“หยดน้ำสะอาดที่สุดในโลก” ช่วยค้นหาต้นตอคราบโมเลกุลจับติดทุกสรรพสิ่ง

  • 29 สิงหาคม 2018
น้ำแข็งที่สะอาดที่สุดในโลก (ซ้าย) ละลายกลายเป็นหยดน้ำ (ขวา) Image copyright TU WIEN
คำบรรยายภาพ น้ำแข็งที่สะอาดที่สุดในโลก (ซ้าย) ละลายกลายเป็นหยดน้ำ (ขวา)

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแห่งกรุงเวียนนา (TU Wien) ของออสเตรีย สร้าง "หยดน้ำสะอาดที่สุดในโลก" ขึ้นในห้องทดลองสุญญากาศ เพื่อใช้เป็นเครื่องมือในการไขปัญหาเรื่องคราบโมเลกุลปริศนาที่เกาะติดพื้นผิวของทุกสรรพสิ่ง โดยต้องการทราบว่าเป็นคราบสารเคมีชนิดใดและมีแหล่งกำเนิดจากไหนกันแน่

ศ. อูลริเคอ ดีบอลด์ ผู้นำทีมวิจัยซึ่งตีพิมพ์ผลการทดลองครั้งนี้ลงในวารสาร Science ระบุว่า ไม่มีวัตถุใดที่จะสะอาดปราศจากสิ่งแปดเปื้อนได้อย่างแท้จริง แม้จะผ่านกระบวนการขัดล้างทำความสะอาดอย่างล้ำลึกมามากเพียงใดก็ตาม เพราะทันทีที่วัตถุนั้นสัมผัสกับอากาศ จะเกิดคราบโมเลกุลบาง ๆ จับที่พื้นผิวทันที ซึ่งคราบนี้ทำให้คุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงไปได้ด้วย

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่าคราบดังกล่าวคือสารเคมีอะไรกันแน่ เนื่องจากขั้นตอนการพิสูจน์ต้องควบคุมให้สภาพแวดล้อมของห้องทดลองมีความสะอาดบริสุทธิ์สูงซึ่งทำได้ยาก งานวิจัยก่อนหน้านี้บางชิ้นคาดว่าคราบโมเลกุลดังกล่าวคือน้ำแข็งชนิดใหม่หรือไม่ก็กรดคาร์บอนิกจากในอากาศ

อย่างไรก็ตาม ศ. ดีบอลด์ ได้ออกแบบวิธีการตรวจสอบใหม่ โดยสร้าง "หยดน้ำสะอาดที่สุดในโลก" ซึ่งไม่เคยสัมผัสกับอากาศมาก่อนขึ้น วิธีนี้ทำได้โดยปล่อยไอน้ำบริสุทธิ์เข้าไปในห้องสุญญากาศ เพื่อให้จับตัวเป็นน้ำแข็งที่ปลายแท่งโลหะอุณหภูมิ -140 องศาเซลเซียส จากนั้นจึงละลายน้ำแข็งให้กลายเป็นของเหลว ซึ่งจะหยดลงบนแผ่นโลหะไทเทเนียมไดออกไซด์ที่วางรองรับอยู่

ผลการตรวจสอบแผ่นโลหะด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงพบว่า ไม่มีคราบโมเลกุลปริศนาเกิดขึ้น และแม้จะเปลี่ยนจากไอน้ำบริสุทธิ์เป็นไอของน้ำโซดา คราบโมเลกุลก็ยังไม่เกิดขึ้น ซึ่งแสดงว่าคราบนี้ไม่ได้เกิดจากไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ตามที่งานวิจัยชิ้นก่อน ๆ สรุปเอาไว้

แต่เมื่อนำแผ่นโลหะและหยดน้ำที่ทำการทดลองออกมาสัมผัสอากาศภายนอก กลับพบคราบโมเลกุลปริศนาเกิดขึ้นอย่างชัดเจน ซึ่งคราวนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นโมเลกุลกรดอินทรีย์ที่พืชผลิตออกมา ได้แก่กรดอะซิติกหรือกรดน้ำส้มรวมทั้งกรดฟอร์มิกหรือกรดมดนั่นเอง ซึ่งกรดเหล่านี้เจือปนอยู่ในอากาศในสัดส่วนที่เจือจางมากเพียงไม่กี่ส่วนในพันล้านส่วนเท่านั้น

ทีมผู้วิจัยบอกว่า ผลการค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อเทคโนโลยีวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีการนำไปใช้งานในวงกว้าง เพื่อสร้างพื้นผิวที่ทำความสะอาดตัวเองได้และใช้เคลือบกระจกเพื่อป้องกันไม่ให้ไอน้ำเกาะ ซึ่งคราบโมเลกุลกรดอินทรีย์ที่พบมีผลต่อการพัฒนาคุณภาพของวัสดุชนิดนี้และชนิดอื่น ๆ ด้วย

ข่าวที่เกี่ยวข้อง

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม