4 ปริมาตรของออกทิลลามีน (มิลลิลิตร) (ความหนาแน่น 0.781 กรัมต่อมิลลิลิตร) คำนวณปริมาตรจากมวล 0.1069 กรัมของออกทิลลามีน มวลของออกทิลามีน(กรัม) ความหนาแน่น(กรัมต่อมิลลิตร) ปริมาตรของออกทิลามีน(มิลลิลิตร) มวลของออกทิลามีน(กรัม) ปริมาตรของออกทิลามีน ความหนาแน่น(กรัมต่อมิลลิตร) 0.1069(กรัม) ปริมาตรของออกทิลามีน 0.781(กรัมต่อมิล = = = ลิตร) ปริมาตรของออกทิลามีน = 0.1369มิลลิลิตร ดังนั้นต้องใช้สารละลายออกทิลลามีนปริมาตร 0.1369 มิลลิลิตร ถึงจะทำปฏิกิริยาพอดีกับ 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์ 2. การคำนวณหาสารกำหนดปริมาณ 2.1 จำนวนโมลของ 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล 2.2 จำนวนโมลของออกทิลลามีน (มวลโมเลกุล 129.24 กรัมต่อโมล) คำนวณจำนวนโมลจากมวล 0.1069 กรัมของออกทิลลามีน มวลของสาร(กรัม) มวลโมเลก ุ ล(กรัมต่อโมล) = 0.1069(กรัม) 129.24(กรัม) = 4 8.2730 10− = โมล ดังนั้นจำนวนโมลของออกทิลลามีน เท่ากับ 4 8.2730 10− โมล 1 โมล 1 โมล 1 โมล โมลออกทิลลามีน โมลออกทิลลามีน โมลออกทิลลามีน 4-Nitro-1,8-naphthalic Anhydride Octylamine 4-Octylamino-1,8-naphthalic anhydride

42 จากปฏิกิริยา 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์1 โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับออกทิลลามีน 1 โมล 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์ 4 8.2244 10− โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับออกทิลลามีน 4 8.2730 10− โมลเมื่อมีออกทิลลามีน 4 8.2730 10− โมล ซึ่งมากเกินพอ ทำให้เหลือออกทิลลามีน 6 4.86 10− โมล ดังนั้น 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอนไฮไดรด์จึงเป็นสารกำหนดปริมาณ 3. การคำนวณปริมาณสารผลิตภัณฑ์ 3.1 จำนวนโมลของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ จากปฏิกิริยา 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์1 โมล ทำให้เกิด 4-ออกทิลลามิโน-1,8- แนพทาลิก แอนไฮไดรด์1โมล เมื่อ 4-ไนโตร-1,8-แนพทาลิกแอน ไฮไดรด์ 1 โมล ได้เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล ดังนั้น 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เท่ากับ 4 8.2244 10− โมล 3.2 ปริมาณของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ (กรัม) (มวลโมเลกุล 325.408 กรัมต่อโมล) คำนวณมวลจากโมล 4 8.2244 10− ของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ มวลของสาร(กรัม) จ านวนโมล มวลโมเลก ุ ล(กรัมต่อโมล) = ดังนั้น 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์มีมวลเท่ากับ 0.2676 กรัม 4 มวลของสาร 325.408(กร ั มต ่ อโมล) 8.2244 10 (โมล) − = มวลของสาร =0.2676(กร ั ม)

43 4. การคำนวณผลผลิตร้อยละ คำนวณจากปริมาณผลผลิตที่ได้จากการทดลอง และผลผลิตตามทฤษฎีของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8- แนพทาลิก แอนไฮไดรด์คือ 0.2047 และ0.2676 กรัม ตามลำดับ ผลผลิตที่ได้จากการทดลอง ผลผลิตร้อยละ 100% ผลผลิตตามทฤษฏี 0.2047(กรัม) ผลผลิตร้อยละ 100% 0.2676(กรัม) ผลผลิตร้อยละ 76.49% = = = ดังนั้น ผลผลิตร้อยละของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เท่ากับ 76.49 5. การคำนวณความเข้มข้นการเตรียมสารละลาย 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ ในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคยูวี- วิสิเบิล สเปกโทรสโกปี 5.1 จำนวนโมลของ4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์(มวลโมเลกุล 325.408 กรัมต่อโมล) คำนวณจำนวนโมลจากการนำมวลของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์มาปริมาณ 0.0022 กรัม มวลของสาร(กรัม) มวลโมเลก ุ ล(กรัมต่อโมล) = 0.0022(กร ั ม) 325.408(กร ั ม) = 6 6.7607 10− = ดังนั้นจำนวนโมลของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เท่ากับ 6.7607 × 10-6 โมล เมื่อ 1 โมล เท่ากับ 1000 มิลลิโมล ดังนั้น 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เท่ากับ 6.7607 × 10-3 มิลลิโมล 5.2 เตรียมสารละลาย 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ คำนวณจาก 6.7607 × 10-3 มิลลิโมลของสารละลาย 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เตรียมใส่ขวดวัดปริมาตรขนาด 10 มิลลิลิตร โมล โมล โมล

