ระบบผเชยวชาญอตโนมตส าหรบการวเคราะหนวในทางเดนปสสาวะจากอนฟราเรด สเปกโทรแกรม

Automated Expert System for Urolithiasis Classification from Infrared Spectrogram

เจยระไน พลนย Jiaranai Ponnui

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา

มหาวทยาลยสงขลานครนทร A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of

Master of Engineering in Electrical Engineering Prince of Songkla University

2557 ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(1)

ระบบผเชยวชาญอตโนมตส าหรบการวเคราะหนวในทางเดนปสสาวะจากอนฟราเรด สเปกโทรแกรม

Automated Expert System for Urolithiasis Classification from Infrared Spectrogram

เจยระไน พลนย Jiaranai Ponnui

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา

วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา มหาวทยาลยสงขลานครนทร

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering in Electrical Engineering

Prince of Songkla University 2557

ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(2)

ชอวทยานพนธ ระบบผเชยวชาญอตโนมตส าหรบการวเคราะหนวในทางเดนปสสาวะจากอนฟราเรดสเปกโทรแกรม

ผเขยน นางสาวเจยระไน พลนย สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก ……………………………………………. (รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา) อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม ……………………………………………. (ผชวยศาสตราจารย สาวตร ตณฑนช)

คณะกรรมการสอบ ……………………………….ประธานกรรมการ (รองศาสตราจารย ดร.พรชย พฤกษภทรานนต) ………………………………………...กรรมการ (รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา) ………………………………………...กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย สาวตร ตณฑนช) ………………………………………...กรรมการ (ดร.อจลวชญ ฉนทวโรจน)

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรปรญญา วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา

………………………………………………… (รองศาสตราจารย ดร.ธระพล ศรชนะ)

คณบดบณฑตวทยาลย

(3)

ขอรบรองวา ผลงานวจยนเปนผลมาจาการศกษาวจยของนกศกษาเอง และขอขอบคณผทมสวนเกยวของทกทานไว ณ ทน

ลงชอ……………………………………………. (รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา) อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ลงชอ……………………………………………. (นางสาวเจยระไน พลนย) นกศกษา

(4)

ขาพเจาขอรบรองวา ผลงานวจยนไมเคยเปนสวนหนงในการอนมตปรญญาในระดบใดมากอน และไมไดถกใชในการยนขออนมตปรญญาในขณะน

ลงชอ……………………………………………. (นางสาวเจยระไน พลนย) นกศกษา

(5)

ชอวทยานพนธ ระบบผเชยวชาญอตโนมตส าหรบการวเคราะหนวในทางเดนปสสาวะจากอนฟราเรดสเปกโทรแกรม

ผเขยน นางสาวเจยระไน พลนย สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา ปการศกษา 2556

บทคดยอ โรคนวในทางเดนปสสาวะเปนกลมโรคทพบไดมากในปจจบน สาเหต มาจาก

คานยมในการบรโภคอาหาร และการสะสมของเสยภายในรางกาย เปาหมายหลกในการรกษานวประกอบดวย 2 สวนคอการก าจดนวออกและการปองกนการกลบมาเปนซ า ซงมโอกาสกลบมาเปนซ าสงถงรอยละ 39 การทราบองคประกอบของนวจะชวย ปองกนปญหานได วธ อนฟราเรดสเปกโทร สโกป เปนวธทเหมาะสมทสดในการวเคราะหนว ลกษณะสเปกตรมจะแตกตางกนออกไปตามองคประกอบทางเคมของแตละชนด การแปลผลแบงออกเปน 2 สวนคอการแปลผลเชงคณภาพซงเปนการใชต าแหนงพคในการจ าแนกชนดของนว และการแปลผลเชงปรมาณในกรณนวชนดผสม เพอบอกปรมาณของนวแตละชนดองคประกอบ

วตถประสงคของงานวจยนคอการจ าแนกชนดของนวในทางเดนปสสาวะ และบอกปรมาณในกรณนวชนดผสม ปญหาเบองตนทพบไดจากการแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรมตงตนคอ ความแปรปรวนของเสนแนวโนม ดงนนจงเลอก การท าอนพนธอนดบ หนงและอนดบสองซงมประสทธภาพเปนอยางมาก มาใช ในการก าจดเสนแนวโนม แตผลทตามมาคอ ปรากฏสญญาณรบกวน ปะปนอยบนสเปกตรม ดงนน จงมการก าจดสญญาณรบกวนโดยใช ตวกรองซาวสก-โกเลยเปรยบเทยบกบวธวเคราะหหลายระดบความละเอยดเพอหาวธการทดทสดในการก าจดสญญาณรบกวน โดยประเมนผลจากคา SNR ปรากฏวา ตวกรองซาวสก-โกเลย พหนามอนดบสอง ขนาดหนาตางพจารณาเทากบ 5 มผลการวดคา SNR ดทสดเทากบ 64.04 ในขณะทวธวเคราะหหลายระดบความละเอยด นนใหผลการวดคา SNR ทดทสดเทากบ 48.05 เมอใชเวฟ เลต db08(L2) เมอเปรยบเทยบผลการระบต าแหนงพคจากทงสองวธดงกลาวกบการระบต าแหนงพคจากอนฟราเรดสเปกตรมตงตน พบวาผลการระบต าแหนงพคจากสเปกตรมตงตนนนมเปอรเซนตความถกตองมากกวาผลจากการท าอนพนธอนดบสองในกรณของนวชนดเดยว สวนกรณนวชนดผสมนนพบวาอนพนธอนดบสองสามารถระบต าแหนงพคส าคญของนวองคประกอบไดมากกวา เนองจากสามารถจ าแนกพคทมการซอนทบกนได

(6)

ในสวนของการแปลผลเชงปรมาณของนวชนดผสม โดยวธ zero-crossing first- derivative และการวดคาความเขมขน จากต าแหนงความถ 1324 cm-1 ซงเปนพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต จากวธตวกรองซาวสก-โกลย และวธวเคราะหหลายระดบความละเอยด เมอน ามาประเม นผลคาความผดพลาดเบยงเบนมาตรฐาน (SEP) พบวามคา 0.0129 และ 0.0127 ตามล าดบ แตพบวาคาความเขมขนทไดจากต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตทไดจากการท าอนพนธอนดบสอง ซงเปนผลจากการทดลองมคาสอดคลองกบ คาความเขมขนทไดจากเสนโคงอางองมากกวา

ค าส าคญ นวในทางเดนปสสาวะ อนฟราเรดสเปกโทรสโกป ตวกรองซาวสก- โกเลย วธ

วเคราะหหลายระดบความละเอยด

(7)

Thesis Title Automated Expert System for Urolithiasis Classification from Infrared Spectrogram

Author Miss Jiaranai Ponnui Major Program Electrical Engineering Academic Year 2013

ABSTRACT

Urolithiasis is frequently found in nowadays because of consumer behavior and accumulation of waste products in the body. Goals are removing and preventing a recurrence of urinary stone, which has a chance to recurrent high 39 percent after surgery. The knowledge of the chemical composition is important to prevent recurrence of stones. Infrared spectroscopy is suitable method for analysis urinary stone composition. Each spectrum is depended on chemical formula. The interpretation of infrared spectra separate in 2 types; qualitative analysis and quantitative analysis.

The purpose of this research is classification of Urolithiasis from infrared spectroscopy and measuring quantitative in case of mixed stone. The first problem of interpreting is baseline offset from zero because of scattering of light. The 1st and 2nd derivative are high performance to eliminate baseline slope but it affected by noise. Savitzky-Golay filter (2 polynomial, 5 side points) are compared with multiresolution analysis method (db08(L2) for noise removal. Savitzky-Golay filter is better than multiresolution analysis method because Savitzky-Golay filter has SNR value = 64.04, on the others hand multiresolution analysis method has SNR value only 48.05. However, the qualitative analysis results from original spectrum are better than 2 methods in case of pure stone. For mixed stone, the results from second derivative can identify peaks more than original spectrum because the second derivative has performance for distinguish the overlapped peaks.

In case of quantitative analysis with COM-COD mixed stone, the analysis employ zero-crossing first-derivative and calculation intensity value at 1324 cm-1 which is COD’s peak. The results of Savitzky-Golay filter has SEP value = 0.0129 and the results of multiresolution analysis method has SEP value = 0.0127, respectively.

(8)

Keyword: Urolithiasis, Infrared spectroscopy, Savitzky-Golay filter, Multiresolution

analysis method

สารบญ

หนา สารบญ (10) รายการตาราง (14) รายการภาพประกอบ (15) สญลกษณค ายอและตวยอ (20) บทท 1 บทน า 1

1.1 ความส าคญและทมาของงานวจย 1 1.2 การทบทวนวรรณกรรม 4

1.2.1 การประมวลผลสญญาณขนตน (preprocessing methods) 4 1.2.2 การดงคณลกษณะส าคญของสญญาณ (feature extraction) 6

1.3 วตถประสงค 7 1.4 ขอบเขตงานวจย 7 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 7 1.6 วธด าเนนการวจย 7

บทท 2 ทฤษฎและหลกการ 9 2.1 นวในทางเดนปสสาวะ (urinary tract stones) 9 2.2 เทคนคการวเคราะหองคประกอบของนวในปจจบน 11 2.3 ขนตอนการวเคราะหนวโดยวธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป 11 2.4 อนฟราเรดสเปกโทรสโกป (infrared spectroscopy) 12

2.4.1 แสงอนฟราเรด (infrared radiation) 12 2.4.2 ประเภทของการสน 15 2.4.3 อนฟราเรดสเปกตรม (IR spectrum) 16 2.4.4 ต าแหนงของแถบดดกลน 18

2.5 การแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม 19 2.5.1 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม(spectrum manipulation) 19

(11)

สารบญ(ตอ)

หนา 2.5.1.1 การปรบเสนพนฐาน (baseline correction) 19 2.5.1.2 การปรบเสนเรยบ (smoothing) 21 2.5.1.3 อนพนธสเปกตรม (spectral derivatives) 22 2.5.1.4 การปรบขนาดสญญาณบรรทดฐาน (Normalization) 22

2.5.2 เทคนคทใชในการแปลผล 23 2.5.2.1 การแปลงเวฟเลต (wavelet transform) 23 2.5.2.2 วธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด 24 2.5.2.3 ตวกรองของซาวสก-โกเลย (Savitzky-Golay filter) 24 2.5.2.4 การหาอนพนธ (derivative) 27

2.5.3 การแปลผลเชงคณภาพ 28 2.5.3.1 นวทมแคลเซยมเปนองคประกอบหลก (Calcium stone) 28 2.5.3.2 นวแมกนเซยม แอมโมเนยมฟอสเฟต (Magnesium Ammonium Phosphate stone) หรอนวสตรไวต (Struvite)

33

2.5.3.3 นวยรก (Uric acid stone) 34 2.5.3.4 นวซสทน (Cystine) 35 2.5.5.5 นวแซนทน (Xanthine) 36

2.5.4 การแปลผลเชงปรมาณ 37 2.5.5 ตวชวดประสทธภาพ (performance indicator) 38

2.5.5.1 Signal-to-Noise Ratio (SNR) 38 2.5.5.2 Standard Error of Performance (SEP) 39

บทท 3 การทดลอง 40 3.1 อนฟราเรดสเปกตรมของนวในทางเดนปสสาวะทน ามาทดลอง 40

3.1.1 สมมตฐาน 40 3.1.2 ตวอยางของนวทใชในการทดลอง 41

3.2 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม 42 3.3 ขนตอนการทดลอง 43

(12)

สารบญ(ตอ)

หนา 3.4 เครองมอและการก าหนดคาพารามเตอรของเครองมอทใชในโปรแกรม LabVIEW

44

3.5 แผนภมแสดงขนตอนการทดลอง 45 บทท 4 ผลการทดลอง 46

4.1 ขนตอนประมวลผลสญญาณขนตน 46 4.1.1 การปรบขนาดสญญาณบรรทดฐาน (normalization) 46 4.1.2 ขนตอนการก าจดเสนแนวโนมพนฐาน (baseline correction) 47 4.1.3 การปรบเสนเรยบสเปกตรม (spectral smoothing) 48

4.1.3.1 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมตงตน 49 4.1.3.2 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณโดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย

49

4.1.3.3 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณโดยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด

52

4.2 การแปลผลเชงคณภาพ (Qualitative analysis) 55 4.2.1 การก าหนดคาเครองมอในโปรแกรม LabVIEW เพอระบต าแหนงพค 55

4.2.1.1 กรณอนฟราเรดสเปกตรมทไมผานการประมวลผลสญญาณขนตน

55

4.2.1.2 กรณอนฟราเรดสเปกตรมทผานการประมวลผลสญญาณขนตนและผานการท าอนพนธอนดบสอง

57

4.2.2 การแปลผลเชงคณภาพของอนฟราเรดสเปกตรมกรณไมผานการประมวลผลขนตน

58

4.2.2.1 นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต 58 4.2.2.2 นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต 59

4.2.2.3 นวสตไวท 59 4.2.2.4 นวแซนทน 60 4.2.2.5 นวซสทน 61

(13)

สารบญ(ตอ)

หนา 4.2.2.6 นวบรไชต 61 4.2.2.7 นวยรก 62 4.2.2.8 นวผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

63

4.2.3 การแปลผลเชงคณภาพของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการประมวลผลสญญาณขนตนและการท าอนพนธอนดบสอง

67

4.2.3.1 กรณใชตวกรองซาวสก-โกเลย 67 4.2.3.2 กรณใชวธวเคราะหหลายระดบความละเอยด 71

4.3 ผลการแปลผลเชงปรมาณ 73 บทท 5 สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ 81

5.1 การวเคราะหและสรปผลการทดลอง 81 5.1.1 ผลการทดลองจากขนตอนการประมวลผลสญญาณขนตน 81 5.1.2 ผลการแปลผลเชงคณภาพ 81 5.1.3 ผลการการแปลผลเชงปรมาณจากจากวธ zero-crossing first-derivative และการประเมนคา Standard Error of Performance (SEP)

82

5.2 ปญหาและขอเสนอแนะ 82 5.2.1 ปญหา 82 5.2.2 ขอเสนอแนะ 83

บรรณานกรม 84 ภาคผนวก 88 ภาคผนวก ก ผลงานทตพมพ 89 ประวตผเขยน 95

(14)

รายการตาราง

หนา ตารางท 2.1 รงสแมเหลกไฟฟาชวงตาง ๆ 13 ตารางท 2.2 ชวงคลนของอนฟราเรด 14 ตารางท 3.1 ตวอยางของนวทใชในการทดลอง 41 ตารางท 4.1 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมตงตน 49 ตารางท 4.2 อตราสวนรอยละของปรมาณองคประกอบนวชนดผสมชนดแคลเซยม

ออกซาเลตโมโนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต และสวนประกอบไมทราบชนด

65

ตารางท 4.3 คาความเขมขนทต าแหนงแถบดดกลน 1324 cm-1 ของนวเดยวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต (COM)

76

ตารางท 4.3 คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1 ของนวผสมชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต (COM) และนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต(COD)

78

รายการภาพประกอบ

หนา ภาพประกอบ 1-1 จ านวนประชากรทงประเทศทปวยเปนโรคนวในทางเดนปสสาวะ

ตงแตปพ.ศ. 2550-2553 1

ภาพประกอบ 1-2 จ านวนประชากรทปวยเปนโรคนวในทางเดนปสสาวะ ตงแตปพ.ศ. 2550-2553 โดยจ าแนกตามภมภาค

2

ภาพประกอบ 2-1 ต าแหนงทพบนวในทางเดนปสสาวะ 9 ภาพประกอบ 2-2 เทคนคบดผสมกอนนวตวอยางกบโพแทสเซยมโบรไมด 12 ภาพประกอบ 2-3 เครองอนฟราเรดสเปกโทรสโกป 12 ภาพประกอบ 2-4 การสนพนฐานรปแบบตางๆ 15 ภาพประกอบ 2-5 ลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมในรปแบบการดดกลนแสง

(Absorbance) 17

ภาพประกอบ 2-6 เสนพนฐานถก offset ขนมาจากเสนศนย 20 ภาพประกอบ 2-7 เสนพนฐานมคาความชน 21 ภาพประกอบ 2-8 เสนพนฐานโคง 21 ภาพประกอบ 2-9 การเปรยบเทยบสเปกตรมของสารทผานและไมผานการปรบเสน

เรยบ 22

ภาพประกอบ 2-10 (a) ลกษณะสญญาณกอนผานตวกรองซาวสก-โกเลย (b) ลกษณะสญญาณหลงผานตวกรองซาวสก-โกเลย ทมจ านวนต าแหนงในการพจารณาเทากบ 65 ต าแหนง และมอนดบของพหนาม 2, 4 และ 6 ตามล าดบ

26

ภาพประกอบ 2-11 ลกษณะสเปกตรมหลงการแปลงอนพนธอนดบตางๆ 28 ภาพประกอบ 2-12 โครงสรางทางเคมของนวแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรต 28 ภาพประกอบ 2-13 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรต 29 ภาพประกอบ 2-14 โครงสรางทางเคมของนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต 30 ภาพประกอบ 2-15 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต 30 ภาพประกอบ 2-16 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมฟอสเฟต 31 ภาพประกอบ 2-17 โครงสรางทางเคมของนวบรไชท 32 ภาพประกอบ 2-18 อนฟราเรดสเปกตรมของนวบรไชท 32

(16)

รายการภาพประกอบ(ตอ)

หนา ภาพประกอบ 2-19 โครงสรางทางเคมของนวสตรไวต 33 ภาพประกอบ 2-20 อนฟราเรดสเปกตรมของนวสตรไวต 33 ภาพประกอบ 2-21 โครงสรางทางเคมของนวยรก 34 ภาพประกอบ 2-22 อนฟราเรดสเปกตรมของนวยรก 34 ภาพประกอบ 2-23 โครงสรางทางเคมของนวซสทน 35 ภาพประกอบ 2-24 อนฟราเรดสเปกตรมของนวซสทน 35 ภาพประกอบ 2-25 โครงสรางทางเคมของนวแซนทน 36 ภาพประกอบ 2-26 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแซนทน 36 ภาพประกอบ 2-27 เสนโคงมาตรฐานเปรยบเทยบ 37 ภาพประกอบ 2-28 ลกษณะการค านวณคา SNR ส าหรบอนฟราเรดสเปกตรม 38 ภาพประกอบ 3-1 หนาตางแสดงตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมจากโปรแกรม EZ

OMNIC 40

ภาพประกอบ 3-2 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม 42 ภาพประกอบ 3-3 แผนภมแสดงขนตอนการทดลอง 45 ภาพประกอบ 4-1 ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมตวอยางเมอแสดงผลโดยโปรแกรม

LabVIEW 46

ภาพประกอบ 4-2 อนฟราเรดสเปกตรมหลงการท า Normalization 47 ภาพประกอบ 4-3 อนฟราเรดสเปกตรมเมอผานการท าอนพนธอนดบหนง 48 ภาพประกอบ 4-4 คา SNR เฉลยของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณ

โดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย 50

ภาพประกอบ 4-5 ผลการเปรยบเทยบขนาดพคของอนฟราเรดสเปกตรมหลงการท า smoothing ดวยวธตวกรองซาวสก-โกเลยทหนาตางการพจารณาเทากบ 5 และ 11 side points

51

ภาพประกอบ 4-6 ผลการเปรยบเทยบลกษณะสเปกตรมกอนและหลงการท า smoothing โดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย ทหนาตางพจารณาเทากบ 5 side points

52

(17)

รายการภาพประกอบ(ตอ)

หนา ภาพประกอบ 4-7 คา SNR เฉลยของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณ

โดยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด 53

ภาพประกอบ 4-8 ผลการเปรยบเทยบขนาดพคของอนฟราเรดสเปกตรมหลงการท า smoothing ดวยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด (db08(L2))

54

ภาพประกอบ 4-9 ผลการเปรยบเทยบลกษณะสเปกตรมกอนและหลงการท า smoothing ดวยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด (db08(L2))

54

ภาพประกอบ 4-10 ผลการระบต าแหนงจากการก าหนดคา width คาตางๆ 56 ภาพประกอบ 4-11 อนฟราเรดสเปกตรมทใชเทคนคตวกรองซาวสก-โกเลย และผาน

การท าอนพนธอนดบสอง 57

ภาพประกอบ 4-12 อนฟราเรดสเปกตรมทใชเทคนควเคราะหหลายระดบความละเอยด และผานการท าอนพนธอนดบสอง

58

ภาพประกอบ 4-13 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

58

ภาพประกอบ 4-14 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

59

ภาพประกอบ 4-15 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวสตไวท 60 ภาพประกอบ 4-16 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแซนทน 60 ภาพประกอบ 4-17 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวซสทน 61 ภาพประกอบ 4-18 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวบรไชต 62 ภาพประกอบ 4-19 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวยรก 62 ภาพประกอบ 4-20 เปอรเซนตความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวท

ไมผานการประมวลผลสญญาณขนตน 63

(18)

รายการภาพประกอบ(ตอ)

หนา ภาพประกอบ 4-21 (A) อนฟราเรดสเปกตรมของนวออกซาเลตโมโนไฮเดรต (COM)

(B) อนฟราเรดสเปกตรมของนวออกซาเลตไดไฮเดรต (COD) (C) อนฟราเรดสเปกตรมของนวผสมระหวางนวออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวออกซาเลตไดไฮเดรต (COM+COD)

64

ภาพประกอบ 4-22 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 19

65

ภาพประกอบ 4-23 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 79

65

ภาพประกอบ 4-24 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 101

66

ภาพประกอบ 4-25 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตในชวงความถ 4000-400 cm-1

67

ภาพประกอบ 4-26 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตในชวงความถ 2000-400 cm-1

68

ภาพประกอบ 4-27 เปอรเซนตความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวทผานตวกรองซาวสก-โกเลยและการท าอนพนธอนดบสอง

68

ภาพประกอบ 4-28 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 107 69 ภาพประกอบ 4-29 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 167 70 ภาพประกอบ 4-30 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 79 70 ภาพประกอบ 4-31 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 101 71 ภาพประกอบ 4-32 เปอรเซนตความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวโดย

ใชวธวเคราะหหลายระดบความละเอยดและการท าอนพนธอนดบสอง

71

ภาพประกอบ 4-33 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 107 72

(19)

รายการภาพประกอบ(ตอ)

หนา ภาพประกอบ 4-34 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 167 72 ภาพประกอบ 4-35 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 79 73 ภาพประกอบ 4-36 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 101 73 ภาพประกอบ 4-37 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (SG)(COM) 77 ภาพประกอบ 4-38 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (SG) 79 ภาพประกอบ 4-39 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (MRA) 79

(20)

สญลกษณค ายอและตวยอ

COM Calcium Oxalate MonoHydrate นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต COD Calcium Oxalate DiHydrate นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต MRA Multiresolution analysis วธวเคราะหหลายระดบความละเอยด SNR Signal to Noise Ratio อตราสวนระหวางสญญาณตอสญญาณรบกวน SEP Standard Error of Performance คาความผดพลาดทเกดขนจากการประเมนผล

บทท 1

บทน า

1.1 ความส าคญและทมาของงานวจย

เมอกลาวถงปญหาดานสขภาพทพบไดมากในปจจบน หลายคนจะนกถงโรคมะเรง

โรคหวใจ โรคเสนเลอดตบ หรอโรคอวน ซงปญหาดงกลาวเปนสาเหตอนดบตนๆ ของการเสยชวต

แตจากขอมลสถตของกระทรวงสาธารณะสขพบวา โรคนวในทางเดนปสสาวะกเปนอกกลมโรคท

พบบอย และสามารถน าไปสการเสยชวตไดเชนกน หากไมไดรบการรกษาทเหมาะสม นวในระบบ

ทางเดนปสสาวะแบงออกเปน นวในไต นวในทอไต นวในกระเพาะปสสาวะ หรอนวในทอ

ปสสาวะ กอนนวเหลานจะท าใหเกดการตดเชอในระบบทางเดนปสสาวะซงสงผลกระทบตอการ

ท างานของไต เปนสาเหตของไตเสอม ในระยะยาวจะสงผลใหเกดภาวะไตอกเสบเรอรง และ

กลายเปนโ รคไตวายซงเปนสาเหตของการเสยชวตได มแนวโนมพบผปวยโรคนวในทางเดน

ปสสาวะเพมสงขนในทกป โดยอางอง จากรายงานสถตผปวยโรคนวในทางเดนปสสาวะของ

กระทรวงสาธารณะสขตงแตป พ.ศ. 2550-2553[1] ดงแสดงในภาพประกอบ 1-1

ภาพประกอบ 1-1 จ านวนประชากรทงประเทศทปวยเปนโรคนวในทางเดนปสสาวะ

ตงแตปพ.ศ. 2550-2553

2

เมอพจารณาโดยจ าแนก ตามภมภาคแลวพบวาภาคตะวนออกเฉยงเหนอมอตราการ

ปวยเปนโรคนวในทางเดนปสสาวะมากทสด และรองลงมาคอภาคเหนอ ดงภาพประกอบ 1-2

ภาพประกอบ 1-2 จ านวนประชากรทปวยเปนโรคนวในทางเดนปสสาวะ

ตงแตปพ.ศ. 2550-2553 โดยจ าแนกตามภมภาค

สาเหตหลกของการเกดนวมาจากคานยมในการบรโภคอาหารทมสวนท าใหเกดนว

และมการสะสมตวของกอนนวภายในรางกาย นอกจากนนกเปนผลมาจาก ของเสย ทเกดขน ใน

รางกาย ไดแก แคลเซยมออกซาเลต ฟอสเฟต และกรดยรก ดงนนกลไกการเกด นวแตละชนดจะ

แตกตางกนตามลกษณะองคประกอบหลกทางเคม โดยแบงออกเปน 5 กลมใหญๆ คอ นวแคลเซยม

ออกซาเลต นวยรก นวแมกนเซยมแอมโมเนยมฟอสเฟส นวซสทน และนวแซนทน [2]

การก าจดกอนนวโดยทวไปจะใชวธการผาเอากอนนวออก หรอใชรงสสลายกอนน ว

ทงกได โดยเปาหมายหลกในการรกษานวในทางเดนปสสาวะจะประกอบดวย 2 สวนคอ การก าจด

นวออกจากตวผปวย และการปองกนการกลบมาเปนซ า ซงเปนเปาหมายส าคญของการรกษา

เนองจากพบวาโอกาสการเกดนวซ าหลงการผาตดหรอสลายนวสงถงรอยละ 39 [2] อาจมสาเหตมา

จากการเหลอคางของนว เดม หรอ จากการรบประทานอาหาร แบบเดม ทมสวนท าใหเกดนว

นอกจากนนการกลบมาเปนซ าจะท าให ตวผปวยรวมถงภาครฐ ตองเสยคาใชจายในการรกษา เพม

มากขน

3

การทราบองคประกอบทางเคมของกอนนวจะเปนวธการปองกนการกลบมาสะสม

ของนวใหม ซงวธการวเคราะหองคประกอบของนวในปจจบนมดวยกนอยหลาย วธ [3-5] ไดแก

Thermal analysis (การวเคราะหดวยความรอน ) Chemical analysis (การวเคราะหทางเคม ) X-ray

diffraction (การวเคราะหการเลยวเบนของรงสเอกซเมอกระทบกบสาร) Infrared spectroscopy (การ

วเคราะหลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมจากการดดกลนแสงอนฟราเรดของสาร)

วธทไดรบความนยมและใชกนอยางแพรหลายคอ วธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป และ

เอกซเรยดฟแ ฟรกชน แตพบวา วธเอกซเรยดฟแฟรกชนนน เหมาะส าหรบการวเคราะหสารทม

ลกษณะเปนผลก [5] ตองใชสารเฉพาะส าหรบการตรวจสอบนวแตละชนด ซงสารทใชทดสอบจะม

ราคาแพง นอกจากนนในการวเคราะหสาร ทมขนาดของตวอยางเทากน จะมคาใชจายทสง กวา [6]

จากสาเหตดงกลาวท าให วธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป ไดรบความนยมมากกวา ขนตอนในการ

วเคราะหโดยใชวธนท าไดโดยการบดผสมกอนนวตวอยางกบโพแทสเซยมโบรไมด ( KBr pellet )

แลวน าไปอดแรงดน เมดสารดงกลาวจะถกน าไปเขาเครองอนฟราเรดสเปกโทรสโกป โมเลกลของ

สารจะดดกลนพลงงานของรงสอนฟราเรดชวงกลาง (mid-infrared) จนท าใหเกดการสนของพนธะ

ภายในโมเลกล ปรากฏการณทงหมดทเกดขน จะถกบนทกไวเปนอนฟราเรดสเปกตรม ซงลกษณะ

ของอนฟราเรดสเปกตรมจะแสดงความสมพนธระหวางต าแหนงแถบดดกลนในรปของเล ขคลน

(wavenumber, cm-1) กบคาความเขมขน (intensity) ซงอาจจะแสดงอยในรปของคา เปอรเซนตการ

สงผานแสง (%transmittance, T) หรอคาการดดกลนแสง (absorbance, A) กได [7] จากนนจะเขาส

ขนตอนการการแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม ซงมดวยกนสองดานคอ การแปลผล เชงคณภาพ

(qualitative analysis) คอการ ระบต าแหนงการเกด จดยอด (peak) หรอ ทเรยกวาต าแหนงแถบ

ดดกลนความถ โดยแตละต าแหนงแถบดดกลนความถจะเปนผลมาจากการดดกลนแสงอนฟร าเรด

ของหมฟงกชนทแตกตางกนตามองคประกอบทางเคม ของนวชนดนนๆ และโอกาสทอนฟราเรด

สเปกตรมของนวตางชนดจะเหมอนกนทงหมดนนมนอยมาก จงสามารถใชผลสวนนในการจ าแนก

นวชนดตางๆ ออกจากกนได การแปลผลอกสวนหนง คอการแปลผลในเชงปรมาณ (quantitative

analysis) จะถกน ามาใชวเคราะหในกรณทเปนนวชนดผสม เพอหาอตราสวนประกอบของนวชนด

ผสมนนจากคาความเขมขนทวดไดจากต าแหนงแถบดดกลนความถ นวผสมทพบมากทสดคอนว

ผสมชนดนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

4

งานวจยนไดน าเสนอระบบผเชยวชาญอตโนมตส าหรบการคดแยกนวชนดตาง ๆ จาก

การแปลผลอนฟราเรดสเปกตรมของนวในทางเดนปสสาวะทเกดขนเองตามธรรมชาต ซงกอนนว

อาจมสวนประกอบอนๆ นอกเหนอจากสวนประกอบหลกของนวชนดนนๆ ปะปนอย โดยเฉพาะ

การแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรมของนวชนดซงจะ ประกอบดวย ต าแหนงแถบดดกลนความถ

จ านวนมากและมความซบซอน การแปลผลจงท าไดยาก ดงนนในงานวจยนจงไดศกษาและพฒนา

ระบบส าหรบชวยในการแปรผลอนฟราเรดสเปกตรม ของนวประเภทตางๆ ให งาย รวดเรว และม

ความแมนย าเพยงพอในการระบชนด รวมถงองคประกอบของนว เพอประโยชนในการรกษาตอไป

1.2 การทบทวนวรรณกรรม

จากการศกษาบทความและงานวจยทเกยวของกบการแปลผลอนฟราเรดสเปกตรม ใน

สารประกอบชวภาพชนดตางๆ พบวาสามารถแบงออกเปน 2 สวนไดแก สวนแรกคอ ขนตอนการ

ประมวลผลสญญาณขนตน (preprocessing methods) ประกอบไปดวยการปรบขนาดสญญาณ

บรรทดฐาน (normalization) การก าจดสญญาณเสนแนวโนม (baseline correction) และการปรบ

เสนเรยบสเปกตรม (spectral smoothing) และสวนทสองคอขนตอนการแปลผล ซงจะประกอบไป

ดวยการแปลผลเชงคณภาพและการแปลผลเชงปรมาณ ปญหาทพบในกา รแปลผลจากอนฟราเรด

สเปกโทรสโกปคอการวางตวผดปกต ของเสนแนวโนมพนฐาน (baseline) ซงเปนผลจากปจจย

ภายนอกขณะการทดลอง ไดแก อณหภม หรอความชนของเครองอนฟราเรดสเปกโทรสโกป และ

การซอนทบกนของต าแหนงพค (overlapped peaks) อาจสงผลใหการแปลผลทงชนด และปรมาณ

ของนวผดพลาดได มงานวจยทเกยวของซงไดรบการตพมพดงตอไปน

1.2.1 การประมวลผลสญญาณขนตน (preprocessing methods)

ผลการศกษาบทความเกยวกบการแปลผลอนฟราเรดสเปกโทรสโกปพบวามการ

มงเนนไปท 2 ขนตอนกอนการแปลผล ไดแกการก าจดเสนแนวโนม และการก าจดสญญาณรบกวน

วธการทถกน ามาใชในขนตอนการประมวลผลสญญาณขนตน ส าหรบอนฟราเรด ส เปกโทรสโกป

มดงตอไปน โดยจะถกแบงออกเปนสองสวน คอสวนของการปรบเสนแนวโนม พนฐาน (baseline

correction) และสวนของการการก าจดสญญาณรบกวน (spectral smoothing)

บทความ [8] กลาววา Schulze et al. [9] ไดท าการศกษาวรรณกรรมเกยวกบก าจด

เสนแนวโนมทเกดขนบนอนฟราเรดสเปกตรม โดยน าเสนอใน 3 วธการไดแก วธการปรบเสนโคง

5

(curve fitting) ซงเปนวธการทงายทสดในการปรบเสนแนวโนม โดย การหาเสนโคงพอด ของ

สเปกตรม แลวน าไปลบออกจากสเปกตรมเดม (subtracting) ซงในความเปนจรงพบวาเสนโคงพอด

ทไดอาจไมใชเสนแนวโนมทแทจรงของสเปกตรม วธการตอมาคอ วธวเคราะหความถ (frequency

analysis) โดยการแปลงฟเรยร (fourier transform) และการแปลงเวฟเลต (wavelet transform) พบวา

มการประยกตใชการวเคราะหความถในขนตอนการประมวลผลสญญาณขนตนส าหรบอนฟราเรด

สเปกตรมหลากหลายแขนง โดยเฉพาะอยางยง บทความทเกยวของกบการวเคราะหองคประกอบ

ทางเคมของสาร โดยการ แบงลกษณะสญญาณออกเปนองคประกอบความถสง (high frequency

features) องคประกอบความถกลาง (middle-frequency features) และองคประกอบความถต า (low

frequency features) โดยมองเสนแนวโนมเปนองคประกอบความถต า ดงนนการก าจดองคประกอบ

ความถต าออกไป กจะเปนการก าจดเสนแนวโนม [10] โดยใชการแปลงเวฟเลตแบบ Daubechies

เนองจากมโครงสรางคลายกบลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมมากทสด แตขอดอยทพบคอไมม

ทฤษฎตรงตวทใชส าหรบอธบายการก าจดเสนแนวโนมน วธการ สดทายคอการ หาอนพนธ

(Derivative) [4-5], [11-14] ซงมทงการใชอนพนธอนดบหนงและอนพนธอนดบสอง นอกจากนน

ลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมหลงการท าอนพนธจะงายตอการน าไปแปลผลเชงปรมาณอกดวย

ขอดอย ของวธการน คอการก าหนดคาทเหมาะสมเพอก าจดเสนแนวโนม เนองจากพบวาหาก

ก าหนดคาหนาตางของการวเคราะหกวางเกนไปจะเปนการบดเบอนลกษณะของ พค ใน

ขณะเดยวกนหากก าหนดคาใหแคบเกนไปกจะยงเปนการเพมสญญาณรบกวนในสเปคตรมมาก

ยงขน

วธการทใชในขนตอนการก าจดสญญาณรบกวน ทพบมากทสดคอ วธกรองเฉลย

เคลอนท (moving average) [14-15] และตวกรองของซาวสก- โกเลย (Savitzky-Golay filter) [4-5],

[11], [14-17] ซงพบวาวธตวกรองเฉลยเคลอนทใชวธการแทนทคาชวงทพจารณาดวยคาเฉลยของ

ต าแหนงทงหมดทอยในชวงนน และคาดงกลาวจะเปนตวก าหนดอนดบพหนามของการปรบเสน

โคง (polynomial degree) ดงนนจะสงผลใหขอมลบางต าแหนงเกดกา รสญหาย ท าใหลกษณะของ

สเปกตรมทไดมความผดเพยนสง สวนตวกรองของซาวสก-โกเลย นน เรยกไดอกอยางวาหนาตาง

ตวกรองเฉลยเคลอนท (moving window averaging) ซงจะแตกตางกบตวกรองเฉลยเคล อนทตรงท

จะตองมการก าหนดทงขนาดหนาตางของการวเคราะห (window size) และอนดบของพหนาม

6

(polynomial order) ซงคาพหนามนจะใชส าหรบการปรบเสนเรยบของสเปกตรม หนาตางของการ

วเคราะหจะเลอนต าแหนงการพจารณาไปเรอยๆ ทละต าแหนงจนสนสดต าแหนงการพจารณา

1.2.2 การดงคณลกษณะส าคญของสญญาณ (feature extraction)

จากทไดกลาวไปแลววาขนตอนการแปลผลจากอนฟราเรดสเปกโทรสโกปนนแบง

ออกเปนสองสวน คอการแปลผลเชงคณภาพและการแปลผลเชงปรมาณ จากบทความวจยทได

ศกษามาพบวาโดยสวนมากแลวจะเปนการศกษาวธการส าหรบการแปลผลในเชงปรมาณเปนสวน

ใหญ การแปลผลในเชงปรมาณเปนการบ อกอตราสวนประกอบของหมฟงกช นจากอนฟราเรด

สเปกตรม ซงอาจเปนการผสมระหวางสารประกอบสองชนด หรอมากกวา เนองจากโดยธรรมชาต

แลว นวในทางเดนปสสาวะจะเปนการผสมกนระหวางนวหลายชนด ดงนนจงตองการความแมนย า

ในการวเคราะหเชงปรมาณ วธการทมการตพมพและไดรบการยอมรบเดนๆ มสองว ธคอ การใช

โครงขายประสาทเทยมในการวเคราะห (artificial neuron network) [17] และวธการหาอนพนธ ทง

อนดบท 1 และ 2 (1st – 2nd derivative) [4-5], [11], [14-17] ซงจากการศกษาบทความวจยทงหมด

พบวาขอดอยของการวเคราะหโดยการใชโครงขายประสาทเทยมคอ จ าเปนจะตองมตวอยางในการ

ทดลองจ านวนมาก ขนตอนการก าหนดคาตวแปลซบซอน ยงยาก แตใหผลการทดลองทละเอยด

และมความแมนย าสง ในขณะทขอดของวธการหาอน พนธคอสามารถระบต าแหนงแถบดดกลน

แสงทอยในสวนของการซอนทบ (overlapping) ไดจากการหาอนพนธอนดบสองของอนฟราเรด

สเปกตรม และ สามารถหาเปอรเซ นตอตราสวนผสมของนวทเกดจากน วสองชนดไดโดยการหา

อนพนธอนดบหนงควบคไปกบการใชต าแหนงจดตดผานศนย (zero-crossing) และตวกรองของซา

วสก-โกเลย ซงพบวามอกหลายบทความวจยทใชวธการนไปประยกตใชส าหรบการหาอตรา

สวนผสมระหวางสารสองชนดดวย [17], [19] ขอดอยทพบไดจากวธนคอการทลกษณะสเปกตรมท

ไดหลงการท าอนพนธจะไมเหมอนกบลกษณะสเปกตรมตงตน เนองจากเมอผานการ ท าอนพนธ

ขนาดของอนฟราเรดสเปกตรมจะลดลงในอตรา 1 ใน 3 [4] นอกจากนนยงพบวาต าแหนงพคทมคา

เปนบวก จะเปลยนไปมคาเปนลบเมอผานการท าอนพนธอนดบหนงแลว

จากการศกษาบทความขางตนพบวาการท าอนพนธเปนวธการทมประสทธภาพในการ

ก าจดเสนแนวโนมพนฐานของอนฟราเรดสเปกตรม และยงมประโยชน ตอการแปลผลเชงคณภาพ

และปรมาณ ซงสวนใหญจะท างานควบคไปกบตวกรองซาวสก-โกเลยในการกรองสญญาณรบกวน

7

ทเกดขนหลงจากผานการท าอนพนธ อยางไรกตาม พบวายงไมมการทดลองกบอนฟราดเรด

สเปกตรมของนวทเกดขนเองโดยธรรมชาตในประเทศไทย ในงานวจยนจงไดใชวธการขนตนเปน

เทคนคส าคญในการวเคราะหผล และท าการทดลองเปรยบเทยบตวกรองสญญาณ รบกวนจากตว

กรองซาวสก-โกเลยทเปนวธการเดมกบวธการวเคราะหความถโดยการแปลงเวฟเลต แลววเคราะห

ผลผลทได ทงในสวนของการแปลผลเชงปรมาณและเชงคณภาพ ตามล าดบ

1.3 วตถประสงค

1.3.1 เพอศกษาลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรม และการแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม

1.3.2 เพอศกษานวในทางเดนปสสาวะ และความแตกตางของนวแตละชนดตามหมฟงกชน

ทเปนองคประกอบ

1.3.3 เพอเปรยบเทยบวธการและหาวธการทเหมาะสม ในการวเคราะหผลจากอนฟราเรด

สเปกตรม ส าหรบการก าหนดเงอนไขใหกบระบบผเชยวชาญ

1.4 ขอบเขตงานวจย

1.4.1 ใชขอมล อนฟราเรดสเปกโทรสโกปของนวใ นทางเดนปสสาวะท น ามาจาก

โรงพยาบาลเชยงใหม ป พ.ศ. 2544 จ านวน 52 ตวอยาง โดยขอมลทน ามาทดลองมทงนวชนดเดยว

และชนดผสม บนทกผลมาในโปรแกรม EZ OMNIC

1.4.2 สามารถแปลผลเชงคณภาพจากตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมได

1.4.3 สามารถแปลผลเชงปรมาณจากตวอยางของนวชนดผสมได

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

ไดเครองมอส าหรบการจ าแนกประเภทของนวจากอนฟราเรดสเปกตรมทมความ

ซบซอน ส าหรบชวยยนระยะเวลาในการแปลผล และตดปญหาเรองขาดผเชยวชาญในการแปลผล

1.6 วธด าเนนการวจย

1.6.1 ศกษาและคนควาโครงงานวจยทเกยวของ

1.6.2 ศกษา หลกการของ อนฟราเรดสเปกโทรสโกปและรวบรวมขอมลอนฟราเรด

สเปกตรมของนวประเภทตาง ๆ

8

1.6.3 ศกษาวธการแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม และเทคนคทใชในการแปลผลทงเชง

คณภาพและปรมาณ

1.6.4 สรางเงอนไขการตดสนใจโดยใชซอฟ ตแวร LabVIEW ในการวเคราะหผลขอมล

และใชเทคนคในการแปลผลมาทดลองใชกบขอมลจรง

1.6.5 ตรวจสอบ พฒนาและแกไขจดบกพรองของอลกอรทมทใชในการแปลผลอนฟราเรด

สเปกตรมของนวในทางเดนปสสาวะ

1.6.6 ตรวจสอบอกครง สรปผลและเขยนรายงาน

บทท 2

ทฤษฎและหลกการ

การวเคราะหและการแปลผลจากอนฟราเรดส เปกโทรสโกป จะประกอบดวยสอง

สวนหลกๆ คอ การประมวลผลสญญาณขนตน และสวนของการแปลผล ดงนนผวจยจะแบงทฤษฏ

ทเกยวของกบงานวจยดงตอไปน 1) นวในทางเดนปสสาวะ (Urinary tract stone) 2) เทคนคทใชใน

การวเคราะหนว 3) ขนตอนการวเคราะหนวโดย วธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป 4) หลกการของ

อนฟราเรดสเปกโทรสโกป 5) การแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม

2.1 นวในทางเดนปสสาวะ (urinary tract stones)

นวเกดจากการตกผลกของของเสยทจะขบออกทางปสสาวะ รวมตวกนเปนนวเกดขน

ในไต ซงกอนนวในระยะแรกทมขนาดเลกกอาจจะเคลอนทหลดออกมาททอไต และลงไปทกระ

เพราะปสสาวะ หากเกดการสะสมของผลกจ านวนมาก ขนาดของนวกจะยงมขนาดใหญขน หรอ

อาจมกอนนวปรมาณทเยอะขน ท าใหคางอยในบรเวณทเรยกวา ทางเดนปสสาวะและในไต [2] โดย

ต าแหนงทพบแสดงไดในภาพประกอบ 2-1 โดยนวในทางเดนปสสาวะแบงออกเปน 2 ประเภทคอ

นวในไตและทอไต (renal calculi, ureteral calculi) และนวในกระเพราะปสสาวะและทางเดน

ปสสาวะ (vesicle calculi, urethral calculi)

ภาพประกอบ 2-1 ต าแหนงทพบนวในทางเดนปสสาวะ [20]

10

การมนวอาจท าใหเกดโรคแทรกซอนไดหลายอยาง ทงการตดเชอในระบบทางเดน

ปสสาวะ หรอภาวะไตท างานหนกจนเกดภาวะไตวายเรอรงอาจถงขนเสยชวตได ดงนนการรกษา

โรคนวจะมงเนนในสองทาง คอ การน านวออก และการปองกนไมใหเปนซ าซงเปนขนตอนส าคญ

ในการรกษา เนองจากโอกาสในการกลบมาเปนซ ามมากถงรอยละ 39 ขนอยกบองคประกอบของ

กอนนว [2-3]

กอนนวมองคประกอบ 2 สวนคอ สวนทเปนแรธาต (mineral composition) และสวน

ทเปนสารอนทรย (organic matrix) ซงรอยละ 5-10 ของสารจ าพวกนจะเปนสารโมเลกลใหญทพบ

ในปสสาวะ ไดแก โปรตน ไขมน และคารโบไฮเดรต [2] สวนทเปนแรธาตเกดจากการตกผลกของ

ของเสยทเปนสารกอนวในปสสาวะ ไดแก แคลเซยมออกซาเลต ฟอสเฟต และกรดยรก การทราบ

องคประกอบของนวจ าเปนมากตอการรกษา เนองจากนวแตละชนดมกลไกการเกดและอตราการ

เพมปรมาณทแตกตางกน ซงนวในทางเดนปสสาวะแบงออกเปน 5 ประเภทตามองคประกอบทาง

เคม ไดแก

นวแคลเซยมออกซาเลต (calcium oxalate) เปนนวทพบมากทสดในประเทศไทย โดย

พบมากถงรอยละ 75-80 นวแคลเซยมออกซาเลตเกดจากการรวมตวของแคลเซยมกบกรดออกซาลก

(oxalic acid) นอกจากนนยงพบวายงมการรวมตวกบ สารตวอนอก เชน ฟอสเฟส (phosphate)

แมกนเซยม (magnesium) หรอโปแตสเซยม (potassium) ท าใหนวทมแคลเซยมเปนองคประกอบ

หลกมจ านวนมากทสด [2-3] โดยสามารถ แบงออกตามสารผสมไดเปน 5 ประเภทยอย ไดแก นว

แคลเซยมออกซาเล ตโมโนไฮเดรต (calcium oxalate monohydrate, whewellite) มโครงสรางทาง

เคมคอ Ca2C2O4*H2O, นวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต (calcium oxalate dihydrate, weddelite)

มโครงสรางทางเคมคอ CaC2O4*2H2O, นวแคลเซยมฟอสเฟต (calcium phosphate, carbonate

apatite)มโครงสรางทางเคมคอ Ca10(PO4)(CO3OH)6(OH)2, นวบรไชต (brushite) มโครงสรางทาง

เคมคอ CaHPO4*2H2O และนววทลอกไคต (whitlockite) มโครงสรางทางเคมคอ Ca3(PO4)2

สวนนวชนดอนๆ ไดแก นวยรกมโครงสรางทางเคมคอ C5H4N4O3 พบไดรอยละ 6 ซงเกด

จากการรบประทานอาหารทมพวรน (purine) สง ซงสารชนดนจะพบมากในสตวปก นวสตไวท

หรอนวแมกนเซยม แอมโมเนยมฟอสเฟตมโครงสรางทางเคมคอ MgNH4PO4*6H2O พบไดมากถง

รอยละ 15 สวนใหญเกดในผปวยทางเดนปสสาวะอกเสบเรอรง นวซสทนเกดจากความผดปกตของ

11

การดดซมสาร ซสทน [2] มโครงสราง ทางเคมคอ C6H12N2O4S2 นวตวสดทายคอนวแซนทน

(xanthine) มโครงสรางทางเคมคอ C5H4N4O2 ในปจจบนมการวเคราะหนวในทางเดนปสสาวะอย

หลายวธการ แตวธการทนาเชอถอและไดรบความนยมมากทสดคอวธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป

2.2 เทคนคการวเคราะหองคประกอบของนวในปจจบน

วธการวเคราะหนวทไดรบการยอมรบ และใชกนอยางแพรหลายในปจจบนม 2 วธ คอ

เทคนคเอกซเรยดฟแฟรกชน (X-ray diffraction) และเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป (infrared

spectroscopy) ซงพบวาเทคนคเอกซเรยดฟแฟรกชนนนเหมาะส าหรบการวเคราะหสารทเปน ผลก

และตองใชสารเฉพาะส าหรบการตรวจสอบนวแตละชนด ดงนนเทคนคอนฟราเรดสเปกโทรสโกป

จงไดรบความนยมกวา วธอนฟราเรดสเปกโทรสโกปถก ใชเพอระบความเปนเอกล กษณของ

สารอนทรย หาสตรโครงสราง หรอหาปรมาณของสาร เนองจากโมเลกลของสารแตละชนด จะ

ดดกลนแสงทความถมคาเฉพาะแตกตางกนไป [7] จนท าใหเกดการสน (vibration) ของพนธะ แถบ

การดดกลนจะถกบนทกไวเปนสเปกตรมการดดกลนของ สาร สารทมองคประกอบทา งเคมของ

โมเลกลเหมอนก นจะมลกษณ ะสเปกตรมแบบเดยวกน โมเลกลสารอนทรยโดยทวไปจะม

อนฟราเรดสเปกตรมทคอนขางซบซอน และยากตอการแปลความหมาย บางครงสารทมกลม

อะตอม (หมฟงกชน) เดยวกน กใหแถบดดกลน (absorption band) ทเลขคลนเดยวกน หรอใกลเคยง

กนมาก เพราะโดนหมฟงกชนบางตวบดบงแถบดดกลน ดงนนการแปลผลจากอนฟราเรด

สเปกโทรสโกป และระบหมฟงกชนของอนฟราเรดสเปกตรมทบนทกไดตองอาศยผเชยวชาญใน

วเคราะหและท าการแปรผล

2.3 ขนตอนการวเคราะหนวโดยวธอนฟราเรดสเปกโทรสโกป [3]

การวเคราะหวธ น จะใชเทคนคบดผสมกอนนวตวอยางกบโพแทสเซยมโบรไมด (KBr

pellet) โดยใชสารตวอยางทตองการวเคราะห 2.0 มลลกรม ผสมกบ KBr 100 – 200 มลลกรมใน

โกรงอะเกต และบดใหละเอยดเปนเนอเดยวกน น าไปใสในเครองอด (KBr die) ดงแสดงใน

ภาพประกอบ 2-2 จากนนน าไปเขาเครองอนฟราเรดสเปกโทรสโกป ดงภาพประกอบ 2-3 เพออาน

คาสเปกตรม (infrared spectrum)

12

ภาพประกอบ 2-2 เทคนคบดผสมกอนนวตวอยางกบโพแทสเซยมโบรไมด [21]

ภาพประกอบ 2-3 เครองอนฟราเรดสเปกโทรสโกป [22]

2.4 อนฟราเรดสเปกโทรสโกป (infrared spectroscopy)

2.4.1 แสงอนฟราเรด (infrared radiation) [7]

คลนรงสแมเหลกไฟฟา ทอยในชวงทมองเหน (visible light) ถกจ าแนกออกตามชวง

ตามความถ (frequency) ดงตารางท 2-1

13

ตารางท 2-1 รงสแมเหลกไฟฟาชวงตาง ๆ

Type of Radiation Frequency Range

(V : HZ)

Wavelength Range

(λ : µm)

Type of Transition

Gamma- rays 1020 – 1024 <1 pm Nuclear

X-rays 1017 – 1020 1nm – 1 pm Inner electron

Ultraviolet 1015 – 1017 400 nm -1 nm Outer electron

Visible 4 – 7.5x1014 750 nm – 400 nm Outer electron

Infrared 1013 – 1014 25µm -2.5µm Molecular vibration

Microwave 3x1011 – 1013 1 mm – 25 µm Molecular rotation,

electron spin flips

Radio Wave <3x1011 >1mm Nuclear spin flips

อนฟราเรดสเปกโทรสโกปเปนเทคนคทใชแสงอนฟราเรดในการตรวจวเคราะห

เอกลกษณของสาร จากการดดกลนแสงอนฟราเรดในชวงความถทมคาเฉพาะแตกตางกนแลวท าให

เกดการสนของโมเลกล (vibrations) สเปกตรมจะแสดงลกษณะเฉพาะของสารแตละชนด โดยชวง

คลนของแสงอนฟราเรด ถกแบงออกเปน 3 ชวงคลนตามคาความถ คอชวงสง , กลาง และต า ดง

ตารางท 2-2

14

ตารางท 2-2 ชวงคลนของอนฟราเรด [7]

Region Wavelength range (mm) Wavenumber range (cm-1)

Near 0.78 – 2.5 12800 - 4000

Middle 2.5 - 50 4000 - 200

Far 50 -1000 200 - 10

ชวงคลนอนฟราเรดทน ามาใชในการวเคราะหคอ อนฟราเรดชวงกลางซงมความถตรงกบ

การสนของพนธะโควาเลนซ (covalent bond) ในโมเลกลของสาร สารตวอยางจะไดรบพลงงานท

พอเหมาะ พลงงานทโมเลกลไดรบเปนไปตาม กฎของพลงค (Planck’s equation) [23] ดงสมการ ท

2.1

𝐸 = 𝑕𝜐 (2.1)

เมอ 𝐸 = คาของพลงงาน ( J)

𝑕 = คาคงทของพลงค (6.626 x 10-34 J-s)

𝜐 = ความถมลฐานของการสน

การสนของโมเลกลท าใหเกดการเปลยนแปลงคาโมเมนตขวค (dipole moment) ท าให

โมเลกลเกดการดดกลนแสงและถกบนทกออกมาเปนอนฟราเรดสเปกตรม ยงการเคลอนไหวของ

พนธะท าใหเกด dipole moment มากเทาใด ลกษณะสเปกตรมทตรวจไดจะยงสงขนเทานน โดย

พนธะแตละชนดจะมการดดกลนแสงทความถเฉพาะแตกตางกนไป (quantized energy)

15

2.4.2 ประเภทของการสน

การสนแบบพนฐาน (fundamental vibration) แบงไดเปน 2 ชนด คอ

2.4.2.1 การยด (stretching) เปนการเปลยนแปลงระยะทางระหวางอะตอมตาม

แนวแกนพนธะ แตมมของพนธะไมเปลยนแปลง

2.4.2.2 การงอ (bending) เปนการสนทท าใหเกดการเปลยนแปลงของมมระหวาง

อะตอม เชน การขยบเขาหากนและแยกกนแบบกรรไกร (scissoring), การเหวยง (rocking), การ

กระดก (wagging) และการบด (twisting)

นอกจากนนจะพบการยดและการงอแบบสมมาตร (symmetric) และแบบอสมมาตร

(symmetric) ในกลมอะตอมทมอะตอมเหมอนกนอยสองอะตอม โดยพลงงานทท าใหเกดการยด

แบบอสมมาตรจะสงกวาการยดแบบสมมาตร ลกษณะการสนของโมเลกลแสดงไดในภาพประกอบ

2-4

ภาพประกอบ 2-4 การสนพนฐานรปแบบตางๆ [24]

16

การสนของโมเลกลทกลาวมาขางตนเรยกวาการสนหลกมล (fundamental vibration) แต

นอกจากการสนแบบหลกมลแลว ยงมแถบดดกลนอนๆทแสดงในอนฟราเรดสเปกตรม ไดแก แถบ

โอเวอรโทน (overtone band) แถบรวม (combination band) และเฟอรม แรโซแนนซ (Fermi

resonance) แถบโอเวอรโทนจะมเลขคลนเปน 2, 3, 4... เทาของการสนหลกมล และบางครงมความ

เขมต า เชนเดยวกบแถบรวมทมกจะมความเขมต าเชนกน และปรากฏทเลขคลนทเปนผลรวมหรอ

ผลตางของแถบทเกดจากการสนหลกมลสองแถบ หรอมากกวา ถาแถบโอเวอรโทนและแถบรวม

เกดอยใกลๆ กบแถบการสนหลกมล จะท าใหความเขมของแถบหลกมลลดลง แตจะเพมคาความเขม

ของแถบโอเวอรโทน และแถบรวมแทน หรอเกดการแตกแถบดดกลนออกเปนสองแถบ เรยก

ปรากฏการณนวาเฟอรม แรโซแนนซ [7]

2.4.3 อนฟราเรดสเปกตรม (IR spectrum)

อนฟราเรดสเปกตรมเปนกราฟแสดงความสมพนธระหวางเลขคลน และความเขมใน

การดดกลน ซงแสดงอยในรปทรานสมทแทนซ (transmittance, T) หรอแอบซอรแบนซ

(absorbance, A) [7] ดงแสดงไดดงภาพประกอบ 2-5 โดยททงสองคาสมพนธกบความเขมของรงส

อนฟราเรดดงสมการท 2.2 ซงเปนไปตามกฎของ Lambert-Beer

𝑇 =𝐼

𝐼0 (2.2)

เมอ 𝐼 = ความเขมของรงสทผานออกจากตวอยางททดสอบ

𝐼0 = ความเขมของรงสทตกกระทบตวอยางททดสอบ

จากสมการ T มคาเปนศนยถารงสทงหมดถกดดกลน และมคาเปน 1 หากไมมการดดกลน

รงส คาทรานสมทแทนซมความสมพนธกบคาแอบซอรแบนซดงสมการท 2.3

17

𝐴 = 𝑙𝑜𝑔1

𝑇= 𝑙𝑜𝑔

𝐼0

𝐼= 𝜀𝑐𝑙 (2.3)

เมอ 𝐴 = แอบซอรแบนซ

𝑇 = ทรานสมทแทนซ

ε =โมลารแอบซอบทวต (molar absorptivity)

𝑐 = ปรมาณของสารตวอยาง

𝑙 = ความหนาของสารตวอยาง

ภาพประกอบ 2-5 ลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมในรปแบบการดดกลนแสง (Absorbance) [25]

จากลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรม สามารถแปลผลจาก ยานรงสอนฟราเรดทใชการหา

โครงสรางองคของสารแบงออกเปน 3 บรเวณดงน

2.4.3.1 ยานหมฟงกชน (functional group region) เปนชวงรงสทมเลขคลน 4000 –

1300 cm-1 เกดจากการสนของพนธะระหวางอะตอมสองอะตอม สเปกตรมในชวงนจะท าใหทราบ

ชนดพนธะและอะตอม

- X-H stretching region (4000 – 2500 cm-1) เปนบรเวณทเกดการสนแบบ stretching ของพนธะเดยวทตออยกบอะตอมของไฮโดรเจน

- Triple bond region (2500 – 2000 cm-1) เปนบรเวณทเกดการสนแบบ stretching ของพนธะสาม เชน CC และ CN

- Double bond region (2000 – 1500 cm-1) เปนบรเวณทเกดการสนแบบ stretching ของพนธะค เชน C=C และ C=O

18

2.4.3.2 ยานรอยนวมอ (fingerprint region) เปนชวงรงสทมเลขคลน 1300 – 910 cm-1 เกดจากการสนแบบยดละแบบงอของพนธะ C-C, C-O และ C-N เนองจากโมเลกลมการสนแบบงอมากกวาแบบยด ส เปกตรมจงมลกษณะซบซอนป ระกอบดวยแถบจ านวนมาก และหวไหล (shoulders) ซงเปนแถบขนาดเลกทยนออกมาจากแถบขนาดใหญ สารบางชนดอาจมลกษณะในยานหมฟงกชนคลายกน แตสามารถระบความแตกตางไดจากยานรอยนวมอ 2.4.3.3 ยานอะโรแมตก (aromatic region) เปนชวงทมเลขคลน 910 – 650 cm-1

สารประกอบอะโรแมตกและเฮเทอโรอะโรแมตกแสดงแถบการงอนอกระนาบของพนธะ C-H ซงม

ความสมพนธกบแบบอยางการแทนท (substitution pattern) บนวงแหวนได

2.4.4 ต าแหนงของแถบดดกลน

ต าแหนงของแถบดดกลนจะปรากฏในรปของเลขคลน (wavenumber (𝜐), cm-1) หรอ

ความยาวคลน (wavelength (λ), µm) โดยเลขคลนเปนสดสวนผกผนกบความยาวคลน แตเปน

สดสวนโดยตรงกบความถ ดงแสดงในสมการท 2.4 ดงตอไปน

𝜐 =1

𝜆=

𝑓

𝑐 (2.4)

เมอ 𝑐 = ความเรวของแสง (cm/s)

𝜆 = ความยาวคลนของแสง (cm)

𝑓 = ความถของแสง (Hz)

ในอนฟราเรดสเปกตรมของนวมกนยมใชหนวยเลขคลนมากกวาหนวยความยาวคลน

และเนองจากเลขคลนเปนสดสวนโดยตรงกบความถ จงมกเรยกเลขคลนเปนความถ ต าแหนงแถบ

ดดกลนสามารถค านวณไดโดยใชกฎของฮก ( Hooke’s Law) อะตอมสองอะตอมและพนธะซงตอ

ระหวางอะตอมทงสองเหมอนกบฮารโมนกออสซลเลเตอรเชงเดยว (simple harmonic oscillator) ท

ประกอบดวยมวลสองชนดทยดกนดวยสปรง สมการท 2.5 แสดงความสมพนธระหวางเลขคลน

ของการยด (stretching frequency) มวลอะตอม และคาคงตวของแรง (force constant) ของพนธะ ม

ดงตอไปน

19

𝜐 =1

2𝜋(𝑘

𝜇)1 2 (2.5)

เมอ 𝜐 = เลขคลนของการสน (cm-1)

𝑐 = ความเรวของแสง (cm/s)

𝑘 = คาคงตวของแรงของพนธะ (ไดน/cm)

𝜇 = reduced mass = (mAmB)/(mA + mB)

mA และ mB คอมวลอะตอมของอะตอม A และ B ตามล าดบ

คาคงตวของแรงมคาประมาณ 5x105 ไดน/ซม. ส าหรบพนธะเดยว และเพมเปน 2 และ 3

เทาส าหรบพนธะคและพนธะสามตามล าดบ จากขางตนจะเหนวาแตละต าแหนงการดดกลนของ

สเปกตรม จะเปนไปตามคณลกษณะเฉพาะของโมเลกลทเปนองคประกอบ ทงมวลอะตอม หม

ฟงกชน หรอแมแตลกษณะการจดเรยงตวของโมเลกล

2.5 การแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรม

2.5.1 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม (spectrum manipulation)

ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรมคอ ขนตอนการปรบคณลกษณะอนฟราเรด

สเปกตรมใหสามารถน าไปวเคราะห และแปลผลได อนฟราเรดสเปกตรมแตละสเปกตรมอาจเกด

ความผดเพยนอนเนองมาจากเครองอนฟราเรดสเปกตรม จากตวอยางทใชในการการทดลอง หรอ

จากอณหภมโดยรอบขณะท าการทดลอง ทกตวแปรมผลตอลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมทงหมด

การจะแปลผลเพอหาอตลกษณ หรอเปรยบเทยบ สารแตละชนด จงตองมขนตอนการจดการ

อนฟราเรดสเปกตรม ซงประกอบไปดวยขนตอนดงตอไปน

2.5.1.1 การปรบเสนพนฐาน bBaseline correction) [25-26]

ต าแหนงเสนพนฐาน (baseline) ในอดมคตของอนฟราเรดสเปกตรมในรปการดดกลน

แสงควรวางอยบนเสนศนยของคาความเขมขนทวดได หรอในกรณสเปกตรม ของการสะทอนแสง

ต าแหนงเสนพนฐานจะอยทคาความเขมขนเทากบ 100% แตปญหาทพบไดบอยในอนฟราเรด

สเปกตรมคอการเกดความผนผวนของเสนพนฐาน ดงนนในขนตอนนจงเปนการก าจดสวนนของ

สเปกตรมออกไป ซงเปนสวนขององคประกอบความถต า ความผดเพยนของเสนพนฐานของ

สเปกตรม เกดขนได 3 กรณ ไดแก

20

- กรณท 1 เสนพนฐานถก offset ขนมาจากเสนศนย (offset baseline) ซงการ offset

แบบนเทากบวามการบวกคาคงทคาหนงเขาไปในสเปกตรม ดงแสดงไดดงภาพประกอบ 2-6 คา

offset เกดขนไดโดยหลายกรณไดแก ความหนาของตวอยางทดลอง การสะทอน (reflected) และ

การดดกลน (absorbed) ของล าแสงอนฟราเรดททกต าแหนงเลขคลน ปญหานแกไขไดโดยการท า

ใหตวอยางสารทดลองมขนาดบางลง ในกรณทยงท าการทดลอง แตในกรณของการวเคราะหจาก

อนฟราเรดสเปกตรมจะใชวธการลบคาคงททเปนคา offset ออก

ภาพประกอบ 2-6 เสนพนฐานถก offset ขนมาจากเสนศนย [25]

- กรณท 2 เสนพนฐาน มคาความชน (slope baseline) ดงภาพประกอบ 2-7 ซงเกด

จากการกระจาย (scattered) ของแสงจากล าแสงอนฟราเรด (infrared beam) สามารถแกไขปญหาน

โดยท า KBr pellet ขนมาใหม หรอในกรณทมสาเหตมาจาก sloped baseline drift ของเครองมอ อาจ

เนองมาจากความแปรปรวนของอณหภมภายในเครองมอและความผนผวนของก าลงไฟฟา แกไข

โดยการปรบคาพนหลงของเครองใหม (running a fresh background )

21

ภาพประกอบ 2-7 เสนพนฐานมคาความชน [25]

- กรณท 3 การเกด เสนพนฐาน โคง (curvature) ในเพยงบางต าแหนงเลขคลน ดง

แสดงในภาพประกอบ 2-8 ซงกรณนมกเกดจากตวเครองอนฟราเรด

ภาพประกอบ 2-8 เสนพนฐานโคง [25]

2.5.1.2 การปรบเสนเรยบ (Smoothing)

การปรบเสนเรยบจะถกน ามาใชในกรณทคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมมคานอย

ซงแสดงใหเหนวาสญญาณรบกวนทปะปนอยมจ านวนมากเกนไป ตวอยางอนฟราเรดสเปกตรม

ของสาร banzonitrile [25] ดงภาพประกอบ 2-9 จะสงเกตเหนไดวาในภาพบนซงเปนอนฟราเรด

สเปกตรมทผานการปรบเสนเรยบแลว จะเหนต าแหนงแถบดดกลนทความถ 1599 cm-1 ไดชดเจน

กวาอนฟราเรดสเปกตรมภาพลางซงยงไมมการปรบเสนเรยบแตอยางใด

22

ภาพประกอบ 2-9 การเปรยบเทยบสเปกตรมของสารทผานและไมผานการปรบเสนเรยบ [25]

การปรบเสนเรยบ จะก าจดสญญาณรบกวนทเกดขน โดยจะท าหนาท เปนตวกรอง

สญญาณความถต า (low-pass filter) ซงจะกรองเอาองคประกอบสญญาณความถสงออกไป ในทนก

คอสญญาณรบกวน โดยทไมท าใหคณลกษณะส าคญของสเปกตรมสญหายไป [26] เทคนค ทใชใน

การปรบเสนเรยบส าหรบอนฟราเรดสเปกตรมทนยมใชกนอยางแพรหลายไดแก ตวกรองของซา

วสก-โกเลย (Savitzky-Golay filter) และวธการแปลงเวฟเลต (wavelet transform)

2.5.1.3 อนพนธสเปกตรม (spectral derivatives)

อนพนธสเปกตรมใชส าหรบการวเคราะหหาต าแหนงพค และการก าจดเสนพนฐาน

ของสเปกตรม โดยเฉพาะในกรณทอนฟราเรดสเปกตรมมต าแหนงของพคทซอนทบกน จากสมการ

ทางคณตศาสตรพบวา เมออนฟราเรดสเปกตรมผานการ ท าอนพนธอนดบหนง (1st derivative) จะ

ท าให จดพค ของอนฟราเรดสเปกตรมม คาเทากบ 0 วธการดงกลาวเรยกวา zero-crossing first

derivatives ซงสามารถน าไปใชในการแปล ผลเชงปรมาณไดอกดวย นอกจากนนพบวา อนพนธ

อนดบสอง (2nd derivative) และอนพนธอนดบสงขนไป กสามารถน ามาใชในการหาต าแหนงพคได

เชนกน

2.5.1.4 การปรบขนาดสญญาณบรรทดฐาน (Normalization)

Normalization คอการปรบรปแบบสญญาณใหอยภายในบรรทดฐานเดยวกน เพอ

ชวยลคความซ าซอนของขอมล โดยการท า normalization ในทาง อนฟราเรดสเปกตรม เปนไป

เพอใหงายตอการเปรยบเทยบลกษณะโครงสราง ต าแหนงการเกดพค และขนาดของการดดกลน

23

แสง ซงจะสงผลตอการแปลผลอนฟราเรดสเ ปกตรมในเชงปรมาณดวย การปรบขนาดของ

อนฟราเรดสเปกตรมโดยมากจะถกปรบใหอยในชวง 0-1 absorbance unit

2.5.2 เทคนคทใชในการแปลผล

2.5.2.1 การแปลงเวฟเลต (wavelet transform)

การแปลงเวฟเลตเหมาะส าหรบขอมลทมความซบซอน มจ านวนมาก และมสวนทเกด

การซอนทบกนของขอมล โดยมพนฐานมาจากการแปลงฟเรยร การแปลงเวฟเลตของสญญาณจะอย

ในรปของการรวมสญญาณองคประกอบความถต า (approximated version) และองคประกอบ

ความถสง (detailed version) ในระดบตางๆ โดยจะมคาสมประสทธเวฟเลตเปนคา น าหนกของ

องคประกอบความถแตละระดบ การวเคราะหสญญาณโดยใชการแปลงเวฟเลตจะน าสญญาณเวฟ

เลตทมโครงสรางแบบเดยวกนมาใชส าหรบการอธบาย ฟงกชนทเปนฟงกชนตนก าเนดเรยกวาเวฟ

เลตแม (mother wavelet) โดยทเวฟเลตแตละอนในกลมจะเกดจากการปรบสเกล (scale ; a) เปนคาท

แสดงถงการยดหดของเวฟเลตแม สวนการเลอนต าแหนง (translation or shifting ; b) จะเปนการ

แสดงต าแหนงบนแกนเวลา [27] เขยนสมการของเวฟเลตไดดงสมการท 2.6

Ψ𝑎 ,𝑏 𝑡 =1

𝑎Ψ(

𝑡−𝑏

𝑎) (2.6)

เมอ Ψ(𝑡) = ฟงกชนของเวฟเลตแมทมการปรบสเกล

𝑎 = พารามเตอรของการปรบสเกล (Scaling)

𝑏 = พารามเตอรของการเลอนต าแหนง (Shifting)

รปแบบการแปลงเวฟเลตแบงไดเปนสองแบบ คอ การแปลงเวฟเลตแบบตอเนอง

(continuous wavelet transform) และการแปลงเวฟเลตแบบเตมหนวย (discrete wavelet transform)

ซงการแปลงเวฟเลตแบบเตมหนวยจะมความแมนย าทางดานเวลาและความถ แตกระบวนการตอง

ใชเวลาในการวเคราะหมาก และขอมลทไดมความซบซอนเกนความจ าเปน จากสวนนการแปลงเวฟ

เลตแบบเตมหนวยจงถกพฒนาขน การแปลงเวฟเลตแบบเตมหนวยคอการปรบสเกลและเลอน

ต าแหนงของชวงแบบไมตอเนองกน

24

ในการศกษาองคประกอบทางเคม มการใชการแปลงเวฟเลตส าหรบการระบลกษณ ะ

ส าคญของสารประกอบ เนองจากสามารถแทนทโดเมนเวลาดวยโดเมนอนๆ เชน ความยาวคลน

(wavelength) ดงนนจงมการศกษาใชการแปลงเวฟเลตส าหรบอนฟราเรดสเปกโทรสโกป เพอระบ

ต าแหนงและลกษณะของแถบดดกลนของหมฟงกชนตางๆ จากลกษณะสเปกตรม โดยจาก

การศกษาของ Bos และ Vrielink [28] พบวาการแปลงเวฟเลตโดยใชคลนเวฟเลตแบบ Daubechies

wavelet functions จะใหผลทมประสทธภาพสงสด เนองจากลกษณะของคลนเวฟเลตแบบ

Daubechies จะมลกษณะโครงสรางคลายกบลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมมากทสด

2.5.2.2 วธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด

การวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด (multiresolution analysis) เปน

อกหนงวธการทใชรปแบบการวเคราะหความถ โดย จะแบง ลกษณะสญญาณออกเปน 2

องคประกอบ ไดแกสญญาณองคประกอบความถสง เรยกวา “detail, D” และสญญาณองคประกอบ

ต า เรยกวา “approximation, A” ซงเปนการน าสญญาณทไดจากการปรบสเกล a ซงม b หลายๆ

ต าแหนงมารวมกน เกดเปนสญญาณระดบความ ละเอยดทเลอกไว และเมอน าสญญาณทงหมดมา

รวมกนแลวจะท าใหไดสญญาณตนแบบดงเดมคนมา [29-30]

2.5.2.3 ตวกรองของซาวสก-โกเลย (Savitzky-Golay filter) [31]

ตวกรองของซาวสก- โกเลยเปนเครอง มอทมประสทธภาพในการ ก าจดสญญาณ

รบกวนอกวธหนง โดยมพนฐานมจากระเบยบวธก าลงสองนอยสด (least square method) และม

ขนตอนในการท างานคลายคลงกบตวกรองเฉลยเคลอนทซงเปนการค านวณหาคาเฉลยจากผลรวม

ของทกต าแหนงทอยในชวงหนาตางทพจารณา แลวแทนทดวยคาเพยงคาเดยว ท าใหวธตวกรอง

เฉลยมแนวโนมในการกรองเอาสวนทเปนคณลกษณะส าคญของขอมลออกไป ตวกร องของซา

วสก-โกเลยถกเรยกอกอยางวา หนาตางตวกรองเฉลยเคลอนท (moving window averaging) [32]

โดยต าแหนงการพจารณา (𝑖) จะมคาทต าแหนงการพจารณาเทากบ 𝑓𝑖 ≡ 𝑓(𝑡𝑖) เมอ 𝑡𝑖 =

𝑡0 + ∆𝑖 โดยท 𝑖 = …-2, -1, 0, 1, 2,… ดงนนสมการทไดจาก ตวกรองซาวสก- โกเลยสามารถ

ค านวณไดจากสมการท 2.7

25

𝑔𝑖 = 𝑐𝑛𝑛𝑅𝑛=−𝑛𝐿

𝑓𝑖+𝑛 (2.7)

เมอ 𝑖 = ต าแหนงเลขคลนทตองการพจารณา

𝑔𝑖 = คาแทนทต าแหนงพจารณาจากการค านวณโดยวธการซาวสก-โกเลย

𝑛L = จ านวนต าแหนงถดไปทางซายจากต าแหนงทพจารณา

𝑛𝑅 = จ านวนต าแหนงถดไปทางขวาจากต าแหนงทพจารณา

𝑓𝑖+𝑛 = พารามเตอรของการเลอนต าแหนง (Shifting)

𝑐𝑛 = คาคงท (𝑐𝑛 = 1 (𝑛𝐿 + 𝑛𝑅 + 1))

นอกจากนนวธการของตวกรองของซาวสก- โกเลยจ าเปนตองก าหนด อนดบของพห

นาม (polynomial order) ในแตละชวงหนาตางทใชวเคราะห ซงคาพหนามนจะใชส าหรบการปรบ

เสนเรยบของสเปกตรม และมการก าหนดขนาดหนาตางของการวเคราะห (window size) อกดวย ถา

ขนาดของหนาตางทใชวเคราะหยงกวาง และอนดบพหนามต ามากเทาไหร ระดบความเรยบของ

ขอมลจะยงมากขน ดงแสดงในภาพประกอบ 2-10

26

(a)

(b)

ภาพประกอบ 2-10 (a) ลกษณะสญญาณกอนผานตวกรองซาวสก-โกเลย (b) ลกษณะสญญาณหลง

ผานตวกรองซาวสก-โกเลย ทมจ านวนต าแหนงในการพจารณาเทากบ 65 ต าแหนง และมอนดบ

ของพหนาม 2, 4 และ 6 ตามล าดบ [31]

จากภาพประกอบ 2-10 พบวายงอนดบของพหนามมาก การลดทอนสญญาณกจะ

เกดขนนอย แตประสทธภาพในการปรบเสนเรยบของสญญาณกมนอยลงเชนกน

27

2.5.2.4 การหาอนพนธ (derivative)

สมการในการหาอนพนธอนดบหนงของสเปกตรมเปนอตราการเปลยนแปลงของคา

การดดกลนแสง (absorbance) เทยบกบการเปลยนแปลงของความยาวคลน (wavelength) [33] ซง

เปนไปตามสมการท 2.8

𝑑𝐴

𝑑𝜐=

(𝐴𝜐+Δ𝜐−𝐴𝜐 )

Δ𝜐 (2.8)

เมอ 𝐴 = Absorbance

𝜐 = wavenumber (cm-1)

จากสมการ ท 2.8 จะพบวาคา คงทตางๆในสเปกตรม นน เมอผานการท าอนพนธ

แลวจะใหคาเทากบ 0 ซงเปนไปตามสมการทางคณตศาสตร ดงนนการหาอนพนธอนดบหนงจงม

ประสทธภาพในการก าจดออฟเซต นอกจากนนจากการศกษาบทความวจยทผานมาพบวามการใช

การหาความสมพนธแบบเสนตรงจากอนพนธอนดบหนงส าหรบการวเคราะหผลเชงปรมาณ

ส าหรบสารผสม [17], [19] นอกจากนน อนพนธอนดบสอง มประสทธภาพมากในการ จ าแนก

ต าแหนงแถบดดกลนแสงทเกดการซอนทบกน (overlapped peaks) [4-5], [33] ซงจะถกน าไปใชใน

ขนตอน การวเคราะหเชงคณภาพ ลกษณะของสเปกตรมทผานอนพนธอนดบตางๆ แสดงดง

ภาพประกอบ 2-11 หลงจากสเปกตรมผานการแปลงอนพนธอนดบหนงเรยบรอยแลว ต าแหนงแถบ

ดดกลนของสเปกตรมตงตนจะตดผานศนยบนเสนของความยาวคลน และจะปรากฏต าแหนง แถบ

ดดกลนใหมทงดานแกนบวกและลบของแกนความยาวคลน ซงต าแหนงแถบดดกลน ใหมทเกดขน

เดมกคอต าแหนงทมคาความชนนอยทสดของสเปกตรมเดมนนเอง

28

ภาพประกอบ 2-11 ลกษณะสเปกตรมหลงการแปลงอนพนธอนดบตางๆ [33]

2.5.3 การแปลผลเชงคณภาพ

การประเมนผลเชงคณภาพเปนการแปลความหมายของอนฟราเรดสเปกตรม ในรป

ของการระบต าแหนง พคส าคญของนวชนดตางๆ ปญหาทพบในการแปลผลเชงคณภาพคอ

อนฟราเรดสเปกตรมม ต าแหนงพค ซอนทบกนซงมกจะเกดในสเปกตรมของนวชนดผสม ซงนว

ชนดผสมอาจเกดขนจากนวสองชนดหรอมากกวานน และไมวาจะประกอบดวยนวกชนด ต าแหนง

พคส าคญ ของนวแตละชนดจะ แสดงใหเหน ในอนฟราเรดสเ ปกตรม โดยนวแตละชนดกจะม

ต าแหนงพคทแตกตางกนออกไปตามหมฟงกชนทเปนองคประกอบดงน [34]

2.5.3.1 นวทมแคลเซยมเปนองคประกอบหลก (calcium stone)

2.5.3.1.1 นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต (calcium oxalate monohydrate,

Whewellite) มโครงสรางทางเคมคอ Ca2C2O4*H2O ดงภาพประกอบ 2-12

ภาพประกอบ 2-12 โครงสรางทางเคมของนวแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรต

29

จากโครงสรางของโมเลกลพบวาประกอบดวยพนธะของ C-C หนงต าแหนง พนธะ

C=O สองต าแหนง ในสวนของโมเลกลของน ากประกอบดวยพนธะ OH สองต าแหนง จากพนธะท

กลาวมาขางตนนน จะไดลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมดงภาพประกอบ 2-13

ภาพประกอบ 2-13 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรต

จากภาพประกอบ 2-13 ต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตมดงน

(A) ทความถ 3477 – 3059 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ O-H ของโมเลกลของน า

(B) ทความถ 1620 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบสมมาตรของพนธะ C=O ซงจะมไหลของพคทความถ 1646 cm-1 แสดงอยดวย

(C) ทความถ 1315 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบสมมาตรของพนธะ C=O ซงเปนต าแหนงพค ส าคญทจะบงบอกวามนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตประกอบอยดวย ในนวชนดทเปนนวผสม

(D) ทความถ 886 และ 950 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนตามแบบแผนของพนธะ O-H (E) ทความถ 780 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ C=O ทมความผดปกตของ

การจดเรยงอะตอม ต าแหนงพค นเปนต าแหนงพค ทบอกความแตกตางระหวางนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

(F) พคทความถ 597 และ 660 cm-1แสดงต าแหนงพค ทเกดจากการสนตามแบบแผนของพนธะ OH

(G) พคทความถ 518 cm-1 เปนต าแหนงพคทเกดในนวชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ดวยเชนกน จงตองใชความเขมของการดดกลนแสงอนฟราเรดในการตดสนใจ

30

2.5.3.1.2 นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต (Calcium oxalate dehydrate, Weddelite)

มโครงสรางทางเคมคอ CaC2O4*2H2O มลกษณะดงภาพประกอบ 2-14

ภาพประกอบ 2-14โครงสรางทางเคมของนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต

นวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรตตางจากนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

ตรงทประกอบดวยโมเลกลของน าจ านวน 2 โมเลกลเทานน พนธะตางๆภายในโมเลกลจะคลายกบ

นวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตเปนอยางมาก จากพนธะทกลาวมาขางตนนน จะได

ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมดงภาพประกอบ 2-15

ภาพประกอบ 2-15 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต

จากภาพประกอบ 2-15 แตละต าแหนงพคทเกดการดดกลนแสงของนวแคลเซยมออก

ซาเลตไดไฮเดรตมดงน

(A) ทความถ 3476 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ O-H ของโมเลกลของน าแบบผลก

(B) ทความถ 1646 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบสมมาตรของพนธะ C=O

31

(C) ทความถ 1326 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบสมมาตรของพนธะ C=O ซงเปนต าแหนงพคส าคญทจะบงบอกวามนวชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตประกอบอยดวย ในนวชนดทเปนนวผสม

(D) ทความถ 915 cm-1 แสดงต าแหนงพค ทเกดจากการสนของพนธะ O-H และยงเปนสวนทแสดงความแตกตางกบนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

(E) ทความถ 777 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ C=O ทมความผดปกตของการจดเรยงอะตอม ต าแหนงพค นเปนต าแหนงพค ทบอกความแตกตางระหวางนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

(F) ทความถ 610 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนตามแบบแผนของพนธะ O-H (G) ทความถ 518 cm-1 เปนต าแหนงพคทเกดในนวชนดแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรตดวย

เชนกน จงตองใชความเขมของการดดกลนแสงอนฟราเรดในการตดสนใจ

2.5.3.1.3 นวแคลเซยมฟอสเฟตหรอนวอะพาไทท (Calcium phosphate, Carbonate

Apatite) มโครงสรางทางเคมคอ Ca10(PO4)2(CO3)6(OH)2

นวแคลเซยมฟอสเฟต จะพบลกษณะเดนจาก กลม (PO4)3- ซงเปนแกนกลางของ

โมเลกล มไอออนลบอสระจากออกซเจนทงหมด 3 ไอออน ไอออนเหลานจะไปจบกบไอออนบวก

ของแคลเซยมซงมไอออนบวกอสระสองไอออนตอหนงโมเลกล โมเลกลของคารบอเนตอะพาไทท

นน สามารถบรรจหม OH อยภายในโครงสรางของผล กแลตตกไดจ านวนมาก จากลกษณะของ

พนธะ ต าแหนงพคของนวแคลเซยมฟอสเฟตมลกษณะดงภาพประกอบ 2-16

ภาพประกอบ 2-16 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมฟอสเฟต

32

(A) ต าแหนงพคทความถ 3404 และต าแหนงพคทความถ 1623 cm-1 เปนผลมาจากการบรรจหม OH อยภายในโครงสรางของผลกแลกตค

(B) ต าแหนงพคทความถ 1449, 1415 และ 873 cm-1 เปนผลมาจากหมฟงกชน CO3 (C) ต าแหนงพคทเหนอยางเดนชดคอต าแหนงพคทความถ 1035 cm-1 ซงเกดจากการสนของหม

ฟอสเฟส และอกหนงต าแหนงคอ 602 และ 566 cm-1

2.5.3.1.4 นวแคลเซยมโมโนไฮโดรเจนฟอสเฟสหรอนวบรไชท (Calcium

monohydrogenphosphate dihydrate, Brushite) มโครงสรางทางเคมคอ CaHPO4 * 2H2O มลกษณะ

ดงภาพประกอบ 2-17

ภาพประกอบ 2-17 โครงสรางทางเคมของนวบรไชท

จากลกษณะโครงสรางทางเคม ต าแหนงพคทปรากฏของนวบรไชทสามารถแสดงได

ดงภาพประกอบ 2-18

ภาพประกอบ 2-18 อนฟราเรดสเปกตรมของนวบรไชท

(A) ต าแหนงความถ 3540 และ 3488 cm-1 เปนผลจากการสนของหม OH (B) ต าแหนงความถ 1649 cm-1 เปนผลจากการสนของพนธะ O-H ของน า (C) บรเวณแถบดดกลนความถ 1000 cm-1 เปนผลมาจากการสนของพนธะ HPO4 ซงท าใหเกด

เปนต าแหนงพค 4 ต าแหนง ไดแก 985, 1059, 1133 และ 1211 cm-1 (D) ต าแหนงความถ 578 และ 527 cm-1 เกดจากการสนของหมฟอสเฟส

33

2.5.3.2 นวแมกนเซยม แอมโมเนยมฟอสเฟต (Magnesium Ammonium phosphate

Stone) หรอนวสตรไวต (Struvite) มโครงสรางทางเคมคอ MgNH4PO4*6H2O ดงภาพประกอบ 2-

19

ภาพประกอบ 2-19 โครงสรางทางเคมของนวสตรไวต

จากลกษณะโครงสรางทางเคม ต าแหนงพคทปรากฏของนวสตรไวตสามารถแสดงได

ดงภาพประกอบ 2-20

ภาพประกอบ 2-20 อนฟราเรดสเปกตรมของนวสตรไวต

จากอนฟราเรดสเปกตรมพบวาต าแหนงพคทใชตดสนวาเปนนวสตรไวทมดงน

(A) ต าแหนงพค 3430 และ 3266 cm-1 แสดงต าแหนงพค ทเกดจากการสนของพนธะ O-H และพนธะ NH

(B) ต าแหนงพค 2360 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ O-H (C) ต าแหนงพค1634 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ OH ของน า (D) ต าแหนงพค 1467 และ 1435 cm-1 แสดงต าแหนงพค ทเกดจากการสนของแอมโมเนยม

ไอออน (E) ทความถ 1005 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของกลมพนธะฟอสเฟต (F) ทความถ 572 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของกลมพนธะฟอสเฟต

34

2.5.3.3 นวยรก (Uric acid Stone) มโครงสรางทางเคมคอ C5H4N4O3 มลกษณะดง

ภาพประกอบ 2-21

ภาพประกอบ 2-21 โครงสรางทางเคมของนวยรก

โครงสรางของนวยรกจะพบพนธะของ C=C หนงต าแหนง พนธะ C-C หนงต าแหนง

และหมเอไมล (HNCONH) 2 ต าแหนง ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมของนวยรกแสดงไดดง

ภาพประกอบ 2-22

ภาพประกอบ 2-22 อนฟราเรดสเปกตรมของนวยรก

จากอนฟราเรดสเปกตรมพบวาต าแหนงพคทใชตดสนวาเปนนวยรกดงน

(A) ทความถ 3440 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ O-H (B) ความถ 3005 cm-1 แสดงต าแหนงพค ทเกดจากการสนรวมกนของพนธะ N-H, C-N-H และ

C-H (C) ทความถ 1675 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ C=O

35

(D) บรเวณชวงความถ 500 – 800 cm-1 เปนบรเวณทเหน ต าแหนงพค ทเกดจากการสนของกลมโมเลกลทมลกษณะการจบตวเปนวงแหวนแบบอะโรแมตก ของหม C-H-N, C=O-N-H

2.5.3.4 นวซสทน (Cystine) มโครงสรางทางเคมคอ C3H7ON2S มลกษณะดง

ภาพประกอบ 2-23

ภาพประกอบ 2-23 โครงสรางทางเคมของนวซสทน

โครงสรางของนวซสทนจะพบพนธะทโดดเดนคอพนธะ S-S นอกจากนนก

ประกอบดวยพนธะ COOH หนงต าแหนง (C=O กบ OH) และพนธะ C-H 2 ต าแหนง ลกษณะ

อนฟราเรดสเปกตรมของนวซสทนแสดงไดดงภาพประกอบ 2-24

ภาพประกอบ 2-24 อนฟราเรดสเปกตรมของนวซสทน

ต าแหนงพคทปรากฏบนแถบดดกลนความถของนวซสทนมดงน

(A) ความถ 3454 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนรวมกนของพนธะ O-H และ N-H

(B) ความถ 2587 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ S-H (C) ความถ 1623 และ 1586 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบไมสมมาตรของพนธะ

C=O (D) ความถ 452 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนของพนธะ S-S

36

2.5.3.5 นวแซนทน (Xanthine) มโครงสรางทางเคมคอ C5H4N4O2 สามารถแสดงได

ดงภาพประกอบ 2-25

ภาพประกอบ 2-25 โครงสรางทางเคมของนวแซนทน

โครงสรางของนวแซนทนจะพบพนธะของเอไมด 1 ต าแหนง พนธะ C=C หนง

ต าแหนงน า ดงนนลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมจะปรากฏแถบดดกลนความถดงภาพประกอบ 2-26

ภาพประกอบ 2-26 อนฟราเรดสเปกตรมของนวแซนทน

(A) แถบความถทมากทสดอยบรเวณ 3444 cm-1 ซงเปนแถบความถทเกดมาจากการสนของพนธะ OH

(B) บรเวณชวงความถ 3000 cm-1 เปนบรเวณทเหนต าแหนงพคทเกดจากการสนของกลมโมเลกลทเกดการซอนทบกนของหมพนธะ O-H, N-H, C-N-H และ C-H

(C) ความถ 1702 และ 1662 cm-1 แสดงต าแหนงพคทเกดจากการสนแบบไมสมมาตรของพนธะ C=O

(D) บรเวณชวงความถ 1300 – 1100 cm-1 เปนบรเวณทเหนต าแหนงพคทเกดจากการสนของกลมโมเลกลทเกดการซอนทบกนของหมพนธะ C-N-H, C=O-N-H

(E) บรเวณชวงความถ 1000 – 800 cm-1 เปนบรเวณทเหนต าแหนงพคทเกดจากการสนของกลมโมเลกลทเกดการซอนทบกนของหมพนธะ C-N-H, C=O-N-H

37

2.5.4 การแปลผลเชงปรมาณ

การแปลผลเชงปรมาณจะถกน ามาใชในกรณทเปนนวชนดผสม เพอระบปรมาณของนวแต

ละชนดทเปนสวนประกอบของกอนนวทน ามาวเคราะห โดยพบวาแปลผลเชงปรมาณของ นวผสม

ชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตนนยากมาก เนองจาก

ผลการซอนทบกนของพค และรปแบบของต าแหนงการเกดพคนนใกลเคยงกนมาก นอกจากนน

แลวนวผสมชนดนเปนนวทพบมากทสดอกดวย จากงานวจยทผานมาพบวาเทคนคทมประสทธภาพ

ในการวเคราะหสวนทบซอนคอ วธการหาอนพนธ ซงตอมามการพฒนาใหสามารถน าไปแปลผล

เชงปรมาณส าหรบสารผสม เรยกวาวธ zero-crossing-point first-derivative [17]

จากบทความ [17] พบวาเมอน าอนฟราเรดสเปกตรมของนวผสมชนดแคลเซยมออกซาเลต

โมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตทท าการสงเคราะหขน ในอตราสวนประกอบ

ระหวาง 0-100 เปอรเซนมาผานการท าอนพนธอนดบหนง พบวาคาความเขมขนทไดจากต าแหนง

ความถ 1324 cm-1 สามารถบอกอตราสวนประกอบของนวผสมชนดนได ตามสมการท 2.9

𝐼1324 𝑐𝑚−1 𝑎𝑟𝑏𝑖𝑡𝑟𝑎𝑟𝑦 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑠 = 𝑓(%𝐶𝑂𝑀) (2.9)

และผลการทดลองจากสมการท 2.9 สามารถน ามาสราง เสนโคงมาตรฐานเปรยบเทยบ

(calibration curve) ส าหรบการบอกปรมาณของสวนประกอบของนวทงสอง ชนดได ดงแสดงใน

ภาพประกอบ 2-27

ภาพประกอบ 2-27 เสนโคงมาตรฐานเปรยบเทยบ [17]

38

จากเสนโคงมาตรฐานเปรยบเทยบจะเหนวาเปนกราฟบอกปรมาณสวนผสมในรปแบบของ

%COM หรอปรมาณของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต ซงหากคาความเขมขนมคานอยกวา

-0.032 หรอมคามากกวา 0 แสดงวานวกอนนนเปนนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตและนว

แคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตชนดเดยว ตามล าดบ

2.5.5 ตวชวดประสทธภาพ (performance indicator)

2.5.5.1 Signal-to-Noise Ratio (SNR) [25]

การทดสอบคณภาพของอนฟราเรดสเปกตรม โดยทวไปแลวจะเปนการวดคา SNR

ของพค หรอเรยกวาการวดคา SNR ในชวงสน (SNR for short) ดงสมการ 2.9

𝑆𝑁𝑅 = 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙/𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 (2.9)

เมอ 𝑆𝑁𝑅 = Signal to noise ratio

วธการคอการหาอตราสวนระหวางขนาดของพค (size of a peak) ตอขนาดของขนาดของ

สญญาณรบกวน (peak-to-peak, PPN) ในหนวยของ absorbance unit ลกษณะการค านวณคา SNR

ของอนฟราเรดสเปกตรมสามารถแสดงไดดงภาพประกอบ 2-28

ภาพประกอบ 2-28 ลกษณะการค านวณคา SNR ส าหรบอนฟราเรดสเปกตรม [25]

39

2.5.5.2 Standard Error of Performance (SEP) [35]

SEP เปนคาเบยงเบนมาตรฐานของคาความแตกตางระหวางคาทวดไดกบคาอางอง

การค านวณเปนไปตามสมการ 2.9 ซงถาคา SEP มคานอยๆ แสดงวาคาทวดไดกบคาทอางองมคาท

ใกลเคยงกนมาก

𝑆𝐸𝑃 = ( 𝑌−𝑌 2

𝑁)

12 (2.9)

เมอ 𝑌 = คาอางอง

𝑌 = คาทวดได

𝑁 = จ านวนของตวอยางทงหมด

บทท 3

การทดลอง

3.1 อนฟราเรดสเปกตรมของนวในทางเดนปสสาวะทน ามาทดลอง

อนฟราเรดสเปกตรมของนวในทางเดนปสสาวะทน ามาทดลองน ามาจากการบนทกผลใน

โปรแกรม EZ OMNIC (NICODOM®) จากฐานขอมลของโรงพยาบาล เชยงใหม ป พ.ศ. 2544

โปรแกรม EZ OMNIC เปนโปรแกรมทแพทยเฉพาะทางใชชวยในการแปลผล โปรแกรมสามารถ

ค านวณหาต าแหนงแถบดดกลนความถของสเปกตรม แตไมสามารถตดสนใจไดวาเปนนวชนดใด

ขอมลอนฟราเรดสเปกตรมทน าใชอยในรปแบบความสมพนธระหวางการดดกลนแสงกบต าแหน ง

เลขคลน ตวอยางของอนฟราเรดสเปกตรมสามารถแสดงไดดงภาพประกอบ 3-1

ภาพประกอบ 3-1 หนาตางแสดงตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมจากโปรแกรม EZ OMNIC

3.1.1 สมมตฐาน

ขอมลอนฟราเรดทไดรบมาเปนตวอยางของนวทเกดขนเองตามธรรมชาต จงมความ

เปนไปไดวากอนนวไมไดประกอบดวยหมฟงกชนทเปนสวนประกอบของนวชนดใดชนดหนง

เพยงชนดเดยว แตจะมหมฟงกชนทเปนสวนประกอบของนวชนดอน หรอเปนองคประกอบไม

ทราบชนด (unknown) ปะปนอยดวยกเปนได เนองจากหมฟงกชนองคประกอบแตละชนดจะให

ต าแหนงการดดกลนแสงทเลขคลนเฉพาะ และแตละต าแหนงพคทปรากฏจะมคาความเขมขนแปล

ผนตามปรมาณทเปนสวนประกอบ จงสามารถน าไปใชในการแปลผลเชงคณภาพและเชงปรมาณ

ได

41

3.1.2 ตวอยางของนวทใชในการทดลอง

ตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของนวทน ามาทดลองมดวยกนทงหมด 52 ตวอยาง

ประกอบไปดวยนวชนดตางๆ ดงตารางท 3-1

ตารางท 3-1 ตวอยางของนวทใชในการทดลอง

ประเภทของนว จ านวนตวอยาง นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต 10 นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต 7 นวแมกนเซยม แอมโมเนยมฟอสเฟต หรอนวสตรไวต 3 นวยรก 10 นวซสทน 3 นวแซนทน 1 นวบรไชต 1 นวชนดผสมระหวาง นวแคลเซยมออกซาเลต โมโนไฮเดรต และนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต

17

*นวนวแคลเซยมฟอสเฟตหรอนวอะพาไททและนววทลอก ไคต (Whitlockite) ไมไดถกน ามา

ทดลอง เนองจากไมมตวอยางอนฟราเรดสเปกตรม

42

3.2 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม

ภาพประกอบ 3-2 ระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรม

แตละขนตอนของระเบยบวธการจดการอนฟราเรดสเปกตรมในภาพประกอบ 3-2 ม

ค าอธบายดงน

Infrared spectral คออนฟราเรดสเปกตรมตวอยางทน ามาใชในการทดลอง โดยอย

ในรปแบบความสมพนธระหวางการดดกลนแสง (absorbance) และต าแหนงเลข

คลน (wavenumber)

Normalization เปนขนตอนการปรบขนาดสเกลคาความเขมขนของอนฟราเรด

สเปกตรมใหอย ในชวงเดยวกนคอ 0-1 เพอน าไปใชในขนตอนการเปรยบเทยบ

สเปกตรม

Baseline correction เปนขนตอนการก าจดความผนแปรของเสนพนฐาน (baseline

slope and curvature) ออกจากสเปกตรมตวอยาง

43

Spectral smoothing เปนขนตอนในการก าจดสญญาณรบกวนทปะปนอยใน

สเปกตรมตวอยาง

Spectral derivatives เปนขนตอนทถกใชส าหรบการหาต าแหนงการเกดพค และ

แกไขสวนของการซอนทบกน (overlapped) ของต าแหนงพค

Library searching เปนขนตอนการเปรยบเทยบต าแหนงการเกดพคทวดได วาตรง

กบผลการดดกลนแสงของหมฟงกชนชนดใด

3.3 ขนตอนการทดลอง

3.3.1 บนทกขอมลอนฟราเรดสเปกตรมในรปแบบการดดกลนของแสงจากโปรแกรม EZ

OMNIC เปนไฟล .CVS แลวแปลงเปนไฟล .txt อกครง เพอใหสามารถน าขอมลเขาโปรแกรม

LabVIEW ได

3.3.2 น าอนฟราเรดสเปกตรมทไดจากขอ 3.3.1 เขาสขนตอน ปรบขนาดเสนบรรทดฐาน

เพอปรบขนาดสเกลคาความเขมขนของอนฟราเรดสเปกตรมใหอยในชวงเดยวกนคอ 0-1 เพอ

น าไปใชในขนตอนการเปรยบเทยบสเปกตรม

3.3.3 อนฟราเรดทผานขนตอนการปรบขนาดเสนบรรทดฐานแลว จะถกน ามาค านวณหาคา

SNR เพอวดประสทธภาพของสญญาณกอนการน าไปประมวลผล

3.3.4 น าอนฟราเรดสเปกตรมทไดจากขอ 3.3.2 เขาสขนตอนการ ปรบเสนเรยบ เพอก าจด

สญญาณรบกวน จากนนแสดงผลเปรยบเทยบลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมทงกอนและหลง

3.3.4.1 วธตวกรองซาวสก- โกเลย ก าหนดคาอนดบของพหนาม (polynomial order)

เทากบ 2 แลวเปลยนจ านวนต าแหนงในหนาตางพจารณา (side points) ตงแต 5-11 ต าแหนง โดย

เพมขนครงละ 2 ต าแหนง

3.3.4.2 วธวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด จะใชรปแบบการแปลง

เวฟเลตแบบ Daubechies ซงมรปแบบคลายกนอนฟราเรดสเปกตรมมากทสดในอนดบ (order)

ตางๆ คอ db07 และ db08 และจะทดลองในระดบ (level) 1-3 ในทกอนดบ

44

3.3.5 ค านวณคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมข องนวแตละชนด หลงผานขนตอนปรบ

เสนเรยบ แลวประเมนผลการก าจดสญญาณรบกวน ทเหมาะสมทสดทไดจากวธ ตวกรองของซา

วสก-โกเลย และวธวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด พรอมกบเปรยบเทยบผล SNR

ของกอนและหลงการปรบเสนเรยบ

3.3.6 น าอนฟราเรดสเปกตรมเขาสขนตอนก าจดเสนแนวโนม โดยใชอนพนธอนดบหนง

3.3.7 น าอนฟราเรดสเปกตรมเขาสขนตอนการระบต าแหนงพคจาก การท าอนพนธอนดบ

สอง และประเมนผลการระบต าแหนงพคทถกตอง

3.3.8 การแปลผลเชงปรมาณในกรณนวชนดผสม (นวผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลต

โมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลต ไดไฮเดรต ) จะน าผลอนฟราเรดสเปกตรมทไดจากขอ

3.3.6 ซงเปนผลจากการท าอนพนธอนดบหนงไปประเมนผลเชงปรมาณโดยวธ zero-crossing first-

derivative เปรยบเทยบคาความเขมขนทต าแหนงแถบดดกลนความถส าคญนวองคประกอบกบเสน

โคงมาตรฐานเปรยบเทยบ (calibration curve) จากเอกสารอางอง [17]

3.3.9 ประเมนคาความคลาดเคลอนของผลการทดลองในขอ 3.3.8 ดวยวธ Standard Error

of Performance (SEP)

3.4 เครองมอและการก าหนดคาพารามเตอรของเครองมอทใชในโปรแกรม LabVIEW

เครองมอ (tools) ภายในโปรแกรม LabVIEW ทถกน ามาใชและการก าหนดคาพารามเตอร

ในแตละขนตอนมดงน

3.4.1 Peak detector.vi เปนเครองมอทใชส าหรบการหาต าแหนงการเกดพคของสเปกตรม

ก าหนดคาความเขมขนทมากทสด (Threshold) ส าหรบตรวจจบต าแหนงพค

3.4.2 ต าแหนงแถบดกลนทตรวจจบไดทงหมดจะถกน าเขาสเงอนไขการตดสนใจวาตรงกบ

ต าแหนงแถบดดกลนความถของนวชนดใด เงอนไขการตดสนใจน เขยนขนโดยใชภาษาซ (C

language) บนเครองมอ MathScript Node โดยไดก าหนดชวงทเกดต าแหนงแถบดดกลนความถ แต

ละต าแหนงแบงตามชนดของนว

45

3.5 แผนภมแสดงขนตอนการทดลอง

ภาพประกอบ 3-3 แผนภมแสดงขนตอนการทดลอง

1st derivative

2nd derivative

Quantitative analysis

Qualitative analysis

Baseline correction

SNR SNR

MRA SG filter

Smoothing filter

SNR

Normalization

IR spectrum

(Absorbance)

บทท 4

ผลการทดลอง

เนอหาในบทนจะเปนผลการทดลองโดยแบงออกเปนสวนของการประมวลสญญาณขนตน

การแปลผลเชงคณภาพ และการแปลผลเชงปรมาณ ตามล าดบ

4.1 ขนตอนประมวลผลสญญาณขนตน

4.1.1 การปรบขนาดสญญาณบรรทดฐาน (normalization)

ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมของนวตวอยาง ซงเปนนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรต (Whewellite, COM) จ านวน 3 ตวอยางไดแกตวอยางท 19, 75 และตวอยางท 73 แสดง

ดงภาพประกอบ 4-1

ภาพประกอบ 4-1 ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมตวอยางเมอแสดงผลโดยโปรแกรม

LabVIEW

47

จากภาพประกอบ 4-1 จะเหนวาในสวนของแกน y หรอคาความเขมขนของการ

ดดกลนสารนน มขนาดแตกตางกนในแตละตวอยาง ซงจะสงผลเมอมการ เปรยบเทยบลกษณะ

สเปกตรม ดงนนจงมการปรบขนาดสญญาณบรรทดฐาน หรอการท า normalization เพอปรบขนาด

อนฟราเรดสเปกตรมใหอยในชวงเดยวกน ใหผลการปรบขนาดดงภาพประกอบ 4-2

ภาพประกอบ 4-2 อนฟราเรดสเปกตรมหลงการท า Normalization

จากภาพประกอบ 4-2 จะเหนวาอนฟราเรดสเปกตรมหลงการปรบเสนบรรทดฐานแต

ละตวอยางจะมคาความเขมขนในการดดกลนแสง อยในชวง 0-1 absorbance unit ทงหมด จากนน

ในขนตอนตอไปเปนการก าจดเสนแนวโนมของอนฟราเรดสเปกตรมออกไป โดยวธการทงายและ

มประโยชนตอการแปลผลเชงปรมาณคอการก าจดเสนแนวโนมโดยวธการท าอนพนธอนดบหนง

48

4.1.2 ขนตอนการก าจดเสนแนวโนมพนฐาน (baseline correction)

ในขนตอนน ใชเทคนคการท าอนพนธเพอก าจดเสนแนวโนม ซงเปนวธทาง

คณตศาสตรทไมยงยากซบซอน พรอมกนนนยงสามารน าผลจากสวนนไปแปลผลเชงปรมาณไดอก

ดวย โดยตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมหลงการท าอนพนธ มลกษณะดงภาพประกอบ 4-3

ภาพประกอบ 4-3 อนฟราเรดสเปกตรมเมอผานการท าอนพนธอนดบหนง

จากภาพประกอบ 4-3 จะเหนวา เสนแนวโนมของอนฟราเรดสเปกตรมถกก าจดออกไป

และวางอยบนเสนศนย แตจะสงเกตไดวา มหลายชวงความถ ทปรากฏ artifact peaks ซงจะมผลตอ

การแปลผลในขนตอนตอไป ดงนนขนตอนตอไปกอนการแปลผลคอการก าจดสญญาณรบกวน

4.1.3 การปรบเสนเรยบสเปกตรม (spectral smoothing)

การปรบเสนเรยบหรอการก าจดสญญาณรบกวน จะถกน ามาใชในกรณทไมสามารถ

ระบต าแหนงพคได เนองจากมสญญาณรบกวนปะปนอย หรอเมออนฟราเรดสเปกตรมมคา SNR

คอนขางต า จากขางตนจะเหนวาอนฟราเรดสเปกตรมมสญญาณรบกวนแทรกอย ดงนนจงไดท าการ

วดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมจ านวน 10 ตวอยาง เพอประเมนวาอนฟราเรดส เปกตรม

สามารถน าไปแปลผลไดหรอไม

49

4.1.3.1 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมตงตน

ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมจ านวน 10 ตวอยาง แสดงดงตารางท 4-1

ตารางท 4.1 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมตงตน

อนฟราเรดสเปกตรมตวอยางท คา SNR ทวดได 19 36.23 45 51.75 73 27.90 74 29.83 80 37.47 83 43.64 110 43.67 119 46.43 150 18.20 206 46.37

คาเฉลย 38.14

จากตารางท 4-1 จะเหนวาคา เฉลย SNR ของอนฟราเรดสเปกตรม ตวอยางอยท 38.14 ซง

เปนคาทอยในชวงทไมสงมาก และยงปรากฏ artifact peak จ านวนมากบนสเปกตรมอกดวย ดงนน

จงตองน าอนฟราเรดสเปกตรมไปผานขนตอนการปรบเสนเรยบดวยวธตวกรองซาวสก- โกเลยและ

วธว เคราะหแบบหลายระดบความละเอยด เพอก าจดสญญาณรบกวน จากนนจง วดคา SNR เพอ

เปรยบเทยบกบคา SNR ทวดไดกอนหนาการปรบเสนเรยบ

4.1.3.2 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณโดย

วธตวกรองซาวสก-โกเลย

ในการก าจดสญญาณรบกวนดวยตวกรองซาวสก-โกเลยนน จะก าหนดคาพหนามดกร

2 แลวทดลองเปลยนจ านวนต าแหนงภายในหนาตางการพจารณาตงแต 5-11 ต าแหนง โดยเพมขน

ครงละ 2 ต าแหนง ผลการวดคา SNR ของนวทง 10 ตวอยาง เปรยบเทยบกบคา SNR กอนการปรบ

เสนเรยบ สามารถแสดงไดดงภาพประกอบ 4-4

50

ภาพประกอบ 4-4 คา SNR เฉลยของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณ

โดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย

จากภาพประกอบ 4-4 จะเหนวาการปรบเสนเรยบโดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย มคา

SNR ทสงขน โดยมคา SNR มากทสดเมอมขนาดหนาตางการพจารณาท 5 และ 11 ต าแหนง ซงมคา

64.04 และ 64.59 ตามล าดบ จากผลตรงนแสดงวาหนาตางการพจารณาท 11 ต าแหนงใหคา SNR

สงทสด และเมอพจารณาลกษณะอนฟราเรดสเปกตรมในชวงกวาง คอในชวงความถตงแต 4000-

400 cm-1 ดงภาพประกอบ 4-5 พบวาตวกรองซาวสก-โกเลยทหนาตางการพจารณา ทงสองคา ชวย

ก าจดสญญาณรบกวนออกไปได แตจะเหนวาตวกรองทหนาตางพจารณาเทากบ 11 ต าแหนง ท าให

พคทชวงความถ 1300 cm-1 มขนาดลดลง ในขณะทหนาตางการพจารณา 5 ต าแหนง ไมท าใหขนาด

ของพคเปลยนแปลง ดงนนตวกรองซาวสก- โกเลยทหนาตางการพจาร ณาเทากบ 5 ต าแหนง จง

เหมาะสมทสดส าหรบการกรองสญญาณ และผลการเปรยบเทยบ ลกษณะสเปกตรมกอนและหลง

การปรบเสนเรยบ ทความถ 2160-2120 cm-1 ซงเปนชวงทไมปรากฏต าแหนงพค แสดงไดดง

ภาพประกอบ 4-6

38.14

64.0453.68 58.03 64.59

before 5 side points 7 side points 9 side points 11 side points

ผลการวดคา SNR เฉลยโดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย

SNR

51

ภาพประกอบ 4-5 ผลการเปรยบเทยบขนาดพคของอนฟราเรดสเปกตรมหลงการปรบเสนเรยบ

ดวยวธตวกรองซาวสก-โกเลยทหนาตางการพจารณาเทากบ 5 และ 11 ต าแหนง

52

ภาพประกอบ 4-6 ผลการเปรยบเทยบลกษณะสเปกตรมกอนและหลงการปรบเสนเรยบ

โดยวธตวกรองซาวสก-โกเลย ทหนาตางพจารณาเทากบ 5 ต าแหนง

4.1.3.3 ผลการวดคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณโดย

วธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด

จากทกลาวไวขางตนวา วธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด เปน

การวเคราะหสญญาณทางความถ ซงแบงออกเปน 2 องคประกอบทางความถ คอองคประกอบ

ความถสง (Detail, D) และองคประกอบความถต า (Approximate, A) โดยในการทดลองนเปน

ขนตอนการก าจดสญญาณรบกวน โดยการก าจดองคประกอบความถสงออกไป

การทดลองในสวนของวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยดจะใช

รปแบบการแปลงเวฟเลตแบบ Duabechies 07 และ 08 ซงเปนรปแบบเวฟเลตทคลายกบลกษณะ

โครงสรางของอนฟราเรดสเปกตรม นอกจากนนยงพบวารปแบบเวฟเลตทงสองใหผลการทดลองท

ผดพลาดนอยทสด และทดลองทระดบความละเอยดตงแตระดบ 01 ถงระดบ 03 ในทงสองรปแบบ

จากนนจงหาคา SNR และผลการกรองความถทดทสดเชนเดยวกบตวกรองซาวสก-โกเลย ผลการวด

คา SNR ของนวทง 10 ตวอยาง เปรยบเทยบกบคา SNR กอนการปรบเสนเรยบ สามารถแสดงไดดง

ภาพประกอบ 4-7

53

ภาพประกอบ 4-7 คา SNR เฉลยของอนฟราเรดสเปกตรมหลงผานการกรองสญญาณ

โดยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด

จากภาพประกอบ 4-7 จะเหนวาการปรบเสนเรยบ ท าใหคา SNR ของอนฟราเรดสเปกตรม

มคาเพมขน โดยการแปลงเวฟเลตรปแบบ db08(L2) ใหผลคา SNR ทมากทสด เทากบ 48.05 และ

พบวาการปรบเสนเรยบ ดวยวธนไมท าใหขนาดพคของอนฟราเรดสเปกตรมเปลยนไป ดงแสดงได

ดงภาพประกอบ 4-8 และไดแสดงผลการเปรยบเทยบลกษณะสเปกตรมกอนและหลง การปรบเสน

เรยบ ในชวงความถ 2160-2120 cm-1 ซงเปนชวงทไมปรากฏต าแหนงพคดงภาพประกอบ 4-9

38.14 39.33 46.06 47.63 40.0948.05 47.18

before db07(L1) dbo7(L2) db07(L3) db08(L1) db08(L2) db08(L3)

ผลการวดคา SNR เฉลยโดยวธ วธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด

SNR

54

ภาพประกอบ 4-8 ผลการเปรยบเทยบขนาดพคของอนฟราเรดสเปกตรมหลงการปรบเสนเรยบ

ดวยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด (db08(L2))

ภาพประกอบ 4-9 ผลการเปรยบเทยบลกษณะสเปกตรมกอนและหลงการปรบเสนเรยบ

ดวยวธการวเคราะหสญญาณแบบหลายระดบความละเอยด (db08(L2))

55

4.2 การแปลผลเชงคณภาพ (Qualitative analysis)

ในการแปลผลเชงคณภาพ จะท าการทดลองเปรยบเทยบการระบต าแหนงการเกดพคจาก

กรณทอนฟราเรดสเปกตรมไมไดผานการประมวลผล สญญาณขนตน กบกรณทอนฟราเรด

สเปกตรมผานการประมวลผล สญญาณ ขนตน ทงสองวธและการหาอนพนธอนดบสอง ซงม

ประสทธภาพในการจ าแนกพคทเกดการซอนทบกน โดยจะทดลองในนวทเปนนวชนดเดยวจ านวน

7 ชนด และนวชนดผสมจ านวน 1 ชนด

4.2.1 การก าหนดคาเครองมอในโปรแกรม LabVIEW เพอระบต าแหนงพค

4.2.1.1 กรณอนฟราเรดสเปกตรมทไมผานการประมวลผลสญญาณขนตน

การระบต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมทไมผานการประมวลผลสญญาณ

ขนตนนน ลกษณะสเปกตรมจะยงคงเดมเหมอนทบนทกมาจากโปรแกรม EZ OMNIC ซงอยใน

รปแบบสเปกตรมของการดดกลนแสง โดยไดใชเครองมอ WA Multiscale Peak Detection VI ใน

โปรแกรม LabVIEW เปนเครองมอชวยในการระบต าแหนงพค ซงจะตองมการก าหนดขนาดความ

กวางของหนาตางในการพจารณา (width) และคาต าสดในการพจารณา (threshold) ใหกบเครองมอ

โดยเงอนไขของทงสองตวแปรมดงน

Width คาทจะก าหนดเปนคา width จะถกบงคบใหเปนคาทหารด วย 2n

ลงตว เมอ n เปนจ านวนเตม

Threshold ถาใชเครองมอนส าหรบการระบต าแหนงพค ต าแหนงพคใดม

ขนาดนอยกวาคา threshold จะถกละทง แตหากใชส าหรบการระบต าแหนง

ทองคลนสญญาณ (valley) เครองมอนจะไมสนใจคาทมากกวาคา threshold

ทก าหนดไว

จากขอก าหนดเบองตน จงไดท าการทดลองเพอหาคา width และ threshold ท

เหมาะสมกบการระบต าแหนงพคส าหรบอนฟราเรดสเปกตรมของตวอยางนว เนองจากรปแบบ

อนฟราเรดสเปกตรมอยในรปการดดกลนแสงคา threshold จงมคามากกวา 0 ผลการระบต าแหนง

พคจากการก าหนดคา width ทคาตางๆ แสดงดงภาพประกอบ 4-10

56

ภาพประกอบ 4-10 ผลการระบต าแหนงจากการก าหนดคา width คาตางๆ

57

ภาพประกอบ 4-10 เปนตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของนวแคลเซยมออกซาเลต

โมโนไฮเดรตตวอยางท 19 ซงเครองหมาย X แสดงต าแหนงพคทสามารถระบไดจากการก าหนดคา

width คาตางๆ เมอน า ผลทไดมาเปรยบเทยบกบต าแหนงพคส าคญของนวชนดนพบวา ขนาด

หนาตางพจารณาเทากบ 32 ใหผลการระบต าแหนงทดทสด โดยสามารถระบต าแหนงพคส าคญได

ครบทกต าแหนงเมอมจ านวนพคท นบไดโดยเครองมอระบต าแหนง นอยทสด จากนนจงปรบคา

threshold เปนคาตางๆ ตงแต 0.1 Absorbance unit เปนตนไป เพอหาวาคา threshold ทเหมาะสม

ควรเปนคาใด ซงพบวาเมอปรบคา threshold ไปท 0.1 Absorbance unit แลว ไมสามารถระบ

ต าแหนงพคได 2 ต าแหนง เนองจากเปนต าแหนงพคท มคาความเขมขนนอยมากๆ (weak peak)

ไดแกต าแหนง 886 และ 950 cm-1 จากการทดลองนจงไดก าหนดคา threshold เทากบศนย และ

ก าหนดคา width เทากบ 32 ส าหรบทดลองในนวชนดอนๆตอไป

4.2.1.2 กรณอนฟราเรดสเปกตรมทผานการประมวลผลสญญาณขนตน และผานการ

ท าอนพนธอนดบสอง

การท าอนพนธอนดบสองจะท าใหจดพคของอนฟราเรดสเปกตรมอยใตเสน คาความ

เขมขนเทากบศนย และจากการประมวลผลสญญาณขนตนของอนฟราเรดสเปกตรมในขนตอนการ

ปรบเสนเรยบโดย เทคนค ทแตกตางกนจ านวน 2 วธการ ลกษณะอนฟราเรดสเปกตรม จากการใช

เทคนคตวกรองซาวสก- โกเลยและการใชเทคนควเคราะหหลายระดบความละเอยดแสดง ดง

ภาพประกอบ 4-11 และภาพประกอบ 4-12 ตามล าดบโดยแสดงในชวงความถ 2000-400 cm-1

ภาพประกอบ 4-11 อนฟราเรดสเปกตรมทใชเทคนคตวกรองซาวสก-โกเลย

และผานการท าอนพนธอนดบสอง

58

ภาพประกอบ 4-12 อนฟราเรดสเปกตรมทใชเทคนควเคราะหหลายระดบความละเอยด

และผานการท าอนพนธอนดบสอง

จากภาพประกอบ 4-11 และ 4-12 จะเหนไดอยางชดเจนวาพคของอนฟราเรด

สเปกตรมอยในฝงคาลบและขนาดของพคมคานอยมาก เมอเทยบกบขนาดเดม อนเนองมาจากการ

ท าอนพนธสองครง ดงนน จงก าหนด คา threshold เปนคาทนอยกวาศนย และก าหนด คา width

เชนเดยวกบกรณอนฟราเรดสเปกตรมไมผานการประมวลผลสญญาณขนตน ผลการทดลองพบวา

คา threshold มากทสดทสามารถระบต าแหนงพคไดถกตองเทากบ -0.0001 Absorbance unit

4.2.2 การแปลผลเชงคณภาพของอนฟราเรดสเปกตรมกรณไมผานการประมวลผลขนตน

4.2.2.1 นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตมต าแหนงพคทใชบงบอกวาเปนนวชนดนอยท

บรเวณความถ 518, 662, 780, 885, 951, 1316, 1615 และ 3442 cm-1 โดยท าการทดลองกบ ตวอยาง

อนฟราเรดสเปกตรมทงหมด 10 ตวอยาง

ภาพประกอบ 4-13 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

59

ภาพประกอบ 4-13 เปนตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของ นวแคลเซยมออกซ าเลตโม

โนไฮเดรต ตวอยางท 19 โดยเครองหมาย X แสดงผลการหาต าแหนงพค ทได และสามารถระบ

ต าแหนงพคส าคญไดถกตองทง 8 ต าแหนงความถ ไดแกต าแหนง 519.59, 662.34, 780.97, 885.14,

951.69, 1316.28, 1620.09 และ 3442.03 cm-1

4.2.2.2 นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตมต าแหนงพคทใชบงบอกวาเปนนวชนดนอยท

ความถ 518, 610, 777, 915, 1326, 1472, 1646 และ 3436 cm-1 โดยท าการทดลองกบ ตวอยาง

อนฟราเรดสเปกตรมทงหมด 7 ตวอยาง

ภาพประกอบ 4-14 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

จากต าแหนงพคทไดในภาพประกอบ 4-14 สามารถระบต าแหนงการเกดพคของนว

แคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตได ครบทง 8 ต าแหนง ไดแก 518.63, 608.33, 780.01, 916.08,

1326.88, 1475.42, 1647.10 และ 3468.07 cm-1 โดยเปนตวอยางของสเปกตรมนวแคลเซยมออกซลา

เลตไดไฮเดรตตวอยางท 26

4.2.2.3 นวสตไวท

ต าแหนงความถทบงบอกวาเปนนวสตไวทคอ 572, 770, 872, 1005, 1435, 1467, 1634

และ 2360 cm-1 ตวอยางหนาตางแสดงผลการหาต าแหนงการเกดพคของนวชนดนแสดงดง

ภาพประกอบ 4-15

60

ภาพประกอบ 4-15 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวสตไวท

จากภาพประกอบ 4-15 ปรากฏวาสามารถระบต าแหนงการเกดพคของนวสตไวท 7

จาก 8 ต าแหนง ไดแกทความถ 572.64, 758.79, 886.10, 1006.67, 1435.87, 1647.1 และ 2364.69

cm-1 โดยตวอยางสเปกตรมทแสดงเปนของนวตวอยางท 8 และท าการทดลองกบตวอยางนวสตไวท

อก 2 ตวอยางเชนเดยวกน

4.2.2.4 นวแซนทน

ต าแหนงพคทใชระบวาเปนนวแซนทนมดวยกนทงหมด 8 ต าแหนง ไดแกต าแหนง

ความถ 855, 959, 1120, 1155, 1208, 1261,1706 และ 3009 cm-1 สเปกตรมของนวแซนทนมเพยง

ตวอยางเดยวคอตวอยางท 210 ผลการระบต าแหนงแสดงในภาพประกอบ 4-16

ภาพประกอบ 4-16 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแซนทน

จากภาพประกอบ 4-16 จะเหนวามพคจ านวนมากปรากฏอยทชวงความถ 2000-400

cm-1 ผลทไดจากการหาต าแหนงพค ของนวชนดน ไดทงหมด 7 จาก 8 ต าแหนง ไดแกต าแหนง

ความถ 855.24, 959.41, 1155.2, 1208.25, 1261.3, 1706.9 และ 3009.94 cm-1

61

4.2.2.5 นวซสทน

นวซสทนมโครงสรางทโดดเดนคอพนธะ S-S ซงจะปรากฏอยทความถ 454 cm-1

นอกจากนนกมพคทเกดจากพนธะอนๆ ทความถ 1580, 1617, 2587 และ 3406 cm-1 อกดวย ผลการ

ระบต าแหนงการเกดพคแสดงไดดงภาพประกอบ 4-17

ภาพประกอบ 4-17 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวซสทน

แมจะมพคปรากฏอยเปนจ านวนมากทชวงความถ 2000-400 cm-1 แตต าแหนงพคท

บงชวาเปนนวซสทนมเพยง 5 ต าแหนงขางตน นอกจากนนจะปรากฏพคจ านวนมากในชวง ความถ

1500-400 cm-1 ซงเปนยานรอยนวมอและยานอะโรแมตก จากผลการทดลองพบวา มเพยงต าแหนง

พคทความถ 3406 cm-1 เทานนทไมสามารถตรวจจบได เนองจากมการเลอนต าแหนงออกไปอยท

ความถ 3450 cm-1 และเกดกรณเชนเดยวกนนกบตวอยางของนวชนดนทง 3 ตวอยาง

4.2.2.6 นวบรไชต

นวบรไชต มโครงสรางทางเคมคอ CaHPO4*2H2O ดงนนพค หลกๆ ทปรากฏบน

สเปกตรมจะมาจากการสนของหมฟอสเฟต (PO4) ไดแกทความถ 527 กบ 577 cm-1 อนเกดจากการ

สนแบบ deformation สวนการสนแบบยดจะปรากฏอยทบรเวณความถสง โดยจะแบงออกเปน 4

พคไดแกบรเวณ 1000 cm-1 ทความถ 985, 871 และ 655 cm-1 ซงพคต าแหนงสดทายอาจจะปรากฏ

ไมชดเจน นอกจากนนกเปนพคทเกดจากการสนของพนธะ OH ทความถ 1648, 3480 และ 3531

cm-1 หนาตางแสดงผลจากการระบต าแหนงพคแสดงดงภาพประกอบ 4-18

62

ภาพประกอบ 4-18 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวบรไชต

จากภาพประกอบ 4-18 นนพบวามต าแหนงการเกดพคทงหมด 17 ต าแหนง โดย

สามารถระบต าแหนงพคของนวบไชตได 7 จาก 8 ต าแหนง ต าแหนงทไมสามารถตรวจจบไดม

เพยงทความถ 577 cm-1 เทานน

4.2.2.7 นวยรก

นวยรกเปนนวทมโครงสรางแบบ วงแหวน ดงนนจะปรากฏพคจ านวนมากบรเวณ

ยานอะโรแมตก หรอทชวงความถ 1000-400 cm-1 นอกจากนนต าแหนงพคส าคญในการระบวาเปน

นวยรกคอต าแหนง 1666 cm-1 ซงเปนพคทเกดจากหมเอไมด (Amide I band) จากผลการทดลอง

พบวาสามารถระบต าแหนงพคของนวยรกได 8 จาก 9 ต าแหนง หนาตางแสดงผลเปนดง

ภาพประกอบ 4-19 ตวอยางของนวยรกมทงหมด 10 ตวอยาง

ภาพประกอบ 4-19 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวยรก

จากผลการทดลองขางตนสามารถน ามาค านวณคาเปอรเซนการระบต าแหนงทถกตอง

ของนวชนดเดยวแตละชนด โดยค านวนจากต าแหนงพคทสามารถระบไดเปรยบเทยบกบต าแหนง

พคส าคญทงหมดของนวแตละชนด ผลการค านวนแสดงดงภาพประกอบ 4-20 ซงจะเหนวาผลการ

ระบต าแหนงในนวชนดแคลเซยมออกซาเลตและนวยรคมคามากถงรอยละ 96.25 ในขณะทนวชนด

63

แคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต นวแซนทน และนวบรไชต มความถกตองมากกวา รอยละ 80

ในขณะทนวสตรไวท และนวซสทนสามารถระบต าแหนงพคถกตองอยในชวงรอยละ 70

ภาพประกอบ 4-20 เปอรเซนความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวทไมผานการ

ประมวลผลสญญาณขนตน

4.2.2.8 นวผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซา

เลตไดไฮเดรต

โดยทวไปการแปลผลเชงคณภาพของนวชนดตางๆ จะตองสามารถระบต าแหนงพค

ส าคญของนวชนดนนๆได แตในกรณนวผสมชนดแคลเซยมจะมต า แหนงพคทเหมอนกนบาง

ต าแหนงซงเปนผลมาจากองคประกอบทางเคม ของนวทงสองชนดทมโครงสรางทางเคมคลายกน

จากภาพประกอบ 4-21 จะเหนวาลกษณะสเปกตรมของนวทงสามชนดแทบจะไมแตกตางกน โดย

ต าแหนงพคทมองเหนไดชดเจนไดแกทความถ 517, 780, 1319(COM)/1324(COD) และทความถ

1619(COM)/1624(COD) cm-1 โดยเกดจากการสนแบบยดของพนธะ Ca-O การสนแบบงอของ

พนธะ O-C=O การสนแบบยดสมมาตรของพนธะ C=O และการสนแบบยดไมสมมาตรของพนธะ

C=O ตามล าดบ พนธะเหลานลวนเปนพนธะทอยในหมออกซาเลตทงสน นอกจากนนนวแคลเซยม

ออกซาเลตโมโนไฮเดรตจะมพคทปรากฏ(ไมชดเจน ) จ านวน 4 ต าแหนงบรเวณ ชวงความถ 3600-

3000 cm-1 ในขณะทนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตปรากฏเพยงพคเดยวในชวงความถเดยวกน

96.2582.14 79.16 87.5

73.387.5 96.25

COM COD Str Xan Cys Bru Uric

เปอรเซนความถกตองจากการแปลผลเชงคณภาพของนวชนดเดยวทไมผานการประมวลผลสญญาณขนตน

%การระบต าแหนงพคถกตอง

64

นอกจากนนนวแคลเซยมออกซาเ ลตโมโนไฮเดรตจะปรากฏพคอกสองต าแหนงคอทความถ 850

และ 950 cm-1 ซงไมปรากฏในนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

ภาพประกอบ 4-21 (A) อนฟราเรดสเปกตรมของนวออกซาเลตโมโนไฮเดรต (COM)

(B) อนฟราเรดสเปกตรมของนวออกซาเลตไดไฮเดรต (COD) (C) อนฟราเรดสเปกตรมของนว

ผสมระหวางนวออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวออกซาเลตไดไฮเดรต (COM+COD)

ตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของนวชนดผสมทน ามาท าการทดลองมทงหมด 17

ตวอยาง จากการทดสอบดวยโปรแกรม kidney stone 1.3 รวมกบโปรแกรม EZ OMNIC พบวาแต

ละตวอยางจะมปรมาณองคประกอบในขนาดทแตกตางกน ดงตารางท 4.2

65

ตาราง 4.2 อตราสวนรอยละของปรมาณอ งคประกอบ นวชนดผสมชนดแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต และสวนประกอบไมทราบชนด

ตวอยางนวท %(COM/COD) สวนประกอบไมทราบชนด (Unknown)

13 72/22 6 22 10/81 9 34 10/80 10 62 20/70 10 77 12/82 6 79 84/12 4 90 10/84 6 93 10/81 9 98 84/10 6 100 10/80 10 101 10/80 9 104 84/12 4 105 84/12 4 106 14/80 6 107 31/63 6 161 73/21 6 167 62/29 9

จากสเปกตรมตวอยางท 107 ซงมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตเทากบ 31/63 ผลการระบต าแหนงพคสามารถ แสดง ดง

ภาพประกอบ 4-22

66

ภาพประกอบ 4-22 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสม

ระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 107

จากภาพประกอบ 4-22 พบวาผลการทดลองทไดระบ ต าแหนงพคในนวทงสองชนด โดย

สามารถระบต าแหนงพคของ นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ไดจ านวน 6 ต าแหนง ทความถ

517, 603, 780, 914, 1324 และ 1644 cm-1 และแสดงอย ในสวนของ นวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรต 3 ต าแหนง ไดแกทความถ 517, 780 และ 3444 cm-1 โดยต าแหนงพคทมเหมอนกนคอ

517 และ 780 cm-1 เปนต าแหนงพคทบงบอกความเปนออกซาเลตของสารตวอยาง ดงนนต าแหนง

พคทได จงไมสามารถบอกไดวามสวนประกอบของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดอยาง

แนชด เนองจากปรากฏความเปนโมโนไฮเดรตเพยง 1 ต าแหนงเทานน

ท าการทดลองอกครงดวยนวชนดผสมชนดนตวอยางท 79 โดยมอตราสวนปรมาณนว

แคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 84/12 และ 4%

เปนสารทไมทราบชนด ผลการระบต าแหนงพคแสดงดงภาพประกอบ 4-23

ภาพประกอบ 4-23 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสม

ระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 79

67

ผลจากการระบต าแหนงพคของนวชนดผสมตวอยางท 79 พบวาสามารถระบต าแหนง

พคของนวแคลเซ ยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตได 7 จาก 8 ต าแหนง ไดแกพคทความถ 518.63,

780.97, 887.07, 954.58, 1316.28, 1622.02 และ 3441.07 cm-1 แตในสวนของนวแคลเซยมออกซา

เลตไดไฮเดรตนน ปรากฏต าแหนงพคแคเพยง 2 ต าแหนง คอพคทความถ 518.63 และ 780.97 cm-1

เทานน ซงต าแหนงพคทงสองนกเปนพคทเกดจากหมออกซาเลต ไมสาม ารถระบความเปนไดไฮ

เดรตของนวได

จากนนท าการทดลองกบนวชนดผสมตวอยางท 101 ทมอตราสวนปรมาณนว

แคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 10/81 และ 9%

เปนสารทไมทราบชนด ผลการระบต าแหนงพคแสดงดงภาพประกอบ 4-24

ภาพประกอบ 4-24 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของอนฟราเรดสเปกตรมนวชนดผสม

ระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ตวอยางท 101

จากภาพประกอบ 4-24 พบวาสามารถระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรตไดเพยง 2 ต าแหนงคอความถ 517.66 และความถ 780.01 cm-1 แตสามารถระบพคของนว

แคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตได ถง 7 จาก 8 ต าแหนง ไดแก ความถ 517.66, 606.40, 780.01,

915.04, 1325.92, 1645.17 และ 3473.86 cm-1 จากต าแหนงพคดงกลาวไมสามารถระบความเปนนว

แคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตได

จากผลการทดลองขางตนจะเหนวาการแปลผลเชงคณภาพในกรณนวชนดเดยวจาก

อนฟราเรดสเปกตรมตงตนนน ไมสามารถท าได เนองจากการซอนทบของต าแหนงพค พบวาหาก

สวนประกอบของนวชนดใดมปรมาณมากกวา กจะท าใหผลการแปลผลบงชวามเพยงนวชนดนน

เทานน

68

4.2.3 การแปลผลเชงคณภาพของอนฟราเรดสเปกตรม หลงผานการประมวลผลสญญาณ

ขนตนและการท าอนพนธอนดบสอง

การระบต าแหนงพคจากอนฟราเรดสเปกตรมของนวในทางเ ดนปสสาวะแตละชนด เมอ

ผานขนตอนการประมวลผลสญญาณขนตน และการท าอนพนธอนดบสองมรปแบบเดยวกนกบการ

ระบต าแหนงพคกรณทอนฟราเรดสเปกตรมไมไดผานการประมวลผลสญญาณขนตน โดยไดท า

การทดลองทงจากกรณทมการกรองสญญาณโดยตวกรองซาวสก- โกเลยและว ธวเคราะหหลาย

ระดบความละเอยด

4.2.3.1 กรณใชตวกรองซาวสก-โกเลย

ตวอยางหนาตางแสดงผลการทดลองเปนอนฟราเรดสเปกตรมของ นวแคลเซยมออก

ซาเลตโมโนไฮเดรตตวอยางท 19 ในชวงความถ 4000-400 cm-1 แสดงดงภาพประกอบ 4-25 จะเหน

วาไมสามารถมองเหนต าแหนงพคไดชดเจน โดยเฉพาะในชวงความถตงแต 4000-2000 cm-1

เนองจากขนาดของพคมขนาดเลกมากซงเปนผลมาจากการท าอนพนธอนดบสอง แตสามารถเหน

การระบต าแหนงพคทชดเจน และแสดงต าแหนงพคส าคญ จากหนาตางแสดงผลในชวงความถ

2000- 400 cm-1 ดงภาพประกอบ 4-26 โดยผลการระบต าแหนงพคพบวาสามารถระบต าแหนงพค

ไดครบทงหมดทง 8 ต าแหนง และท าการทดลองจากตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของนวชนดน

จ านวน 10 ตวอยาง

ภาพประกอบ 4-25 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

ในชวงความถ 4000-400 cm-1

69

ภาพประกอบ 4-26 หนาตางแสดงผลการหาต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

ในชวงความถ 2000-400 cm-1

จากนนท าการทดลองโดยใชตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมของนวชนด อนๆ ไดแก นว

ชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต (7 ตวอยาง), นวสตรไวต (3 ตวอยาง), นวแซนทน (1 ตวอยาง),

นวซสทน (3 ตวอยาง ), นวบรไชต (1 ตวอยาง ) และนวยรก (10 ตวอยาง ) ผลการทดลองการระบ

ต าแหนงพคของนวชนดเดยวเมอผานตวกรองซาวสก-โกเลยและการท าอนพนธอนดบสองแสดงดง

ภาพประกอบ 4-27

ภาพประกอบ 4-27 เปอรเซนความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวทผาน

ตวกรองซาวสก-โกเลยและการท าอนพนธอนดบสอง

90 87.5 83.3100

66.687.5 95

COM COD Str Xan Cys Bru Uric

เปอรเซนความถกตองจากการแปลผลเชงคณภาพของนวชนดเดยวเมอผานตวกรองซาวสก-โกเลยและการท าอนพนธอนดบสอง

%การระบต าแหนงพคถกตอง

70

ในกรณของนวชนดผสมนนได ท าการทดลองกบนวชนดผสมตวอยางท 107 ซงม

อตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

เทากบ 31/63 พบวาสามารถระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดถง 6 จาก

8 ต าแหนง ไดแกความถ 516.70, 668.13, 780.01, 888.03, 1617.2 และ 3432.39 cm-1 และสามาร ถ

ระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตไดถง 7 จาก 8 ต าแหนง ไดแก 516.70,

617.97, 780.01, 911.18, 1326.88, 1473.49 และ 1645.17 cm-1 สงทสามารถสงเกตไดอยางหนงคอ

ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 จะแสดงพคจ านวนสองพคคอความถ 1315 cm-1 ทเปนต าแหนง

พคทปรากฏในนวชนดโมโนไฮเดรต และทความถ 1326 cm-1 ส าหรบนวชนดไดไฮเดรต ดง

ภาพประกอบ 4-28

ภาพประกอบ 4-28 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 107

จากนนท าการทดลองกบนวผสมตวอยางท 167 ทมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยม

ออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 62/29 พบวาสามารถระบ

ต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดทง 7 จาก 8 ต าแหนง ไดแกความถ

518.63, 660.41, 784.83, 888.03, 947.83, 1624.91 และ 3428.53 cm-1 และสามารถระบ ต าแหนงพค

ของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตได 6 จาก 8 ต าแหนงไดแก 518.63, 784.83, 1321.1, 1474.45

และ 1645.13 cm-1 ซงจะเหนวาต าแหนง พคทปรากฏ ในชวงความถ 1300 cm-1 เปนพคของนว

แคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตเทานน ดงภาพประกอบ 4-29

71

ภาพประกอบ 4-29 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 167

ท าการทดลองกบนวผสมตวอยางท 79 ทมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลต

โมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 84/12 สามารถระบต าแหนงพคในสวน

ของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตครบทง 8 ต าแหนง และสามารถระบต าแหนงพคของนว

ชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตได 7 จาก 8 ต าแหนง แตลกษณะพคทความถ 1300 cm-1 ปรากฏ

เฉพาะพคของนวชนดโมโนไฮเดรตทความถ 1317.24 cm-1 เทานน ดงภาพประกอบ 4-30

ภาพประกอบ 4-30 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 79

ทดลองเชนเดยวกบขางตนกบตวอยางสเปกตรมของนวผสมตวอยางท 101 โดยม

อตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต

เทากบ 10/81 ปรากฏวาสามารถระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดเพยง

3 ต าแหนง ไดแกพคทความถ 517.66, 778.08 และ 1620.09 cm-1 ในขณะทสามารถระบต าแหนงพค

ของนวชนดไดไฮเดรตไดครบทง 8 ต าแหนง ดงนนพคทปรากฏอยในชวงความถ 1300 cm-1 จงเปน

พคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตทความถ 1327.85 cm-1 ดงภาพประกอบ 4-31

72

ภาพประกอบ 4-31 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 101

4.2.3.2 กรณใชวธวเคราะหหลายระดบความละเอยด

ในการทดลองนจะใชตวอยางและวธการแบบเดยวกบกรณใชตวกรองซาวสก- โกเลย

ในการกรองสญญาณ โดย ผลการ ระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวสามารถแสดงไดดง

ภาพประกอบ 4-32

ภาพประกอบ 4-32 เปอรเซนความถกตองในการระบต าแหนงพคของนวชนดเดยวโดยใชวธ

วเคราะหหลายระดบความละเอยดและการท าอนพนธอนดบสอง

ในสวนของการระบต าแหนงพค กรณ นวชนดผสม นน ตวอยางการทดลองแรกคอ

ตวอยางท 107 มอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลต

ไดไฮเดรตเทากบ 31/63 พบวาสามารถระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต

88.75 92.85 83.3100

73.3100 95

COM COD Str Xan Cys Bru Uric

เปอรเซนความถกตองจากการแปลผลเชงคณภาพของนวชนดเดยว โดยวธ MRA และการท าอนพนธอนดบสอง

%การระบต าแหนงพคถกตอง

73

ได 7 จาก 8 ต าแหนง และระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต ไดทง 8 ต าแหนง

นอกจากนนยงสามารถจ าแนกพคทต าแหนงความถ 1300 cm-1 โดยปรากฏทความถ 1317.4 และ

1328.6 cm-1 ส าหรบนวชนดโมโนไฮเดรต และนวชนดไดไฮเดรต ตามล าดบ ดงภาพประกอบ 4-33

ภาพประกอบ 4-33 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 107

ท าการทดลองกบนวตวอยางท 167 ทมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 62/29 พบวาสามารถระบต าแหนงพคของ

นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตได 7 จาก 8 ต าแหนง โดยไมสามารถระบต าแหนงทความถ

1300 cm-1 ในขณะทสามารถระบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตได 5 จาก 8

ต าแหนง ไดแกทความถ 518.63, 784.83, 1321.1, 1467.7 และ 1647.1 cm-1 ซงจะเหนไดวาพค

ในชวงความถ 1300 cm-1 ปรากฏเปนพคของนวชนดไดไฮเดรต ดงภาพประกอบ 4-34

ภาพประกอบ 4-34 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 167

ท าการทดลองกบนวผสมตวอยางท 79 ซงมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลต

โมโนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 84/12 พบวาสามารถระบต าแหนงพค

ของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดครบทง 8 ต าแหนง และสามารถระบต าแหนงพคของ

74

นวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตดได 6 จาก 8 ต าแหนง โดยไมปรากฏต าแหนงพค ทชวงความถ

1300 cm-1 ดงภาพประกอบ 4-35

ภาพประกอบ 4-35 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 79

ท าการทดลองกบนวผสมตวอยางท 101 ทมอตราสวนปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรตตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 10/81 พบวาสามารถระบต าแหนงพคของ

นวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตไดเพยง 3 ต าแหนง ไดแกความถ 517.66 778.08 และ1618.16

cm-1 ต าแหนง ซงไมปรากฏต าแหนงพคทชวงความถ 1300 cm-1 แตสามารถระบต าแหนงพคของนว

แคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตดไดคบทง 8 ต าแหนง ดงนนพคทชวงความถ 1300 cm-1 กแสดง

เฉพาะพคของแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตดเทานน ดงภาพประกอบ 4-36 ตามล าดบ

ภาพประกอบ 4-36 ลกษณะพคทชวงความถ 1300 cm-1 ของนวผสมตวอยางท 101

จากการแปลผลเชงคณภาพเบองตนจากนวชนดผสมพบวาการระบต าแหนงพคจะท าไดยาก

เมอปรมาณของนวชนดใดชนดหนงมคานอยมาก(นอยกวา 20% ตอน าหนกทงหมด) และเนองจาก

ต าแหนงพคส าคญของนวทงสองชนดขางตนอยทต าแหนงใกลกนมาก ท าใหเมอมปรมาณของนว

ชนดใดมากกวา กจะท าใหพคของนวชนดนนบดบงพคของนวอกชนดไป

75

ในการวเคราะหนวผสมนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตและนวแคลเซยมออกซา

เลตไดไฮเดรตนน พบวาเมอนวชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตมากกวาในปรมาณมากๆ

นน ต าแหนงความถทชวง 1300 cm-1 จะมคาตงแตความถ 1317 cm-1 ลงไป ซงความถดงกลาวเปน

ความถทอยในชวงของนวชนดโมโนไฮเดรต แตสามารถยนยนการมอยของนวแคลเซยมออกซาเลต

ไดไฮเดรตไดจากต าแหนง 912 cm-1 ในทางกลบกนหากนวชนดแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตม

ปรมาณมากกวาจะปรากฏต าแหนงพคทชวงความถตงแต 1322 cm-1 ขนไป ซงเปนชวงความถของ

นวชนดไดไฮเดรต โดยสามารถยนยนการมอยของนวชนดโมโนไฮเดรตไดจากความถ 948 cm-1

นอกจากนนจะเหนวาเมอปรมาณของนวทงสองชนดมปรมาณใกลเคยงกน จะปรากฏต าแหนงพค

ของนวทงสองชนดทความถ 1300 cm-1 ซงสามารถใชยนยนวาเปนนวชนดผสมได นอกจากนนพค

ทความถนยง มคาความเขมขนสงและปรากฏใหเหนอยางเดนชดในนวทงสองชนด จงเหมาะสม

ส าหรบการน ามาพจารณาการแปลผลเชงปรมาณของนวชนดผสมสองชนดขางตนไดอกดวย

4.3 ผลการแปลผลเชงปรมาณ

ในการทดลองนเปนการหาอตราสวนของนวชนดผสมระหวางนวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรตกบนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต จากคาความเขมขน ทความถ 1300 cm-1 และวธ

zero-crossing point first-derivative จากการทดลองในบทความ [17] พบวาการท าอนพนธอนดบ

หนงส าหรบนวชนดเดยวและนวชนดผสมทสงเคราะหขนนน สามารถใชคาความเขมขนทความถ

1324 cm-1 มาใชในการบอกปรมาณของนวชนดผสมได โดยในนวชนดผสมนน พคทความถ 1324

cm-1 เปนพคทใชบอกปรมาณของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต เนองจากในนว ชนด

แคลเซยมออกซาเลตไ ดไฮเดรตชนดเดยวนน คาความเขมขนทความถ ทต าแหนง นจะมคาเ ทากบ

ศนย จากนนไดมการสรางเสนโคงเปรยบเทยบ (calibration curve) ส าหรบบอกปรมาณของนว

ชนดผสมนอกดวย ดงภาพประกอบ 2-27

ดงนนในงานวจยนจงไดใชวธการทดลองเชน เดยวกนกบบทความขางตน เพอทดสอบวา

ผลทไดจากตวอยางนวทเกดขนเองโดยธรรมชาตนน สามารถใชเสนโคงเปรยบเทยบในการระบ

ปรมาณของนวชนดผสมไดหรอไม

76

ในขนแรกใชวธการ ทดลอง ขางตน กบชนดเดยวทมปรมาณ นวแคลเซยมออกซาเลตโม

โนไฮเดรตมากกวารอยละ 85 ของปรมาณนวสวนประกอบทงหมด เพอทดสอบวาคาความเขมขนท

ต าแหนงแถบดดกลน 1324 cm-1 สอดคลองกบคาความเขมขนจากเสนโคงเปรยบเทยบหรอไม โดย

ผลการหาความเขมขนสามารถแสดงไดดงตารางท 4.3

ตารางท 4.3 คาความเขมขนทต าแหนงแถบดดกลน 1324 cm-1 ของนวเดยวชนดแคลเซยมออกซา

เลตโมโนไฮเดรต (COM)

ตวอยางนวท %(COM/Unknown*) คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1 ทไดจากการค านวณ

คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1

SG filter MRA 19 96/4 -0.0307 -0.0281 -0.0281 45 94/6 -0.0300 -0.0308 -0.0308 73 96/4 -0.0307 -0.0319 -0.0319 74 94/6 -0.0300 -0.0278 -0.0290 80 96/4 -0.0307 -0.0303 -0.0287 83 95/5 -0.0304 -0.0363 -0.0346 110 88/12 -0.0281 -0.0409 -0.0409 119 96/4 -0.0307 -0.0340 -0.0340 150 89/11 -0.0284 -0.0110 -0.0094 206 96/4 -0.0307 -0.0458 -0.0458

*Unknown คอสวนผสมทไมทราบชนด

จากตารางท 4.3 จะสงเกตไดวาตวอยางท 110 150 และ 206 มคาทไดจากการวด ตางจากคา

ทมาจากเสนโคงอางองมากกวาตวอยางอนๆ และไดผลเหมอนกนจากการใชตวกรองทงสองวธ

โดยเมอทดลองน าตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมทมอตราสวนประกอบเทากน ไดแกตวอยางท 19 73

80 และ 206 ไปวาดกราฟปรากฏวาสเปกตรมทไดจากตวอยางท 206 แตกตางจากสเปกตรมของ

ตวอยางอนๆ ทมลกษณะคลายกน ดงภาพประกอบ 4-37

77

ภาพประกอบ 4-37 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (SG)(COM)

เมอน าผลจากตารางท 4.3 ไปประเมนคา SEP พบวาผลจากตวกรองซาวสก-โกเลยมคา SEP

เทากบ 0.0086 ในขณะทผลจากวธ วเคราะหหลายระดบความละเอยดม คา SEP เทากบ 0.0088 จะ

เหนวาทงสองวธมคาความคลาดเคลอนใกลเคยงกนมาก เนองจากความคลาดเคลอนเกดจากตวอยาง

นวเดยวกน โดยเปนผลมาจากลกษณะของอนฟราเรดสเปกตรมเอง จากนนท าการทดลองกบ

อนฟราเรดสเปกตรมของนวชนดผสมทง 17 ตวอยางทมอตราสวนประกอบแตกตางกนไปดงตาราง

ท 4.2 มาหาต าแหนงจดตดผานศนยจาก วธตวกรองซาวสก- โกเลยและ วธวเคราะหสญญาณแบบ

หลายระดบความละเอยด เมอเปรยบเทยบคาความเขมขนทต าแหนงความถ 1324 cm-1 ของตวอยาง

นวทง 17 ขอมลกบคาทไดจากการค านวณคาตามเสนโคงเปรยบเทยบ สามารถแสดงไดดงตารางท

4.4 โดยเรยงล าดบจากตวอยางนวทมสวนผสมของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตในอตรา

รอยละจากมากไปหานอย

78

ตารางท 4.4 คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1 ของนวผสมชนดแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮ

เดรต (COM) และนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต (COD)

ตวอยางนวท %(COM/COD) คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1 ทได

จากการค านวณ

คาความเขมขนทต าแหนง 1324 cm-1

SG filter MRA 79 84/12 -0.0268 -0.0144 -0.0138 98 84/10 -0.0268 -0.0168 -0.0161 104 84/12 -0.0268 -0.0147 -0.0138 105 84/12 -0.0268 -0.0187 -0.0181 161 73/21 -0.0233 -0.0022 -0.0020 13 72/22 -0.0230 -0.0040 -0.0039 167 62/29 -0.0198 -0.0294 -0.0291 107 31/63 -0.0099 0.0011 0.0014 62 20/70 -0.0064 0.0014 0.0015 106 14/80 -0.0044 0.0049 0.0050 77 12/82 -0.0038 0.0029 0.0029 22 10/81 -0.0032 0.0030 0.0031 34 10/80 -0.0032 0.0141 0.0145 90 10/84 -0.0032 0.0090 0.0091 93 10/84 -0.0032 0.0036 0.0037 100 10/80 -0.0032 0.0073 0.0073 101 10/81 -0.0032 0.0073 0.0074

เมอน าผลทไดจากตารางท 4.4 ไปประเมนคาความผดพลาดทเกดขน พบวาผลจากตวกรอง

ซาวสก-โกเลยมคา SEP เทากบ 0.0129 ในขณะทผลจากวธ วเคราะหหลายระดบความละเอยดม คา

SEP เทากบ 0.0127 จะเหนวาผลการทดลองจากทงสองวธใหผลการประเมนคาความผดพลาดท

ใกลเคยงกนมาก เหมอนกบผลการทดลองในนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตทเปนนวชนด

เดยว และจะสงเกตเหนวาตวอยางนวทมปรมาณของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรตสงกวา จะม

คาความเขมขนทความถ 1324 cm-1 เปนคาบวก เนองมาจากต าแหนงทตดผานศนยเปนต าแหนงทสง

79

กวาความถ 1324 cm-1 ดงแสดงในภาพประกอบ 4-38 และภาพประกอบ 4-39 ซงมกเกดขนได

เนองจากปรมาณองคประกอบทตางกนของนวชนดผสม ตวอยางเชน ต าแหนงความถ 1316 cm-1

ของนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรตสามารถเลอนอยในชวงความถตงแต 1314-1320 cm-1 ได

ในขณะทต าแหนงพคทความถ 1324 cm-1 ของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต กสามารถเลอนอย

ในชวงความถ 1326 cm-1 ขนไปไดเชนกน [17] ดงนนเปนไปไดวาการวดคาความเขมขนทต าแหนง

1324 cm-1 อาจจะไมใชต าแหนงพคทแทจรงทใชในการวดคาความเขมขนของนว

ภาพประกอบ 4-38 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (SG)

ภาพประกอบ 4-39 zero-crossing-point first-derivative Infrared spectrum (MRA)

80

จากผลการทดลองเรองการแปลผลเชงคณภาพของนวชนดผสมนน พบวาตวอยางนวท 107

ทมปรมาณนวแคลเซยมออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ

62/29 ปรากฏพคจ านวนสองพคทชวงความถ 1300 cm-1 ไดแกทความถ 1318 และ 1327.5 cm-1 ดง

ภาพประกอบ 4-28 เมอทดลองใชต าแหนงพคททความถ 1327.5 cm-1 ในการวดคาความเขมขนของ

นวตวอยางน ผลปรากฏวามคาเทากบ -0.0110 absorbance unit ซงมคาใกลเคยงกบคาทไดจากเสน

โคงเปรยบเทยบมากกวาการวดคาความเขมขนจากต าแหนง 1324 cm-1 โดยใหผลเชนเดยว กนจาก

ทงสองวธตวกรองสญญาณรบกวน อกหนงตวอยางคอนวตวอยางท 62 ซงมปรมาณนวแคลเซยม

ออกซาเลตโมโนไฮเดรต ตอนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เทากบ 20/70 กแสดงพคทชวง

ความถ 1300 cm-1 จ านวน 2 พคไดแกทความถ 1318 และ 1328.83 cm-1 เมอวดคาความเขมขนตรง

ต าแหนงความถ 1328.83 cm-1 พบวาตวกรองซาวสก- โกเลยวดคาความเขมขน ไดเทากบ -0.0040

absorbance unit ในขณะทการกรองดวยวธหลายระดบความละเอยดวดคาความเขมขน ไดเทากบ -

0.0048 absorbance unit ซงมคาใกลเคยงกบคาทไดจากเสนโคงเปรยบเทยบอางอง

บทท 5

สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

จากการศกษาขางตนสามารถสรปผลการทดลองตามหวขอดงน

5.1 การวเคราะหและสรปผลการทดลอง

5.1.1 ผลการประมวลผลสญญาณขนตน

ลกษณะของตวอยางอนฟราเรดสเปกตรมตงตนทน ามาใชในการทดลองนนมลกษณะ

ของการยกตวของเสนแนวโนม เมอน าอนฟราเรดสเปกตรมตงตนไปหาคา SNR พบวามคาเทากบ

38.14 ซงเปนคาทไมไดสงหรอต าจนมากนก แตเมอน าอนฟราเรดสเปกตรมเขาสขนตอนการก าจด

เสนแนวโนมดวยวธการท าอนพนธอนดบหนง พบวาสเปกตรมทผานการท าอนพนธแลวจะม

artifact peaks เกดขนจ านวนมาก ซงผลจากขนตอนการท าอนพนธนจะน าไปใชในการแปลผลเชง

คณภาพและปรมาณ ดงนนการม artifact peaks ปรากฏอยบนสเปกตรมจะท าใหการแปลผลนนยาก

และเกดความผดพลาดได จงไดมการก าจดสญญาณรบกวน ในขนตอนของการปรบเสนเรย บ ใน

ขนตอนนไดน าวธการกรองสญญาณ 2 วธมาท าการเปรยบเทยบเพอดวาวธการใดใหผลการก าจด

สญญาณรบกวนไดดกวากน วธทใชไดแก วธตวกรองซาวสก- โกเลย และวธวเคราะหหล ายระดบ

ความละเอยดซงเปนการวเคราะหความถของสญญาณ จากผลการทดลอง พบวาตวกรองซาวสก-

โกเลย พหนามดกร 2 และขนาดหนาตางพจารณาเทากบ 5 ต าแหนงนนใหผลการวดคา SNR มาก

ทสด ในขณะทการวธวเคราะหหลายระดบความละเอยดนนใหผลการวดคา SNR ดทสดเมอใชเวฟ

เลต Duabechies08(L2) โดยทขนาดของพคของสเปกตรมไมมการเปลยนแปลง

5.1.2 ผลการแปลผลเชงคณภาพ

การแปลผลเชงคณภาพ ในกรณของนวชนดเดยว พบวา ผลการระบต าแหนงพคทได

จาก อนฟราเรดสเปกตรมตงตน มเปอรเซนตการ ระบต าแหนงพค ของนวแตละชนดไดถกตอง

มากกวา การระบต าแหนงพคจาก อนฟราเรดสเปกตรมเมอผาน การท าอนพนธอนดบสองแลว

เนองจากในบางต าแหนงพคทมคาความเขมขนต าๆ การท าอนพนธจะท าใหคาความเขมขนลดลงจน

เกอบเทาศนย ท าใหเครองมอในการระบต าแหนงพคไมสามารถจบต าแหนงดงกลาวได

82

กลบกนกบกรณของนวชนดผสม พบวา การระบต าแหนงพคจาก อนฟราเรดสเปกตรมตง

ตนไมสามารถชชดไดวาเปนนวผสมชนดใด เนองจากต าแหนงพคทสามารถระบได เปนต าแหนง

พคทเกดจากนวชนดทมปรมาณมากกวา นอกจากนนกไมสามารถระบต าแหนงพคทซอนทบกนอย

ได แตเมอแปลผลจากอนฟราเรดสเปกตรมทผานการท าอนพนธอนดบสองแลวพบวา สามารถระบ

ต าแหนงพคส าคญของนวสวนประกอบทงสองชนดได ดงนนจงสามารถระบไดวาเปนอนฟราเรด

สเปกตรมของนวผสมชนดใด

5.1.3 ผลการการแปลผลเชงปรมาณจากจากวธ zero-crossing first-derivative และการ

ประเมนคา Standard Error of Performance (SEP)

ในการทดลองนเปนการหาคาความเขมขนทไดจากต าแหนงความถท 1324 cm-1 จาก

ขนตอนการท าอนพนธอนดบหนง เพอหาอตราสวนประกอบระหวางนวผสมชนดแคลเซยมออกซา

เลตโมโนไฮเดรต และนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮเดรต เนองจากต าแหนงดงกลาวเปนต าแหนงท

ใชยนยนวาเปนนวชนดแคลเซยมและยงเปนต าแหนงทปรากฏใหเหนอยางเดนชดในทกๆ ตวอยาง

การทดลอง ไมวาในสเปกตรมของนวชนดเดยว หรอในสเปกตรมของนวชนดผสม โดยคาทไดจาก

การทดลองจะถกน าไปเปรยบเทยบกบคาทไดจาก เสนโคงเปรยบเทยบ ในบทความอางอง [17] ซง

เปนผลของการทดลองจากอนฟราเรดสเปกตรมของนวชนดผสมทเกดจากการสงเคราะหใน

อตราสวนทตางกน ในขนตอนแรกไดใชตวอยางของนวชนดเดยว ชนดแคลเซยมออก ซาเลตโม

โนไฮเดรตพบวาผลจากวธตวกรองซาวสก- โกเลยมคา SEP เทากบ 0.0086 ในขณะทผลจากวธ

วเคราะหหลายระดบความละเอยดมคา SEP เทากบ 0.0088 ซงทงสองวธใหคา SEP ทนอยมาก

แสดงวาคาความเขมขนทไดจากการวด และคาทไดจากเสนโคงเปรยบเทยบม คาใกลเคยงกน

จากนนท าการทดลองในกรณของนวชนดผสมพบวา มคา SEP สงกวา 80% ซงมากกวาในกรณท

เปรยบเทยบโดยนวชนดเดยวมาก เนองจากนวชนดผสม ทมปรมาณสวนประกอบไมเทากน จะท า

ใหพคมต าแหนงแตกตางกนออกไป ท าใหต าแหนงพค 1324 cm-1 ทเปนพคของนวชนดแคลเซยม

ออกซาเลตไดไฮเดรตไมใชต าแหนงแทจรงทใชในการวด

แตจากการทดลองเรองการแปลผลเชงคณภาพ จากการท าอนพนธอนดบสอง พบวา ใน

ตวอยางท 107 และ 62 ซงปรากฏพคจ านวน 2 พคและเปนต าแหนงพคทแสดงถง นวชนดโมโนไฮ

เดรต และไดไฮเดรต เมอวดคาความเขมขนทตรงกบต าแหนงพคของนวแคลเซยมออกซาเลตไดไฮ

83

เดรต ผลปรากฏวาคาทไดสอดคลองกบคาจากเสนโคงเปรยบเทยบอางองมากกวา นอกจากนนจาก

การทดลองขนตนพบวา สเปกตรมจะแสดง พค 2 พคทความถ 1300 cm-1 กตอเมอมปรมาณของ

องคประกอบของนวแตละชนดมากกวา 20% ตอน าหนก

5.2 ปญหาและขอเสนอแนะ

5.2.1 ปญหา

ตวอยางขอมลอนฟราเรดสเปกตรมทจะน ามาใชในการวเคราะหมจ านวนนอย จงท าใหการ

ทดลองไมครอบคลมทงหมด นอกจากนนยงพบวาการบอกต าแหนงความถทเกดพคของนวแตละ

ชนดจากอางองนน จะอยในรปของความถ ชวงกวาง ท าใหการก าหนดชวงความถเพอใหระบ

ต าแหนงการเกดพคเพยงชนดใดชนดหนงอยางชดเจนนนท าไดยาก เนองจากหมฟงกชนทตางชนด

กนอาจมบางชวงความถทซอนทบกน ท าใหการแปลผลผดพลาดได ดงนนจงตองใชการอางองจาก

หลายแหลง เพอใหไดต าแหนงการเกดพคในชวงทถกตองทสด นอกจากนนการแปลผลเชงปรมาณ

ในชวงทผานมาเปนการทดลองจากอนฟราเรดสเปกตรมของนวทเกดจากการสงเคราะหขนเองโดย

ผทดลอง ตวแปรทเกดขนจงมจ านวนนอยกวาการทดลองกบนวทเปนนวทเกดโดยธรรมชาต เชน

นวชนดผสมทถกสรางขนจากนวชนดเดยวสองชนดนน กจะใหผลของอนฟราเรดสเปกตรมทเกด

จากนวสองชนดนนเทานน แตส าหรบนวผสมทเกดขนในธรรมชาตนน จะมสวนประกอบของนวท

มากกวาสองชนดปะปนอย ท าใหการแปลผลนนยงยากและซบซอนกวามาก

5.2.2 ขอเสนอแนะ

จากการท างานวจยทผานมาพบวา ควรมตวอยาง อนฟราเรดสเปกตรมทใช ในการทดลอง

ปรมาณทมากพอและหลากหลาย เพอใหผลการทดลองครอบคลมและแมนย ามากกวา โดยเฉพาะ

ในกรณของนวชนดผสม นอกจากนนในปจจบนยงไมมการวจยเกยวกบนวชนดผสมตวอนๆ ซง

โดยสวนมากเปนการจ าแนกนวชนดผสมในกรณนวออกซาเลตโมโนไฮเดรตและไดไฮเดรตเทานน

แตในปจจบนนวผสมชนดแคลเซยมออกซาเลตกบนวอะพาไทท กมจ านวนมากขน ดงน นอาจใช

แนวทางในการวจยของนวผสมชนดแคลเซยมเพอศกษานวชนดผสมอนๆ ตอไป

บรรณานกรม

[1] จ านวนและอตราผปวยนอกตามกลมสาเหต . (Online). Available:

http://bps.ops.moph.go.th/healthinformation/index2.html [Apr, 2011]

[2] พชรนทร ชนะพาห, “ปจจยเสยงของโรคนวในไต: ประเดนของสารแคลเซยมและออกซาเลต ,”

สงขลานครนทรเวชสาร., vol. 29, no. 6, 2011

[3] มณฑรา มฤคทต , นวในทางเดนปสสาว ะ , ประเทศไทย : คณะแพทยศาส ตร

มหาวทยาลยสงขลานครนทร, หนา 7 – 61, 2545

[4] G. S. Popescu, I. Ionescu, R. Grecu, and A. Preda, “The use of infrared spectroscopy in the

investigation of urolithiasis,” REV ROMANA MED LAB., vol. 18, 2010

[5] Jose R. G. and Jorge A. G.. “Infrared and Raman studies on renal stones: the use of second

derivative infrared spectra,” Urol Res., vol. 38, pp. 383-390, 2010

[6] ศนยเครองมอวทยาศาสตร : อตราคาบรการวชาก ารของศนยเครองมอวทยาศาสตร . (Online)

Available: http://www.sec.psu.ac.th/index2.php [Feb, 2011]

[7] พมพจต ดามพวรรณ และวชรนทร รกขไชยศรกล , สเปกโทรส โกปของสารอ นทรย, ประเทศ

ไทย: ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร, 2550

[8] T. Lan, Y. Fang, W. Xiong, and C. Kong, “Automatic baseline correction of infrared spectra,”

CHIN OPT LETT., vol. 5, no. 10, 2007

[9] G. Schulze, A. Jirasek, M. M. Yu, A. Lim, R. F. Turner, and M. W. Blades, “Investigation of

selected baseline removal techniques as candidates for automated implementation,” Appl

Spectrosc., vol. 59, no. 5, pp. 545-74, 2005

[10] W. Boyong, and G. W. Small, “Wavelet analysis used for spectral background removal in the determination of glucose from near-infrared single-beam spectra,” Anal Chim Acta., vol. 681, pp. 1-2, 2011 [11] E. Izaskun, A.E. Jose and Jose Luis R. Arrondo, “Removal of spectral noise in the

quantitation of protein structure through infrared band decomposition”. Biospet., Vol. 3, pp. 469-

475, 1997

85

[12] M. Bos and J.A.M. Vrielink, “The wavelet transform for pre-processing IR spectra in the

identification of mono- and di-substituted benenes”. Chem. And ILS., Vol. 23, pp. 115-122, 1994

[13] R. Davis, and L. J. Mauer, “Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy: A rapid tool for

detection and analysis of foodborne pathogenic bacteria,” FORMATEX., pp. 1582-1594, 2010

[14] S. Sankaran, “Mid-infrared spectroscopy for detection of Huanglongbing(greening) in citrus

leaves,” Talanta., vol. 83, pp. 574-581, 2010

[15] M. Kokalj, R. Metka, and S. Kreft, “Commonly applied smoothing of IR spectra showed

unappropriate for the identification of plant leaf samples,” CHEMOMETR INTELL LAB., vol.

108, pp154-161, 2011

[16] L.G. Jose, O. Emma, G. N. Jose, and P. H. Valentin, “Moving Average and Savitzki-Golay

Smoothing Filters Using Mathcad,” ICEE., 2007

[17] M. E. Laurence, P. Levillain, B. Lacour, and M. Daudon, “Advantage of zero-crossing-point

first-derivative spectrophotometry for the quantification of calcium oxalate crustalline phases by

infrared spectrophotometry,” Clinica Chimica Acta., vol. 298, pp. 1-11, 2000

[18] M. Volver, B.G. Wolthers, H.J. Meeting, T. H. Y. de Haan, P. M. J. Coenegrach, and W. vander Slik, “Artificial neural network predictions of urinary calculus compositions analyzed with infrared spectroscopy,” Clin Chem., vol. 40, no. 9, pp. 1692–1697, 1994 [19] A. Taulier, P. Levillain, and A. Lemonnier, “Determining Methemoglobin in Blood by Zero-

Crossing-Point First-Derivative Spectrophotometry,” Clin Chem., vol. 33/10, pp. 1767-1770,

1987

[20] How to Cure Kidney Stones at home. (Online) Available:

http://www.curemanual.com/diseases-and-tweaks/how-to-cure-kidney-stones-at-home [Jul, 2011]

[21] Analysis of Urinary calculi using infrared spectroscopic imaging. (Online) Available:

http://kb.osu.edu/dspace/handle/1811/38030?show=full [Jul, 2011]

[22] Clinical Laboratory Diagnostics of the future about non-invasive tool to diagnosis

endometriosis. (Online) Available: http://clin-lab.blogspot.com [Jul, 2011]

86

[23] Infrared spectroscopy (FTIR). (Online) Available:

http://www.andersonmaterials.com/ftir.html [Feb, 2010]

[24] P. Cochat, V. Pichault, J. Bacchetta, L. Dubourg, J. F. Sabot, C. Saban, M. Daudon, and A.

Liutkus, “Nephrolithiasis related to inborn metabolic diseases,” Pediatr Nephral., vol. 25(3),

pp.415-424, 2010

[25] B.C. Smitch, “Fundamentals of fourier transform infrared spectroscopy (second edition),”

Taylor and Francis Group., 2010

[26] S. Barbara, Infrared spectroscopy: fundamentals and applications, Analytical Techniques in

the Sciences, 2004

[27] ไวยากรณ แสนสข, การตรวจจบฟอลตชนดอมพแดนซสงดวยไมโครคอนโทรลเลอรโดยใช

การแปลงเวฟเลตและการแปลงฟรเยรชวงสน , ประเทศไทย : ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร

มหาวทยาลยเชยงใหม, 2552

[28] M. Bos, and J. A. M. Vrielink, “The wavelet transform for pre-processing IR spectra in the

identification of mono- and di-substituted benzenes,” Chemometrics and Intelligent Laboratory

System, vol. 23, pp. 115-122, 1994

[29] H. Shen, J. Wang, Y. Liang, K. Pettersson, J. G. Mats, L. F. Johan, “Chemical rank

estimation by multiresolution analysis for two-way data in the presence of background,”

CHEMOMETR INTELL LAB., vol. 37, pp. 261-269, 1997

[30] LabVIEW: wavelet analysis tools user manual, USA, 2008

[31] Numerical recipes in fortran 77: The art of scientific computing. (Online) Available:

www.wire.tu-bs.de/OLDWEB/mameyer/cmr/savgol.pdf‎ [Jul, 2014]

[32] Advanced preprocessing: noise, offset, and baseline filtering. (Online) Available:

http://wiki.eigenvector.com [Sep, 2012]

[33] M. Howard, and Jr. Jerome Workman, “Derivative in spectroscopy,” Spectroscopy., Vol. 18,

no. 4, 2003

87

[34] A. Hesse, and G. Sanders, “Atlas of Infrared spectra for the Analysis of Urinary

Concrement,” Georg Thieme Verlag Stuttgart., 1988

[35] ณรงพนธ รตนปนดดา, “การใชเทคนค Near Infrared Spectroscopy (NIRS) ในการหาความชน

และโปรตนของแปงสาล,” SDU Res J., vol. 2(1), pp. 1-14, 2009

ภาคผนวก

The 10th International PSU Engineering Conference May 14-15, 2012

Automated Expert System for Urolithiasis Classification from Infrared Spectrogram

Jiaranai Ponnui* Sawit Tanthanuch 1 Pornchai Phukpattaranont 2 Booncharoen Wongkittisuksa3

1,2,3 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla 90112

E-mail: pnnui.j@gmail.com* Abstract This paper proposes a study of wavelet transform analysis for the urolithiasis classification. Calcium oxalate monohydrate (whewellite) stone and calcium oxalate dihydrate (weddellite) stone are used for the classification processing. Two methods are applied to indicating the differentiation of infrared spectrum, which are used the Daubechies wavelets transform with a difference order (db04, db07 and db08). The first method is multiresolution analysis (MRA). This method is the powerful tool to decompose high and low frequency components of spectrum. The second method is detrend analysis. The results show that Daubechies wavelet with order 4 (trend level = 0.125) in detrend analysis is more accurate and correct than MRA. Detrend analysis method achieves to identify peak positions of frequency correctly 6 from 7 positions in both of whewellite and weddellite while only 5 positions in whewellite infrared spectrum and 6 positions in weddellite infrared spectrum are obtained from MRA method. Keywords: Urinary stones, Infrared spectroscopy, Wavelet transform, Detrend analysis, Multiresolution analysis (MRA) 1. Introduction

Urinary tract stone disease is the most frequently found in Thai people, and tends to increase every year. Especially, the number of the disease in North West of Thailand is increased to 10-16% every year [1]. The treatment of urinary stone has 2 purposes. The first purpose is to remove a stone out. The second purpose is important step in treatment that prevents recurrent urinary stone attacks. The knowledge of chemical component of urinary stones is very important for recurrent prevention because the recurrence rate is more than 50% [2]. Each stone is different in shape, textures, size and the rate of increase. Currently, the urinary stone analysis techniques that has been accepted and used for diagnosis reference are X-ray diffraction technique and infrared spectroscopy technique. The widely used technique is infrared spectroscopy. It is requires minimal sample volume for analysis [2] and uses lower cost than X-ray diffraction technique in the equal weight index [3]. Types of stone are composed of same major component form an absorption band in

the same frequency position such as calcium stone. The interpretation for identifying the component used a specialist. Therefore, this paper provides the automated expert system for urolithiasis classification from infrared spectrogram. Initially this system approach to identify types of calcium stone in qualitative analysis by using the wavelet transforms. 2. Theory 2.1 Infrared Spectroscopy

Infrared spectroscopy is one of techniques to be used for identification of the substance by specifying a structure or quantity of a compound. Infrared spectroscopy is a measurement technique that relies on light absorption at various frequencies of molecule and then converted to energy for stimulating bonds to vibratory [4]. The energy of an electron in the molecule is distributed throughout the molecules. It is according to the Planck’s equation,

� = ℎ�, (1)

where ‘E’ is the energy (J), ‘v’ is the fundamental vibration frequency and ‘h’ is Planck’s constant (6.626 x 10-34 J-s), respectively [5]. The phenomenon is recorded as infrared spectrum. The characteristic of infrared spectrum is more complex and superimpose because the vibration energy component is a higher energy term and corresponds to the absorption of energy by molecules.

Interpretation of infrared spectrum includes of qualitative and quantitative analysis. Qualitative analysis is used to identify types of molecules from the peak positions and the mass of each of molecular functionin the stone explained by quantitative measurement. 2.2 Calcium Stone

Most stones are composed of calcium or a combination of calcium and oxalate. There are 2 categories similarly infrared spectrum. The first category is calcium oxalate monohydrate whose chemical structure is CaC2O4 H2O. The second category is calcium oxalate dehydrate in which the chemical structure is CaC2O4 2H2O [6]. Molecules of both substances have two carbon atoms and one calcium atom. The only difference is that calcium oxalate dehydrate is independently associated with two water molecules, whereas the monohydrate is

associated with one water molecule [7]. The important of peak frequency positions were compared with urinary stone reference as shown in table1.

Table 1 Characteristics and peak positions of urinary’s infrared spectrum. characteristics

band peak positions (cm-1)

whewellite weddellite O-H stretching vibration

3438 3448

C=O group stretching vibration

1619 1638

symmetrical stretching vibration of C=O group

1315 1326

weak absorption band vibrations of O-H group

886 915

C=O group 780 777 vibration of O-H group

660 610

vibration of C=O group

518 518

This is peak frequency position reference from EZ OMNIC program

2.3 Wavelet transform The wavelet is a tool that is useful in feature

extraction applications. It is representation by wavelets that have different scales and translation [8]. Function of wavelet transform developed from Fourier transform basis is

��,�� = √� � ���

� �, (2)

where the parameter ‘a’ is the scaling vector and ‘b’ is the translation factor, consequently. Wavelet analysis method provided to multiresolution analysis (MRA) is used to analyze signals containing both low frequency components and high frequency components [9]. Low frequencies component is called ‘Approximation’ and high frequencies component is called ‘Detail’. MRA also removed unwanted component in the signal like a filter [10].

The second method for removing base line of the signals is a detrend analysis. An internal parameter called trend level is required for baseline removal [11]. The trend level is calculated as follows

����������� = ������������ , (2)

where ‘t’ is the sampling duration and ‘N’ is the number of sampling points in t time [12]. As well as MRA, detrend analysis method were applied filtering method to decompose low and high frequency components. Low frequency component is called ‘trend’ and high frequency component is called ‘detrend’ [13].

Since 1989, the wavelet transform-based techniques have been applied to the chemical signal processing [14]-[15] because wavelets are localized in

both the time and frequency domain. Hence, wavelet signal processing is suitable for nonstationary signals whose spectral content changes over the time. Wavelets were employed in the various fields of analytical chemistry, especially to the infrared spectrum [16]-[17], the spectral data in the wavelength domain instead of the frequency domain [15]. Each family in the wavelet transform has a different in shape. Hence, selecting wavelets family, which matches the signal to be processed, is very important in the wavelet applications.

3. Material and Methods This paper used LabVIEW version 8.6

(Advanced signal processing toolkit) for implementation. Multiresolution and detrend analysis tools are used to decompose high and low frequency component as shown in figure 1.

Figure 1. System block diagram

Sample infrared spectrum data were collected from Songklanagarind hospital on EZ OMNIC program in 2004. This program was used for interpreting urinary spectral components. Stone analysis was performed in 12 data. Urinary infrared spectrums are used as the input of this system. These inputs are read using Read from Measure File.VI in .txt format.

The Daubechies wavelet family is similar in shape to infrared spectral [16]. The Duabechies function order 4, 7 and 8 is suitable for infrared spectral analysis because the error occurred less than other orders in the Duabechies function [18]. The Daubechies wavelet was obtained using the order 4, 7 and 8 for both of methods. The trend level is 0.125. Then, the wavelet analysis peak detection VI is used to detect peak points by specifying proper width and threshold. Width specifies the width in number of samples. This VI coerces the value to a power of 2. The proper width in this method is 64 (trial and error method). Threshold specifies the value to reject peaks or valleys of a particular size. For the methods that look for valleys of spectra, threshold value was obtained from highest value according to %Transmittion on y axis. Hence, the threshold value is 100. Otherwise, for the methods that look for peaks, the threshold value is 1. Width and threshold values are the same for all test data.

4. Experimental results 4.1 Multiresolution analysis

Figure 2 and figure 3 show the result of approximation coefficient and detail with level 4 of whewellite and weddellite, respectively. According to a figure 2 and figure 3, ‘X’ marker is the peak

read form measurement file

Wavelet transform

Find peak position

Comparing to the reference peak

Recorded IR spectra of Urinary stone

MRA or Detrend analysis

WA peak detection

Rules to classify calcium stone

frequency positions that the wavelet analysis peak detector can be detected. These results are correct and accurate in approximation coefficient level 4 but peak positions in detail are nearly position because of a characteristic of the Daubechies wavelets. Hence, the wavelet analysis detector cannot specify only correct peak of spectrum.

Figure 2. Results of MRA from Whewellite

Figure 3. Results of MRA from weddellite

4.2 Detrend analysis Figure 4 and figure 5 show detrend analysis

results in whewellite and weddellite, respectively. Each figure shows the trend signal and detrend signal. Peak positions from detrend signal have been used to compare to the reference peak positions from EZ OMNIC program.

Figure 4. Results of detrend analysis from whewellite

Figure 5. Results of detrend analysis from Weddellite 4.3 Validation of output

The validation of the result is done by comparing the peak position of frequency with reference from EZ OMNIC program and kidney stone 1.3. They are spectral database. For example spectrum, in figure 6 is the results from whewellite. The multiresolution analysis with order 4 (level4) can identify 6 from 7 positions as same as the results from detrend analysis. Figure 7 is the results in weddellite. The result of detrend analysis can indicate 6 from 7 positions while only 5 from 7 positions from mutiresolution analysis method.

Figure 6. result for whewellite

Figure 7. result for weddellite 4.4 Experimental Error

The relative standard deviations (RSD) were used to calculate the analytical errors (6 spectra per sample) [19]. Results are shown in table. II. From the results of whewellite, RSD from both of analysis method was less than 0.5%. Excepting only the weak absorption band of O-H group at 886 cm-1, both of

Approximation

Approximation

Detail

Detail

method could not indicate this peak. In the part of results from weddellite, RSD values from MRA method was less than 0.5%. It could not indicate a small band at 913 cm-1 in contrast to detrend analysis method that could do. It has RSD values at a small peak =0.96% while it has RSD less than 0.5% in other peaks.

5. Conclusion Detrend analysis method using Daubechies

wavelets functions order 4 level 4 can indicate peak frequency position for calcium stone’s infrared spectrum with a few errors. It has %RSD in maximum range less than multiresolutions analysis method and this implementation will be the guideline for further interpreting infrared spectrum for other urinary stone.

Acknowledgments

The author would like to acknowledge the Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University for providing the facilities to carry out this work.

References [1] Montira Maraukatud, “Urinary Stone,” vol.5,

Bangkok: O.S. printing house, 2002, pp. 7-61. [2] Zhang Jing, Wang GuoZeng, Jiang Ning, Yang

JiaWei, Gu Yan, and Yang Fang, “Analysis of urinary calculi composition by infrared spectroscopy: a prospective study of 625 patients in eastern China,” Urol Res, vol. 38, pp. 111-115, 2010.

[3] Scientific equipment center. (2011, Feb, 14). Rate of service. [Online]. Available: http://www.sec.psu.ac.th/index2.php.

[4] P. Darmpawan and W. Rukachaisirikul, “Infrared Spectroscopy,” in Spectroscopy of Organic substance, vol. 6, Songkla: Chemical Department, Prince of Songkla University, 2007, pp.208-270.

[5] John Coates, “Interpretation of Infrared Spectra, A Practial Approach,” Encyclopedia of Analytical Chemistry, R.A. Meyers, Ed. Chichester: Jonh Wiley & Sons Ltd, pp. 10815-10837, 2000.

[6] Saurin R.Shah, Manhar D.Desai, and Lalite Panchal. “Identification of Content Descriptive Parameters for Classification of Renal Calculi,” International Journal of Signal and Image Processing, vol.1, no.4, pp. 255-259, 2010.

[7] Shelly Morgan. (2011, Jul, 29). Difference between calcium oxalate monohydrate & calcium oxalate dehydrate. [Online]. Available: http://www.livestrong.com/article/504734-difference-between-calcium-oxalate-monohydrate-calcium-oxalate-dihydrate/

[8] Channappa Bhyri, Kalpana. V, S.T.Hamde, and L.M. Waghmare, “Estimation of ECG features using LabVIEW,” TECHNIA, vol. 2, No. 1, pp. 320-324, July 2009.

[9] LabVIEW: Advanced Signal Processing Toolkit, National Instrument, USA. June, 2008.

[10] T E Ayoob Khan, and P Vijayakumar. “Separating Heart Sound from Lung Sound Using LabVIEW,” International Journal of Computer and electrical Engineering, vol. 2, no. 3, pp. 1793-8163, June, 2010.

[11] LabVIEW for ECG Signal processing, http://Zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6349.

[12] Miad Faezipour, Tarun M. Tiwari, Adnan Saeed, Mehrdad Nourani, and Lakshman S. Tamil, “Wavelet-Based Denoiseing and Beat Detection of ECG Signal,” 2009 IEEE/NIH Life Science Systems and Applications Workshop (LiSSA 2009), pp. 100-103, 2009.

[13] Kwang Eun Jang, Sungho Tak, Jinwook Jung, and Jeaduck Jang, “Wavelet minimum description length detrending for near-infrared spectroscopy,” Journal of Biomedical Optics, vol. 14, no. 3(034004), May/June 2009.

[14] Alexander Kai-man Leung, Foo-tim Chau, and Jun-bin Gao, “A review on applications of wavelet transform techniques in chemical analysis: 1989 – 1997,” Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, vol. 43, pp.165-184, 1998.

[15] Xue-Guang Shao, Alexander Kai-man Leung, and Foo-tim Chau, “Wavelet: A New Trend in Chemistry,” Acc Chem. Res. 2003, vol. 36, pp. 276-283, 2003.

[16] Hailin Shen, Jihong Wang, Yizeng Liang, Karin Pettersson, Mats Josefson, Johan Gottfries, and Frank Lee, “Chemical rank estimation by multiresolution analysis for two-way data in the presence of background,” Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, vol. 37, pp. 261-269, Jan. 1997.

[17] Daqi Zhan and Suqin Sun, “Application of Wavelet Transform in Improving Resolution of Two-Dimentional Infrared Correlation Spectroscopy,” China: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ICIC 2005, Part II, LNCS 3645, pp. 356-365, 2005.

[18] M. Bos and J.A.M. Vrielink, Chemometrics and Intelligent Laboratory System, vol. 23, pp. 115-122, 1994.

[19] Abigail Matteson and Michael M. Herron, “Quantitative mineral analysis by Fourier transform Infrared spectroscopy,” SCA Conference, no. 9308.

Table 2 Analytical Errors.

Characteristics band

peak positions (cm-1)*

whewellite

peak positions (cm-1)*

weddellite

MRA

detrend

MRA

detrend

mean

SD

RSD (%)

mean

SD

RSD (%)

mean

SD

RSD (%)

mean

SD

RSD (%)

O-H stretching vibration

3438 3440.49 5.82 0.16 3439.37 4.93 0.14 3436 3462.40 8.75 0.25 3456.93 10.03 0.29

C=O group stretching vibration

1619 1617.54 2.40 0.14 1619.79 0.75 0.04 1638 1644.63 3.33 0.20 1645.42 1.03 0.06

symmetrical stretching vibration of C=O group

1315 1320.81 5.25 0.39 1315.79 0.38 0.02 1326 1323.28 1.62 0.12 1326.18 0.20 0.01

weak absorption band vibrations of O-H group

886 - - - - - - 915 - - - - - -

C=O group

780 781.18 0.40 0.05 780.86 0.48 0.06 777 777.53 2.39 0.30 777.69 2.57 0.33

vibration of O-H group

660 662.96 2.87 0.43 663.44 2.21 0.33 610 - - - 610.55 5.88 0.96

vibration of C=O group

517 519.38 0.76 0.14 519.60 0.81 0.15 517 517.60 0.49 0.09 517.6 0.49 0.09

*This is peak frequency position reference from EZ OMNIC program