മെഡിക്കൽ ഓക്സിജൻ - നിർമ്മാണവും ഉപയോഗവും

Read Time:9 Minute

ഡോ.പി.അനന്തപത്മനാഭൻ

പ്രാണവായു – ദ്വി ആറ്റോമിക ഓക്സിജൻ

മനുഷ്യശരീരത്തിലെ ജീവൻ നിലനിർത്താൻ ആവശ്യമായ എല്ലാ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കും ഊർജ്ജം പ്രദാനം ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ശ്വസനം. ഇതിനാവശ്യമായ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട മൂലകമാണ് ഓക്സിജൻ. ജോസഫ് പ്രീസ്റ്റിലി (Joseph Priestley) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ കണ്ടുപിടിച്ചതും, ആധുനിക രസതന്ത്രത്തിന്റെ പിതാവ് എന്ന് അറിയപ്പെടുന്ന ആന്റോയിൻ ലാവോസിയർ (Antoine Lavoisier) നാമകരണം ചെയ്തതും അഗ്നി ഉണ്ടാക്കുന്നത് (Oxy – Fire Gen – Generator) എന്നർത്ഥം വരുന്നതുമായ ഈ മൂലകം മൂന്നു വ്യത്യസ്ത ഭൗതികരൂപങ്ങളായ വാതകം, ദ്രാവകം, ഖരം എന്നിവയിൽ നിലനിൽക്കാൻ കഴിയുന്നതുമാണ്. പൊതുവെ രുചിയും മണവും ഇല്ലാത്ത ഈ മൂലകം വാതകരൂപത്തിൽ നിറമില്ലാത്തതും ദ്രാവ-കഖരരൂപങ്ങളിൽ ഇളംനീലനിറത്തോടും കൂടിയുള്ളതാണ്.

അന്തരീക്ഷവായുവിനേക്കാൾ സാന്ദ്രതകൂടിയ ഈ വാതകം ഏകദേശം ഈർപ്പരഹിത വായുവിൽ 21% വ്യാപ്തത്തിലും ഭൂമിയുടെ പ്രതലത്തിൽ സംയുക്തരൂപേണ ഏകദേശം 47% പിണ്ഡത്തിലും വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്നു. ഇതിന്റെ ദ്രവണാങ്കം -219⁰C (54.36 K) തിളനില -183⁰C (90K) മാണ്. വെള്ളത്തിൽ വലരെ ലേയത്വം കുറവുള്ള ഈ വാതകം ജലജീവികൾക്ക് അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ഇതിന്റെ രൂപാന്തരത്വം, മനുഷ്യസമൂഹത്തെ സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ അത്യന്തം അപകടകാരികളായ അൽട്രാവയലറ്റ് രശ്മികളിൽ നിന്ന് നമ്മെ കാത്തുരക്ഷിക്കുന്ന, ഭൂമിയുടെ പ്രതലത്തിൽനിന്ന് ഏകദേശം 25-30 കിലോമീറ്റർ ഉയരത്തിൽ 10 പി.പി.എം. അളവിൽ അന്തരീക്ഷത്തിലെ സ്ട്രാറ്റോസ്ഫിയർ എന്ന മേഖലയിൽ വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന ഇളം നീലനിറത്തിലുള്ള ഓസോൺ (O₃) വാതകമാണ്. കൂടാതെ ഓക്സിജന് (O) ഒരേ അറ്റോമിക നമ്പറും (8), വ്യത്യസ്ത ആറ്റോമികഭാരവും (¹⁶O,¹⁷O,¹⁸O) എന്നീ മൂന്നു ഐസോടോപ്പുകളുമുണ്ട് . താപവൈദ്യുത ചാലകശേഷി തീരെ കുറഞ്ഞ ഈ മൂലകം കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ പെട്ടെന്ന് ആകർഷിക്കപ്പെടുന്ന ഒന്നാണ് (Paramagnetic).