44 mmol จากส ู ตร M= mL เมื่อ M เท่ากับ ความเข้มข้นของสารละลาย (มิลลิโมลต่อลิตร) mmol เท่ากับ จำนวนโมลตัวละลาย (มิลลิโมล) mL เท่ากับ ปริมาตรที่ต้องการเตรียม (มิลลิลิตร) 3 6.7607 10 (มิลลิโมล) M= 10(มิลลิลิตร) − M= 4 6.7607 10− มิลลิโมลต่อมิลลิลิตร ดังนั้น ต้องชั่งสาร 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์มาที่น้ำหนัก 0.0022กรัม ละลายสารด้วยไดคลอโรมีเทน ใส ่ลงในขวดวัดปริมาตรขนาด10 มิลลิลิตร ป รับป ริ ม า ต ร ด้ ว ย ไดคลอโรมีเทนจนถึงขีดผสมให้เข้ากันจะได้สารละลาย ที ่มีความเข้มข้นที ่ 4 6.7607 10− มิลลิโมลต่อมิลลิลิตร 6. การคำนวณการเจือจางสารละลาย 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ คำนวณจากความเข้มข้น 4 6.7607 10− มิลลิโมลต่อมิลลิลิตรของสารละลาย 4-ออกทิลลามิโน1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์เมื่อปิเปตสารละลายปริมาตร 0.5 มิลลิลิตร เตรียมใส่ขวดวัดปริมาตรขนาด 5 มิลลิลิตรและปรับปริมาตรด้วยไดคลอโรมีเทน 1 1 2 2 จากส ู ตร M V =M V เมื่อ M1 เท่ากับ ความเข้มข้นสารละลายก่อนเจือจาง V1 เท่ากับ ปริมาตรสารละลายก่อนเจือจาง M2 เท่ากับ ความเข้มข้นสารละลายหลังเจือจาง V2 เท่ากับ ปริมาตรสารละลายหลังเจือจาง M V M V 1 1 2 2 = 4 2 (6.7607 10 )ม ิ ลล ิโมล 0.5ม ิ ลล ิ ล ิ ตร M 5ม ิ ลล ิ ล ิ ตร − = 4 2 5 2 (6.7607 10 ) มิลลิโมลต่อมิลลิลิตร 0.5 มิลลิลิตร M 5 มิลลิลิตร M 6.7607 10 มิลลิโมลต่อมิลลิลิตร − − = = แทนค่า

45 ดังนั้น ต้องปิเปตสารละลายปริมาตร 0.5 มิลลิลิตร เตรียมใส ่ขวดวัดปริมาตรขนาด 5 มิลลิลิตร และปรับปริมาตรด้วยไดคลอโรมีเทนจนถึงขีดผสมให้เข้ากัน จะได้สารละลาย 4-ออกทิลลามิโน1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ที่มีความเข้มข้นที่ 5 6.7607 10− มิลลิโมลต่อมิลลิลิตร 7. การคำนวณคุณสมบัติทางแสงจากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค ยูวี-วิสิเบิล สเปกโทรสโกปี ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 278 และ 427 นาโนเมตร มีค่าการดูดกลืนแสง เท่ากับ 0.478 และ 0.322 ตามลำดับ จากกฎของเบียร์- แลมเบิร์ต (Beer-Lambert’s law) ความเข้มของแสงที ่ถูกดูดกลืนขึ้นอยู ่กับ ความเข้มข้นและความหนาของสารละลายตัวกลาง จากสูตร T A bc 1 = = log เมื่อ A เท่ากับ ค่าการดูดกลืนแสง (Absorbance) T เท่ากับ ค่าการส่องผ่านของแสง (Transmittance) เท่ากับ ค่าโมลาร์แอบซอร์ปทิวิตี (Molar absorptivity) หน่วย เซนต ิ เมตรโมล/ล ิ ตร C เท่ากับ ความเข้มข้นของสารละลาย หน่วย โมล/ลิตร b เท่ากับ ความหนาของตัวกลาง หน่วย เซนติเมตร 7.1 คำนวณค่าโมลาร์แอบซอร์ปทิวิตี ( เซนต ิ เมตรโมล/ล ิ ตร ) ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 278 มีค่าการดูดกลืนแสง เท่ากับ 0.478 จากสูตร A bc = แทนค่า 5 4 bc A 1เซนติเมตร (6.7607 10 โมล/ลิตร) 0.478 1.414 10 เซนติเมตร โมล/ลิตร − − = = = ดังนั้น ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 278 มีค่าโมลาร์แอบซอร์ปทิวิตี ได้เท่ากับ สำหรับค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 427 นาโนเมตรก็คำนวณในทำนองเดียวกัน มีค่าโมลาร์แอบซอร์ปทิวิตี ได้เท่ากับ 4 2.0994 10 เซนต ิ เมตร โมล/ล ิ ตร − 7.2 คำนวณค่าการส่องผ่านของแสง ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 278 มีค่าการดูดกลืนแสง เท่ากับ 0.478 4 1.414 10 เซนต ิ เมตร โมล/ล ิ ตร −

