สัมภาษณ์และเรียบเรียงโดย งานพัฒนาคุณภาพการเผยแพร่เทคโนโลยีวัสดุ
ฝ่ายเผยแพร่เทคโนโลยี
ดร.เสมอแข จงธรรมานุรักษ์ คุณเพชราพร นิลวิลัย และคณะ จากทีมวิจัยวัสดุและระบบเพื่อสิ่งแวดล้อม ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ได้พัฒนาวิธีวิเคราะห์สาร PFOS ในแหล่งน้ำผิวดินด้วย 2 ขั้นตอนคือสกัดด้วยเทคนิค Solid Phase Extraction (SPE) และวิเคราะห์ด้วย LC-MS/MS ซึ่งสามารถใช้ตรวจประเมินปริมาณสาร PFOS ที่ปนเปื้อนในน้ำได้
สาร PFOS (Perfluorooctanesulfonic acid) และ PFOA (Perfluorooctanoic acid) เป็นสารเคมีในตระกูล PFAS (per- and polyfluoroalkyl substances) ที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ในภาคอุตสาหกรรม สารตระกูลนี้มีสมบัติทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ จึงถูกใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย เช่น สารเคลือบกระทะ เสื้อผ้าที่กันเปื้อน แชมพู และโฟมดับเพลิง เมื่อมนุษย์ใช้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ก็ทำให้เกิดการปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะแหล่งน้ำ
ดร.เสมอแข จงธรรมานุรักษ์ นักวิจัยจากทีมวิจัยวัสดุและระบบเพื่อสิ่งแวดล้อม เล่าว่า “โรงบำบัดน้ำเสียที่ใช้กระบวนการแบบเลี้ยงตะกอนเร่ง (activated sludge)1 ไม่สามารถกำจัดสาร PFOS และ PFOA ได้ สารเหล่านี้จึงปนเปื้อนในแหล่งน้ำ และเมื่อนำน้ำที่ปนเปื้อนนี้มาผลิตเป็นน้ำประปา สารเหล่านี้ก็ยังคงอยู่ เพราะกระบวนการผลิตน้ำประปาที่ใช้การตกตะกอนก็ไม่สามารถกำจัดสารเหล่านี้ออกได้เช่นกัน”
_________________________________________________________
1 activated sludge process เป็นระบบการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีการทางชีววิทยา โดยใช้แบคทีเรียที่ต้องการออกซิเจน (aerobic bacteria) ที่กำลังเจริญและเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว และต่อเนื่อง เพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสีย โดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ บ่อเติมอากาศ (aeration tank) และบ่อตกตะกอน (sedimentation tank) เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย เพื่อบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมอาหาร ระบบนี้จำเป็นจะต้องควบคุมสภาวะแวดล้อมและลักษณะทางกายภาพต่างๆ ให้เหมาะสมแก่การทำงานและการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์อย่างรวดเร็ว เพื่อให้ระบบมีประสิทธิภาพในการบำบัดสูงสุด (ที่มา: https://www.foodnetworksolution.com/wiki/)