കോവിഡും ഓക്സിജനും

2020 ജനുവരി മുതൽ ലോകത്തെ മുഴുവൻ കീഴടക്കിയ കൊറോണ വൈറസ് ബാധിതരായ ജനങ്ങൾ ഓക്സിജന്റെ ലഭ്യതക്കുറവുകൊണ്ട് മരിച്ചുവീഴുന്ന ഒരു കാലഘട്ടത്തിലൂടെയാണ് നമ്മൾ കടന്നുപോകുന്നത്. തീർച്ചയായിട്ടും ആശുപത്രിയോട് ചേർന്ന് ഏകദേശം 551 ഓക്സിജൻ പ്ലാന്റുകൾ തുടങ്ങുവാൻ കേന്ദ്രം സംസ്ഥാനങ്ങൾക്ക് സഹായം വാഗ്ദാനം ചെയ്തു എന്നുള്ളത് ആശ്വാസകരമായ നടപടിയാണ്. ഏതായാലും കേരളത്തിൽ ഓക്സിജന്റെ ലഭ്യത നമ്മുടെ ഇപ്പോഴുള്ളതും ഭാവിയിൽ വരാവുന്ന രോഗികൾക്കു ആവശ്യമുള്ളത്രയും ഉണ്ടെന്നുള്ളതും ആശ്വാസകരം തന്നെ. കൊറോണ രോഗികളിൽ രക്തത്തിലുള്ള ഓക്സിജന്റെ അളവ് 94 (saturation)ൽ താഴുമ്പോഴാണ് രോഗിക്ക് കൃത്രിമശ്വാസോച്ഛ്വാസം ആവശ്യമായി വരുന്നത്. അതിന് എല്ലാ ആശുപത്രികളിലും ഓക്സിജന്റെ ലഭ്യത എപ്പോഴും ഉറപ്പാക്കേണ്ടതാണ്. സാധാരണ ആശുപത്രിയോടനുബന്ധിച്ച് ഓക്സിജൻ പ്ലാന്റ് ഉണ്ടെങ്കിൽ ചെറിയട്യൂബ് വഴി നേരിട്ട് രോഗിക്ക് ഓക്സിജൻ ലഭ്യമാക്കാവുന്നതാണ്.

ഓക്സിജൻ പ്ലാന്റുകൾ

എങ്ങനെയാണ് ഓക്സിജൻ പ്ലാന്റുകളിൽ ഓക്സിജൻ നിർമ്മാണം നടക്കുന്നതെന്ന് നമുക്ക് പരിശോധിക്കാം. പ്രധാനമായും രണ്ടു മാർഗ്ഗങ്ങളാണ് ഓക്സിജൻ നിർമ്മാണത്തിനുപയോഗിക്കുന്നത്.

Air Separation Method
Vacuum Adsorption Method

കേരളത്തിൽ ഏറ്റവും ശുദ്ധീകരിച്ച മെഡിസിനൽ ഓക്സിജൻ 99-99.3% ശുദ്ധരൂപത്തിലുള്ളതാണ് ആശുപത്രികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. 99.8% ശുദ്ധരൂപത്തിലുള്ളത് വ്യവസായ ആവശ്യത്തിനുമാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്, ഈ രണ്ടു ആവശ്യത്തിനും ആദ്യത്തെ മാർഗ്ഗമാണ് കഴിഞ്ഞ നാൽപ്പതുവർഷമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

Air separation Method

ഈ പ്ലാന്റുകളെ Low capacity, Middle capacity, Large capacity എന്നീ മൂന്നായിട്ടാണ് തിരിച്ചുള്ളത്. ഇതിന്റെ ആധാരം ഇത് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഓക്സിജന്റെ അളവിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലാണ്. Low capacity plantൽ മണിക്കൂറിൽ 120 m³ ഉം, Middle capacity plantൽ മണിക്കൂറിൽ 400 -1000 m³ഉം, Large Capacity plantൽ ഒരുദിവസം 50ടൺ – 100ടൺ എന്ന തോതിലുമാണ് ഓക്സിജൻ ഉത്പാദനം നടത്തുന്നത്. ഇതിൽ വായുവിനെ വളരെ അധികം മർദ്ദം കൊടുത്ത് ദ്രാവകരൂപത്തിലാക്കി സിയോലൈറ്റുകൾ (Zeolites) നിറച്ച വായുശുചീകരണ യൂണിറ്റുകളിൽ കടത്തിവിടുന്നു. സിയോലൈറ്റ് എന്നത് അലുമിനിയം അടങ്ങിയ സിലിക്കേറ്റുകളാണ്. honey comb ആകൃതിയിലുള്ള ഈ ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ അതിന്റെ പ്രതലങ്ങളിലുള്ള സുഷിരങ്ങളുടെ വലിപ്പത്തിനും ആകൃതിക്കും അനുസരിച്ചുള്ള വസ്തുക്കളെ നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ യൂണിറ്റിൽ വായുവിലുള്ള ഈർപ്പവും കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡും ഖരരൂപത്തിലാവുകയും വേർതിരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനുശേഷം വായുവിനെ വേർതിരിക്കുന്ന (Air Separation) യൂണിറ്റിലേക്ക് കടത്തി വിടുന്നു. ഇവിടെ കോപ്പർ ട്യൂബുകളിൽ കൂടികടന്നു പോകുന്ന ശുദ്ധീകരിച്ച വായു ഏകദേശം -183⁰C ൽ ദ്രാവകരൂപത്തിലാവുകയും 20% ഓക്സിജനും, 80% നൈട്രജനും അടങ്ങിയ മിശ്രിതമായി മാറുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ മിശ്രിതത്തിനെ ആവർത്തന ഫ്രാക്ഷണൽ ഡിസ്റ്റിലേഷൻ (Fractional distillation – boiling point difference 10-15⁰C) മാർഗ്ഗം ഉപയോഗിച്ചു ദ്രാവകരൂപത്തിലുള്ള ഓക്സിജൻ ലഭ്യമാക്കുന്നു. ഈ മാർഗ്ഗത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ആവർത്തിച്ചുള്ള ബാഷ്പീകരണപ്രക്രിയയും (Evaporation), ശീതീകരണ (Condensation) പ്രക്രിയയുമാണ്. വളരെ താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിലൂള്ള ദ്രാവകരൂപത്തിലുള്ള ഈ ഓക്സിജൻ വാതകരൂപത്തിൽ നമുക്കാവശ്യമുള്ള സിയോലൈറ്റ് സിലിണ്ടറുകളിൽ നിറക്കുന്നു.

