ปัจจุบันอากาศทั่วโลกซึ่งรวมประเทศไทยด้วยนั้นมีมลพิษปนเปื้อนอยู่มาก ทั้งอากาศที่ใช้หายใจภายนอกอาคาร (Outdoor Air Pollution) และภายในอาคาร (Indoor Air Pollution) และเป็นสาเหตุทำให้เกิดการเจ็บป่วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งทำให้เกิดโรคระบบทางเดินหายใจ ซึ่งทำให้สูญเสียค่าจ่ายในการรักษาพยาบาลเป็นอย่างมาก การวิจัยในเมืองต่างๆทั่วโลกแสดงให้เห็นว่าระดับของฝุ่นละอองฝนอากาศมีความสัมพันธ์ต่ออัตราการตายก่อนเวลาอันควร และการเจ็บป่วยด้วยโรคที่เกี่ยวข้องกับระบบทางเดินหายใจ เช่น โรคภูมิแพ้ โรคหอบหืด หวัด โดยเฉพาะผู้ที่มีความต้านทานของร่างกายต่ำ เช่น คนสูงอายุ และเด็กเล็ก ในขณะที่ฝุ่นละอองซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่เป็นฝุ่นที่ทำให้เกิดความรำคาญ จากข้อมูลทางสถิติ ซึ่งรวบรวมโดยสำนักงานสาธารณะสุข อำเภอศรีราชา จังหวัดชลบุรี (แบบ รง.504) พบว่ามีผู้ป่วยใน อำเภอศรีราชา ที่เข้ารับการรักษาตัวด้วยโรคระบบทางเดินหายใจ (Diseases of respiratory system) ในสถานพยาบาลของรัฐ (สถานีอนามัย 12 สถานี รวมโรงพยาบาลอ่าวอุดมและโรงพยาบาลสมเด็จพระบรมราชเทวี ณ ศรีราชา) ตั้งแต่เดือน ตุลาคม ถึงเดือน กันยายนของทุกปี รวม 5 ปี แสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 จำนวนผู้ป่วยที่เข้ารับการรักษาตัวด้วยโรคระบบทางเดินหายใจในอำเภอศรีราชาระหว่างปี พ.ศ. 2547-2552

(ที่มา: แบบ รง.504, สำนักงานสาธารณะสุข อำเภอศรีราชา)

                 สถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศของ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา ตั้งอยู่บริเวณทางเข้าประตู 1 เป็นสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ ที่ใช้สำหรับตรวจวัดปริมาณ CO  O₃ SO₂ NO_x  PM₁₀ สารอินทรีย์ระเหยง่ายในบรรยากาศ  Volatile Organics Compounds, VOCs ไม่น้อยกว่า 5  ชนิด ได้แก่ Benzene, Toluene, Ethyl benzene, m&p-Xylene  และ O-Xylene ) และสภาพอากาศทางอุตุนิยมวิทยา ( wind speed, wind direction, rain gauge etc. )พร้อมการบันทึก วิเคราะห์ผลการตรวจวัดและจัดทำรายงาน)

รูปที่1 (ก) แสดงตำแหน่งของ ม.เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา (ข) สถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ (ค) ห้องควบคุม

            งานวิจัยนี้เป็นการตรวจติดตามคุณภาพอากาศในรอบปีที่ผ่านมาโดยเก็บตัวอย่างจากสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ ของคณะทรัพยากรและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา และต้องการวิเคราะห์ลักษณะจุลโครงสร้างของฝุ่น และองค์ประกอบธาตุที่ปะปนกับฝุ่น 2 ชนิดคือฝุ่นละอองรวม TSP และ ฝุ่นละอองที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน (PM₁₀) โดยเก็บตัวอย่างจากสถานีตรวจวัดฯ วิธีการศึกษาจะใช้เทคนิค SEM/EDS

วิธีการและเครื่องมือที่ใช้

              สถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศของ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา โดยคณะทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมเป็นผู้รับผิดชอบตั้งอยู่บริเวณทางเข้าประตู ๑ (13º07´15.42´´N, 100º55´09.28´´E) เป็นสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ ที่ใช้สำหรับตรวจวัดปริมาณก๊าซพิษต่างๆ แสดงในตารางที่ 2 และวัดปริมาณฝุ่นละอองในบรรยากาศ สารอินทรีย์ระเหยในบรรยากาศ ได้แก่ เบนซีน โทลูอีน เอธทิล เบนซีน เมตา,พาราไซลีน และโอไซลีน และวัดสภาพอากาศทางอุตุนิยมวิทยา (ความเร็วลม ทิศทางลม และปริมาณน้ำฝน เป็นต้น) พร้อมบันทึก วิเคราะห์ผลการตรวจวัดและจัดทำรายงาน เครื่องมือที่ใช้ตรวจวัดแต่ละชนิดเป็นเครื่องมือที่ได้มาตรฐาน โดยได้รับการรับรองจาก US.EPA (1987)

ก๊าซพิษ

               มลพิษทางอากาศประเภทก๊าซพิษ ที่วัดได้จากสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ อาศัยเทคนิคการวัดต่างๆ กันรายละเอียดด้านเทคนิค ความแม่นยำในการวัด และค่าต่ำสุดที่สามารถวัดได้ แสดงในตารางที่ 2 สามารถตรวจวัดและแสดงค่าการตรวจวัดได้แบบต่อเนื่อง

ฝุ่นละออง

                 ฝุ่นละอองที่ PM10 เก็บโดยสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศซึ่งภายในระบบมีทำงานแบบอัตโนมัติใช้หลักการ Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM) สามารถตรวจวัดและแสดงค่าการตรวจวัดได้แบบต่อเนื่องฝุ่นละอองรวม (TSP) ซึ่งเก็บตัวอย่างได้จากเยื่อกรอง (Teflon) ที่ใช้ดักฝุ่นละอองรวมในท่อก๊าซหลัก (Main Flow, stack filter unit) บันทึกน้ำหนักของเยื่อกรองก่อน และหลังการเก็บตัวอย่าง บันทึกอัตราการไหลของอากาศและช่วงเวลาที่เก็บตัวอย่างฝุ่นเพื่อคำนวณปริมาณฝุ่นละอองในอากาศฝุ่นละอองที่มีขนาดไม่เกิน 10 µm ได้จากฝุ่นละอองที่ถูกคัดแยกขนาดแล้วตกโดยอิสระลงบนกระดาษกรอง (gent PM10 air sampler)

ตารางที่ 2 รายละเอียดของอุปกรณ์วัดมลพิษทางอากาศประเภทก๊าซพิษ

หมายเหตุ เครื่องมือวัดทุกชนิดได้รับการรับรองจาก U.S.EPA

การวิเคราะห์จุลโครงสร้างและองค์ประกอบธาตุของฝุ่นละออง

                การวิเคราะห์องค์ประกอบของตัวอย่างฝุ่นละอองที่เก็บได้จากกระดาษกรอง ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope, SEM Phillips: XL30&EDAX) โดยการติดกระดาษกรองที่มีฝุ่นขนาดประมาณ 2x2 mm2 บนที่จับยึดสารตัวอย่าง (Stub or Sample Holder) เคลือบทองบนผิวแล้วนำไปถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุที่จุดต่างๆ ด้วยการวัดพลังงานที่เกิดจากการกระเจิงรังสีเอ็กซ์

ผลการทดลองและวิจารณ์

ตารางที่ 3 แสดงความเข้มข้นมลพิษอากาศจากเดือนกรกฎาคม 2550 ถึง เดือนกรกฎาคม 2551

               จากตารางที่ 3 แสดงให้เห็นว่าก๊าซพิษในรอบปีที่ผ่านมามีค่าต่ำกว่าที่เกณฑ์มาตรฐานกำหนด มีเพียงก๊าซโอโซนในเดือนกรกฎาคม 2550 และเดือนเมษายน 2551 เท่านั้นที่เกินกว่าค่าเฉลี่ยมาตรฐาน (109 และ 114 ppb ตามลำดับ) ทั้งนี้อาจจะเป็นเพราะอุณหภูมิของโลกที่เปลี่ยนแปลงไป

                สำหรับปริมาณฝุ่น PM10 พบว่า เดือนพฤศจิกายน 2550 เดือนมกราคม และมีนาคม 2551 มีค่าเกินกว่ามาตรฐานค่าเฉลี่ยรายวันที่เกินมาตรฐานนั้นมีเพียง 5 วันเท่านั้น (9 และ 26 พฤศจิกายน พ.ศ.2550,  9 มกราคม 6 เมษายน พ.ศ.2551) ทั้งนี้เมื่อวิเคราะห์ร่วมกับทิศทางลมที่พัดพาฝุ่น จะพบว่าฝุ่นมาจากกิจกรรมการแข่งขันกีฬากลางแจ้งในวันดังกล่าว ซึ่งโดยภาพรวมปริมาณฝุ่นมีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานที่กำหนดไว้ อย่างไรก็ตามความเป็นพิษของฝุ่น ขึ้นอยู่กับลักษณะจุลโครงสร้างและองค์ประกอบธาตุของฝุ่นด้วย

การวิเคราะห์ลักษณะจุลโครงสร้างของฝุ่น

              ลักษณะฝุ่นละอองรวมจากภาพถ่าย SEM พบว่าฝุ่นละอองรวมมีหลากหลายอนุภาคและมีขนาดและลักษณะที่แตกต่างกัน (ซึ่งอาจจะขึ้นอยู่กับที่มาของฝุ่น) ฝุ่นละอองรวมที่มีขนาดใหญ่ ในภาพที่ 2 ประมาณ 7 µm รูปร่างไม่แน่นอนเกาะติดกันเป็นกลุ่มบนเยื่อกรองดังแสดงในภาพที่ 3 ฝุ่นละอองรวมที่มีลักษณะเป็นแท่งยาว ประมาณ 10 µm บริเวณรอบๆ มีอนุภาคฝุ่นขนาดเล็กปะปนอยู่ด้วย ภาพที่ 4 แสดงอนุภาคฝุ่นที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปรากฏอยู่ ซึ่งรายล้อมด้วยอนุภาคฝุ่นลักษณะอื่นๆ  และเมื่อฉายรังสีตรงตำแหน่งของอนุภาค (เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุด้วยเทคนิค EDS) พบว่าหลังการฉายรังสีเอ็กซ์อนุภาคดังกล่าวยุบตัวหรือฝ่อตัวลงดังภาพแทรกด้านบนมุมขวา (Adamo et. al, 2008) ทำให้คาดเดาได้ว่าอนุภาคนี้เป็นอนุภาคทางชีวะภาพ เพราะเมื่อได้รับพลังงานจากลำรังสีเอ็กซ์ก็จะเกิดการเผาไหม้ (Tomohiro and Masaaki, 2002)

             ลักษณะฝุ่นละออง PM10 เมื่อนำมาฉายภาพด้วย SEM พบว่าอนุภาคฝุ่นที่ปรากฏจะมีขนาดเล็กกว่า 10 µm ทั้งหมด (ภาพที่ 5) และมีอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากอยู่จำนวนหนึ่ง (น้อยกว่า 1 µm) ลักษณะเป็นแท่งเรียวยาวปลายแหลม อนุภาคลักษณะนี้สามารถผ่านเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจจนถึงเนื้อเยื่อของปอดได้และจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างยิ่ง (Marcazzan et. al, 2002) ดังนั้นจึงใช้เทคนิค EDS เพื่อวิเคราะห์หาองค์ประกอบธาตุของฝุ่นเหล่านี้ในแต่ละอนุภาค โดยจุดที่ฉายลำแสงรังสีเอ็กซ์ เป็นจุดในภาพที่ 5 จำนวน 3 จุดเปรียบเทียบกัน และผลของการวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุรวมแสดงในตารางที่ 4

ภาพที่ 2 ตัวอย่างฝุ่นที่ติดอยู่บนกระดาษกรอง	ภาพที่ 3 ตัวอย่างฝุ่นที่ติดอยู่บนกระดาษกรอง
ภาพที่ 4 อนุภาคฝุ่นก่อน และหลังการวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุ	ภาพที่ 5 ตัวอย่างฝุ่นที่ติดอยู่บนกระดาษกรอง

การวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุของฝุ่น

               จากตารางที่ 4 จุดที่ระบุ Spectrum 2 พบว่ามีธาตุ O และ Ca ในสัดส่วนที่สูงกว่าธาตุอื่นๆ เป็นไปได้ว่าอนุภาคตรงจุดนี้อาจจะเป็นฝุ่นที่มาจากไอทะเลโดยอาศัยกระแสลมพัดพา (sea spray) (Dordevic et al., 2004) ในจุด Spectrum 3 มีธาตุ O และ Si คาดว่าจะเป็นอนุภาคฝุ่นจากฝุ่นดินทรายจากท้องถนน (SiO2) (Margarida et.al, 2008) สำหรับจุด Spectrum 4 มีปริมาณของ C และ Fe สูงมาก อาจเป็นเพราะอนุภาคนี้มาจากฝุ่นที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงของรถบรรทุกบนท้องถนน (Marcazzan et. al, 2001)

ตารางที่ 4 แสดงองค์ประกอบธาตุในแต่ละจุด

วิเคราะห์ผลและสรุป

             ปริมาณมลพิษอากาศประเภท CO, O₃, SO₂, NO_x  และปริมาณฝุ่นละอองในบรรยากาศ ในรอบปีที่รายงานมีค่าต่ำกว่าเกณฑ์มาตรฐาน แต่ในบางช่วงเวลา อาจจะมีค่าสูงกว่าเกณฑ์ เนื่องจากกิจกรรมที่เกิดขึ้นบริเวณรอบๆ สถานีฯ และทิศทางลมที่พัดพามลพิษดังกล่าวมาที่สถานีฯ

             การนำเทคนิค SEM/EDS มาวิเคราะห์ตัวอย่างฝุ่นทำให้พบว่าลักษณะจุลโครงสร้างของฝุ่นมีความแตกต่างกัน ขนาดของฝุ่นมีขนาดเล็ก ตั้งแต่ 1 µm จนถึง 10 µm ฝุ่นที่มีขนาดเล็กมาก จะเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจได้ดีกว่าและเป็นอันตรายโดยตรงต่อปอด สำหรับฝุ่นที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจะทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจ และหากฝุ่นดังกล่าวมีองค์ประกอบธาตุที่เป็นพิษต่อร่างกาย หรือมีส่วนประกอบของสารกัมมันตรังสีบางประเภทปะปนอยู่ ก็จะทำให้เพิ่มความเป็นอันตรายต่อสุขภาพมากขึ้นและความแตกต่างขององค์ประกอบธาตุที่ได้จากฝุ่นสามารถคาดคะเนแหล่งที่มาของฝุ่นได้คร่าวๆ เช่นถ้าพบธาตุ Si และ O ในสัดส่วนที่มากก็จะระบุได้ว่าเป็นฝุ่นจากดินทราย หากพบ C และ Fe อาจจะคาดเดาได้ว่าเป็นฝุ่นที่มาจากการเผาไหม้เครื่องยนต์ด้วยบรรทุกเป็นต้น อย่างไรก็ตามเทคนิค SEM/EDS เป็นการวิเคราะห์เชิงคุณภาพเท่านั้น หากต้องการวัดปริมาณองค์ประกอบธาตุและปริมาณโลหะหนักจะมีเทคนิค ICP/AES ซึ่งงานวิจัยนี้จะได้ดำเนินการในขั้นตอนต่อไป