46 จากสูตร T A log1 = แทนค่า 0.478 A 0.478 10 2 1 log T 1 log T T T 3 0.3 T 3. 67 % − = = = = = ดังนั้น ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 278 มีเปอร์เซ็นต์ค่าการส่องผ่านของแสง ได้เท่ากับ 33.2 สำหรับค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 427 นาโนเมตรก็คำนวณในทำนองเดียวกัน มีเปอร์เซ็นต์ค่าการส่องผ่านของแสง ได้เท่ากับ 47.6

47 ภาคผนวก ค ผลการวิจัย 1. ผลการทดลองการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ ด้วยเทคนิค 1H NMR แสดงดังรูปที่ 4.2 รูปภาคผนวก ค ที่ 4.2 ผลการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมี ด้วยเทคนิค 1H NMR ของสาร 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ จากรูปที่ 4.2แสดงผลข้อมูลของสาร 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ลักษณะสารเป็น ของแข็งสีเหลือง 204.7 มิลลิกรัม ได้ผลผลิตร้อยละเท่ากับ 76.49 ค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ 278 และ 427 นาโนเมตรตามลำดับ การวิเคราะห์โดยใช้เทคนิค 1H NMR ได้ข้อมูลดังต่อไปนี้1H NMRspectrum (400 MHz, CDCl3 δ, ppm): 8.57 - 8.56 (d, 2H, J = 7.60 Hz HAr), 8.46 – 8.44 (d, 2H, J = 8.0 Hz HAr), 7.63 – 7.59 (t, 2H, J = 1.2 Hz, HAr), 4.15 – 4.10 (t, 4H, J = 1.6 Hz, HAr), 3.40 – 3.36 (t, 4H, J = 0.4 Hz, HAr), 1.81 – 1.78 (t, J =14.8 Hz, 2H, Haliphatic), 1.26 – 1.23 (bs 2H, Haliphatic) 0.85 – 0.82 (t, 3H, Haliphatic) MALDI-TOF (m/z) calcd for C20H23NO3 325.4080, found 325.1864 (M+ )

48 2. ผลการวิเคราะห์คุณลักษณะของแสงโดยใช้เทคนิค ยูวี –วิสิเบิล สเปกโทรสโกปีแสดงดังรูปที่ 4.6 รูปภาคผนวก ค ที่ 4.6 แถบการดูดกลืนคลื่นแสงของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์ วัดที่ความยาวคลื่น 250 ถึง 600 นาโนเมตร กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแกน Y คือค่าการดูดกลืนแสง และแกน X คือ ความยาวคลื่น ผลปรากฏว่ามีค่าการดูดกลืนสูงสุดอยู่ที่ 278 นาโนเมตรซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนสถานะ - *และพบค่า การดูดกลืนสูงสุดอยู ่ที่ 427 นาโนเมตร เกิดจากการเปลี่ยนสถานะ n - * และได้ค ่าช ่องว ่างระหว ่าง แถบพลังงาน คือ 2.51 อิเล็กตรอนโวลต์ การคำนวณหาค่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน สามารถคำนวณหาค่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน ได้จากสมการของ Plank ดังนี้ จากสูตร Eg = hc = hc λset on = 1240 λset on (10) โดยที่ Eg คือ ค่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (อิเล็กตรอนโวลต์) h คือ ค่าคงที่ของแพลงค์ (6.67 × 10-34 จูลต่อวินาที) c คือ ความเร็วของแสง (3 × 108 เมตรต่อวินาที) set on คือ ความยาวคลื่นช่วงเริ่มต้นของสารที่ดูดกลืน

49 จากค่าความยาวคลื ่นช่วงเริ ่มต้นของสารที่ดูดกลืนของ 4-ออกทิลลามิโน-1,8-แนพทาลิก แอนไฮไดรด์มีค่าความยาวคลื่นช่วงเริ่มต้นของสารที่ดูดกลืนคือ 493 นาโนเมตร แทนค่าในสมการคำนวณ ค่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน ได้ดังนี้ ค่าการดูดกลืนสูงสุดอยู่ที่ 427 นาโนเมตร Eg = 1240 λset on Eg = 1240 493 Eg = 2.51 อิเล็กตรอนโวลต์ ดังนั้น ค ่าการดูดกลืนสูงส ุดอยู ่ที ่ 427 นาโนเมตร มีค ่าช ่องว ่างระหว ่างแถบพลังงาน 2.51 อิเล็กตรอนโวลต์

