การพัฒนาตัวตรวจวัดฟอร์มาลดีไฮด์ในสารละลายจากนาโนเซลลูโลส

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

จิรัฏฐ์ เสาวธารพงศ์, พสิษฐ์ เหล่าเท้ง, ชนะภัย พรมนิยม

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

สาโรจน์ บุญเส็ง, จตุภรณ์ สวัสดิ์รักษา

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2564

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ฟอร์มาลดีไฮด์เป็นสารอินทรีย์ชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มของเเอลดีไฮด์มีสูตรเคมีคือ CH2O ที่สภาวะทั่วไปมีสถานะเป็นแก็ส สามารถละลายใน น้ำ เอทานอล และ ไดเอทิล อีเทอร์ มีสภาพความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต ทั้งในรูปของสภานะของเหลวหรือเเก็ส โดยทั่วไปฟอร์มาลดีไฮด์สามารถถูกพบได้ในสิ่งมีชีวิตในปริมาณเล็กน้อยโดยเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์ในร่างกาย (Abdollahi, 2014)

จากกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้นนี้ ทำให้ฟอร์มาลดีไฮด์สามารถพบได้ทั่วไปในปัสสาวะที่เป็นสารคัดหลั่งที่เกิดจากระบบกำจัดของเสียของร่างกายโดยการทำงานของไต ปริมาณของฟอร์มาลดีไฮด์ที่พบในปัสสาวะสามารถนำมาวิเคราะห์ถึงปัญหาความผิดปกติของระบบกำจัดของเสียในร่างกาย ประกอบกับสมบัติของพื้นผิวเเละโครงสร้างของนาโนเซลลูโลสที่สามารถดัดเเปลงเพื่อให้สามารถตรวจจับสารกลุ่มเเอลดีไอด์โดยจำเพาะ (Song, 2018)

นาโนเซลลูโลส (Nanocellulose) เป็นเส้นใยเซลลูโลสที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 10-200 nm. นาโนเซลลูโลสแบ่งตามวิธีการผลิตเป็นสองแบบ คือ 1. เซลลูโลสนาโนคริสตัล (Cellulose Nanocrystals , CNCs) 2. เซลลูโลสนาโนไฟบริล (Cellulose Nanofibrils , CNFs) โดยเซลลูโลสนาโนคริสตัล (CNCs) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการใช้กรดไปทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสกับนาโนเซลลูโลสเพื่อตัดโซ่ในโครงสร้างส่วนอสัณฐาน และนำไปปั่นเหวี่ยงเพื่อกำจัดกรด เหลือเป็นโครงสร้างผลึก รูปร่างคล้ายแท่งเข็ม มีความแข็งแรงสูง อัตราส่วนลักษณะมีค่าต่ำ เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 - 20 นาโนเมตร ความยาวอยู่ในช่วง 70 - 2000 นาโนเมตร ขึ้นกับแหล่งที่สกัด (George, 2015) ส่วนเซลลูโลสนาโนไฟบริล (CNFs) เป็นผลิตภัณฑ์จากการใช้สารเคมีประเภทด่าง และวิธีการเชิงกลในการดึงเส้นใยให้แยกตัวเป็นโครงสร้างแหสามมิติ (Jonoobi, 2015) เหลือเป็นโครงสร้างผลึกและอสัณฐาน อัตราส่วนลักษณะมีค่าสูง เส้นผ่านศูนย์กลาง 5 - 30 นาโนเมตร ความยาวมากกว่า 1 ไมโครเมตร ซึ่งเซลลูโลสนาโนคริสตัลที่สกัดจากเซลลูโลสในธรรมชาติสามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนั้นผิวของเซลลูโลสนาโนคริสตัลยังสามารถถูกดัดแปลงให้เปลี่ยนสีเมื่อสัมผัสสารกลุ่มแอลดีไฮด์ ประกอบกับผลการศึกษาการสกัดนาโนเซลลูโลสจากซังข้าวโพด พบว่ามีประสิทธิภาพอยู่ที่ร้อยละ 70.9 (Ditzel, 2017) เมื่อเทียบกับการสกัดโมเลกุลนาโนเซลลูโลสออกจากไมโครเซลลูโลสซึ่งถือว่าค่อนข้างสูง เเละโดยทั่วไปของกระบวนการสกัดนาโนเซลลูโลสที่จะสกัดออกมาจากวัสดุธรรมชาติที่มีเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบในปริมาณสูง อย่างเช่น ซังข้าวโพด อีกทั้งซังข้าวโพดยังเป็นวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร สามารถหาได้ง่าย ต้นทุนไม่สูง จากเหตุผลที่กล่าวมาทำให้ซังข้าวโพดเป็นวัสดุที่เหมาะสมเเก่การนำมาใช้ผลิตนาโนเซลลูโลสในโครงงานนี้

จากสาเหตุที่กล่าวมา โครงงานนี้จะพัฒนาเกี่ยวกับการตรวจวัดปริมาณของสารฟอร์มาลดีไฮด์โดยใช้ซังข้าวโพดเป็นวัสดุหลัก และใช้การเปลี่ยนแปลงสี RGB (Red Green Blue) ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณของฟอร์มาลดีไฮด์ และเพื่อให้เข้าใจอันตรกิริยาที่เกิดขึ้น จึงได้ใช้วิธีการจำลองทางด้านโมเลกุลเพื่อศึกษาโครงสร้างที่เกิดขึ้น