পাতন পদ্ধতির মূল নীতি:

পাতন প্রক্রিয়ার মূল ভিত্তি হলো পদার্থের বাষ্পীভবন (Evaporation) এবং ঘনীভবন (Condensation)। যখন কোনো তরলে কোনো অনুদ্বায়ী (non-volatile) কঠিন পদার্থ দ্রবীভূত থাকে, তখন ওই মিশ্রণকে তাপ দিলে কেবল উদ্বায়ী তরলটি বাষ্পীভূত হয়, কঠিনটি বাষ্পীভূত হয় না। এরপর সেই তরলের বাষ্পকে শীতল করে ঘনীভূত করলে পুনরায় বিশুদ্ধ তরল পাওয়া যায়। অর্থাৎ, পাতন = বাষ্পীভবন + ঘনীভবন।

তরল ও কঠিনের মিশ্রণ পৃথকীকরণ (যেমন নুন-জল):

1. উপকরণ: একটি গোলতল পাতন ফ্লাস্ক, লিবিগ শীতক (Liebig condenser), থার্মোমিটার, বুনসেন বার্নার এবং একটি গ্রাহক পাত্র।
2. পদ্ধতি: নুন-জলের মিশ্রণটিকে পাতন ফ্লাস্কে নিয়ে উত্তপ্ত করা হয়। জলের স্ফুটনাঙ্ক $100^\circ C$ হওয়ায় জল বাষ্পে পরিণত হয়। অনুদ্বায়ী লবণ ফ্লাস্কেই থেকে যায়।
3. ঘনীভবন: উৎপন্ন বাষ্প ফ্লাস্কের পার্শনল দিয়ে লিবিগ শীতকের ভেতর প্রবেশ করে। শীতকের বাইরের আবরণীতে ঠান্ডা জলের প্রবাহ থাকায় বাষ্প দ্রুত শীতল হয়ে ঘনীভূত হয় এবং জলের ফোঁটায় পরিণত হয়।
4. ফলাফল: এই ঘনীভূত বিশুদ্ধ জল (পাতিত জল) গ্রাহক পাত্রে জমা হয় এবং কঠিন লবণ পাতন ফ্লাস্কে অবশেষ হিসেবে পড়ে থাকে।

আংশিক পাতন পদ্ধতির মূল নীতি:

যেসব মিশ্রণীয় তরলের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য খুব কম (সাধারণত $20^\circ C$ এর নীচে), তাদের সাধারণ পাতনের সাহায্যে পৃথক করা যায় না। এক্ষেত্রে পাতন ফ্লাস্ক এবং শীতকের মাঝখানে একটি ফ্র্যাকশনেটিং কলাম বা অংশন স্তম্ভ (Fractionating column) ব্যবহার করা হয়।
মিশ্রণকে উত্তপ্ত করলে কম স্ফুটনাঙ্কের তরলের বাষ্প বেশি তৈরি হয়। অংশন স্তম্ভের ভেতর দিয়ে যাওয়ার সময় বাষ্প ও ঘনীভূত তরলের মধ্যে একাধিকবার বাষ্পীভবন ও ঘনীভবন চলতে থাকে। ফলে বেশি স্ফুটনাঙ্কের তরলের বাষ্প অংশন স্তম্ভেই ঘনীভূত হয়ে ফ্লাস্কে ফিরে আসে এবং কেবল কম স্ফুটনাঙ্কের বিশুদ্ধ তরলের বাষ্প শীতকে পৌঁছে ঘনীভূত হয়।

সাধারণ পাতন ও আংশিক পাতনের পার্থক্য:

পৃথকীকরণের মূল নীতি:

জল ও কার্বন টেট্রাক্লোরাইড ($CCl_4$) হলো পরস্পর অমিশ্রণীয় (immiscible) দুটি তরল। এদের ঘনত্বের পার্থক্য আছে ($CCl_4$ ভারী এবং জল হালকা)। তাই এদের বিয়োজী ফানেলের (Separatory funnel) সাহায্যে সহজেই পৃথক করা যায়।

পদ্ধতি:

1. প্রথমে বিয়োজী ফানেলের স্টপকক (Stopcock) বন্ধ করে ফানেলের ভেতর জল ও $CCl_4$ এর মিশ্রণটি ঢালা হলো।
2. এরপর ফানেলের মুখে ছিপি লাগিয়ে ফানেলটিকে স্ট্যান্ডের সাহায্যে খাড়াভাবে কিছুক্ষণ স্থির অবস্থায় রেখে দেওয়া হলো।
3. যেহেতু $CCl_4$ এর ঘনত্ব (১.৫৯ g/mL) জলের (১.০০ g/mL) চেয়ে বেশি, তাই এটি ভারী। কিছুক্ষণ পর দেখা যাবে মিশ্রণটি দুটি সম্পূর্ণ আলাদা স্তরে বিভক্ত হয়েছে। ভারী $CCl_4$ ফানেলের নীচের স্তরে এবং হালকা জল ওপরের স্তরে অবস্থান করবে।
4. এবার ফানেলের নীচের মুখে একটি পরিষ্কার বিকার রেখে অত্যন্ত সাবধানে স্টপককটি খুলে দেওয়া হলো। ভারী $CCl_4$ ফোঁটায় ফোঁটায় বিকারে জমা হতে থাকবে।
5. নীচের স্তরটি সম্পূর্ণভাবে বেরিয়ে যাওয়ার ঠিক মুহূর্তেই (যখন দুই স্তরের সংযোগস্থল স্টপককের কাছে পৌঁছাবে) স্টপককটি বন্ধ করে দিতে হবে।

ফলাফল:

এর ফলে $CCl_4$ বিকারে সংগৃহীত হবে এবং জল বিয়োজী ফানেলের ভেতরে থেকে যাবে। এভাবে দুটি তরলকে সম্পূর্ণ আলাদা করা যায়।

পুনরুদ্ধার পদ্ধতি (পাতন):

যেহেতু জৈব দ্রাবকটি উদ্বায়ী (সহজেই বাষ্পীভূত হয়) এবং কঠিন অশুদ্ধিটি অনুদ্বায়ী (তাপে বাষ্পীভূত হয় না), তাই এদের সাধারণ পাতন (Simple distillation) প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সহজেই পৃথক করে মূল্যবান দ্রাবকটিকে পুনরুদ্ধার করা যায়।

কার্যপ্রণালী:

1. উত্তপ্তকরণ: অশুদ্ধ জৈব দ্রাবকটিকে একটি গোলতল পাতন ফ্লাস্কে নেওয়া হয়। ফ্লাস্কের মুখে থার্মোমিটার ও পার্শনলে লিবিগ শীতক যুক্ত করা হয়। এরপর ফ্লাস্কটিকে ওয়াটার বাথ বা স্যান্ড বাথের ওপর রেখে (জৈব দ্রাবক দাহ্য হতে পারে তাই সরাসরি আগুন দেওয়া হয় না) ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করা হয়।
2. বাষ্পীভবন: দ্রাবকটির স্ফুটনাঙ্কে পৌঁছালে বিশুদ্ধ জৈব দ্রাবকটি বাষ্পে পরিণত হতে শুরু করে। অনুদ্বায়ী কঠিন অশুদ্ধিটি বাষ্পীভূত হতে পারে না, তাই সেটি ফ্লাস্কেই থেকে যায়।
3. ঘনীভবন: উৎপন্ন বিশুদ্ধ দ্রাবকের বাষ্প লিবিগ শীতকের ভেতর প্রবেশ করে। শীতকের চারপাশের ঠান্ডা জলের সংস্পর্শে এসে বাষ্প ঘনীভূত হয়ে বিশুদ্ধ তরল দ্রাবকে পরিণত হয়।
4. সংগ্রহ: এই বিশুদ্ধ তরল দ্রাবকটিকে শীতকের অপর প্রান্তে রাখা একটি গ্রাহক পাত্রে সংগ্রহ করা হয়। ফ্লাস্কে থাকা অবশেষটি হলো কঠিন অশুদ্ধি। এভাবে মূল্যবান দ্রাবকটি পুনরুদ্ধার করা হয়।

ঊর্ধ্বপাতন প্রক্রিয়ার মূল নীতি:

সাধারণত কঠিন পদার্থকে তাপ দিলে তা প্রথমে তরলে এবং পরে গ্যাসে পরিণত হয়। কিন্তু কিছু কিছু কঠিন পদার্থ আছে (যেমন- কর্পূর, আয়োডিন, নিশাদল, ন্যাপথালিন) যাদের তাপ দিলে এরা তরলে পরিণত না হয়ে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয় এবং বাষ্পকে শীতল করলে সরাসরি কঠিনে ফিরে আসে। এই ধর্মকে ঊর্ধ্বপাতন বলে। কোনো মিশ্রণে একটি ঊর্ধ্বপাতনযোগ্য এবং একটি সাধারণ পদার্থ থাকলে এই পদ্ধতির সাহায্যে তাদের পৃথক করা হয়।

নুন ও আয়োডিনের মিশ্রণ পৃথকীকরণ:

1. উপকরণ: একটি চিনামাটির বাটি (Evaporating dish), একটি কাচের ফানেল, তুলো এবং বুনসেন বার্নার।
2. পদ্ধতি: নুন ও আয়োডিনের মিশ্রণটিকে চিনামাটির বাটিতে নেওয়া হলো। একটি কাচের ফানেলকে উলটে বাটির ওপর ঢেকে দেওয়া হলো এবং ফানেলের খোলা নলটি তুলো দিয়ে বন্ধ করে দেওয়া হলো।
3. উত্তপ্তকরণ: বাটিটিকে বুনসেন বার্নারের সাহায্যে ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করা হলো।
4. পর্যবেক্ষণ ও পৃথকীকরণ: তাপের প্রভাবে আয়োডিন ঊর্ধ্বপাতিত হয়ে বেগুনি বর্ণের বাষ্প তৈরি করবে। নুনের কোনো পরিবর্তন হবে না। আয়োডিনের বাষ্প ওপরে উঠে উলটানো ফানেলের ঠান্ডা গায়ে লেগে ঘনীভূত হয়ে কঠিন, বিশুদ্ধ আয়োডিনের কেলাস তৈরি করবে।
5. ফলাফল: ফানেলটি সরিয়ে নিলে তার গা থেকে বিশুদ্ধ আয়োডিন পাওয়া যাবে এবং বাটিতে শুধু নুন পড়ে থাকবে।

অ্যাজিওট্রোপ বা অ্যাজিওট্রোপিক মিশ্রণ:

যেসব মিশ্রণীয় তরল মিশ্রণ একটি নির্দিষ্ট সংযুক্তিতে (composition) এবং স্থির উষ্ণতায় বিশুদ্ধ তরলের মতো ফুটতে থাকে এবং ফুটন্ত তরল ও তার থেকে উৎপন্ন বাষ্পের সংযুক্তি সম্পূর্ণ একই থাকে, সেই মিশ্রণকে অ্যাজিওট্রোপ বা অ্যাজিওট্রোপিক মিশ্রণ (Constant boiling mixture) বলে। যেহেতু তরল ও বাষ্পের সংযুক্তি একই থাকে, তাই এদের আংশিক পাতন দ্বারা 100% পৃথক করা যায় না (যেমন- 95.6% ইথানল ও 4.4% জলের মিশ্রণ)।

মিথানল ও অ্যাসিটোনের মিশ্রণ পৃথকীকরণের সমস্যা:

মিথানল (স্ফুটনাঙ্ক $65^\circ C$) এবং অ্যাসিটোন (স্ফুটনাঙ্ক $56^\circ C$) উভয়ই উদ্বায়ী তরল এবং এদের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য খুবই কম (মাত্র $9^\circ C$)।
সাধারণ পাতন প্রক্রিয়ায় এই মিশ্রণটিকে তাপ দিলে, অ্যাসিটোনের বাষ্পের সাথে সাথে মিথানলেরও প্রচুর বাষ্প তৈরি হতে শুরু করে। এর ফলে শীতকের মধ্যে দিয়ে উভয় বাষ্পই একসাথে ঘনীভূত হয়ে গ্রাহক পাত্রে জমা হয়। অর্থাৎ, গ্রাহক পাত্রে আবার সেই মিথানল ও অ্যাসিটোনের একটি মিশ্রণই পাওয়া যায়, সম্পূর্ণ বিশুদ্ধ তরল পাওয়া যায় না।
এই কারণে কাছাকাছি স্ফুটনাঙ্কবিশিষ্ট এই মিশ্রণটিকে পৃথক করার জন্য সাধারণ পাতনের পরিবর্তে আংশিক পাতন (Fractional distillation) পদ্ধতি এবং অংশন স্তম্ভ ব্যবহার করা অত্যাবশ্যক।

পদ্ধতির নাম: বিয়োজী ফানেল (Separating Funnel) পদ্ধতি

তেল (যেমন- সরষের তেল বা কেরোসিন) এবং জল হলো পরস্পর অমিশ্রণীয় (immiscible) দুটি তরল। তেলের ঘনত্ব জলের চেয়ে কম, তাই তেল জলে ভাসে। এই ঘনত্বের পার্থক্যের ওপর ভিত্তি করে এদের পৃথক করা হয়।

কার্যপ্রণালী:

