สวัสดีครับ วันนี้ผมนำข่าวเกี่ยวกับนาโนเทคฯ มาฝากกัน นั่นก็คือมีการใช้กล้อง Atomic Force Microscopy (AFM) ส่องเห็นพันธะไฮโดรเจนได้เป็นครั้งแรกของโลกนั่นเองครับ แต่ก่อนหน้านั้นเรามาพูดถึงกันก่อนว่าพันธะไฮโดรเจนคืออะไร แล้วกล้อง AFM มีหน้าที่อะไรกันนะครับ
ปกติแล้วแรงดึงดูดทางเคมี จะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหยาบๆ ได้แก่ แรงภายในโมเลกุล (หรือ Intramolecular force) ซึ่งก็ตามชื่อเลยว่าเป็นแรงที่เกิดขึ้นอยู่ภายในโมเลกุล เช่น พันธะโควาเลนท์ ที่คอยยึดเหนี่ยวอะตอมภายในโมเลกุลไว้ด้วยกัน ส่วนอีกแรงก็คงจะเดาได้กันอยู่แล้วนั่นก็คือ แรงระหว่างโมเลกุล (หรือ Intermolecular force) ซึ่งเป็นแรงที่เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลตั้งแต่ 2 โมเลกุลขึ้นไปมาอยู่ใกล้กัน และพันธะไฮโดรเจน ก็จัดอยู่ในประเภทของแรงระหว่างโมเลกุลนั่นเอง
ซึ่งพันธะไฮโดรเจนเนี่ย (ผมขอใช้ทับศัพท์ว่า Hydrogen bond หรือ H-bond ไปเลยแล้วกัน แฮร่!) เป็นแค่แรงดึงดูดอ่อนๆ ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจน กับอะตอมที่มีค่า Electronegativity (EN) สูงๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน หรือฟลูออรีน เท่านั้นเองครับ แต่ก็ทรงพลังมากพอที่จะส่งผลต่อปรากฎการณ์ทางเคมีหลายๆ อย่าง เช่น แรงตึงผิวและจุดเดือดที่สูงมากของน้ำ ส่วนหนึ่งก็เป็นผลมาจาก H-bond ครับ หรือสายเกลียวของ DNA ที่ขมวดเข้าด้วยกัน ก็เป็นผลมาจาก H-bond
ขนาดน้ำยังมีพันธะไฮโดรเจน แล้วเมื่อไหร่เธอจะมีพันธะกับเราบ้าง อะไรประมาณนี้นะครับ (อะแฮ่มๆ รู้ว่าแป้กครับ แต่อย่าพึ่งหนี เข้าสาระต่อละ)
เกริ่นมาขนาดนี้ แปลว่า H-bond นั้นยังไม่มีใครเคยเห็นจริงๆ ใช่มั้ย? คำตอบคือใช่ครับ ที่ผ่านมามันถูกจัดว่าเป็นเพียงทฤษฎีก็ว่าได้ครับ ซึ่งการทดลองต่างๆ นั้นก็สอดคล้องว่า H-bond นั้นมีอยู่จริง เพียงแต่ว่ายังไม่มีภาพถ่ายที่เห็นได้อย่างเป็นรูปธรรมเท่านั้นเองครับ เหมือนคลื่นความโน้มถ่วงนั่นแหละครับ มีคนเคยวัดโดยอ้อมได้เมื่อนานมาแล้ว แล้วก็ 3-4 ปีล่าสุดก็พึ่งตรวจวัดได้อย่างจริงจังนั่นแหละ
แน่นอนว่าการตรวจวัดครั้งนี้ ก็หนีไม่พ้นกล้อง AFM ซึ่งเคยมีวีรกรรม ส่องเห็นพันธะโควาเลนท์มาแล้วนั่นเองครับ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้มีการใช้คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) แปะไว้ที่ปลายเข็ม การทดลองนี้ใช้คอปเปอร์ออกไซด์ (CuOx) แทนครับ
AFM มีชื่อไทยว่า กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่เอาไว้ส่องวัตถุ โดยเฉพาะโมเลกุลขนาดเล็กๆ ได้ โดยการวัดแรงผลักหรือแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างหัวเข็มกับพื้นผิว แล้วสร้างเป็นภาพได้ คล้ายๆ กับการเอามือคลำบนผิวมือของภรรยาแล้วจินตนาการถึงความเหี่ยวย่นของมันนั่นแหละครับ
(ผมยังไม่มีเมียนะ
)
ซึ่งอย่างที่ผมบอกไปว่า H-bond นั้นเป็นแค่แรงอ่อนๆ แบบอ่อนมว้ากกกกกกกกกกก ก.ไก่ ล้านตัว เท่านั้นเองครับ การวัดหามันจึงเป็นไปได้ยากเหลือเกิน แต่คำว่าพยายามไม่เคยทำร้ายสักคนที่ตั้งใจ ดั่งเพลง Shonichi ของน้องๆ วง BNK48 ได้กล่าวเอาไว้ ทำให้ทีมวิจัยชาวเยอรมันและชาวจีน นำโดย Dr.Harry Mönig จากสถาบันวิจัยทางฟิสิกส์ (Physikalisches Institut) แห่งเยอรมันนี ได้ทดลองเปลี่ยนหัวเข็มโดยใช้คอปเปอร์ออกไซด์ และด้วยการวัดที่ละเอียดสูงนั้น ก็ได้ภาพของ H-bond มาเชยชมสมใจ เป็นการพิสูจน์ได้อย่างดีว่า พันธะไฮโดรเจนนั้นมีอยู่จริง!! ไม่อิงนิยายนะครับ
งานวิจัยนี้ได้ถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature วารสารที่ทรงอิทธิพลต่อวงการวิทยาศาสตร์เป็นอันดับต้นๆ ของโลก สามารถอ่านงานวิจัยได้ที่ Quantitative assessment of intermolecular interactions by atomic force microscopy imaging using copper oxide tips
ขอบคุณแหล่งข่าว
- ChemistryWorld
- Chemical and Engineering News
- Microscopy and Analysis
ซ้าย: ภาพ AFM ของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลที่ชื่อ PTCDA
ขวา: ภาพจำลองโครงสร้างของ PTCDA และพันธะไฮโดรเจน
ปกติแล้วแรงดึงดูดทางเคมี จะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหยาบๆ ได้แก่ แรงภายในโมเลกุล (หรือ Intramolecular force) ซึ่งก็ตามชื่อเลยว่าเป็นแรงที่เกิดขึ้นอยู่ภายในโมเลกุล เช่น พันธะโควาเลนท์ ที่คอยยึดเหนี่ยวอะตอมภายในโมเลกุลไว้ด้วยกัน ส่วนอีกแรงก็คงจะเดาได้กันอยู่แล้วนั่นก็คือ แรงระหว่างโมเลกุล (หรือ Intermolecular force) ซึ่งเป็นแรงที่เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลตั้งแต่ 2 โมเลกุลขึ้นไปมาอยู่ใกล้กัน และพันธะไฮโดรเจน ก็จัดอยู่ในประเภทของแรงระหว่างโมเลกุลนั่นเอง
ซึ่งพันธะไฮโดรเจนเนี่ย (ผมขอใช้ทับศัพท์ว่า Hydrogen bond หรือ H-bond ไปเลยแล้วกัน แฮร่!) เป็นแค่แรงดึงดูดอ่อนๆ ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจน กับอะตอมที่มีค่า Electronegativity (EN) สูงๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน หรือฟลูออรีน เท่านั้นเองครับ แต่ก็ทรงพลังมากพอที่จะส่งผลต่อปรากฎการณ์ทางเคมีหลายๆ อย่าง เช่น แรงตึงผิวและจุดเดือดที่สูงมากของน้ำ ส่วนหนึ่งก็เป็นผลมาจาก H-bond ครับ หรือสายเกลียวของ DNA ที่ขมวดเข้าด้วยกัน ก็เป็นผลมาจาก H-bond
ภาพจำลอง H-bond ระหว่างโมเลกุลของน้ำแบบ 3 มิติ
ขนาดน้ำยังมีพันธะไฮโดรเจน แล้วเมื่อไหร่เธอจะมีพันธะกับเราบ้าง อะไรประมาณนี้นะครับ (อะแฮ่มๆ รู้ว่าแป้กครับ แต่อย่าพึ่งหนี เข้าสาระต่อละ)
เกริ่นมาขนาดนี้ แปลว่า H-bond นั้นยังไม่มีใครเคยเห็นจริงๆ ใช่มั้ย? คำตอบคือใช่ครับ ที่ผ่านมามันถูกจัดว่าเป็นเพียงทฤษฎีก็ว่าได้ครับ ซึ่งการทดลองต่างๆ นั้นก็สอดคล้องว่า H-bond นั้นมีอยู่จริง เพียงแต่ว่ายังไม่มีภาพถ่ายที่เห็นได้อย่างเป็นรูปธรรมเท่านั้นเองครับ เหมือนคลื่นความโน้มถ่วงนั่นแหละครับ มีคนเคยวัดโดยอ้อมได้เมื่อนานมาแล้ว แล้วก็ 3-4 ปีล่าสุดก็พึ่งตรวจวัดได้อย่างจริงจังนั่นแหละ
แน่นอนว่าการตรวจวัดครั้งนี้ ก็หนีไม่พ้นกล้อง AFM ซึ่งเคยมีวีรกรรม ส่องเห็นพันธะโควาเลนท์มาแล้วนั่นเองครับ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้มีการใช้คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) แปะไว้ที่ปลายเข็ม การทดลองนี้ใช้คอปเปอร์ออกไซด์ (CuOx) แทนครับ
AFM มีชื่อไทยว่า กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่เอาไว้ส่องวัตถุ โดยเฉพาะโมเลกุลขนาดเล็กๆ ได้ โดยการวัดแรงผลักหรือแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างหัวเข็มกับพื้นผิว แล้วสร้างเป็นภาพได้ คล้ายๆ กับการเอามือคลำบนผิวมือของภรรยาแล้วจินตนาการถึงความเหี่ยวย่นของมันนั่นแหละครับ
(ผมยังไม่มีเมียนะ
)
แบบจำลองหัวเข็มของ AFM ที่กำลังตรวจวัดพื้นผิว
ซึ่งอย่างที่ผมบอกไปว่า H-bond นั้นเป็นแค่แรงอ่อนๆ แบบอ่อนมว้ากกกกกกกกกกก ก.ไก่ ล้านตัว เท่านั้นเองครับ การวัดหามันจึงเป็นไปได้ยากเหลือเกิน แต่คำว่าพยายามไม่เคยทำร้ายสักคนที่ตั้งใจ ดั่งเพลง Shonichi ของน้องๆ วง BNK48 ได้กล่าวเอาไว้ ทำให้ทีมวิจัยชาวเยอรมันและชาวจีน นำโดย Dr.Harry Mönig จากสถาบันวิจัยทางฟิสิกส์ (Physikalisches Institut) แห่งเยอรมันนี ได้ทดลองเปลี่ยนหัวเข็มโดยใช้คอปเปอร์ออกไซด์ และด้วยการวัดที่ละเอียดสูงนั้น ก็ได้ภาพของ H-bond มาเชยชมสมใจ เป็นการพิสูจน์ได้อย่างดีว่า พันธะไฮโดรเจนนั้นมีอยู่จริง!! ไม่อิงนิยายนะครับ
งานวิจัยนี้ได้ถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature วารสารที่ทรงอิทธิพลต่อวงการวิทยาศาสตร์เป็นอันดับต้นๆ ของโลก สามารถอ่านงานวิจัยได้ที่ Quantitative assessment of intermolecular interactions by atomic force microscopy imaging using copper oxide tips
ขอบคุณแหล่งข่าว
- ChemistryWorld
- Chemical and Engineering News
- Microscopy and Analysis
---
Pantip. "ภาพถ่ายของพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) ครั้งแรกของโลก." Pantip. n.d. Web. 18 Apr. 2018. <https://pantip.com/topic/37565470>