1. เป้าหมายการตรวจจับ
การวิเคราะห์หาปริมาณโลหะหนัก 9 ชนิดในน้ำ: โคบอลต์ (Co), นิกเกล (Ni), แคดเมียม (Cd), แบเรียม (Ba), โครเมียม (Cr), ทองแดง (Cu), ลิเธียม (Li), แมงกานีส (Mn), สตรอนเทียม (Sr)
2. ภาพรวม
โซลูชันนี้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 11885 คุณภาพน้ำ — การหาปริมาณธาตุที่เลือกโดยใช้สเปกโทรเมตรีการปล่อยแสงแบบพลาสมาเหนี่ยวนำ (ICP-OES) มาตรฐานสากลนี้ระบุวิธีการหาปริมาณธาตุที่ละลาย ธาตุที่จับกับอนุภาค และปริมาณรวมของธาตุในน้ำประเภทต่างๆ (เช่น น้ำบาด น้ำผิวดิน น้ำดิบ น้ำดื่ม และน้ำเสีย) สำหรับธาตุต่อไปนี้: อะลูมิเนียม แอนติมอนี อาร์เซนิก แบเรียม เบริลเลียม บิสมัท โบรอน แคดเมียม แคลเซียม โครเมียม โคบอลต์ ทองแดง แกลเลียม อินเดียม เหล็ก ตะกั่ว ลิเธียม แมกนีเซียม แมงกานีส โมลิบเดนัม นิกเกล ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม ซีลีเนียม ซิลิคอน เงิน โซเดียม สตรอนเทียม ซัลเฟอร์ ดีบุก ไทเทเนียม ทังสเตน วานาเดียม สังกะสี และเซอร์โคเนียม
3. บทนำ
มลภาวะจากโลหะหนักในน้ำกำลังทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ และการวิเคราะห์โลหะหนักในน้ำอย่างแม่นยำและเป็นวิทยาศาสตร์จึงกลายเป็นภารกิจสำคัญในการเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อม ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดการตรวจวัด ความแม่นยำ ความถูกต้อง และอัตราการฟื้นตัวของตัวอย่างสำหรับธาตุทั้งเก้า (โคบอลต์ นิกเกล แคดเมียม แบเรียม โครเมียม ทองแดง ลิเธียม แมงกานีส และสตรอนเทียม) เป็นไปตามข้อกำหนดของแนวทางทางเทคนิค ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดการทดสอบ เมื่อเปรียบเทียบกับการดูดกลืนแสงอะตอมด้วยสเปกโทรโฟโตเมตรี การตรวจวัดด้วยสเปกโทรเมตรีการปล่อยแสงแบบพลาสมาเหนี่ยวนำมีข้อดีคือสามารถตรวจวัดหลายธาตุพร้อมกันได้ และเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่ง่ายและรวดเร็ว สามารถวิเคราะห์ธาตุทั้งเก้าได้
4. การเตรียมตัวสอบ
4.1 HKL-11885 ICP สำหรับการหาปริมาณธาตุที่เลือกในน้ำ
1) อัตราการไหลของก๊าซในเครื่องพ่นยา: 0.70 ลิตร/นาที
2) อัตราการไหลของก๊าซหล่อเย็นพลาสมา: 1.0 ลิตร/นาที
3) อัตราการไหลของก๊าซเสริม: 0.20 ลิตร/นาที
4) กำลังส่งคลื่นวิทยุ: 1300 วัตต์
5) ระยะเวลาในการดูดซับตัวอย่าง: 30 วินาที (มุมมองแบบรัศมี)
4.2 สารเคมี
1) สารละลายมาตรฐานสอบเทียบแบบผสม 24 ธาตุ: ความเข้มข้น 100 ไมโครกรัม/มิลลิลิตร
2) กรดไนตริก (HNO₃): สารเคมีที่รับประกันคุณภาพ
3) อาร์กอนและไนโตรเจน: ความบริสุทธิ์ ≥99.999%
4) น้ำบริสุทธิ์พิเศษ: ค่าความต้านทาน 18.2 MΩ·cm
4.3 การสร้างกราฟมาตรฐาน
เนื่องจากค่าการตอบสนองของเครื่องมือสำหรับธาตุต่างๆ มีความแตกต่างกัน จึงได้จัดทำกราฟมาตรฐานแยกกันสองชุด
ใช้กราฟเส้นโค้งที่ 1 สำหรับการหาปริมาณ Co, Ni, Cd และ Ba โดยนำสารละลายมาตรฐานผสมความเข้มข้น 100 µg/ml ปริมาตร 5.00 ml มาเจือจางด้วย (1+99) HNO₃ จนได้ปริมาตร 50 ml จะได้สารละลายสต็อกความเข้มข้น 10 µg/ml จากนั้นเตรียมขวดวัดปริมาตรขนาด 100 ml จำนวน 6 ขวด โดยบรรจุสารละลายสต็อกที่เจือจางด้วย (1+99) HNO₃ ปริมาตร 0.00, 1.00, 2.00, 4.00 และ 7.00 ml ตามลำดับ จะได้ความเข้มข้นมาตรฐานที่ 0.00, 0.10, 0.20, 0.40 และ 0.70 mg/L ตามลำดับ
ใช้เส้นโค้งที่ 2 ในการหาปริมาณ Cr, Cu, Li, Mn และ Sr ในทำนองเดียวกัน นำสารละลายมาตรฐานผสมความเข้มข้น 100 µg/ml ปริมาตร 5.00 ml มาเจือจางด้วย (1+99) HNO₃ จนได้ปริมาตร 50 ml เพื่อให้ได้สารละลายตั้งต้นความเข้มข้น 10 µg/ml เตรียมขวดขนาด 100 ml จำนวน 6 ขวด โดยเติมสารละลายตั้งต้นปริมาตร 0.00, 1.00, 2.00, 4.00 และ 5.00 ml ตามลำดับ เพื่อให้ได้ความเข้มข้นมาตรฐาน 0.00, 0.10, 0.20, 0.40 และ 0.50 mg/L ทำการวัดที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสมหรือต่ำกว่าความยาวคลื่นที่เหมาะสม และค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (R) สำหรับแต่ละธาตุแสดงอยู่ในตารางที่ 1
5. ขั้นตอนการทดสอบ
การเตรียมตัวอย่างน้ำผิวดินและน้ำบาดาลที่สะอาดเพื่อวิเคราะห์โลหะที่ละลายได้: หลังจากเก็บตัวอย่างแล้ว น้ำจะถูกกรองผ่านแผ่นกรองเมมเบรนขนาด 0.45 ไมโครเมตร โดยทิ้งน้ำที่กรองได้ส่วนแรก 50–100 มิลลิลิตร จากนั้นจึงเก็บตัวอย่างน้ำที่กรองแล้วในปริมาณที่เหมาะสม และเติมกรดไนตริก (1+1) จนมีค่า pH ＜2 เพื่อเก็บรักษาก่อนการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ
6. ผลลัพธ์และข้อผิดพลาด
6.1 ขีดจำกัดการตรวจจับของวิธี (MDL)
เนื่องจากไม่พบสารเป้าหมายในตัวอย่างควบคุม จึงทำการวิเคราะห์ตัวอย่างที่มีความเข้มข้นประมาณ 3-5 เท่าของค่า MDL ที่คาดการณ์ไว้ โดยทำการวัดซ้ำ 7 ครั้ง คำนวณค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (S) และกำหนดค่า MDL โดยใช้สูตรที่กำหนดไว้
6.2 ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน
ค่า MDL สำหรับธาตุทั้งเก้าชนิด (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) ถูกกำหนดที่ความเข้มข้น 3-5 เท่าของค่า MDL ที่ประมาณไว้ ดังแสดงในตารางด้านล่าง ค่า MDL อยู่ในช่วง 0.001 ถึง 0.009 มิลลิกรัม/ลิตร โดยมีค่าขีดจำกัดการรายงาน (RL) อยู่ระหว่าง 0.004 ถึง 0.036 มิลลิกรัม/ลิตร ซึ่งทั้งหมดต่ำกว่าข้อกำหนดทางกฎหมายอย่างมีนัยสำคัญ
6.3 ความแม่นยำ