Vacuum Adsorption Method

രണ്ടാമത്തെ മാർഗ്ഗമായ വാക്വം അഡ്സോർപ്ഷൻ (Vacuum adsorption) ആണ് ഓക്സിജൻ കോൺസെൻട്രേറ്ററിൽ (O₂ Concentrator)ൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഇതിൽ വാക്വം അന്തരീക്ഷത്തിൽ സിയോലൈറ്റ്സിലൂടെ ഉന്നതമർദ്ദത്തിൽ വായു കടത്തിവിടുമ്പോൾ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ്, നീരാവി തുടങ്ങി എല്ലാ ആവശ്യമില്ലാത്ത ഘടകങ്ങളെ നീക്കം ചെയ്ത് 93%-94% ശുദ്ധമായ ഓക്സിജൻ ഒന്നാംഘട്ടത്തിൽ തന്നെ കിട്ടുന്നു. അത്യാവശ്യഘട്ടത്തിൽ ഇത്രയും ശുദ്ധീകരിച്ച ഓക്സിജൻ രോഗികൾക്ക് നേരിട്ട് കൊടുക്കാവുന്നതാണ്.

ഈ രണ്ടുമാർഗ്ഗങ്ങളിലും പ്രധാനപ്പെട്ട ഉപ ഉത്പന്നങ്ങൾ ദ്രാവക നൈട്രജനും ആർഗണും ആണ്. ഇതു രണ്ടും വ്യാവസായിക ആവശ്യങ്ങൾക്കുപയോഗിക്കാവുന്ന പ്രധാനപ്പെട്ട വിലകൂടിയ രാസപദാർത്ഥങ്ങളാണ്.

ഓക്സിജൻ സിലിണ്ടർ

വാതക ഓക്സിജൻ നിറയ്ക്കുന്ന സിലിണ്ടറുകളുടെ കപ്പാസിറ്റി സാധാരണപറയുന്നത് 47 ലിറ്റർ വെള്ളത്തിന്റെ കപ്പാസിറ്റിക്കു തുല്യം 7000 ലിറ്റർ വാതക ഓക്സിജനാണ്. ആശുപത്രികൾക്കാവശ്യമായ വാതക ഓക്സിജന്റെ 0.5-3 m³ വരെയുള്ളതിന് 40 രൂപയും GST യും 3-7 m³ വരെയുള്ളതിന് 25 രൂപയും GST യും ആണ് വില. വ്യാവസായിക ആവശ്യത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഓക്സിജൻ മേഖലകൾ പ്രധാനമായി സ്റ്റീൽ, പ്ലാസ്റ്റിക്, ടെക്സ്റ്റയിൽസ് ഉത്പാദന മേഖലകളിലും, സ്റ്റീലിന്റെയും ലോഹങ്ങളുടെയും വെൽഡിംഗിനും കട്ടിംഗിനും, കൂടാതെ റോക്കറ്റ് പ്രൊപ്പലന്റുകളിലും, അന്തർവാഹിനികളിലും , ബഹിരാകാശപേടകങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നു.