સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણ (microanalysis)

સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણ (microanalysis) : પદાર્થના નાના નમૂનામાં રહેલા ઘટકોના અલ્પ (minute) જથ્થાઓની પરખ અને તેમનું નિર્ધારણ. કોઈ એક પદાર્થમાંના અમુક ઘટકની પરખ અથવા તેનું પ્રમાણ નક્કી કરવા માટે કઈ પદ્ધતિ વાપરવી તે નક્કી કરવાનું વિશ્લેષક માટે ઘણી વાર આવશ્યક બને છે. સૂક્ષ્મ રસાયણ (micro chemistry) એ સારભૂત રીતે તો યોગ્ય પ્રક્રિયાઓ શોધવાની, ઘન, પ્રવાહી કે વાયુરૂપ નમૂનાના નાના જથ્થાઓ સાથે કામ પાડવાની તકનીકો વિકસાવવાની અને પરિણમતી ભૌતિક ઘટનાને ચોક્કસ અવલોકન હેઠળ લાવવા સાથે સંકળાયેલ છે. ઘટકની પરખ માટેની કસોટીઓને ગુણાત્મક (qualitative) પદ્ધતિઓ જ્યારે તેમનું પ્રમાણ નક્કી કરવાની રીતોને જથ્થાત્મક (quantitative) પદ્ધતિઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

પ્રાપ્ય નમૂનાના પરિમાપ (size) મુજબ વિશ્લેષણની પદ્ધતિઓને સામાન્ય રીતે નીચે પ્રમાણે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે :

(i) સ્થૂળ વિશ્લેષણ (macroanalysis) : 0.1 ગ્રા. અથવા વધુ જથ્થાનું વિશ્લેષણ.

(ii) મધ્યમી વિશ્લેષણ (mesoanalysis) અથવા અર્ધસૂક્ષ્મ પૃથ-ક્કરણ (semi-microanalysis) : નમૂનાનું વજન 10^-2 ગ્રા.થી 10^-1 ગ્રા.ની પરાસમાં હોય ત્યારે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓ.

(iii) સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણ અથવા સૂક્ષ્મ વિશ્લેષણ : 10^-3ગ્રા.થી

10^-2 ગ્રા.ની પરાસમાંના નમૂનાઓ માટેની પદ્ધતિઓ.

(iv) ઉપસૂક્ષ્મ (submicro) વિશ્લેષણ : 10^-4 ગ્રા.થી 10^-3 ગ્રા.ની પરાસમાંના નમૂનાઓ માટેની પદ્ધતિઓ.

(v) પારસૂક્ષ્મ (ultramicro) વિશ્લેષણ : 10^-4 ગ્રા.થી ઓછા જથ્થા માટે વપરાતી પદ્ધતિઓ.

સુવિકસિત સૂક્ષ્મ રાસાયણિક તકનીકો અને સાધનો વડે પદાર્થના ઘણા ભૌતિક ગુણધર્મો અને અચળાંકોનું ગુણાત્મક તેમજ જથ્થાત્મક નિર્ધારણ થઈ શકે છે; દા.ત., પદાર્થનો વક્રીભવનાંક (rafractive index) માપવા માટે ઘનનો એક નાનો અંશ અથવા પ્રવાહીના એક કે બે ટીપાં પર્યાપ્ત હોય છે. સૂક્ષ્મ માપક્રમ પર પદાર્થનો દૃશ્ય (visible), પ્રસ્ફુરણ (fluorescence) તેમજ પારજાંબલી (ultraviolet) અને પારરક્ત (infra-red) વર્ણપટ પણ મેળવી શકાય છે. સૂક્ષ્મ રસાયણની પદ્ધતિઓનો વિકાસ ફ્રેડરિક એન્રિક અને ફ્રિટ્ઝ પ્રિગલ જેવા વૈજ્ઞાનિકોને આભારી છે.

ગુણાત્મક (ગુણદર્શક) પૃથક્કરણ : ગુણાત્મક કસોટી માટે ઘણી વાર વિશિષ્ટ પ્રક્રિયકો વપરાય છે. સામાન્ય રીતે નાના પાયા પર રંગ-પ્રક્રિયાઓ (colour reactions) એ અવક્ષેપન (precipitation) પ્રક્રિયાઓ કરતાં વધુ સંવેદી હોય છે. કાર્બનિક પદાર્થો તેમના દ્વારા બનતા પરખક-સંયોજનો(identifying compounds)ના રંગ, ઊંચા અણુભાર અને આણ્વીય કદ(molecular volume)ને કારણે સૂક્ષ્મ રાસાયણિક પ્રક્રિયકો તરીકે મહત્વના બની રહે છે. પ્રાયોગિક સંજોગો હેઠળ ઉપયોગમાં લેવાતી વિશિષ્ટ પ્રક્રિયાઓ એ ફક્ત કોઈ એક પદાર્થ અથવા આયનને પારખી શકે છે; દા.ત., સોડિયમ-બિસ્મથ થાયૉસલ્ફેટ પોટૅશિયમની હાજરી 57,000 ભાગે 1 ભાગ જેટલી હોય તોપણ પારખી શકે છે. ઝિંક પાઉડર વડે રંગવિહીન બનાવેલ આલ્કલાઇન ફિનૉલ્ફ્થેલીન 100,000,000 ભાગે એક ભાગ કૉપર ધરાવતા પાણી સાથે લાલ રંગ ઉત્પન્ન કરે છે. પોટૅશિયમ થાયૉસાયનેટને 1,000,000 ભાગે એક ભાગ ઓસ્મિયમ સંયોજનો ધરાવતા દ્રાવણમાં ઉમેરી ઈથર સાથે હલાવતાં ભૂરો રંગ ઉત્પન્ન થાય છે. આ માટે બિંદુ (drop અથવા spot) કસોટીઓ ઘણી મહત્વની છે. તેમાં ગાળણપત્ર (filter paper) પર કસોટી હેઠળના મંદ દ્રાવણનું એક ટીપું મૂકી તેની સાથે પસંદ કરેલા યોગ્ય પ્રક્રિયક સાથે પ્રક્રિયા થવા દેતાં લાક્ષણિક રંગ અથવા ડાઘ (stain) જોવા મળે છે; જેમ કે, ગાળણપત્ર પર એમોનિયામય હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડનું ટીપું મૂકી તેના પર દ્રાવ્ય લેડ (Pb) ક્ષારના દ્રાવણનું ટીપું મૂકી થોડી વાર રાખી મૂક્યા બાદ આ ડાઘને એસેટિક ઍસિડમાં ઓગાળેલા બેન્ઝિડીનની માવજત આપવાથી ભૂરો રંગ ઉત્પન્ન થાય છે (33,000 ભાગે 1 ભાગ લેડ). એમોનિયમ મોલિબ્ડેટ પ્રક્રિયકના બિંદુ પર સ્ટેનસ ક્લોરાઇડનું એક ટીપું મૂકતાં તીવ્ર (intense) ભૂરો રંગ ઉદભવે છે (સિવાય કે આર્સેનિક પણ દ્રાવણમાં હાજર હોય).

વરણાત્મક (selective) પ્રક્રિયાઓ એ એવી પ્રક્રિયાઓ છે કે જે પ્રમાણમાં ઓછી સંખ્યામાં પદાર્થો અથવા આયનો માટે લાક્ષણિકતા ધરાવે છે; આથી વરણાત્મકતા (selectivity) ઘણી વાર અનેક પદાર્થો અથવા આયનોની પરખ શક્ય બનાવે છે; ખાસ કરીને જ્યારે ગાળણપત્ર પર પ્રક્રિયા કરવામાં આવે ત્યારે. કેશિકા (capillary) અને અધિશોષણ (adsorption) અસરો તથા પ્રક્રિયાના અને વિસરણ(diffusion)ના વિભિન્ન દરોને કારણે પ્રક્રિયા-નીપજોનાં સ્પષ્ટ રીતે અલગ પડતાં ક્ષેત્રો(zones)ને આ રીતે અવલોકી શકાય છે.

કોઈ એક પદ્ધતિ અથવા પ્રક્રિયક વડે નમૂનામાં ઉપયોગમાં લેવાયેલા કદથી સ્વતંત્ર રીતે પદાર્થનો જે ઓછામાં ઓછો જથ્થો પારખી શકાય તેને તેની પરખ-સીમા (limit of identification) કહે છે. ફીગેલના જણાવ્યા પ્રમાણે કોઈ એક પરખ-સીમાએ પદાર્થનું જે મંદન હોય તેને સીમાંતક સંકેન્દ્રણ (limiting concentration) કહે છે.

સૂક્ષ્મ રાસાયણિક પ્રક્રિયાની સંવેદનશીલતા પર પ્રક્રિયા-નીપજની પ્રકૃતિ, તેની બાષ્પશીલતા, દ્રાવ્યતા-ગુણાકાર (solubility product) તેમજ ઘણી વાર ઉપયોગમાં લીધેલા પ્રક્રિયકના રંગ અને તેના જથ્થા જેવાં પરિબળોની અસર થાય છે. જોકે બિંદુ-પ્રક્રિયાઓ(drop reactions)માં પ્રક્રિયા થવા માટેનો સમય, અવલોકનની પદ્ધતિ (ખાસ કરીને અવક્ષેપન પ્રક્રિયાઓ માટે), વિદ્યુતવિભાજ્યો(electrolytes)ની હાજરી, હાઇડ્રોજન આયનની સાંદ્રતા (pH), કલિલી ગુણધર્મો અને અન્ય બાબતોને નિયંત્રણમાં રાખવી પડે છે.

જથ્થાત્મક પૃથક્કરણ : જથ્થાત્મક વિશ્લેષણ મિશ્રણમાં જે ઘટકો હોય તેમનું પ્રમાણ નક્કી કરવા સાથે સંકળાયેલ છે. સ્થૂળ પૃથક્કરણ પરથી સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણની પદ્ધતિઓ અને સાધનો વિકસાવવામાં આવ્યાં છે; જેમ કે, ભારમિતિ (gravimetry) માટે સૂક્ષ્મ રાસાયણિક તુલા (microchemical balance), (પરિશુદ્ધિ ± 1 μ ગ્રા.), અને અત્યંત નાની ક્રુસિબલો, અનુમાપનો (titrations) માટે 1થી 10 મિલી.ની બ્યુરેટ વગેરે. ઉપકરણીયતા(instrumentation)માં પ્રગતિ થતાં સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણ માટે વોલ્ટામિતિ/પોલેરોગ્રાફી, એમ્પેરોમિતિ, સ્પેક્ટ્રૉફોટોમિતિ, દળ સ્પેક્ટ્રોમિતિ (mass spectrometry), સ્પેક્ટ્રમિકીય (spectroscopic) પદ્ધતિઓ, વિકલન-ઉષ્મીય વિશ્લેષણ (differential thermal analysis), વર્ણલેખન (chromatography), સક્રિયન વિશ્લેષણ (activation analysis) વગેરે. આ પદ્ધતિઓમાં વધુ ને વધુ બારીકાઈ આવતી ગઈ છે. વળી સ્વયંચાલિત (automatic) પદ્ધતિઓ પણ વિકસી છે, જેને લીધે 8થી 10 મિનિટ જેટલા સમયમાં કાર્બનિક પદાર્થમાંનાં કાર્બન, હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજન જેવાં તત્વનું સમક્ષણિક (simultaneous) વિશ્લેષણ થઈ શકે છે.

કેટલીક પદ્ધતિઓની સરખામણી નીચેની સારણીમાં આપી છે.

સારણી : જથ્થાત્મક વિશ્લેષણની કેટલીક પદ્ધતિઓની સરખામણી

પદ્ધતિ	સંકેન્દ્રિતતા	ચોકસાઈ
	પરાસ (મોલ/લિ.)
ભારમિતિ	10-1 – 10-2	ઉચ્ચ
અનુમાપનમિતિ	10-1 – 10-4	ઉચ્ચ
કૂલોમિતિ	10-1 – 10-4	ઉચ્ચ
વોલ્ટામિતિ	10-3 – 10-10	મધ્યમ કક્ષા
સ્પેક્ટ્રૉફોટોમિતિ	10-3 – 10-6	મધ્યમ કક્ષા
પારમાણ્વિક સ્પેક્ટ્રોમિતિ	10-3 – 10-9	મધ્યમ કક્ષા
વર્ણલેખન (GLC; HPLC)	10-3 – 10-9	મધ્યમ કક્ષા
ન્યૂટ્રૉન સક્રિયન	(a)	મધ્યમ કક્ષા
X-કિરણ પ્રસ્ફુરણ	(b)	ઉચ્ચ

પરખ-મૂલ્યો : (a) 10^-5 – 10^-12 ગ્રા.; (b) 10^-3 – 10^-6 ગ્રા..

જથ્થાત્મક સૂક્ષ્મ પૃથક્કરણમાં થયેલી પ્રગતિને કારણે હવે તો કાર્બનિક પદાર્થનો 2 મિગ્રા. જેટલો જથ્થો વાપરીને તેનું જથ્થાત્મક પૃથક્કરણ થઈ શકે છે. આયુર્વિજ્ઞાન (medicine) અને જૈવવિજ્ઞાન કે જેમાં નમૂનાઓ અત્યંત નાના હોય છે અને એક જ નમૂનાની અનેક કસોટીઓ કરવાની હોય ત્યાં આ પદ્ધતિ ઘણી ઉપયોગી બને છે. વર્ણલેખન પદ્ધતિ વડે અલગ પાડેલાં સંયોજનોનું વર્ણપટનાં વિવિધ ક્ષેત્રો(regions)માં સ્પેક્ટ્રૉગ્રાફીય (spectrographic) પદ્ધતિઓ વાપરીને પીડકનાશકો (pesticides), કીટનાશકો (insecticides), ફૂગનાશકો (fungicides), તૃણનાશકો (berbicides), કૃન્તકનાશકો (rodenticides) અને પાક-સંરક્ષણ માટે વપરાતાં અત્યંત વિષાળુ પદાર્થોનું વિશ્લેષણ થઈ શકે છે.

જીવંત કોષોના રસાયણના અભ્યાસ માટે સંવેદનશીલ સૂક્ષ્મપરીક્ષણ કરી શકે તેવાં સાધનો વિકસાવવામાં આવ્યાં છે. આવા કોષો નાભિક (nucleus), સૂત્રકણિકા (mitochondria), હરિતકણો (chloroplasts) જેવા કોશિકાંગો (organells) ધરાવે છે. તેમનું રસાયણશાસ્ત્ર સમજવું વધુ મુશ્કેલ હોય છે. આ માટે 1930ના દાયકાના અંત ભાગમાં કાસ્પર્સને સૂક્ષ્મ સ્પેક્ટ્રૉફોટોમિતીય ઉપકરણો વિકસાવવાની શરૂઆત કરી હતી, જેનો ઉપયોગ જૈવરાસાયણિક અન્વેષણ (investigation) માટે થઈ શક્યો છે. સૂક્ષ્મ સ્પેક્ટ્રૉફોટોમિતિનો ઉપયોગ સમુદ્રી અવસાદો (sediments), જીવાશ્મો (fossils), ઉલ્કાપિંડો (meteorites) અને પાર્થિવેતર (extraterrestrial) પદાર્થોમાં કાર્બનિક અણુઓની પરખ માટે થઈ શકે છે.

શક્ય પાર્થિવેતર જીવનની રાસાયણિક અને બાહ્યજૈવિક (exobiological) પ્રકૃતિ અંગે માહિતી પ્રાપ્ત કરવાના હેતુથી બાહ્ય અવકાશયાનો વડે નમૂના મેળવવા માટે ખાસ સૂક્ષ્મ ઉપકરણો, પ્રયુક્તિઓ અને પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવેલ છે; દા.ત., ‘મલ્ટિવેટર’ (multivator) તરીકે ઓળખાતી સ્વચાલિત જૈવવિજ્ઞાનિક પ્રયોગશાળા 25 સેમી. લંબાઈ, 8 સેમી. વ્યાસ અને 400 ગ્રા. જેટલું વજન ધરાવે છે. તે પસંદ કરેલા માપના ધૂળ(રજ, dust)ના કણો એકઠા કરે છે. વિડિકોન (vidicon) નામનું સાધન સેટેલાઇટ મારફત અંતરમિતિ (telemetry) તંત્ર દ્વારા સૂક્ષ્મદર્શી પ્રતિબિંબ (microscope image) સંચારિત કરે છે. ગુલિવર (Gulliver) પ્રયોગ વડે વાયુની વિકિરણધર્મિતા માપવામાં આવે છે. આ માટે ચીકણી દોરીઓ (sticky strings) વડે ઉપગ્રહની સપાટી પરની રજોટી અને સજીવોના નાના નમૂના એકત્રિત થાય છે. આ દોરી પ્રયુક્તિમાં વીંટાઈ જઈ પાછળથી વિશ્લેષણ શક્ય બનાવે છે.

જ. દા. તલાટી