Learn

การหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง : ตอน 5 การเก็บและเตรียมตัวอย่าง

การเก็บตัวอย่าง

ในการคัดเลือกตัวอย่างที่เหมาะสมเพื่อนำไปหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง (ทั้ง TL และ OSL) อย่างมีประสิทธิภาพนั้น อันดับแรกต้องมีหลักฐานหรือข้อสมมุติฐานที่แสดงให้เห็นว่า ตัวอย่างที่ผ่านความร้อน และต้องการหาอายุการถูกเผาครั้งสุดท้ายนั้น ได้รับความร้อนเพียงพอ (300-500 oC; Feathers, 2003) หรือ ตัวอย่างตะกอนดิน ที่ต้องการหาอายุการสะสมตัวครั้งล่าสุดนั้น ต้องมีสภาพแวดล้อมการสะสมตัวของตะกอนที่ชี้นำได้ว่ามีโอกาสได้รับแสงอาทิตย์ 6-8 ชั่วโมง (Aitken, 1985) ซึ่งเพียงพอที่จะลบล้างอิเลฺ็กตรอนที่เคยอยู่ในหลุมกักเก็บหรือสัญญาณการเปล่งแสงเออกไปจนหมด (กรณีตัวอย่างที่ได้รับความร้อน) หรือ ออกไปจนมีระดับเท่ากับค่าคงเหลือ หรือค่า Io (กรณีตัวอย่างตะกอน) ซึ่งตะกอนที่เหมาะสมที่สุดในการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง คือ ดินลมหอบ (loess) ที่เกิดจากการพัดพาโดยลมในเขตแห้งแล้งอย่างทะเลทราย เพราะตะกอนแทบทุกเม็ดได้สัมผัสกับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ในช่วงกลางวันเป็นเวลานาน ในขณะที่ถูกพัดพามาสะสมตัว

นอกจากนั้นตะกอนที่สะสมตัวในทะเลสาบและตะกอนที่เกิดจากทางน้ำที่ไหลเอื่อยๆ และมีการคัดขนาดดีก็เหมาะสมในการนำมาหาอายุเช่นกัน เนื่องจากขนาดตะกอนเล็ก ถูกพัดพาเป็นระยะทางไกล จึงเชื่อได้ว่าตะกอนดังกล่าวน่าจะได้รับการอาบแดดนานเพียงพอ ส่วนตะกอนเม็ดหยาบที่เกิดจากกระบวนการทางน้ำที่พัดรุนแรง ไม่เหมาะสมเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากเชื่อว่าตะกอนหยาบๆ และคัดขนาดไม่ดี น่าจะเป็นตะกอนที่ตกในระยะทางใกล้กับแหล่งกำเนิด ในน้ำที่ขุ่นมัว แสงอาทิตย์ไม่สามารถส่องผ่านลงมาถึงเม็ดตะกอนก้อนโตได้ เช่น ตะกอนที่เกิดจากดินถล่ม (landslide) หรือ เศษหินไหลหลาก (debris flow) ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ไม่เหมาะสมที่จะนำมาหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง

ดังนั้น อย่างที่กล่าวในข้างต้น เมื่อพิจารณาแล้วว่า ตัวอย่างที่ต้องการหาอายุการถูกเผาครั้งสุดท้ายได้รับความร้อนเพียงพอ (300-500 oC; Feathers, 2003) หรือตัวอย่างตะกอนดิน ที่ต้องการหาอายุการสะสมตัวครั้งล่าสุดนั้นมีโอกาสได้รับแสงอาทิตย์ 6-8 ชั่วโมง (Aitken, 1985) จึงทำการเก็บตัวอย่างเพื่อมาหาอายุ โดยในกรณีของตัวอย่างที่เป็นก้อนแข็ง เช่น หินอัคนีในทางธรณีวิทยา หรืออิฐที่สร้างอาคารในทางโบราณคดี สามารถเก็บตัวอย่างได้โดยตรง เนื่องจากเป็นก้อนติดกัน โดยอาจใช้วิธีเจาะเพื่อเก็บตัวอย่างตามตำแหน่งที่ต้องการจะหาอายุ ซึ่งในบางกรณีในช่วงเก็บตัวอย่าง ผิวนอกของตัวอย่างนั้นสัมผัสกับแสงซึ่งจะไม่สามารถนำมาใช้ในการหาอายุได้ (รูป ก) แต่ด้านในจะยังไม่สัมผัสกับแสง โดยเมื่อนำตัวอย่างไปเตรียมในห้องปฏิบัติการภายใต้สภาวะห้องมืดหรือแสงสีแดง ต้องทำการขูดหน้าหรือผิวตัวอย่างในส่วนที่สัมผัสกับแสงออก ซึ่งส่วนด้านในของตัวอย่างก็จะสามารถนำมาหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสงได้ตามปกติ

กรรมวิธีในการเก็บตัวอย่างเพื่อนำไปหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง (ก) เจาะและเก็บตัวอย่างอิฐจากกำแพง (ข) การใช้ผ้าคลุมเพื่อเก็บตัวอย่างตะกอนดิน และใส่ในกล่องพลาสติกทึบแสง (ค) แสดงหลุมที่เกิดจากการขุดเพื่อนำตัวอย่างดินโดยรอบที่ต้องการหาอายุไปประเมินความเข้มข้นของธาตุกัมมันตรงสี เพื่อนำไปใช้ในการหาอัตราการแผ่รังสีต่อปี (AD) ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องป้องกันการสัมผัสกับแสงอาทิตย์

ในกรณีของตัวอย่างตะกอนซึ่งเป็นดินร่วน สืบเนื่องจากตะกอนสามารถขยับเขยื่อนได้ ดังนั้นหากมีตัวอย่างบางส่วนสัมผัสกับแสง หลังจากเก็บตัวอย่างไปในห้องปฏิบัติการ ส่วนที่สัมผัสกับแสงและไม่สัมผัสอาจปะปนกันได้ ซึ่งจะทำให้อายุที่ได้หลากหลาย อายุแกว่งและไม่สื่อถึงอายุของการสะสมตัวของตะกอนอย่างแท้จริง ดังนั้นการเก็บตัวอย่างในกรณีของตะกอนดินอาจจะต้องระมัดระวังการสัมผัสกับแสงของตัวอย่างเป็นพิเศษ โดยในการเก็บตัวอย่าง ตะกอนดินเพื่อนำมาหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง มีข้อควรปฏิบัติ ดังนี้

  • ขูดพื้นผิวบริเวณที่ต้องการเก็บตัวอย่างออก อย่างน้อย 1 เซนติเมตร และในขณะที่เก็บตัวอย่างให้บังบริเวณที่เก็บตัวอย่างไม่ให้สัมผัสกับแสงอาทิตย์โดยตรง (รูป ข)
  • เก็บตัวอย่างไว้ในกล่องเก็บตัวอย่างที่ทึบแสง ประมาณ 250 กรัม ซึ่งในขณะเก็บยังคงบังแสงอาทิตย์ไม่ให้ถูกตัวอย่าง จากนั้นนำกล่องเก็ตัวอย่างเก็บไว้ในถุงพลาสติกดำ โดยตัวอย่างในส่วนนี้ ใช้สำหรับการหาปริมาณรังสีหรือิเเล็กตรอนที่อยู่ในหลุมกักเก็บอิเล็กตรอนของตัวอย่าง (ค่า ED)
  • เก็บตัวอย่างเพิ่มขึ้นอีก 0.5-1 กิโลกรัม สำหรับนำไปวิเคราะห์ปริมาณธาตุกัมมันตรังสี (U Th และ K) (รูป ค) เพื่อใช้ประเมินอัตราการแผ่รังสีต่อปี (AD) ซึ่งการเก็บตัวอย่างในส่วนนี้ ไม่จำเป็นต้องเก็บไว้ในที่มืด สัมผัสแสงได้ แต่ต้องสามารถเก็บความชื้นไว้ได้ เพราะต้องนำตัวอย่างไปประเมินค่าความชื้น เพื่อนำไปประมวลร่วมกับค่าความเข้มข้นของธาตุ U Th และ K และประเมินค่า AD ต่อไป
  • ควรมีการบันทึกรายละเอียดข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการเก็บและสภาพแวดล้อมรอบข้างของบริเวณเก็บตัวอย่างโดยละเอียด เช่น 1) ลักษณะการถูกรบกวนชั้นดินที่ต้องการหาอายุ จากกิจกรรมมนุษย์หรือการรบกวนจากรากพืชและการชอนไชของสิ่งมีชีวิต (bioturbation) 2) ลักษณะการปนเปื้อนของสารละลายคาร์บอเนตที่อาจมากับน้ำใต้ดิน และ 3) ไม่ควรเก็บตัวอย่างหลังจากมีฝนตก ทั้งนี้เนื่องจากค่าความชื้นที่ตรวจวัดได้ในขณะนั้นเป็นความชื้นที่ไม่สื่อถึงค่าความชื้นโดยภาพรวมของสภาพแวดล้อมของตัวอย่าง ซึ่งทั้งหมดที่กล่าวมามีโอกาสส่งผลต่ออายุของตัวอย่างที่ต้องการหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง

การเตรียมตัวอย่าง

ในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างนั้น เป็นการเตรียมตัวอย่างเพื่อนำไปวิเคราะห์ 2 ส่วน คือ 1) วิเคราะห์ค่าปริมาณอิเล็กตรอนหรือการเปล่งแสงที่มีอยู่ในตัวอย่าง (ED) และ 2) วิเคราะห์อัตราการแผ่รังสีต่อปี (AD) ซึ่งขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างสำหรับการตรวจวัดค่า AD ซึ่งไม่ยุ่งยากมากนัก แต่ในกรณีของการเตรียมตัวอย่างเพื่อตรวจวัดค่า ED นั้น ตลอด กระบวนการนับตั้งแต่การเก็บตัวอย่าง การเตรียมตัวอย่างจนถึงกระบวนการวัดสัญญาณจากตัวอย่างนั้น จำเป็นต้องทำในห้องมืด (red subdue room) เพื่อป้องกันการสูญเสียสัญญาณเพราะแสงจากการทำงานที่มากระตุ้นสัญญาณที่มีอยู่ในตัวอย่าง

สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมของห้องปฏิบัติการในการเตรียมตัวอย่างเพื่อนำไปหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง

และขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างสำหรับส่วนของ ED นี้ มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อสกัดเฉพาะแร่ควอตซ์ ซึ่งนิยมใช้เป็นแร่ตัวแทนในการหาค่า ED และอายุด้วยวิธีเปล่งแสง (Aitken, 1985) รายละเอียดการเตรียมตัวอย่างในแต่ละขั้นตอนนั้น สรุปได้ ดังนี้ (ดูรูปประกอบ)

แผนภูมิแสดงกระบวนการปฏิบัติงานการเตรียมตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์และหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสง (Takashima and Honda, 1989)

ขั้นตอนที่ 1 อบตัวอย่างให้แห้ง ที่อุณหภูมิ 50-60 °C และแบ่งตัวอย่างส่วนหนึ่ง นำไปการประเมินปริมาณความชื้นในตัวอย่างนั้น (water content)

ขั้นตอนที่ 2 บดตัวอย่างที่แห้งเบาๆ ด้วยครกไม้ หรือครกสแตนเลส และร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 20 (ขนาด 0.85 มิลลิเมตร) ในปริมาณ 250-300 กรัม ใส่ภาชนะพลาสติกปิดฝาสนิท เก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องประมาณ 1 สัปดาห์ เพื่อให้เกิดการสมดุลในตัวอย่าง ก่อนจะนำไปประเมินหาธาตุ U Th และ K ด้วยเครื่องมือที่เหมาะสม เช่น gamma spectrometer (GS) หรือ neutron activation analysis (NAA) และใช้ร่วมกับค่าความชื้นของตัวอย่าง เพื่อประเมินค่า AD