“เมื่อมนุษย์บริโภคอาหารและน้ำที่ปนเปื้อนสาร PFOS และ PFOA ก็จะได้รับสารเหล่านี้ ทำให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพตามมา จากการศึกษาพบว่าในเลือดของชาวอเมริกันส่วนใหญ่มีสาร PFAS โดยเฉพาะสาร PFOS และ PFOA ในปริมาณมากน้อยต่างกัน นอกจากนี้ ยังพบว่าคนแถบเอเชีย คนแถบขั้วโลก หรือแม้กระทั่งหมีขั้วโลกก็ยังตรวจพบสารเหล่านี้ แต่ทว่าเลือดของทหารอเมริกันในยุคสงครามเกาหลีกลับตรวจไม่พบสารนี้ จึงสันนิษฐานได้ว่าสารนี้น่าจะใช้อย่างแพร่หลายหลังยุคสงครามเกาหลี”
ดร.เสมอแข ให้รายละเอียดเพิ่มเติมว่า “สาร PFAS มีผลกระทบต่อสุขภาพ โดยส่งผลต่อการทำงานของตับ ระบบภูมิคุ้มกัน ระบบต่อมไร้ท่อ ระบบสืบพันธุ์ ระบบหลอดเลือดหัวใจ การเจริญเติบโตของทารก หน่วยงานขององค์การอนามัยโลกอย่าง IARC (The International Agency for Research on Cancer) ได้จัดให้สาร PFOA อาจเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์ (กลุ่ม 2B) ส่วนในสหรัฐอเมริกา สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมสหรัฐ (US EPA) มีการปรับระดับของสารปนเปื้อนในน้ำดื่มที่ไม่เป็นภัยต่อสุขภาพ (Health Advisory Level) ลงจากเดิมที่ 70 ppt (parts per trillion) สำหรับทั้ง PFOS และ PFOA เหลือ 0.02 ppt สำหรับ PFOS และ 0.004 ppt สำหรับ PFOA และเมื่อประมาณกลางเดือนมีนาคม 2566 ที่ผ่านมาได้กำหนดขีดจำกัดระดับสารปนเปื้อนสูงสุด (Maximum Contaminant Levels, MCLs) ที่บังคับใช้ได้ตามกฎหมายในน้ำดื่มที่ 4 ppt สำหรับทั้ง PFOS และ PFOA”
“สำหรับประเทศไทย เมื่อปี พ.ศ.2560 กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อมได้วิเคราะห์สาร PFOS และ PFOA ในน้ำผิวดินหลายตัวอย่าง พบว่าน้ำผิวดินปนเปื้อนสาร PFOS ในช่วงตั้งแต่ตรวจวัดไม่ได้ไปจนถึง 15 ppt ส่วนสาร PFOA ในช่วงตั้งแต่ตรวจวัดไม่ได้ไปจนถึง 16 ppt โดยบริเวณที่พบส่วนใหญ่อยู่ใกล้นิคมอุตสาหกรรมและบ่อบำบัดน้ำเสีย”
ทีมวิจัยวัสดุและระบบเพื่อสิ่งแวดล้อม เอ็มเทค เข้าไปมีส่วนร่วมในเรื่องนี้อย่างไร
คุณเพชราพร นิลวิลัย นักวิเคราะห์อาวุโส กล่าวว่า “ทีมวิจัยได้ร่วมกับการประปาส่วนภูมิภาคศึกษาสารมลพิษอุบัติใหม่ (emerging pollutants) เนื่องจากประเทศไทยยังไม่มีฐานข้อมูลของสารเหล่านี้ โครงการหนึ่งเราศึกษาขีดความสามารถในการรองรับ (carrying capacity) สาร PFAS ในลุ่มน้ำ 3 แห่งของประเทศไทย โดยการประปาส่วนภูมิภาคได้ส่งตัวอย่างน้ำผิวดินให้เราทดลองวิเคราะห์ ส่วนผลการวิเคราะห์น้ำตัวอย่างจากลุ่มน้ำ 3 แห่งยังอยู่ระหว่างการดำเนินงาน”
เมื่อถามถึงวิธีการวิเคราะห์ ดร.เสมอแข เล่าว่า “คุณชใบพร (จันทร์อินทร์) ผู้ช่วยวิจัยอาวุโส ได้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์ โดยนำน้ำผิวดินมาสกัดด้วยเทคนิค Solid Phase Extraction (SPE) เพื่อให้สาร PFOS มีความเข้มข้นที่สูงขึ้น โดยการนำน้ำตัวอย่างมาประมาณ 0.5 ลิตรใส่บนตัวดูดซับของแข็ง (sorbent) เพื่อให้สาร PFOS ถูกดูดซับไว้ จากนั้นก็จะใช้เมทานอลในการชะสาร PFOS ออกมา ก่อนจะนำไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS/MS)”
“เราพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ให้สอดคล้องกับบริบทโครงสร้างพื้นฐานของเอ็มเทค จากการทดลองพบว่า การสกัดด้วยเทคนิค SPE สามารถสกัดได้ค่อนข้างดีโดยมีร้อยละของกลับคืน (%recovery) ประมาณ 111% (เกณฑ์ที่ยอมรับได้อยู่ในช่วง 70-130%) สำหรับผลที่เกิดจากเมทริกซ์ (matrix effect) เราได้เปรียบเทียบสัดส่วนความชันของกราฟการสอบเทียบ (calibration curve) ระหว่าง (1) การเติมสาร PFOS ในเมทานอลโดยตรงเทียบกับ (2) การเติมสาร PFOS ในน้ำแล้วสกัดด้วยเทคนิค SPE ถ้าเมทริกซ์ไม่มีผลต่อการวิเคราะห์เส้นกราฟทั้ง 2 เส้นจะมีความชันเท่ากันหรือใกล้เคียงกัน หรือคำนวณค่า % matrix effect ได้ 100% สำหรับวิธีของเรา คำนวณได้ 89% ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้”
“ส่วนวิธีการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค LC-MS/MS มีขีดจำกัดของการตรวจวัดเชิงคุณภาพ (Limit of Detection, LOD) หรือระดับความเข้มข้นต่ำสุดของสารที่เทคนิคนี้จะตรวจพบอยู่ที่ 0.2 ppt และขีดจำกัดของการวิเคราะห์เชิงปริมาณ (Limit of Quantitation, LOQ) หรือระดับความเข้มข้นต่ำสุดของสารที่เทคนิคนี้จะวัดปริมาณได้โดยมีความแม่นและความเที่ยงที่ยอมรับได้อยู่ที่ 0.4 ppt”
“เรายังควบคุมคุณภาพการวิเคราะห์ โดยทุกครั้งที่วิเคราะห์น้ำตัวอย่าง เราจะเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์เมทานอล เพื่อตรวจสอบว่าเครื่องมือของเราสะอาดไม่มีการปนเปื้อน จากนั้นจะวิเคราะห์เมทานอลที่เติมสาร PFOS เข้มข้น 5 ppb (parts per billion) และ 25 ppb เพื่อตรวจสอบว่าสัญญาณหรือพีกของ PFOS ขึ้นที่ตำแหน่งเดิมหรือไม่ ต่อมาก็จะนำน้ำปราศจากไอออน (deionized water) มาสกัดด้วยเทคนิค SPE เพื่อตรวจสอบว่ากระบวนการต่างๆ ในห้องปฏิบัติการมีการปนเปื้อนมากน้อยเพียงใด จึงค่อยวิเคราะห์ตัวอย่างน้ำที่เติมสาร PFOS เข้มข้น 5 ppb และ 25 ppb และสกัดด้วยเทคนิค SPE และปิดท้ายด้วยการวิเคราะห์เมทานอลอีกครั้ง”
“นอกจากนี้ ทีมยังได้ทดลองกำจัดสาร PFOS ด้วยเคมีไฟฟ้า คือใช้เทคนิค Electro-Coagulation (EC) เราได้ทดลองหลายตัวแปร ได้แก่ กระแสไฟฟ้า, ค่า pH, ระยะห่างระหว่างขั้วอิเล็กโทรด, ความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (NaCl), เวลา และอัตราการกวนสารละลาย เมื่อนำน้ำตัวอย่างที่ผ่านการกำจัดสาร PFOS มาวิเคราะห์พบว่า ยิ่งใช้กระแสไฟฟ้ามาก ก็จะสามารถลดปริมาณ PFOS ได้มาก ซึ่งวิธีนี้สามารถลดสาร PFOS ได้ถึง 91%”
“อย่างไรก็ดี วิธีนี้ยังเป็นเพียงการทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาว่าจะสามารถลด PFOS ได้หรือไม่ เรายังต้องศึกษาเพิ่มเติมว่า สาร PFOS ที่ลดลงไปนั้น กลายเป็นสารอื่นไหม เช่น สารที่มีสายโซ่โมเลกุลที่สั้นลง แต่มีอันตรายเหมือนเดิมหรือมากกว่าเดิม” ดร.เสมอแข อธิบายเพิ่มเติม