50 ภาคผนวก ง หลักการของเครื่องมือที่ใช้ในการวิเคราะห์ 1. หลักการของเทคนิคยูวี – วิสิเบิล สเปกโทรสโกปี การดูดกลืนแสงหรือรังสีที่อยู่ในช่วงอัลตราไวโอเลตและวิสิเบิล ซึ่งอยู่ในช่วงความยาวคลื่น ประมาณ 190 - 800 นาโนเมตร ของสารเคมีนั้น ส่วนใหญ่ได้แก่สารอินทรีย์ (Organic compound) หรือสารประกอบเชิงซ้อน (Complex compound ) หรือสารอนินทรีย์ (Inorganic compound) ทั้งที่มีสีและไม่มีสี สมบัติของสารดังกล่าวนี้ได้นำมาใช้วิเคราะห์ทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ อย ่างกว้างขวาง เพราะวิธีนี้ให้ความเที ่ยงและความแม ่นดี และมีสภาพไว (Sensitivity) สูง โดยอาจ ทำการวิเคราะห์อยู ่ในรูปของธาตุหรือโมเลกุลก็ได้ แต ่ในกรณีที ่จะนำไปพิสูจน์ว ่าสารตัวนั้น เป็นสารอะไร มีโครงสร้างอย่างไร อาจจะต้องใช้เทคนิคอย่างอื่นเข้าช่วยด้วย เพื่อให้เกิดความแน่ใจ เช่น ใช้เทคนิคทาง IR หรือเทคนิคนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโตรสโกปีเป็นต้น โดยทั่วไปเทคนิคการวิเคราะห์นี้นิยมเรียกว่า ยูวี–วิสิเบิล สเปกโทรสโกปีถ้าสารที่ทำการวิเคราะห์ มีสีหรือทำให้เกิดสีขึ้น สารที ่มีสีนั้นจะดูดกลืนแสงในช ่วงวิสิเบิล อาจเรียกว ่า คัลเลอริเมตรี (Colorimetry) รูปภาคผนวก ง ที่ 1 แสดงการเกิดอันตรกิริยาของสารเคมีกับการแผ่รังสีหรือแสง ที่มา : แม้น อมรสิทธิ์ และอมร เพชรสม, (2539) หน้า 128 เมื ่อให้ลำแสงที ่เคลื ่อนที ่อย ่างต ่อเนื ่องกัน (Continuous beam of radiation) ผ ่านเข้าไป ในวัตถุใสจะพบว่าแสงบางส่วนถูกดูดกลืน บางส่วนเกิดการสะท้อน บางส่วนกระเจิง และบางส่วนทะลุออกไป ดังรูปภาคผนวก ง ที่ 1 ถ้าให้แสงทะลุออกไปนั้นผ่านเข้าเครื่องกระจายแสง (เช่นปริซึมหรือ เกรตติง) จะเห็นว่าสเปกตรัมหายไปส่วนหนึ่ง ส่วนที่หายไปนี้เรียกว่า Absorption spectrum พลังที่ดูดกลืนไป

51 นั้นจะทำให้โมเลกุลหรืออะตอมเปลี่ยนระดับพลังงานจากสถานะพื้น (ground state; S0 ) ไปยังสถานะ กระตุ้น (Excited state; S1 S2 , S3 ,…)ดังรูปภาคผนวก ง ที่ 2 รูปภาคผนวก ง ที่ 2 กระบวนการเกิดการกระตุ้น ที่มา : แม้น อมรสิทธิ์ และอมร เพชรสม, (2539) หน้า 129 1.1 หลักในการหาปริมาณของสารกับการวัดปริมาณของแสงที่ถูกดูดกลืน ในการวัดปริมาณของแสงหรือ radiation ที ่ถูกดูดกลืนด้วยสารตัวอย่างนั้น เราสามารถทำได้ โดยให้ลำแสงผ่านเข้าไปในสารตัวอย่าง แล้ววัดปริมาณของแสงที่ผ่านทะลุออกมาโดยเปรียบเทียบกับแสง ที่ทะลุออกมาเมื่อไม่มีสารตัวอย่าง เมื่อพิจารณาถึงเรื่องการเปลี่ยนแปลงของ radiant power ที่เกิดจากการผ่าน monochromatic radiation เข้าไปยังเซลล์ ซึ่งใส่แต่ตัวทำละลายกับสารอื ่น ๆ ซึ่งไม่มีสารที่จะดูดกลืนแสง เรียกว่า Blank solution ดังนั้น radiant power ที่ผ่านทะลุออกมาให้เป็น Po 1.2ส่วนประกอบของเครื่องยูวี–วิสิเบิล สเปกโทรโฟรโตมิเตอร์ 1.2.1. ต้นกำเนิดแสง (Light Source) 1.2.2. โมโนโครเมเตอร์ (Monochromator) 1.2.3. ส่วนที่วางสารตัวอย่างเพื่อวัด (Cell Compartment) 1.2.4. เครื่องวัดแสง (Radiation Detector) 1.2.5. เครื่องขยาย –แยกสัญญาณและประมวลผล (Signal Processors and Data Read Out)

52 2. หลักการของเทคนิคฟลูออเรสเซนต์ สเปคโตรสโกปี เทคนิคฟลูออเรสเซนต์สเปคโตรสโกปีเป็นเทคนิคที่ใช้วิเคราะห์ คุณสมบัติของสารโดยการอาศัย การดูดกลืนรังสียูวีที่ส่งผลให้โมเลกุลถูกกระตุ้นและมีการสั่นภายในโมเลกุลจาก ระดับชั้นพลังงานสถานะพื้น ไปสู่ระดับชั้นพลังงานที่สูงขึ้น โมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่ไปอยู่ในระดับของชั้นพลังงานที่สูงจะไม่มีความเสถียร จึงมีการปลดปล ่อยพลังงานและตกลงมาในชั้นระดับพลังงานที ่ต ่ำกว ่า พลังงานที ่โมเลกุลปลดปล ่อย จากระดับชั้นพลังงานกระตุ้นชั้นที่หนึ่ง สู่ระดับชั้นพลังงานสถานะพื้นจะทำให้เกิดการคายโฟตอน (Emission of photon) ทำให้เกิดสเปกตรัมในช่วงฟลูออเรสเซนต์ ณ ค่าพลังงานที่กระตุ้นที่จ าเพาะของสารแต่ละชนิด หลักในการหาปริมาณการเปล่งแสงของสาร ในการวัดปริมาณการเปล่งแสง ปกติอิเล็กตรอนจะอยู่เป็นคู่ในสถานะพื้น เมื่อได้รับพลังงานจากแสง ความยาวคลื่นสั้น ทำให้อิเล็กตรอนเดี่ยวมีพลังงานสูงขึ้นและกระโดดไปอยู่ในออร์บิทัล (Orbital) ที่สูงขึ้นตาม ระดับของพลังงานที่ได้รับในสถานะกระตุ้น (S1 S2 , S3 ,…….) เมื่อกลับสู่สถานะพื้นจะเปล่งแสงฟลูออเรสเซนซ์ ที่มีความยาวคลื่นเท่ากับความยาวคลื่นที่ดูดกลืนเข้าไป (Resonance fluorescence) แต่เนื่องจากการกลับเข้าสู่ สถานะพื้นของอิเล็กตรอนของอะตอมของสารเปล่งแสง มีการสูญเสียพลังงานไปส่วนหนึ่ง เนื่องจากการชน (Collision) และการสั่น (Vibration) ของอะตอมและการถ ่ายเทพลังงานให้สารละลาย จึงทำให้แสงที่เปล่ง ออกมาขณะกลับเข้าสู่สถานะพื้นมีความยาวคลื่นแสงมากกว่าแสงที่ถูกดูดกลืน (Direct line fluorescence) แสงดังกล่าวจะเกิดขึ้นในช่วงสั้น ๆ (10.7–10.9 วินาที) หลังจากหยุดส่องแสงตกกระทบ เรียกการเปล่งแสง ชนิดนี้ว ่า “การวาวแสง” สารเปล ่งแสงบางชนิด มีอิเล็กตรอนพลังงานสูงในสถานะกระต ุ้น (S1 ) เปลี่ยนไปเป็นอิเล็กตรอน พลังงานสูงที่มีระดับพลังงานใกล้เคียงกันหรือในสถานะสาม (Triplet state; T1 ) หลังจากเกิดการสูญเสียพลังงานบางส่วน อิเล็กตรอนจะกลับสู่สถานะพื้นพร้อมกับเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่น ยาวกว่าออกมา แต่เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะจากสถานะสามมาสู่สถานะพื้นใช้เวลามากกว่า 10-9 วินาที จนถึงหลายวินาที ทำให้มองเห็นแสงที ่เปล ่งออกมาเป็นเวลานาน ถึงแม้ว ่าจะหยุดส ่องแสงตกกระทบ แล้วก็ตาม เรียก กระบวนการนี้ว่า “การเรืองแสง” หรือ “phosphorescence”

53 รูปภาคผนวก ง ที่ 3 การเปล่งแสงเนื่องจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของอะตอม ที่มา : ชูชาติ อารีจิตรานุสรณ์. (ม.ป.ป.) หน้า 299 – 307 จากรูปภาคผนวก ง ที ่ 3 จะเห็นได้ว ่าเมื ่อใช้แสงตกกระทบที ่มีความยาวคลื่นต ่ำกว่า (λ1) อิเล็กตรอนจะไปอยู่ในออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงกว่าในสถานะกระตุ้น (S3 ) เมื่อใช้แสงตกกระทบที่มี ความยาวคลื่นมากกว่า (λ2 ), (λ3 ) ในทางปฏิบัติถึงแม้ว่าจะใช้แสงสีเดียว (Monochromatic light) ส่องกระทบสารเปล่งแสงก็ตาม แสงที่เกิดขึ้นมักมีหลายความยาวคลื่น เพราะอิเล็กตรอนพลังงานสูง มีการสูญเสียพลังงานหลายขั้นตอน ซึ่งแต่ละขั้นตอนจะเปล่งแสงฟลูออเรสเซนซ์ที่มีความยาวคลื่น แตกต ่างกันออกมาเรียกว ่า “stepwise fluorescence” และการชนของอะตอมพลังงานสูงกับ อิเล็กตรอนของธาตุอื ่น ทำให้เกิดการเปล ่งแสงฟลูออเรสเซนซ์ได้เช ่นกันเรียกว ่า “sensitized fluorescence” เมื ่อมีแสงตกกระทบ (I0 ) สารเปล ่งแสงที ่มี ความหนา (t) แสงที ่ผ ่านออกมา (I t ) จะมีความสัมพันธ์กับความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนซ์ (F) ดังนี้

54 จะเห็นได้ว ่าความสัมพันธ์ของความเข้มข้นและความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนซ์ จะเป็นเส้นตรงเมื่อ ct มีค่าน้อยกว่า 0.05 แต่ถ้าค่า ct มากกว่า 0.05 ความสัมพันธ์จะเป็นเส้นโค้ง ไปทางแกนความเข้มข้น ในกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของแสงและความเข้มข้นของสารเปล ่งแสง เพราะความเข้มข้นที่มากของสารเปล่งแสงทำให้อิเล็กตรอนพลังงานสูงสูญเสียพลังงานโดยการชน กันเองเพิ่มขึ้น (Self quenching) 2.1 ส่วนประกอบของเครื่องฟลูออเรสเซนต์ สเปกโทรโฟรโตมิเตอร์ 2.2.1. ต้นกำเนิดแสง (Light Source) 2.2.2. ตัวแยกแสงกระทบ (Excitation filter) 2.2.3. ส่วนที่วางสารตัวอย่างเพื่อวัด (Cell Compartment) 2.2.4. ตัวแยกแสงปล่อยออก (Emission filter) 2.2.5. ตัวกรองแสง (Optical filter) 2.2.6. ตัวไวแสง (Light detector) 2.2.7. เครื ่องขยาย–แยกสัญญาณและประมวลผล (Signal Processors and Data Read Out) 3. หลักการของเทคนิคนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโตรสโกปี เทคนิคนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโตรสโกปีเป็นเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการวัดระดับ พลังงานที่แตกต่างกันของนิวเคลียสที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก ใช้ศึกษาเกี่ยวกับนิวเคลียส ของธาตุที่มีสมบัติของแม่เหล็ก ตลอดจนสภาวะข้างเคียงรอบนิวเคลียสนั้น ๆ เทคนิคนี้มีประโยชน์มาก ในการศึกษาอะตอมในโมเลกุล สูตรโครงสร้างและพลวัตของสาร นิวเคลียสของธาตุบางชนิดมีสมบัติของแม ่เหล็ก เช ่น 1H, 13C, 31P, 195Pt และ 103Rh เนื่องจากมีประจุและมีการหมุนอยู่ตลอดเวลา นิวเคลียสเหล่านี้จะมีโมเมนต์แม่เหล็กของตัวมันเอง (Nuclear magnetic moment) ซึ่งถ้านำไปวางในสนามแม่เหล็ก จะเกิดการจัดตัวอย่างเป็นระเบียบ ในแนวเส้นแรงของแม่เหล็กซึ่งจะแบ่งเป็น 2 พวก คือ จัดตัวตามทิศทางเดียวกับสนามแม่เหล็กสำหรับ พวกที่มีพลังงานต่ำ หรือจัดตัวในทิศทาง ตรงกันข้ามกับสนามแม ่เหล็กสำหรับพวกที่มีพลังงานสูง เมื่อให้พลังงานในช่วงความถี่ ของคลื่นวิทยุที่เหมาะสม ที่ทำให้นิวเคลียสสามารถเปลี่ยนระดับพลังงาน หรือกล่าวอีกนัยคือ นิวเคลียสจะดูดกลืนพลังงานที่ให้เข้าไป แล้วเปลี่ยนระดับพลังงานไปสู่พลังงาน ที่สูงขึ้น การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นนี้ เรียกว่า การเกิดเรโซแนนซ์ (Resonance) หลังจากนั้นนิวเคลียส จะคายพลังงานออกและลดไปสู่ระดับพลังงานต่ำ

55 3.1 หลักในการวัดสัญญานของเครื่องนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ ในการวัดสัญญานของเครื่องนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์นั้น ในที่นี้จะขอกล ่าวถึง การวัดสัญญานของเครื ่อง Fourier Transform NMR(FT-NMR) ซึ่งเป็นเครื่องสมัยใหม่ที ่ใช้กันอยู่ ในมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยทั ่วไป การวัดสัญญานของเครื่อง FT-NMR จะใช้เทคนิคที่เรียกว่า Pulsed NMR โดยเครื่องนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์จะส่งสัญญาณคลื่นวิทยุทุกความถี่ในช่วง ที่สนใจเข้าไปยังตัวอย่างที่วิเคราะห์ การทำเช่นนี้จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนสปินของนิวเคลียสทั้งหมดทันที ซึ ่งเราจะเรียกสภาวะดังกล ่าวว่าสถานะถูกกระตุ้น จากนั้นนิวเคลียสดังกล ่าวจะกลับสู่สถานะพื้น โดยการคายพลังงานออกมาในรูปของคลื ่นวิทยุในรูปของคลื ่นที ่ซ้อนกันที ่เรียกว ่าสัญญาณ FID (Free induction decay) ซึ่งเราสามารถแยกออกเป็นความถี่ต่างๆ ที่มีความแรงของสัญญาณแตกต่างกันได้ โดยกระบวนการทางคณิตศาสตร์ ที่เรียกว่า Fourier transform ซึ่งเป็นที่มาของการเรียกชื่อเครื ่อง นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สมัยใหม ่ว ่า FT-NMR ในการคำนวณ ดังกล ่าวนั้น มีการคำนวณ ที ่ซับซ้อนมากจึงจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ สำหรับเก็บข้อมูลและประมวลผล ซึ ่งผลที ่ได้จาก กระบวนการดังกล่าวคือ สเปกตรัม ซึ่งมีลักษณะเป็นพีค โดยมีแกนนอน (X-axis) เป็นค่าเคมีคอลชิฟท์ 4. หลักการของเทคนิคแมสสเปกโทรเมตรี หลักการของเทคนิคแมสสเปกโทรเมตรี คือ โมเลกุลของสารอินทรีย์ถูกทำให้เป็นแตกตัว เป็นแคตไอออน เรียกว ่า ไอออนโมเลก ุล (Molecular ion) เกิดได้ทั้งไอออนอิเล็กตรอน (Odd - electron ion; [M+ •]) หรือไอออนอิเล็กตรอนคู่ (Evenelectron ion; [M+ ]) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ เทคนิคการแตกตัวเป็นไอออน นอกจากนี้ยังขึ้นอยู ่กับคุณสมบัติของสารอินทรีย์แต ่ละชนิดด้วย โดยไอออนโมเลกุลจะแตกเป็นไอออนชิ้นส่วน (Fragment ion) เฉพาะไอออนที่มีประจุบวกเท่านั้น จะถูกตรวจสอบด้วยเครื่องตรวจหา โดยทั่วไปเทคนิคแมสสเปกโทรเมตรีจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ แมสสเปกโทรเมตรี มีการแยกชัดต่ำ (Low resolution mass spectrometry; LRMS) และแมสสเปกโทรเมตรีมีการแยก ชัดสูง (High resolution mass spectrometry; HRMS) ซึ ่งเทคนิค HRMS สามารถแยกไอออน ที ่มีค ่ามวลต ่อประจุ (m/z) ได้ละเอียดถึงอย ่างน้อยทศนิยมตำแหน ่งที ่ 3 ส ่วนเทคนิค LRMS แยกได้เฉพาะค ่ามวลต ่อประจุต ่างกันเป็นเลขจำนวนเต็ม แต ่การยืนยันโครงสร้างนิยมใช้เทคนิค แมสสเปกโทรเมตรีมีการแยกชัดต ่ำมากกว ่าถึงแม้ว ่าจะแยกไอออนได้ละเอียดน้อยกว่า แต่เครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ราคาถูกกว่า น้ำหนักเชิงอะตอม (Atomic weight) ของแต ่ละธาตุจะเป็นเลขทศนิยม หน ่วย amu. (Atomic mass unit) เช ่น อะตอมคาร์บอน (C) เท ่ากับ 12.0107 อะตอมออกซิเจน (O) เท ่ากับ 15.999 อะตอมไนโตรเจน เท่ากับ 14.0067 และอะตอมไฮโดรเจน (H) เท่ากับ 1.00794 เป็นต้น

56 สำหรับการวิเคราะห์มวลโมเลกุลด้วยเทคนิค LRMS จะเป็นเลขจำนวนเต็มมีค่าใกล้เคียงกับน้ำหนัก เชิงอะตอมมากที ่สุด แต ่สำหรับสารอินทรีย์ที ่มีโครงสร้างต ่างกันซึ ่งอาจมีมวลโมเลกุลเท ่ากันนั้น จะใช้เทคนิค LRMS บอกความแตกต่างของโมเลกุลไม่ได้ จึงจำเป็นต้องใช้เทคนิค HRMS เพื่อยืนยัน โครงสร้าง 4.1 ส่วนประกอบของเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ รูปภาคผนวก ง ที่ 4 ส่วนประกอบของเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ ที่มา : รัชนี ตัณฑะพานิชกุล,(2544) หน้า 300 - 310 4.1.1. ระบบทางเข้าตัวอย่าง (Sample inlet system) 4.1.2. แหล่งกำเนิดไอออน (Ionization chamber) 4.1.3. ส่วนวิเคราะห์มวล (Mass analyzer tube) 4.1.4. เครื่องตรวจหาไอออนที่ออกจากส่วนวิเคราะห์มวลจะถูกวิเคราะห์ (Detector) 4.1.5. เครื่องบันทึกสัญญาณจากเครื่องตรวจหาจะแปลงให้เป็นแมสสเปกตรัม (Recorder)

57 ภาคผนวก จ ภาพเครื่องมือหรือเทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์ รูปภาคผนวก จ ที่5 เครื่องยูวี - วิสิเบิล สเปกโทรโฟโตมิเตอร์ รูปภาคผนวก จ ที่ 6 เครื่องสเปกโทร ฟลูออโรมิเตอร์

58 รูปภาคผนวก จ ที่ 7 เครื่องนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ ที่มา : ศูนย์เครื่องมือกลาง คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2018 รูปภาคผนวก จ ที่ 8 เครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์ ที่มา : Atit AKK, 2013

59 รูปภาคผนวก จ ที่ 9 เครื่องระเหยสุญญากาศ รูปภาคผนวก จ ที่ 10 การแยกสารผสมให้บริสุทธิ์และตรวจสอบความบริสุทธิ์ของสาร ด้วยโครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์

60 รูปภาคผนวก จ ที่ 11 ทดสอบความบริสุทธิ์ของสารด้วยแผ่นโครมาโทกราฟีแบบแผ่นบาง ที่ความยาวคลื่น 254 นาโนเมตร และ 366 นาโนเมตร

61 ประวัติผู้วิจัย ชื่อ - สกุล นางสาวพรสุดา แทนนะรินทร์ วัน เดือน ปี วันพฤหัสบดี ที่ 3 กุมภาพันธ์ 2543 ที่อยู่ปัจจุบัน 55 หมู่ 11 บ้านหนองโสน ตำบลด่านขุนทด อำเภอด่านขุนทด จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30210 E – mail address [email protected] ประวัติการศึกษา ปี พ.ศ. 2554 จบการศึกษาระดับประถมศึกษา จากโรงเรียนด่านขุนทด ตำบลด่านขุนทด อำเภอด่านขุนทด จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30210 ปี พ.ศ. 2557 จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้น จากโรงเรียนด่านขุนทด ตำบลด่านขุนทด อำเภอด่านขุนทด จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30210 ปี พ.ศ.2560จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจากโรงเรียนด่านขุนทด ตำบลด่านขุนทดอำเภอด่านขุนทด จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30210

62 ประวัติผู้วิจัย ชื่อ - สกุล นางสาวมนัสวี กุยลอยทาม วัน เดือน ปี วันเสาร์ ที่ 3 มิถุนายน 2543 ที่อยู่ปัจจุบัน 12/7 หอพักชิบูญ่าเพลส ซอย สุรนารายณ์ 11/3 ถนนสุรนารายณ์ ตำบลในเมือง อำเภอเมือง จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์30000 E – mail address [email protected] ประวัติการศึกษา ปี พ.ศ. 2554 จบการศึกษาระดับประถมศึกษา จากโรงเรียนบ้านละหานทราย (คุรุราษฎร์บำรุงวิทยา) ตำบลละหานทราย อำเภอละหานทราย จังหวัดบุรีรัมย์ รหัสไปรษณีย์ 31170 ปี พ.ศ. 2557 จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้น จากโรงเรียนละหาน ทรายรัชดาภิเษก ตำบล ละหานทราย อำเภอละหานทราย จังหวัดบุรีรัมย์ รหัสไปรษณีย์ 31170 ปี พ.ศ. 2560 จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย จากโรงเรียน ละหานทรายรัชดาภิเษก ตำบลละหานทราย อำเภอละหานทราย จังหวัดบุรีรัมย์รหัสไปรษณีย์ 31170

63 ประวัติผู้วิจัย ชื่อ - สกุล นางสาวสุภัทราภรณ์ สารนอก วัน เดือน ปี วันเสาร์ ที่ 15 เมษายน 2543 ที่อยู่ปัจจุบัน 1044/2 ตำบลสุรนารี อำเภอเมืองนครราชสีมา จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30000 E – mail address [email protected] ประวัติการศึกษา ปี พ.ศ. 2554 จบการศึกษาระดับประถมศึกษา จากโรงเรียนสวนหม่อน ตำบลในเมือง อำเภอเมืองนครราชสีมา จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30000 ปี พ.ศ. 2557 จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้น จากโรงเรียนเมืองคง ตำบลเมืองคง อำเภอคง จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30260 ปี พ.ศ. 2560 จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย จากโรงเรียน อุบลรัตนราชกัญญาราชวิทยาลัย นครราชสีมา ตำบลบ้านใหม่อำเภอเมือง นครราชสีมา จังหวัดนครราชสีมา รหัสไปรษณีย์ 30000