ขั้นตอนที่ 3 นำตัวอย่างที่ร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 20 ที่เหลือ บดด้วยครกไม้ต่อและร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 60 (ขนาด 250 ไมโครเมตร) และค้างบนตะแกรงเบอร์ 200 (ขนาด 74 ไมโครเมตร)

ขั้นตอนที่ 4 นำตัวอย่างจากขั้นตอนที่ 3 ล้างด้วยน้ำกลั่นประมาณ 10 ครั้ง จากนั้นกัดด้วยกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ความเข้มข้น 50 % เป็นเวลา 30 นาที เพื่อสกัดแร่กลุ่มคาร์บอเนต (เศษหินปูนหินโดโลไมต์) ออกจากตัวอย่าง โดยใส่ไว้ในตู้อุ่นตัวอย่าง (water bath) เพื่อเร่งปฏิกิริยา หลังจากนั้นเทกรดทิ้งแล้วล้างด้วยน้ำกลั่นอีกประมาณ 10 ครั้ง

ขั้นตอนที่ 5 จากนั้นนำตัวอย่าง (ใส่ในถ้วยพลาสติก) มากัดด้วยกรดกัดแก้ว (HF) ที่ความเข้มข้น 24 % เป็นเวลา 30 นาที เพื่อสลายแร่เฟลด์สปาร์ โดยใส่ไว้ในเครื่องอุ่นตัวอย่าง จากนั้นเทกรดทิ้ง และล้างด้วยน้ำอีกประมาณ 10 ครั้ง แล้วจึงเติมกรดเกลือ (HCl) อีกครั้ง ดำเนินการตามขั้นตอนเหมือนขั้นตอนที่ 4 ต่อจากนั้นอบให้แห้งเป็นเวลาประมาณ 1 วัน ที่อุณหภูมิ 50-60 °C

ขั้นตอนที่ 6 นำตัวอย่างที่แห้งสนิทแล้วไปแยกกลุ่มแร่เหล็กออกด้วย เครื่องแยกแม่เหล็ก isodynamic magnetic separator โดยผ่านกระแสไฟฟ้าขนาด 1.4 แอมแปร์ ที่ความเอียงประมาณ 25 องศา

(ก) เครื่องแยกแม่เหล็ก isodynamic magnetic separator (ข) ก้อนสีดำคือเศษผมแร่เหล็กที่แยกออกมาได้ (ค) ตัวอย่างแร่ควอตซ์บริสุทธิ์ที่ได้จากการสกัดเตรียมตัวอย่างและเก็บไว้ในที่ทึบแสง (ง) ตัวอย่างตะกอนที่เตรียมใส่ในกระปุกที่ปิดฝาและพันเทปใสขอบฝาเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซอาร์กอนที่ได้จากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ในส่วนนี้ต้องเก็บไว้อย่างน้อย 1-2 สัปดาห์ ก่อนจะนำไปวัดค่า U Th และ K

หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนเตรียมตัวอย่างและการสกัดแร่ควอตซ์เรียบร้อยแล้ว จะได้ตัวอย่าง 2 ส่วน คือ ส่วนที่ 1 ตัวอย่างสำหรับวัดค่าปริมาณความเข้มข้นของธาตุกัมมันตรังสีในตัวอย่าง U Th และ K เพื่อนำไปคำนวณร่วมกับปริมาณความชื้นในตัวอย่าง และประเมินค่าอัตราการแผ่รังสีต่อปีของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในบริเวณรอบข้าง (AD) และ ส่วนที่ 2 คือ ตัวอย่างคอวตซ์บริสุทธิ์ สำหรับนำไปวัดค่าปริมาณรังสีหรือค่าจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวอย่าง (ED)

Share: