వేరు చేయు పద్ధతులు : వడపోత నుంచి ఆధునిక సాంకేతికతల వరకు

కె .శ్రీకృష్ణ సాయి

పరిచయం
మన చుట్టూ కనిపించే ప్రతి పదార్థం ఒకే రకమైన పదార్థంతో తయారై ఉండదు. ప్రకృతిలో లభించే చాలా పదార్థాలు అనేక రకాల భాగాల మిశ్రమాలుగా ఉంటాయి. మట్టి, సముద్రపు నీరు, పాలు, గాలి, ఖనిజాలు వంటి వాటిలో అనేక పదార్థాలు కలిసి ఉంటాయి. ఈ మిశ్రమాలలోని ఉపయోగకరమైన భాగాలను విడదీయడం కోసం మానవుడు అనేక పద్ధతులను అభివృద్ధి చేశాడు. ఈ ప్రక్రియనే  వేరు చేయు  పద్ధతులు (Separation Methods) అంటారు.

రసాయన శాస్త్రంలో  వేరు చేయు పద్ధతులుఎంతో ప్రాధాన్యం ఉంది. ప్రయోగశాలల్లో స్వచ్ఛమైన పదార్థాలను పొందడానికి, పరిశ్రమల్లో ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి, వైద్యంలో ఔషధాలను శుద్ధి చేయడానికి, పర్యావరణ పరిరక్షణలో నీటిని శుభ్రపరచడానికి ఇవి ఉపయోగపడుతున్నాయి.

మొదట్లో మనిషి సరళమైన భౌతిక పద్ధతులను మాత్రమే ఉపయోగించాడు. చేతితో ఏరడం, జల్లించడం, వడపోత వంటి పద్ధతులు వేల సంవత్సరాలుగా వాడుకలో ఉన్నాయి. నేడు సాంకేతిక అభివృద్ధితో క్రోమాటోగ్రఫీ, మెంబ్రేన్ వేర్పాటు,  అయాన్ ఎక్స్చేంజ్ వంటి ఆధునిక పద్ధతులు అందుబాటులోకి వచ్చాయి.

1. చేతితో ఏరడం   (Hand Picking) మిశ్రమంలోని భాగాలు పెద్ద పరిమాణంలో, స్పష్టంగా కనిపించినప్పుడు చేతితో వేరు చేయవచ్చు.

ఉదాహరణలు: బియ్యంలో రాళ్లను ఏరడం, పప్పులోని రాళ్లు ,మట్టి వంటి వాటిని  తొలగించడం

 2. జల్లించడం (Sieving) వేర్వేరు పరిమాణాల గల ఘన కణాలను వేరు చేయడానికి జల్లెడను ఉపయోగిస్తారు.

ఉదాహరణలు: ఇసుకలోని రాళ్లను వేరు చేయడం, పిండి  తయారీలో పెద్ద కణాలను తొలగించడం,నిర్మాణ రంగంలో ఇసుక, సిమెంట్ వంటి పదార్థాల నాణ్యతను పెంచడానికి ఈ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు

3. వడపోత (Filtration)
వడపోత అనేది అత్యంత సాధారణమైన వేర్పాటు పద్ధతులలో ఒకటి. ద్రవంలో కరగని ఘన పదార్థాలను వేరు చేయడానికి దీనిని ఉపయోగిస్తారు.ఒక రంధ్రాలు ఉన్న పదార్థం (Filter medium) ద్వారా మిశ్రమాన్ని పంపినప్పుడు చిన్న ద్రవ అణువులు దాటి వెళ్తాయి. పెద్ద ఘన కణాలు ఫిల్టర్పై మిగిలిపోతాయి.
ఉదాహరణలు: టీ తయారీలో టీ పొడిని వడకట్టడం, నీటిలోని మట్టి కణాలను తొలగించడం, ప్రయోగశాలలో అవక్షేపాలను వేరు చేయడం

ఫిల్టర్ పేపర్‌లో రంధ్రాలు (Holes/పోర్స్) ఎందుకు కనిపించవు?
ఫిల్టర్ పేపర్‌లో రంధ్రాలు ఉన్నప్పటికీ, అవి మన కంటికి కనిపించవు. దీనికి ప్రధాన కారణం ఆ రంధ్రాలు చాలా సూక్ష్మంగా (Microscopic) ఉండుట ,   ఫిల్టర్ పేపర్‌లోని రంధ్రాల పరిమాణం సాధారణంగా 2 నుండి 25 మైక్రోమీటర్లు (µm) మాత్రమే ఉంటుంది. ఈ పరిమాణం మన కంటితో చూడలేనంత చిన్నది.   మన కంటి ద్వారా సుమారు 100 మైక్రోమీటర్ల కంటే చిన్న వస్తువులను స్పష్టంగా చూడలేము. అందువల్ల ఫిల్టర్ పేపర్‌లోని సూక్ష్మ రంధ్రాలు కనిపించవు. ఈ రంధ్రాలను చూడాలంటే సూక్ష్మదర్శిని (Microscope) లేదా స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (SEM) ఉపయోగించాలి.

4. అవక్షేపణ మరియు    తేర్చటం (Sedimentation and Decantation)
భారీ ఘన కణాలు ద్రవంలో కొంత సమయం ఉంచితే అడుగున చేరుతాయి. ఈ ప్రక్రియను అవక్షేపణ అంటారు.
తర్వాత పైభాగంలో ఉన్న స్వచ్ఛమైన ద్రవాన్ని జాగ్రత్తగా వేరుచేస్తారు. దీనిని తేర్చటం (Decantation) అంటారు.

ఉదాహరణ: మట్టి కలిసిన నీటిని కొంతసేపు ఉంచినప్పుడు మట్టి అడుగున చేరుతుంది.
పూర్వకాలంలో బావులు, చెరువులు, నదుల నుండి తెచ్చిన మురికి నీటిని శుభ్రపరచడానికి పటిక ను ఉపయోగించేవారు.

విధానం:
1. మురికి నీటిని ఒక కుండ లేదా పాత్రలో తీసుకునేవారు.
2. అందులో చిన్న పటిక ముక్కను కొన్ని సార్లు తిప్పేవారు లేదా కొద్దిగా పటిక పొడిని కలిపేవారు.
3. నీటిని బాగా కలిపి కొంతసేపు అలాగే ఉంచేవారు.
4. సుమారు 30 నిమిషాల నుండి 2 గంటల వరకు ఉంచిన తర్వాత, నీటిలోని మట్టి, ధూళి మరియు ఇతర సూక్ష్మ కణాలు ఒకదానికొకటి అతుక్కుని పెద్ద ముద్దలుగా (ఫ్లాక్స్) మారి అడుగున కూర్చుంటాయి.
5. పైభాగంలో ఉన్న స్వచ్ఛమైన నీటిని జాగ్రత్తగా మరో పాత్రలోకి వంపుకొని ఉపయోగించేవారు.
పటిక నీటిని స్పష్టంగా (క్లియర్‌గా) చేస్తుంది. అయితే, అది అన్ని రకాల హానికరమైన సూక్ష్మజీవులను పూర్తిగా నాశనం చేయదు. అందువల్ల తాగడానికి నీటిని మరిగించడం లేదా ఇతర శుద్ధి పద్ధతులను అనుసరించాలి

సెడిమెంటేషన్ (Sedimentation) ప్రక్రియలో పటిక  (Alum) పాత్ర
పటిక (Alum) యొక్క  రసాయన నామం అల్యూమినియం సల్ఫేట్ (Aluminium Sulfate – Al₂(SO₄)₃). ఇది నీటి శుద్ధి (Water Treatment) లో కోగ్యులెంట్ (Coagulant) గా ఉపయోగించబడుతుంది.
పటిక నీటిలో కరిగినప్పుడు   Al³⁺ (అల్యూమినియం అయాన్లు) విడుదల చేస్తుంది.
ఈ Al³⁺ అయాన్లు నీటితో చర్య జరిపి అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ [Al(OH)₃] అనే జెల్‌లాంటి అవక్షేపాన్ని (Gel-like precipitate) ఏర్పరుస్తాయి.
నీటిలోని మట్టి, ధూళి, సేంద్రీయ పదార్థాలు వంటి సూక్ష్మ కణాలు సాధారణంగా ప్రతికూల (Negative) విద్యుత్ ఆవేశంకలిగి ఉండటం వల్ల విడివిడిగా తేలుతూ ఉంటాయి. అలమ్ వల్ల ఏర్పడిన Al³⁺ అయాన్లు ఈ ఆవేశాన్ని తటస్థీకరిస్తాయి.   Al(OH)₃ జెల్ చిన్న చిన్న కణాలను తనలో బంధించి పెద్ద ఫ్లాక్స్ (Flocs)గా మారుస్తుంది.   ఈ పెద్ద ఫ్లాక్స్ బరువు ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో నీటి అడుగుభాగంలో కూర్చుంటాయి. దీంతో పైభాగంలో స్వచ్ఛమైన నీరు మిగులుతుంది.

5. అపకేంద్ర వేర్పాటు (Centrifugation)
చాలా చిన్న కణాలను సాధారణ గురుత్వాకర్షణ ద్వారా వేరు చేయడం కష్టం. అలాంటి సందర్భాల్లో వేగంగా తిప్పే యంత్రాన్ని ఉపయోగిస్తారు.అధిక వేగంతో తిప్పడం వల్ల ఎక్కువ సాంద్రత కలిగిన కణాలు బయటకు లేదా అడుగుకు చేరుతాయి.

సెంట్రిఫ్యూజ్ విభజన (Centrifuge Separation) – రోజువారీ జీవితంలోని ఉదాహరణలు
రోజువారీ జీవితంలోని ఉదాహరణలు:
1. వాషింగ్ మెషిన్ (Washing Machine) : స్పిన్ మోడ్‌లో బట్టలను వేగంగా తిప్పి వాటిలోని నీటిని బయటకు పంపుతుంది.   ఇది సెంట్రిఫ్యూజ్ సూత్రంపై పనిచేస్తుంది.
2. పాలలో నుంచి క్రీమ్ వేరు చేయడం : డెయిరీలలో సెంట్రిఫ్యూజ్ యంత్రం ద్వారా పాలలోని క్రీమ్‌ను పాల నుంచి వేరు చేస్తారు.
3. తేనె సేకరణ (Honey Extraction) : తేనెగూళ్లను సెంట్రిఫ్యూజ్ యంత్రంలో తిప్పి తేనెను బయటకు తీస్తారు.
4. రక్త పరీక్షలు (Blood Tests): ఆసుపత్రులు, ప్రయోగశాలల్లో రక్తాన్ని సెంట్రిఫ్యూజ్ చేసి ప్లాస్మా (Plasma) మరియు రక్త కణాలను వేరు చేస్తారు.
5. పెరుగు నుంచి వెన్న తీయడం: కవ్వం తో    మజ్జిగను చిలకడం లేదా యంత్రంతో వేగంగా తిప్పడం ద్వారా వెన్నను వేరు చేస్తారు. ఇది కూడా సెంట్రిఫ్యూజ్ సూత్రానికి ఉదాహరణ.

6. ఆవిరీకరణ (Evaporation) ఒక ద్రావణంలో ఉన్న ఘన పదార్థాన్ని పొందడానికి ద్రావకాన్ని ఆవిరి చేయడం ఆవిరీకరణ.
ఉదాహరణ: సముద్రపు నీటి నుంచి ఉప్పు తయారీ.ఇక్కడ నీరు ఆవిరైపోతుంది, ఉప్పు మిగులుతుంది

సముద్రపు నీటి నుంచి ఉప్పు తయారీ
సముద్రపు నీటిలో సోడియం క్లోరైడ్ (NaCl) వంటి లవణాలు కరిగి ఉంటాయి. ఈ నీటిని ఉప్పు చెరువుల్లో (Salt Pans) నిల్వ చేస్తారు. సూర్యుని వేడి మరియు గాలి ప్రభావం వల్ల నీరు ఆవిరిగా మారి గాలిలో కలిసిపోతుంది. ఈ ప్రక్రియను ఆవిరీకరణ (Evaporation) అంటారు.

నీరు పూర్తిగా ఆవిరైన తర్వాత, అందులో కరిగి ఉన్న ఉప్పు స్ఫటికాల (Crystals) రూపంలో బయటకు వస్తుంది. ఈ ప్రక్రియను *స్ఫటికీకరణ (Crystallization)** అంటారు. తర్వాత ఆ ఉప్పు స్ఫటికాలను సేకరించి, శుభ్రపరచి ఉపయోగిస్తారు.

ఆవిరీకరణ (Evaporation): ద్రావకం (నీరు) ఆవిరైపోతుంది.

స్ఫటికీకరణ (Crystallization): కరిగి ఉన్న ఉప్పు ఘన స్ఫటికాల రూపంలో వేరుపడుతుంది.

7. స్ఫటికీకరణ (Crystallization) ఒక ఘన పదార్థాన్ని మరింత స్వచ్ఛంగా పొందడానికి స్ఫటికీకరణ ఉపయోగిస్తారు.
ఉదాహరణలు: చక్కెర తయారీ,ఔషధ రసాయనాల శుద్ధి
ఈ పద్ధతిలో ద్రావణాన్ని నియంత్రిత పరిస్థితుల్లో చల్లబరచడం లేదా ఆవిరి చేయడం ద్వారా స్వచ్ఛమైన స్ఫటికాలు ఏర్పడతాయి.

8. ఆంశిక స్వేదనం (Fractional Distillation)
మరిగే ఉష్ణోగ్రతలు దగ్గరగా ఉన్న అనేక ద్రవాలను వేరు చేయడానికి  ఆంశిక    స్వేదనం ఉపయోగిస్తారు.

 ఉదాహరణ: ముడి చమురు (Crude oil) నుంచి:పెట్రోల్, డీజిల్, కిరోసిన్, ఇతర భాగాలను వేరు చేయడం

9. క్రోమాటోగ్రఫీ (Chromatography)
క్రోమాటోగ్రఫీ ఆధునిక రసాయన శాస్త్రంలో అత్యంత ముఖ్యమైన వేర్పాటు పద్ధతి.
ఒక మిశ్రమంలోని భాగాలు స్థిర దశ (Stationary phase), చలన దశ (Mobile phase) పట్ల చూపే ఆకర్షణలో తేడాల ఆధారంగా వేర్పడతాయి.
 ఉదాహరణలు:  సిరాలోని రంగులను వేరు చేయడం, ఔషధాలలోని రసాయనాలను గుర్తించడం, జీవ అణువుల విశ్లేషణ

10. గ్యాస్ క్రోమాటోగ్రఫీ (Gas Chromatography – GC)
క్రోమాటోగ్రఫీ పద్ధతిలో ఒక ముఖ్యమైన ఆధునిక రూపం గ్యాస్ క్రోమాటోగ్రఫీ. వాయు రూపంలోకి మార్చగల పదార్థాల మిశ్రమాలను వేరు చేయడానికి ఈ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.
మిశ్రమంలోని వాయు అణువులు ఒక వాహక వాయువు (Carrier gas) సహాయంతో ఒక ప్రత్యేకమైన కాలమ్ (Column) గుండా ప్రయాణిస్తాయి. ప్రతి పదార్థం కాలమ్లోని పదార్థంతో కలిగించే ఆకర్షణలో తేడా ఉండటం వల్ల అవి వేర్వేరు వేగాలతో కదులుతాయి. ఫలితంగా మిశ్రమంలోని భాగాలు విడిపోతాయి. గ్యాస్ క్రోమాటోగ్రఫీ ద్వారా చాలా తక్కువ పరిమాణంలో ఉన్న పదార్థాలను కూడా గుర్తించవచ్చు.
ఉపయోగాలు:
పెట్రోలియం ఉత్పత్తుల విశ్లేషణ, ఆహార పదార్థాల్లో సువాసన పదార్థాల గుర్తింపు, పర్యావరణ కాలుష్య పదార్థాల పరీక్ష, ఔషధ పరిశ్రమలో నాణ్యత నియంత్రణ

11. అధిక పనితీరు ద్రవ క్రోమాటోగ్రఫీ (High Performance Liquid Chromatography – HPLC)
HPLC అనేది ద్రవ రూపంలోని మిశ్రమాలను అత్యంత ఖచ్చితంగా వేరు చేసే ఆధునిక సాంకేతికత.
అధిక పీడనంతో ద్రవాన్ని ఒక సన్నని కాలమ్ గుండా పంపిస్తారు. మిశ్రమంలోని ప్రతి భాగం కాలమ్లోని పదార్థంతో భిన్నంగా పరస్పర చర్య జరపడం వల్ల వేర్పాటు జరుగుతుంది.
దీని  ప్రత్యేకతలు: అత్యంత ఖచ్చితమైన విశ్లేషణ, తక్కువ పరిమాణంలోని పదార్థాలను గుర్తించే సామర్థ్యం, వేగవంతమైన ఫలితాలు
ఉపయోగాలు: ఔషధ రంగంలోని క్రియాశీల పదార్థాల పరిమాణం తెలుసుకోవడం,క ల్తీలను గుర్తించడం.
ఆహార రంగంలో: రంగులు, రుచులు, సంరక్షక పదార్థాల పరీక్ష,
జీవ శాస్త్రంలో: ప్రోటీన్లు, హార్మోన్లు, జీవ అణువుల విశ్లేషణ

12. అయాన్ మార్పిడి పద్ధతి (Ion Exchange Method)
నీటిలో కరిగి ఉన్న అయాన్లను తొలగించడానికి అయాన్ మార్పిడి పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.
ప్రత్యేకమైన రెసిన్ పదార్థాలు నీటిలోని అవాంఛిత అయాన్లను తమలోకి తీసుకుని, వాటి స్థానంలో ఇతర అయాన్లను విడుదల చేస్తాయి.
ఉపయోగాలు: కఠిన నీటిని మృదువుగా మార్చడం  ప్రయోగశాలల్లో స్వచ్ఛమైన నీటి తయారీ  పరిశ్రమల్లో నీటి శుద్ధి
ఉదాహరణకు, కాల్షియం, మెగ్నీషియం అయాన్లు నీటి కాఠిన్యానికి కారణమవుతాయి. అయాన్ మార్పిడి ద్వారా వీటిని తొలగించవచ్చు.

13. మెంబ్రేన్ వేర్పాటు సాంకేతికత  (Membrane Separation Technology)
ఆధునిక కాలంలో అత్యంత వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న వేర్పాటు పద్ధతులలో మెంబ్రేన్ టెక్నాలజీ ఒకటి.
చాలా చిన్న రంధ్రాలు కలిగిన పొర (Membrane) ద్వారా పదార్థాలను పంపినప్పుడు పరిమాణం, విద్యుత్ ఛార్జ్ లేదా ఇతర లక్షణాల ఆధారంగా వేర్పాటు జరుగుతుంది.
మెంబ్రేన్ రకాలు: 1. మైక్రోఫిల్ట్రేషన్ (Microfiltration) 2. అల్ట్రాఫిల్ట్రేషన్ (Ultrafiltration) 3. నానోఫిల్ట్రేషన్ (Nanofiltration) 4. రివర్స్ ఆస్మోసిస్ (Reverse Osmosis)

14. రివర్స్ ఆస్మోసిస్ (Reverse Osmosis – RO)
RO (Reverse Osmosis) అనేది నీటిని శుద్ధి చేసే ఆధునిక పద్ధతి. ఇందులో రివర్స్ ఆస్మోసిస్ (Reverse Osmosis) అనే శాస్త్రీయ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి నీటిలోని కరిగిన లవణాలు, హానికరమైన రసాయనాలు, బ్యాక్టీరియా మరియు ఇతర మలినాలను తొలగిస్తారు.
సాధారణ ఆస్మోసిస్ (Osmosis)లో నీరు తక్కువ సాంద్రత ఉన్న ద్రావణం నుంచి ఎక్కువ సాంద్రత ఉన్న ద్రావణం వైపు Semi-permeable Membrane ద్వారా సహజంగా ప్రవహిస్తుంది.
కానీ రివర్స్ ఆస్మోసిస్ (Reverse Osmosis)లో ఎక్కువ సాంద్రత ఉన్న నీటిపై అధిక పీడనం (High Pressure) ప్రయోగించడం వల్ల నీరు సహజ దిశకు వ్యతిరేకంగా అర్ధపారగమ్య పొరsemi permeable membrane  గుండా ప్రయాణిస్తుంది. ఈ పొర నీటి అణువులను మాత్రమే అనుమతించి, కరిగిన లవణాలు, మలినాలు మరియు చాలా సూక్ష్మజీవులను అడ్డుకుంటుంది.

RO ప్లాంట్ ఎలా పనిచేస్తుంది?
1. ముడి నీటిని (Raw Water) RO ప్లాంట్‌లోకి పంపిస్తారు.
2. నీటిపై అధిక పీడనం కల్పిస్తారు.
3. నీరు semi permeable membraneగుండా వెళ్తుంది.
4. శుద్ధమైన నీరు ఒకవైపు సేకరించబడుతుంది.
5. లవణాలు, మలినాలు మరియు వ్యర్థాలు మరోవైపు బయటకు పంపబడతాయి.

ఫలితం
స్వచ్ఛమైన, తాగడానికి అనువైన నీరు లభిస్తుంది.
కరిగిన లవణాలు (TDS), హానికరమైన రసాయనాలు మరియు అనేక సూక్ష్మజీవులు గణనీయంగా తగ్గుతాయి.
ఉదాహరణ: ఇళ్లలో ఉపయోగించే RO వాటర్ ప్యూరిఫైయర్లు మరియు తాగునీటి శుద్ధి కేంద్రాలు.

కె .శ్రీకృష్ణ సాయి, రేవతి సైన్స్ ఫౌండేషన్, రామచంద్రపురం, ఫోన్ 9866130320