1. বিয়োজী ফানেলে মিশ্রণ ঢালা: একটি বিয়োজী ফানেলের স্টপকক বন্ধ রেখে তেল ও জলের মিশ্রণটি ফানেলের ভেতরে ঢালা হয়।
2. স্থির রাখা: ফানেলের মুখে ছিপি লাগিয়ে সেটিকে একটি স্ট্যান্ডের রিং-এর সাথে খাড়াভাবে কিছুক্ষণ স্থির অবস্থায় রেখে দেওয়া হয়।
3. স্তর বিভাজন: কিছুক্ষণ পর দেখা যায়, মিশ্রণটি দুটি সম্পূর্ণ আলাদা স্তরে বিভক্ত হয়েছে। জলের ঘনত্ব বেশি হওয়ায় জল ফানেলের নীচে একটি স্তর তৈরি করে এবং তেল হালকা হওয়ায় জলের ওপর ভাসমান অবস্থায় ওপরের স্তর তৈরি করে।
4. পৃথকীকরণ: এবার ছিপি খুলে ফানেলের নীচে একটি পরিষ্কার বিকার রাখা হয়। স্টপককটি সাবধানে অল্প খুলে ভারী জলের স্তরটিকে ফোঁটায় ফোঁটায় বিকারে সংগ্রহ করা হয়।
5. স্টপকক বন্ধ করা: জলের স্তরটি প্রায় শেষ হয়ে তেলের স্তরটি স্টপককের কাছাকাছি এলেই সঙ্গে সঙ্গে স্টপককটি বন্ধ করে দেওয়া হয়।

ফলাফল: এইভাবে বিকারে বিশুদ্ধ জল এবং বিয়োজী ফানেলে তেল আলাদাভাবে পাওয়া যায়।

সেন্ট্রিফিউগেশন (কেন্দ্রাতিগ পদ্ধতি):

যে পদ্ধতিতে কোনো তরল মিশ্রণে ভাসমান অতি সূক্ষ্ম অদ্রবণীয় কঠিন কণাগুলিকে বা ভিন্ন ঘনত্বের দুটি তরলকে একটি ঘূর্ণায়মান যন্ত্রের (Centrifuge machine) সাহায্যে অত্যন্ত দ্রুত বেগে ঘুরিয়ে ঘনত্বের পার্থক্যের ভিত্তিতে আলাদা করা হয়, তাকে সেন্ট্রিফিউগেশন বা কেন্দ্রাতিগ পদ্ধতি বলে।
মূল নীতি: মিশ্রণটিকে তীব্র বেগে ঘোরালে কেন্দ্রাতিগ বলের (Centrifugal force) প্রভাবে অপেক্ষাকৃত ভারী কণাগুলি পাত্রের বা টেস্টটিউবের তলদেশে থিতিয়ে পড়ে এবং হালকা উপাদানগুলি ওপরে ভেসে ওঠে।

প্রাত্যহিক জীবনে ব্যবহার:

1. রক্ত ও মূত্র পরীক্ষা: প্যাথলজিক্যাল ল্যাবরেটরিতে রক্তের নমুনা থেকে রক্তকণিকা (RBC, WBC) এবং প্লাজমা আলাদা করার জন্য সেন্ট্রিফিউজ যন্ত্র ব্যবহার করা হয়।
2. দুধ থেকে মাখন তোলা: ডেয়ারি শিল্পে দুধ থেকে ক্রিম বা মাখন আলাদা করার জন্য এই পদ্ধতি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। দুধকে প্রবল বেগে ঘোরালে হালকা ফ্যাট বা মাখন ওপরে চলে আসে এবং ভারী অংশ নীচে থাকে।
3. ওয়াশিং মেশিন: কাপড় কাচার মেশিনে (Washing machine) ভেজা কাপড় শুকানোর (Spin dry) জন্য স্পিনারে এই কেন্দ্রাতিগ নীতি প্রয়োগ করে কাপড় থেকে জল বের করে দেওয়া হয়।

ক্রোমাটোগ্রাফি:

ক্রোমাটোগ্রাফি হলো এমন একটি আধুনিক পৃথকীকরণ পদ্ধতি, যেখানে কোনো সমসত্ত্ব মিশ্রণের উপাদানগুলিকে একটি স্থির দশা (Stationary phase) এবং একটি সচল দশার (Mobile phase) মধ্যে অধিশোষণের (Adsorption) এবং দ্রাব্যতার পার্থক্যের ওপর ভিত্তি করে পৃথক করা হয়।

কালির রং পৃথকীকরণ (Paper Chromatography):

1. প্রস্তুতি: একটি সরু ও লম্বা ফিল্টার পেপারের (স্থির দশা) নীচের প্রান্ত থেকে সামান্য ওপরে পেন্সিল দিয়ে একটি দাগ টানা হয় এবং সেই দাগের মাঝখানে কালির (যাতে একাধিক রং মেশানো আছে) একটি ছোট ফোঁটা দিয়ে শুকিয়ে নেওয়া হয়।
2. সচল দশা প্রয়োগ: এবার ফিল্টার পেপারটিকে একটি বিকার বা জারে রাখা উপযুক্ত দ্রাবকের (যেমন- জল বা অ্যালকোহল, যা সচল দশা) মধ্যে খাড়াভাবে এমনভাবে ঝোলানো হয় যেন কালির ফোঁটাটি দ্রাবকের ঠিক ওপরে থাকে (জলে না ডোবে)।
3. পর্যবেক্ষণ: কৈশিক ক্রিয়ার (Capillary action) ফলে দ্রাবক ধীরে ধীরে ফিল্টার পেপার বেয়ে ওপরের দিকে উঠতে শুরু করে। দ্রাবক যখন কালির ফোঁটা অতিক্রম করে, তখন সে কালির উপাদান রঞ্জকগুলিকেও সাথে নিয়ে ওপরে ওঠে।
4. পৃথকীকরণ: কালির যে রঙের দ্রাব্যতা ওই দ্রাবকে বেশি এবং ফিল্টার পেপারের প্রতি অধিশোষণ ক্ষমতা কম, সেটি দ্রাবকের সাথে বেশি দ্রুত ওপরে ওঠে। যার অধিশোষণ বেশি, সেটি ধীরে ওপরে ওঠে। এর ফলে কিছুক্ষণের মধ্যেই কালির বিভিন্ন রং ফিল্টার পেপারের বিভিন্ন উচ্চতায় আলাদা আলাদা দাগ বা ব্যান্ড হিসেবে স্পষ্টভাবে ফুটে ওঠে।

১. ক্লোরিনেশন (Chlorination):

শহরের জল সরবরাহ ব্যবস্থায় বা মিউনিসিপ্যালিটির জলে রোগজীবাণু ও ব্যাকটেরিয়া ধ্বংস করার জন্য জলে নির্দিষ্ট মাত্রায় ক্লোরিন গ্যাস ($Cl_2$), ব্লিচিং পাউডার বা ক্লোরিন ট্যাবলেট মেশানো হয়। এই পদ্ধতিকে ক্লোরিনেশন বলে।
ভূমিকা: ক্লোরিন একটি তীব্র জীবাণুনাশক। এটি জলের সাথে বিক্রিয়া করে হাইপোক্লোরাস অ্যাসিড ($HClO$) উৎপন্ন করে, যা ক্ষতিকারক ব্যাকটেরিয়া ও ভাইরাসকে মেরে ফেলে জলকে পানযোগ্য ও নিরাপদ করে তোলে।

২. বিপরীত অভিস্রবণ (Reverse Osmosis - RO):

সাধারণ অভিস্রবণ প্রক্রিয়ায় দ্রাবক লঘু দ্রবণ থেকে গাঢ় দ্রবণের দিকে অর্ধভেদ্য পর্দা ভেদ করে যায়। কিন্তু গাঢ় দ্রবণের (যেমন নোনা জল বা দূষিত জল) ওপর যদি অভিস্রবণ চাপের চেয়ে বেশি বাহ্যিক চাপ প্রয়োগ করা হয়, তখন দ্রাবক (বিশুদ্ধ জল) গাঢ় দ্রবণ থেকে অর্ধভেদ্য পর্দা ভেদ করে লঘু দ্রবণের দিকে (বা পরিষ্কার দিকে) যেতে শুরু করে। একে বিপরীত অভিস্রবণ (RO) বলে।
ভূমিকা: বর্তমানে বাড়িতে ব্যবহৃত আধুনিক ওয়াটার পিউরিফায়ার (RO filter) এবং সমুদ্রের নোনা জলকে লবণমুক্ত (Desalination) করে বিশুদ্ধ পানীয় জল তৈরি করার ক্ষেত্রে এই পদ্ধতি অত্যন্ত কার্যকরী। এর সাহায্যে জল থেকে দ্রবীভূত ক্ষতিকারক ভারী ধাতু (যেমন- আর্সেনিক, ফ্লুরিন), লবণ এবং জীবাণু সম্পূর্ণভাবে দূর করা সম্ভব হয়।