การพัฒนาเครื่องมือตรวจสอบไอออนโลหะหนักชนิดกระดาษ
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
กิจการ นำสว่างรุ่งเรือง, ดวิษ บุญยกิจโณทัย, ธิติ เถลิงบุญสิริ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
สุรนันท์ อนันตชัยศิลป์
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
การเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจ การพัฒนาเทคโนโลยี และการขยายตัวของภาคอุตสาหกรรม ทำให้มีการปล่อยของเสียออกสู่สิ่งแวดล้อมเกินขีดจำกัด ส่งผลให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรง หนึ่งในผลกระทบคือการรั่วไหลปนเปื้อนของไอออนโลหะหนักในแหล่งน้ำ แม้ในปัจจุบันจะมีวิธีการรวมทั้งอุปกรณ์ในการตรวจสอบไอออนโลหะหนักในแหล่งน้ำ แต่ก็เป็นวิธีที่ยากและมีราคาแพง ทำให้เกษตรกร ชาวสวนไม่สามารถนำมาใช้ได้จริงในพื้นที่ งานวิจัยนี้จึงคิดค้นเครื่องมือตรวจสอบไอออนโลหะหนักชนิดกระดาษ โดยอาศัยหลักการการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนของเซนเซอร์สารอินทรีย์กับไอออนโลหะหนัก ทำให้สามารถเห็นสีของสารเชิงซ้อนได้ด้วยตาเปล่า ซึ่งมีราคาถูกสามารถใช้งานในพื้นที่จริง เพื่อเป็นตัวช่วยในการแก้ปัญหาให้กับเกษตรและชาวสวน โดยอุปกรณ์ประกอบด้วยเซนเซอร์สารอินทรีย์ และเทมเพลตกระดาษซึ่งเป็นฐานบรรจุเซนเซอร์ที่ใช้ตรวจจับไอออนโลหะหนัก
ขั้นแรกจะทำการสังเคราะห์เซนเซอร์สารอินทรีย์สำหรับใช้ตรวจสอบไอออนโลหะ จากนั้นเซนเซอร์จะถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการต่าง ๆ อาทิโครมาโทกราฟฟีแบบคอลัมน์และการตกผลึก ก่อนนำไปตรวจสอบความบริสุทธิ์ด้วยเทคนิค 1H NMR Spectroscopy และ 13C NMR Spectroscopy เพื่อยืนยันโครงสร้างของสารก่อนนำไปบรรจุลงบนฐานกระดาษ หลังจากนั้นจะทำการตรวจสอบคุณสมบัติความว่องไว ความจำเพราะ และสภาวะการแข่งขันต่อไอออนของเซนเซอร์ งานวิจัยนี้ได้ออกแบบเทมเพลตกระดาษสำหรับบรรจุเซนเซอร์ โดยออกแบบให้มีช่องหยดน้ำ และมีลู่ทางน้ำสามลู่สำหรับการบรรจุเซนเซอร์ทั้งสามชนิด รูปแบบที่ออกแบบมาสามารถใช้ตรวจวัดความเข้มข้นของไอออนโลหะหนักในน้ำ โดยอาศัยหลักการแพร่ ยิ่งความเข้มข้นของไอออนโลหะในสารละลายมาก สารละลายไอออนโลหะจะยิ่งแพร่ได้ไกล เนื่องจากเมื่อไอออนโลหะทำปฏิกิริยากับเซนเซอร์ที่สังเคราะห์ได้จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีและเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้นสามารถนำระยะทางที่สีปรากฏมาคำนวณความเข้มข้นของไอออนโลหะหนักในแหล่งน้ำ เซนเซอร์ตามงานวิจัยอ้างอิงที่เลือกใช้คือ เซนเซอร์ Rhpz สำหรับการตรวจจับไอออน Co2+ เซนเซอร์ Rh6GCA สำหรับการตรวจจับไอออน Fe3+ และเซนเซอร์ RGETU สำหรับการตรวจจับไอออน Hg2+
หลังจากทำการสังเคราะห์เซนเซอร์และทำให้บริสุทธิ์แล้ว พบว่าเซนเซอร์ทั้งสามชนิด มีความบริสุทธิ์สูงและมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนสีเมื่อทำปฏิกิริยากับไอออนโลหะหนัก โดยเซนเซอร์ Rhpz Rh6GCA และ RGETU มีความว่องไว จำเพาะ และสภาวะการแข่งขันที่ดีต่อไอออนโลหะหนัก Co2+ Fe3+ และ Hg2+ ตามลำดับ นั่นคือเซนเซอร์ที่สังเคราะห์ได้สามารถนำมาใช้ตรวจสอบการมีอยู่ของไอออนโลหะหนักได้ นอกจากนี้จากการตรวจสอบคุณสมบัติของเซนเซอร์ด้วยเทคนิค 1H NMR และ 13C NMR พบว่าเซนเซอร์มีโครงสร้างตรงตามทฤษฎีและงานวิจัยอ้างอิง สำหรับการทดลองเทมเพลตบรรจุเซนเซอร์ พบว่าชุดตรวจสอบสามารถบอกปริมาณความเข้มข้นไอออนโลหะที่มีอยู่ในน้ำได้ โดยเกษตรกรสามารถนำระยะทางเทียบกับตารางความเข้มข้นที่ได้จากการทดลอง ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าเครื่องมือตรวจสอบที่ได้จากการโครงงานนี้สามารถช่วยให้เกษตรกรและชาวสวนสามารถใช้ชุดเครื่องมือได้จริงในพื้นที่ ใช้เวลาอันสั้นในการทดสอบและมีราคาถูก
โครงงานนี้ประสบความสำเร็จในการสร้างต้นแบบเทมเพลตกระดาษบรรจุเซนเซอร์เพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของไอออน สามารถต่อยอดให้มีเซนเซอร์ตรวจสอบไอออนชนิดอื่นอีกได้ รวมทั้งยังอาจออกแบบปรับปรุงพื้นผิวกระดาษเพื่อให้สามารถวัดความเข้มข้นของไอออนโลหะหนักได้ละเอียดขึ้น