પ્રયોગશાળા-ઉપકરણન (laboratory instrumentation) : વિજ્ઞાન તેમજ ઇજનેરી પ્રયોગશાળાઓમાં વપરાતાં વિવિધ ઉપકરણો કે સાધનોના સામૂહિક અભ્યાસનું ક્ષેત્ર. નૈસર્ગિક વિજ્ઞાનનો જન્મ કુદરતી ઘટનાઓનાં બારીક નિરીક્ષણોથી થયો, પરંતુ એ ઘટનાઓને સમજવા માટે તેમનું પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિમાં અમુક નિયંત્રણ હેઠળ પુનરાવર્તન કરવું પડે છે. વળી, એ ઘટનાઓ પાછળનાં વૈજ્ઞાનિક તથ્યો કે નિયમો તારવવા માટે ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ઘટનાઓનું માત્ર ગુણાત્મક (qualitative) જ નહિ, પરંતુ માત્રાત્મક (quantitative) વિષણ કરવાનું રહે છે. ઇજનેરી વિદ્યાશાખાઓમાં વૈજ્ઞાનિક તથ્યો-નિયમોનાં વ્યાવહારિક પ્રયોજનો(application)નો અભ્યાસ થતો હોય છે. તો બીજી બાજુ મૂળભૂત વિજ્ઞાન(basic sciences)માં વિજ્ઞાનીઓ દ્વારા રજૂ થતા અધિતર્ક (hypothesis) કે વાદ(theory)ની પ્રાયોગિક ચકાસણી (verification) કરવી આવશ્યક બની રહે છે. આ બધાં કારણોસર પ્રયોગશાળાનાં વિવિધ ઉપકરણો બનાવીને ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આજકાલ ઉપકરણનનું ક્ષેત્ર ઘણું વિકાસ પામ્યું છે.
પ્રયોગશાળાનાં ઉપકરણોનો મુખ્ય હેતુ કોઈ ભૌતિક કે રાસાયણિક ફેરફારને અનુરૂપ એક કે વધુ ભૌતિક રાશિ તેમજ પ્રાચલ (paramater)નું માપન (measurement) કરવાનો હોય છે. જીવવિજ્ઞાન(biosciences)ની કે તબીબી (medical) પ્રયોગશાળામાં વપરાતાં સાધનોની પણ મુખ્ય કામગીરી તો એ જ મુજબની હોય છે. માપનની ક્રિયામાં ભૌતિક/રાસાયણિક/યાંત્રિક/પ્રકાશીય કે અન્ય ફેરફારો તેમજ પ્રક્રિયાઓની પરખ (detection) ઉપરાંત સંબંધિત રાશિઓનાં માત્રાત્મક માપન અને ડેટા વિશ્લેષણનો સમાવેશ થાય છે. એ નોંધવું જરૂરી છે કે ડેટા એટલે માત્ર માહિતી(information)નો સંગ્રહ જ નહિ, એ શબ્દ દ્વારા માહિતીના વ્યવસ્થિત સાર્થક સંગ્રહનો અર્થ સૂચવાય છે. ઉપકરણોનો વ્યાપ વધારીને તેઓને નિયંત્રણ(control)ના કાર્યમાં પણ જોડવામાં આવે છે.
માપનની પ્રયુક્તિ (device) એટલે કે સાધન દ્વારા જે પ્રાચલોનું મૂલ્ય દર્શાવવામાં આવે છે તેમાં દબાણ, તાપમાન, વહન (flow), પ્રવાહ (current), ગતિ, તેમજ વિદ્યુતરાશિઓ વગેરે સમાવિષ્ટ છે. તદુપરાંત નિયંત્રણની પ્રણાલી(control system)માં કોઈ પ્રાચલના અમુક મૂલ્યને અનુરૂપ ચેતવણી (warning) કે નિયંત્રણ માટેનું અન્ય સાધન પણ કાર્યરત કરવામાં આવે છે.
પ્રયોગશાળાનાં ઉપકરણોને (ક) યાંત્રિક, (ખ) વિદ્યુત તથા વીજાણુકીય (electronic), (ગ) પ્રકાશીય (optical) તથા ધ્વનિનાં (acoustic) ઉપકરણો ઇત્યાદિમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. યાંત્રિક ઉપકરણોની રૂપરેખા નીચે મુજબ છે :
(1) તાપમાન-માપકો (thermometers) : આ સમગ્ર અભ્યાસને તાપમાન-માપન (thermometry) કહે છે. માપન માટેનાં તાપમાનનાં મૂલ્ય અનુસાર થરમૉમિટરમાં પારો, આલ્કોહૉલ, વાયુ વગેરે વાપરવામાં આવે છે. ઊંચાં તાપમાન માપવાના સાધનને પાઇરૉમિટર કહે છે. તાપમાનનું માપન આડકતરી રીતે કોઈ અન્ય ભૌતિકરાશિ (દા.ત., વિદ્યુત્ અવરોધ)માં થતા ફેરફાર નોંધીને પણ કરવામાં આવે છે.
(2) દબાણ-માપન : આ હેતુ માટેનાં સાધનો દબાણમાપક (gauge) અને મૅનૉમિટર (manometer) તરીકે ઓળખાય છે. હવાનું દબાણ ભારમાપક (barometer) દ્વારા મળે છે.
(3) વહન-માપન : આ પ્રકારનાં ઉપકરણોમાં પાણી કે પ્રવાહીનું તેમજ હવા અથવા વાયુનું વહન મપાય છે.
(4) ઝડપ-(speed)-માપન : આ પ્રકારનાં ઉપકરણોમાં આવર્તન(revolution)માપક તેમજ જુદા-જુદા પ્રકારનાં ઝડપ-માપકો (tachometers)ને આવરી લેવામાં આવે છે. દૂરથી સંવેદન માટે વિદ્યુત ઝડપ-માપક વપરાય છે, જ્યારે ઘડિયાળની માફક ચંદો (dial) ધરાવતાં ઉપકરણો સ્થાનિક માપન માટે વપરાય છે.
(5) બળ (force) તથા ટૉર્કનું માપન : આ હેતુ માટે યોગ્ય સંવેદક (sensor) ધરાવતાં સાધનો ઉપલબ્ધ છે. વળી સ્પંદન (vibration) તથા આઘાત(shock)નું માપન પણ થઈ શકે છે.
વિદ્યુત ઉપકરણો : વિદ્યુત પ્રવાહનું માપન કરવા માટે જુદી જુદી અવધિ(range)નાં એમિટર વપરાય છે. વોલ્ટમિટર કોઈ પણ બે બિન્દુઓ વચ્ચેના વિદ્યુતવિભવ કે વોલ્ટેજ માપે છે. ઊર્જાદર એટલે કે વિદ્યુતશક્તિના માપન માટે વૉટમીટર વપરાય છે. જ્યારે વિદ્યુતઊર્જા માપવા માટે ઊર્જામીટર અથવા walthour meter વપરાય છે. આપણા ઘરવપરાશમાંની વિદ્યુતઊર્જાનું ‘મીટર’ તો સૌએ જોયું હશે. આ ઉપરાંત આવૃત્તિ (frequency), ઊર્જા દર અંશ (power factor) વગેરે માપવાનાં ઉપકરણો પણ મળી શકે છે. વધુમાં આત્મપ્રેરણ (self inductance), વીજધારિત્ર્ય (capacitance), વીજવાહકતા (electrical conductivity) વગેરે જેવી વિદ્યુત રાશિઓના માપન માટે તેમજ વીજાણુશાસ્ત્રના હેતુઓ માટેનાં ઉપકરણો પણ રચવામાં આવે છે.
ર્દશ્ય પ્રકાશ(visible light)ની તીવ્રતા(intensity)ને માપવા માટે પ્રકાશથી ઊપજતી અન્ય ભૌતિક અસરોનો આડકતરી રીતે ઉપયોગ થાય છે. ધ્વનિ તથા પરાશ્રાવ્ય (ultrasonic) ધ્વનિને લગતાં માપનમાં પણ મુખ્યત્વે તેને લગતી વિદ્યુતઅસરનો ઉપયોગ થતો હોય છે. માપનનું કોઈ પણ સાધન, જે તે ભૌતિકરાશિનું યોગ્ય એકમમાં મૂલ્ય દર્શાવે છે. ઉક્ત એકમ આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણે સ્વીકારવામાં આવેલ હોય છે. આ માટે દરેક સાધનનું સુયોગ્ય રીતે અંકન (calibration) થયેલું હોવું જોઈએ. અંકન એટલે આપેલા સાધનની એક સર્વસ્વીકૃત પ્રમાણ (standard) સાથેની તુલના. કેટલાંક સાધનો ખુદ અંકનના હેતુ માટે જ બનાવવામાં આવે છે.
કોઈ એક પ્રકારની ભૌતિક અસરનું માપન કરવા માટે પ્રયોગશાળાનાં વિવિધ સાધનો ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ ભૌતિક અસર અન્ય કોઈ અસરમાં થતા પરિવર્તન પર આધારિત હોય છે. આ પ્રકારની કામગીરીનાં સાધનને વ્યાપકપણે અસરપરિવર્તક (transducer) કહેવાય છે. ટ્રાન્સડ્યૂસર એટલે કોઈ એક તંત્ર કે માધ્યમમાં થતી એક ભૌતિક અસર દ્વારા કાર્યરત થતું સાધન કે જે તેના પ્રતિભાવ રૂપે અન્ય કોઈ ભૌતિક અસર દર્શાવે છે. અત્રે એ સૂચિત છે કે ટ્રાન્સડ્યૂસરને મળતું આદાન (input) અને પરિવર્તન બાદ મળતું પ્રદાન (output) એ અલગ-અલગ ઊર્જાનાં સ્વરૂપમાં હોય છે. ટ્રાન્સડ્યૂસરનાં કેટલાંક ઉદાહરણો નીચે આપેલ છે :
| ટ્રાન્સડ્યૂસર
સાધન |
કારણરૂપ
અસર (આદાન) |
પરિણામી
અસર (પ્રદાન) |
ભૌતિક સિદ્ધાંત | |
| 1. | પારાનું થરમૉમિટર | તાપમાન | સ્થાનાન્તર | પારાનું ઉષ્મા મળતાં થતું કદ પ્રસરણ |
| 2. | થરમૉકપલ થરમૉમિટર | તાપમાન | વોલ્ટેજ | થરમૉકપલમાં ઉત્પન્ન થતું emf. |
| 3. | સાદું એમિટર/ વોલ્ટમિટર | વિદ્યુતપ્રવાહ | દર્શક કાંટાનું સ્થાનાન્તર | પ્રવાહ વહન કરતાં ગૂંચળાનું ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતું આવર્તન |
| 4. | ધ્વનિ અથવા સંગીતધ્વનિ માટેનું કન્ડેન્સર માઇક (condenser microphone) | વીજધારિત્ર્યમાં ફેરફાર | ધ્વનિતરંગોનું દબાણ એક પડદા અને સ્થિર તકતી વચ્ચેના વીજધારિત્ર્યમાં ફેરફારકરે છે. | |
| 5. | પ્રકાશમાપક અથવા સૌર કોષ | પ્રકાશ | વોલ્ટેજ emf | પ્રકાશ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વીજવાહકતા (photo conductivity) |
ઉપર્યુક્ત સંદર્ભમાં દાબ-વિદ્યુત-અસર(piezo-electric effect)નો ખાસ ઉલ્લેખ કરવો જોઈએ. આ અસર જુદા-જુદા પ્રકારનાં ટ્રાન્સડ્યૂસર સાધનોમાં પ્રયોજવામાં આવે છે.
માપનનું કોઈ સાધન તેની ઉપયોગિતામાં સાર્થક નીવડે તે માટે કેટલીક લાક્ષણિકતાઓ ધ્યાનમાં લેવાવી જોઈએ. જેમ કે (1) તેના દ્વારા થતાં માપનની ચોકસાઈ તેમજ શક્ય એવી ત્રુટિઓનો સ્પષ્ટ ખ્યાલ હોવો જોઈએ. (2) સાધન તેની કામગીરીમાં ‘સુરેખ’ (linear) લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે કે કેમ તેનો ખ્યાલ પહેલેથી હોવો જોઈએ. (3) આદાનની રાશિનું મૂલ્ય વધારતાં સાધનથી દર્શાવાતી પ્રદાનરાશિનું મૂલ્ય વધતું હોય તો તેથી ઊલટું, આદાન ઘટાડવાથી પ્રદાનમાં એ જ ક્રમમાં કે આલેખ પર એ જ માર્ગે ઘટાડો થાય છે કે કેમ તેનું જ્ઞાન હોવું જોઈએ. આને લગતા ગુણધર્મને હિસ્ટેરિસિસ કહે છે.
પ્રયોગશાળામાં વપરાતાં માપનનાં ઉપકરણોમાં ‘એનેલૉગ’ અને ‘ડિજિટલ’ એ પ્રકારો ખાસ ઉલ્લેખનીય છે. ‘એનેલૉગ’ પ્રકારનાં ઉપકરણ કોઈ પ્રાચલનું મૂલ્ય સતતપણે (continuously) આપે છે, કે જે અંકિત કરેલા ચંદા પરથી વાંચી શકાય છે. ‘સંખ્યાદર્શી’ પ્રકારનાં ઉપકરણોમાં આ મૂલ્ય નાના યા મોટા તબક્કામાં પૃથક્ પૃથક્ (discrete) રીતે અપાય છે, અને તે મૂલ્ય આંકડાઓમાં પ્રદર્શિત થાય છે. આ પ્રકારના ઉદાહરણ તરીકે ડિજિટલ વોલ્ટમીટર પ્રચલિત છે. આવાં સાધનોમાં માપવામાં આવતાં મૂલ્યના આંકડા દર્શાવવા માટે LED (light emitting diode) અથવા LCD(liquid crystal display)નો ઉપયોગ થાય છે.
સંગણકો (computers) આજકાલ ઉપકરણનના ક્ષેત્રે ખૂબ સારી રીતે પ્રવેશી ચૂક્યાં છે. સંગણકો માપનની રાશિઓનો મોટા પાયા પર સંગ્રહ કરી શકે છે. જરૂરી વિભાગીકરણ પણ કરી શકે છે. તથા આલેખ પર કે અન્ય રીતે નિરૂપણ પણ કરી શકે છે. વળી, આ રીતે સાધનનાં કમ્પ્યૂટર, માઇક્રોપ્રોસેસર સાથેના જોડાણથી નિયંત્રણનું કાર્ય પણ થઈ શકે છે, તેમજ તે વિશાળ અર્થમાં પ્રાયોગિક માહિતીના પૃથક્કરણ(data-analysis)માં ભાગ ભજવે છે.
આધુનિક પ્રયોગશાળામાં વપરાતાં વીજાણુ ઉપકરણો તથા પ્રયુક્તિઓ જુદી ચર્ચા માગી લે છે. વીજાણુ પ્રયોગશાળામાં એકદિશીકરણ (rectification) તથા પ્રવર્ધન (amplification) માટેના તેમજ આંદોલક (oscillator) અને અન્વેષક (detector) તરીકેના પરિપથ માટે સામાન્યથી માંડીને સંકુલ સાધનોનો વિકાસ થયો છે. વીજાણુશાસ્ત્રનો આરંભ નિર્વાત ડાયૉડ, ટ્રાયૉડ વગેરેથી થયો છે. ત્યારબાદ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો યુગ આવ્યો અને હવે વધુ ને વધુ લઘૂકૃત (miniature) સાધનો બનવા લાગ્યાં છે. આ સંદર્ભમાં સંકલિત પરિપથ (integrated circuit – IC) ખાસ ઉલ્લેખનીય છે. તે એક ટચૂકડું પણ વિવિધલક્ષી સાધન અથવા ઘટક છે.
વીજાણુ પ્રયોગશાળામાં કેટલાંક સાધનો સર્વસામાન્ય હોય છે. તેની ટૂંકી યાદી આ મુજબ છે. (1) રેગ્યુલેટેડ DC પાવર સપ્લાય, (2) કેથૉડ-રે ઑસ્સિલોસ્કોપ – CRO, (3) તરંગસંકેત ઉત્પાદક (signal gaenerator), (4) સામાન્ય ઘટકો, જેવા કે અવરોધક (resistor), વીજધારક (capacitor), પોટૅન્શિયૉમિટર વગેરે.
વળી, અન્ય પ્રકારનાં સાધનોમાં biomedical પ્રકારનાં ઉપકરણોનો હેતુ કોઈ ને કોઈ દેહધાર્મિક (physiological) પ્રાચલનું માપન કરવાનો હોય છે.
આજકાલ પ્રદૂષણ નિયંત્રણ બાબતમાં જાગરુકતા કેળવાઈ છે, ત્યારે તે અંગેનાં જુદાં-જુદાં સંયંત્રો પણ ઉપલબ્ધ બન્યાં છે. પ્રયોગશાળામાં તેમજ વાસ્તવિક વપરાશમાં એવાં સાધનો રચાયાં છે કે જે કોઈ દહન એન્જિન(combustion engine)માંથી નીકળતા વાયુઓ(exhaust gases)નું રાસાયણિક પૃથક્કરણ કરી શકે. આ સાધનો પ્રદૂષકણકારક વાયુઓ, જેવા કે કાર્બન મોનૉક્સાઇડ, કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ, ગંધકનાં સંયોજનો વગેરેના પૃથક્કરણ માટે જરૂરી રાસાયણિક પ્રક્રિયકો (reagents) ધરાવતાં હોય છે.
કોઈ નમૂનાના કદપૃથક્કરણ માટે રાસાયણિક પ્રયોગશાળામાં વપરાતાં સાધનોમાં વાયુવર્ણલેખન મુખ્ય છે.
કમલનયન ન. જોશીપુરા