ส่วนอีกโครงการหนึ่งนั้น คุณเพชราพรกล่าวว่า “เอ็มเทคได้รับการสนับสนุนจากยูนิโด (UNIDO)2 ให้สำรวจสารมลพิษตกค้างยาวนานหรือสาร POPs (Persistent Organic Pollutants) ในประเทศ ซึ่งสาร PFOS PFOA และ PHFxS ถูกระบุให้เป็นสาร POPs ภายใต้อนุสัญญาสตอกโฮล์มที่ประเทศไทยเป็นภาคีสมาชิก เราจึงสำรวจสารทั้ง 3 ชนิดนี้ในโฟมดับเพลิง”
_________________________________________________________
2 องค์การพัฒนาอุตสาหกรรมแห่งสหประชาชาติ (United Nations Industrial Development Organization อักษรย่อ UNIDO) เป็นหน่วยงานพิเศษในระบบสหประชาชาติ ซึ่งมีสำนักงานใหญ่ตั้งอยู่ที่กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย มีวัตถุประสงค์หลักคือการส่งเสริมและเร่งการพัฒนาอุตสาหกรรมในประเทศกำลังพัฒนา และประเทศที่มีเศรษฐกิจในช่วงเปลี่ยนผ่าน และการส่งเสริมความร่วมมือด้านอุตสาหกรรมระหว่างประเทศ นอกจากนี้ยังเป็นสมาชิกของกลุ่มพัฒนาแห่งสหประชาชาติ (ที่มา: https://th.wikipedia.org/wiki/องค์การพัฒนาอุตสาหกรรมแห่งสหประชาชาติ
แผนในอนาคต
คุณเพชราพรกล่าวว่า “จากการศึกษาขีดความสามารถในการรองรับสาร PFAS ในลุ่มน้ำ 3 แห่งของประเทศไทยที่ผ่านมาทำให้เราพัฒนาฐานข้อมูลสำหรับส่งมอบแก่สำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ (สทนช.) เพื่อใช้ประโยชน์ อีกทั้งยังพัฒนาวิธีการวิเคราะห์แบบคัดกรองด้วยเทคนิคทางไฟฟ้าเคมี เนื่องจากการเก็บน้ำตัวอย่างจากทั่วประเทศมาวิเคราะห์ใช้เวลาและมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง เราจึงเสนอวิธีตรวจวัดโดยใช้เซ็นเซอร์เพื่อคัดกรองเบื้องต้น หากพบตัวอย่างที่น่าสงสัยก็จะนำมาวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการต่อไป”
ดร.เสมอแขได้ขยายความเพิ่มเติมว่า “การพัฒนาเซ็นเซอร์เราใช้เทคนิค MIP (Molecular Imprinted Polymer) เราจะเจาะลายโพลิเมอร์ให้มีความจำเพาะเจาะจงกับสารที่ต้องการตรวจวัด เมื่อนำโพลิเมอร์นี้ไปจุ่มในน้ำตัวอย่างที่มีสารตรงกับลายบนโพลิเมอร์ก็จะทำให้โพลิเมอร์มีความต่อเนื่องมากขึ้นจึงสามารถวัดกระแสได้มากขึ้น ส่วนน้ำตัวอย่างที่ไม่มีสารนี้ก็จะวัดกระแสได้น้อยกว่า”
ส่วนเรื่องการบำบัดน้ำ คุณเพชราพร กล่าวเสริมว่า “ในปีนี้ (2566) เรายังไม่เน้นเรื่องการบำบัดน้ำ แต่ปีหน้าจะร่วมกับจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เพื่อศึกษาวิธีการบำบัดและผลของสารที่เกิดขึ้นจากการบำบัดว่าต้องไม่เป็นอันตรายเท่าเดิมหรือมากกว่าเดิม”
ขอบคุณข้อมูลจาก
ดร.เสมอแข จงธรรมานุรักษ์ และคุณเพชราพร นิลวิลัย
ทีมวิจัยวัสดุและระบบเพื่อสิ่งแวดล้อม ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ
