પૃથક્કારી પ્રવિધિઓ (separating processes)

પૃથક્કારી પ્રવિધિઓ (separating processes) : એક અથવા અનેક પ્રાવસ્થા(phases)વાળા મિશ્રણમાંના ઘટકોને યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક રીતે વિભિન્ન ગુણધર્મો ધરાવતા અંશો(fractions)માં અલગ કરવા માટે ઉપયોગમાં     લેવાતી એકમ-સંક્રિયાઓ (unit-operations). આ રીતે છૂટા પડતા અંશો સમાંગ (homogeneous) અથવા વિષમાંગ (heterogeneous) હોઈ શકે છે.

યાંત્રિક અલગન-પ્રવિધિઓ પ્રાવસ્થાની ઘનતાના, તરલતા- (fluidity)ના તથા કણોનાં કદ, આકાર અને ઘનતાના તફાવત ઉપર આધારિત હોય છે. આ ઉપરાંત તે ક્લેદનીયતા (wettability), પૃષ્ઠવીજભાર (surface charge) અને ચુંબકીય સુગ્રાહિતા (susceptibility) જેવી કણોની ખાસિયતો ઉપર આધાર રાખે છે. આ પ્રવિધિઓ ઘન-ઘન, પ્રવાહી-પ્રવાહી, પ્રવાહી-ઘન, પ્રવાહી-વાયુ, વાયુ-ઘન, અને વાયુ-પ્રવાહી-ઘન પ્રાવસ્થાવાળાં મિશ્રણો માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

યાંત્રિક અલગન અલગનના અન્ય બે પ્રકારથી જુદું પડે છે. આ બે પ્રકારો પૈકીનો એક ઉષ્માગતિજ અને ભૌતિકરાસાયણિક ગુણધર્મોના આધારે આણ્વિક (molecular) સ્તરે તથા બાષ્પીભવન, વિલયન (દ્રવીકરણ, dissolution), અવક્ષેપન (precipitation), શુષ્કન (drying), અવશોષણ (absorption) તથા આંતરપ્રાવસ્થા (interphase) અને અંત:પ્રાવસ્થા (intraphase)  વિસ્તરણ (diffusion) જેવી દ્રવ્યમાન-સ્થાનાંતરણ (mass-transfer) પ્રવિધિઓ વડે થતા અલગનનો છે. બીજો પ્રકાર મિશ્રણના ઘટક દ્વારા અનુભવાતી રાસાયણિક પ્રક્રિયા અને તે પછી યાંત્રિક અથવા દ્રવ્યમાનસ્થાનાંતરણ દ્વારા થતા અલગનનો છે.

અલગન માટેની વિશિષ્ટ પદ્ધતિઓમાં અપકેન્દ્રણ (centrifugation), વીજચુંબકીય અલગન અને વિવિધ પ્રકારની વર્ણલેખિકી(chromatography)નો સમાવેશ થાય છે.

રાસાયણિક પૃથક્કારી પદ્ધતિઓ પદાર્થોના શુદ્ધીકરણ અથવા વિરચન (preparative) કે વિશ્લેષણાત્મક (analytical) હેતુસર અન્ય પદાર્થોથી તેમને અલગ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ઉદ્યોગોમાં વપરાતી આવી પદ્ધતિઓનું અંતિમ ધ્યેય યોગ્ય શુદ્ધતાવાળી નીપજનું અલગીકરણ કરવાનું હોય છે, જ્યારે રાસાયણિક વિશ્લેષણમાં પ્રાથમિક ધ્યેય નમૂનામાં રહેલ પદાર્થના જથ્થાનું અથવા સાંદ્રતાનું નિર્ધારણ (determination) કરવાનું હોય છે. એક સિદ્ધાંત તરીકે મૂળ નમૂનાના થોડાક ભાગનું જથ્થાત્મક (quantitative) નિર્ધારણ કરવાનું વધુ અનુકૂળ હોય છે, પણ જે કિસ્સામાં આવા પ્રત્યક્ષ (direct) અભિગમ માટે વિશ્લેષણાત્મક પદ્ધતિઓ પૂરતી ચયનાત્મક (selective) ન હોય ત્યાં અંતિમ પરિમાપન(estimation)માં નડતરરૂપ પદાર્થોની સાંદ્રતા ઘટાડવાનું અથવા તેમને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવાનું જરૂરી બને છે.

ઇજનેરી અથવા પ્રયોગશાળામાં ઉપયોગમાં લેવાતી વિશ્લેષણ માટેની અલગન-પદ્ધતિઓની સરખામણી કરતી વખતે સંક્રિયા(operations)ના માપપ્રમાણ(scale)માં તફાવત હોવાથી કેટલીક વિશિષ્ટ બાબતો ઉદભવે છે. જોકે વિભિન્ન પૃથક્કારી વિધિઓ સમાન સિદ્ધાંતો પર આધારિત હોય છે. આવી અલગન-પદ્ધતિઓમાં ત્રણ બાબતો ગણતરીમાં લેવામાં આવે છે : (i) અલગ કરવામાં આવતા પદાર્થની પુન:પ્રાપ્તિ (recovery), (ii) સંલગ્ન (associated) પદાર્થોથી પૃથક્તાની માત્રા અને (iii) પૃથક્કરણની સબળતા.

જો પૃથક્કરણ પહેલાં નમૂનામાં પદાર્થનો જથ્થો (Q_A)_o હોય અને પૃથક્કરણ પછી તે Q_A હોય તો પદાર્થ Aનો પૃથક્તા અવયવ R_A નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય:

બે પદાર્થો A અને Bના પૃથક્કરણની માત્રા  એ B અને Aના પૃથક્તા અવયવોનો ગુણોત્તર છે.

પદાર્થોનું સંપૂર્ણત: અલગ પડવું એ ઇચ્છનીય છે; પણ વિશ્લેષણાત્મક ઉપયોગ માટે તે હંમેશાં જરૂરી નથી હોતું. અહીં શુદ્ધતાની માત્રાનો આધાર અંતિમ પરિમાપન માટે જે પદ્ધતિ ઉપયોગમાં લેવાય તેના પર રહેલો હોય છે.

નિયત (prescribed) શુદ્ધતાવાળા પદાર્થનો ચોક્કસ જથ્થો મેળવવા માટે કરવા પડતા કાર્યનું માપ એ પૃથક્કરણની સબળતા છે. માપપ્રમાણ અને સક્રિયાનો ખર્ચ લક્ષમાં લેવાનાં હોય તેવા ઔદ્યોગિક પૃથક્કરણમાં આ બાબત વધુ મહત્ત્વની છે.

દ્રવ્યના ગુણધર્મોની વિભિન્નતા પ્રમાણે પૃથક્કરણના અનેક પ્રકાર છે. આ માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ગુણધર્મોમાં પદાર્થની દ્રાવ્યતા, બાષ્પશીલતા (volatility), અધિશોષણ, વિદ્યુતીય અને ચુંબકીય અસરો વગરેને ગણાવી શકાય. અલગ કરવામાં આવતા બે પદાર્થોના ગુણધર્મોમાં અધિકતમ તફાવત હોય ત્યારે સૌથી સારી દક્ષતા જોવા મળે છે.

પૃથક્કરણની સઘળી રીતોમાં બે પ્રાવસ્થાની જરૂરિયાત એ એક સામાન્ય બાબત છે. ઇચ્છિત પદાર્થ આ બે પ્રાવસ્થા વચ્ચે ચોક્કસ રીતે વિતરિત અથવા વિભાજિત થાય છે. બંને પ્રાવસ્થાને અલગ કરવાથી પૃથક્કરણ પ્રાપ્ત થઈ શકે છે. બે પ્રાવસ્થામાં રહેલ પદાર્થની સાંદ્રતાના ગુણોત્તરને વિભાજન અથવા વિતરણ ગુણાંક કહે છે. જો બે પદાર્થ સરખા વિતરણ-ગુણાંક ધરાવતા હોય તો આ વિધિ એક કરતાં વધુ વખત કરવામાં આવે છે. તેને વિભાગીકરણ (fractionation) કહે છે.

સામાન્ય રીતે વિશ્લેષણ કાર્યમાં મૂળ પ્રાવસ્થા પ્રવાહી રૂપે (દા. ત., નમૂનાનું દ્રાવણ) હોય છે અને અન્ય ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુ પ્રાવસ્થા ઉમેરી અથવા ઉત્પન્ન કરી પૃથક્કરણ કરવામાં આવે છે. આ બે પ્રાવસ્થા ભૌતિક રીતે અલગ કરી શકાય છે. વળી પદાર્થ બીજી પ્રાવસ્થામાં જાય તેવા ગુણધર્મો મેળવવા જરૂર પડ્યે તેના ઉપર કેટલીક ભૌતિક કે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ કરવામાં આવે છે.

બીજી પ્રાવસ્થાની પ્રકૃતિ (nature) પ્રમાણે પૃથક્કરણ માટેની સામાન્ય રીતોનું નીચે પ્રમાણે વર્ગીકરણ કરી શકાય :

(i) ઘનસ્વરૂપ બીજી પ્રાવસ્થા સાથે સંકળાયેલી રીતોમાં અવક્ષેપન (precipitation), વીજનિક્ષેપન (electro-deposition), અધિશોષણ વર્ણલેખિકી, આયનવિનિમય (ion-exchange) અને સ્ફટિકીકરણનો સમાવેશ થાય છે.

(ii) બીજી પ્રાવસ્થા પ્રવાહી હોય તેવી પદ્ધતિઓમાં દ્રાવક નિષ્કર્ષણ (solvent extraction) પદ્ધતિ વધુ જાણીતી છે. તેમાં મૂળ દ્રાવણને તેની સાથે અમિશ્રણીય (immiscible) હોય એવા બીજા પ્રવાહીના સંપર્કમાં લાવવામાં આવે છે. દ્રાવ્ય(solute)ના બે પ્રાવસ્થામાંના વિતરણમાં તફાવતને લઈને પૃથક્કરણ શક્ય બને છે. કાર્બનિક દ્રાવકો વાપરીને આ રીતે ઘન પદાર્થોનું પણ અલગન કરી શકાય છે.

(iii) બીજી પ્રાવસ્થા વાયુરૂપ હોય તેવી પદ્ધતિઓમાં વાયુ નિષ્કાસ (evolution), નિસ્યંદન (distillation), ઊર્ધ્વીકરણ (sublimation) અને વાયુવર્ણલેખિકી(gas chromatography)ને ગણાવી શકાય. ઘણી વાર બાષ્પશીલ પદાર્થોને વિભાગીય (fractional) નિસ્યંદન દ્વારા અલગ કરી શકાય છે.

રાજુલ ભટ્ટ

જ. દા. તલાટી