ความแม่นยำหมายถึงระดับความสอดคล้องกันระหว่างการวัดซ้ำของตัวอย่างที่เป็นเนื้อเดียวกันภายใต้สภาวะควบคุม ซึ่งสะท้อนถึงข้อผิดพลาดแบบสุ่มของวิธีการวิเคราะห์ ข้อผิดพลาดแบบสุ่มที่ต่ำกว่าแสดงถึงความแม่นยำที่สูงกว่า ความแม่นยำได้รับการประเมินที่ความเข้มข้นต่ำ ปานกลาง และสูง (ตารางที่ 2) ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ (RSD) อยู่ในช่วง 0.39% ถึง 5.35% ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทำซ้ำที่ดี ยกเว้นลิเธียมที่ความเข้มข้นต่ำ ธาตุอื่นๆ ทั้งหมดแสดงค่า RSD ต่ำ ซึ่งยืนยันถึงประสิทธิภาพของเครื่องมือที่เสถียรและความแปรปรวนของกระบวนการที่น้อยที่สุด
6.4 สรุปความถูกต้องแม่นยำ
ความแม่นยำมักใช้ในการประเมินความสอดคล้องระหว่างผลการวิเคราะห์ (การวัดครั้งเดียวหรือค่าเฉลี่ยของการวัดซ้ำ) ที่ได้จากกระบวนการวิเคราะห์เฉพาะกับค่าจริงที่คาดการณ์หรือยอมรับ ความแม่นยำของวิธีการหรือระบบการวิเคราะห์สะท้อนถึงข้อผิดพลาดที่เป็นระบบและข้อผิดพลาดแบบสุ่มรวมกัน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ที่ครอบคลุมถึงความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์ ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทดสอบความแม่นยำของธาตุ 9 ชนิด (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) โดยใช้ระดับความเข้มข้น 3 ระดับ ดังแสดงในตารางที่ 3 ค่าเบี่ยงเบนสัมพัทธ์อยู่ในช่วงตั้งแต่ -8.70% ถึง -0.38% ธาตุส่วนใหญ่แสดงค่าที่ต่ำกว่าช่วงควบคุมคุณภาพ โดยโครเมียมแสดงความแม่นยำที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งอาจเกิดจากการรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ
 |  |
6.5 สรุปการฟื้นตัวของสไปค์
อัตราการฟื้นตัวของสารที่เติมลงไป (Spike recovery) เป็นอีกหนึ่งตัวชี้วัดสำคัญในการประเมินความถูกต้องแม่นยำ โดยเติมสารมาตรฐานอ้างอิงในปริมาณที่ทราบลงในตัวอย่างจริง และคำนวณอัตราการฟื้นตัว ดังแสดงในตารางที่ 4 อัตราการฟื้นตัวของสารที่เติมลงไปสำหรับธาตุทั้งเก้าชนิด (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) อยู่ในช่วง 90% ถึง 110% ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีข้อผิดพลาดแบบสุ่มและแบบเป็นระบบน้อยมาก และยืนยันถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือของกระบวนการวิเคราะห์
7. บทสรุป
จากการทดสอบเชิงวิเคราะห์เพื่อหาขีดจำกัดการตรวจจับ ความแม่นยำ ความถูกต้อง และการฟื้นตัวของสารที่เติมลงไปสำหรับธาตุทั้งเก้าชนิด (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr):
(1) ขีดจำกัดการตรวจจับ: 0.001–0.009 มก./ลิตร ขีดจำกัดการหาปริมาณ: 0.004–0.036 มก./ลิตร ต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจจับที่กำหนดโดยวิธีอย่างมีนัยสำคัญ
(2) ความแม่นยำ: ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ (RSD) อยู่ในช่วง 0.39% ถึง 5.35% ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทำซ้ำที่ดี
(3) ความแม่นยำ: ค่าเบี่ยงเบนสัมพัทธ์อยู่ในช่วงตั้งแต่ -8.70% ถึง -0.38%
(4) อัตราการฟื้นตัวของสไปค์อยู่ระหว่าง 90% ถึง 110%