Permeaatiosta

Permeaatiosta on fysikaalinen ilmiö, jossa aineet kulkeutuvat esteen, kuten kalvon, läpi. Siirtymään vaikuttavat ajovoimat, kuten pitoisuuserot, osapaine-erot tai kemiallisten potentiaalien erot, sekä molekyylin ja esteen väliset vuorovaikutukset. Permeaatio esiintyy sekä biologisissa kalvoissa että teknisissä sovelluksissa, kuten elintarvikkeiden pakkausmateriaaleissa, kaasujen erottelussa ja suodatusjärjestelmissä.

Permeaatio etenee usein ratkaisu-diffuusion mallin mukaan: molekyyli liukenee kalvoon, diffundoituu sen läpi ja poistuu toiseen puoleen. Tämän prosessin nopeutta kuvaa permeabiliteetti P. Yleinen likimääräinen suhde on P ≈ D × S / l, jossa D on diffusio-kerroin kalvossa, S on molekyylin liukenemisen kalvoon suhde (partition coefficient) ja l on kalvon paksuus. Lämpötilan nousu yleensä lisää sekä D:ta että S:ää, kun taas paksuus pienentää P:ta.

Faktorit: permeaatioon vaikuttavat kalvon materiaalin ja rakenteen ominaisuudet, sen paksuus sekä penetrantin koko ja kemialliset vuorovaikutukset kalvon kanssa. Myös käyttöolosuhteet, kuten lämpötila ja kosteuspitoisuus, muokkaavat läpäisyä. Eri materiaaleilla on erilainen valikoivuus eli selektiivisyys, joka määrittää, kuinka hyvin tietty aine läpäisee kalvon verrattuna muihin aineisiin.

Mittaukset ja sovellukset: Permeaatio- ja permeanssimittauksia suoritetaan laboratoriossa useilla menetelmillä. Tuloksena saadaan permeabiliteetti P sekä valikoivuus α kahden aineen välillä. Yleisiä yksiköitä ovat Barrer ja GPU. Sovellukset kattavat biologisten kalvojen tutkimuksen, farmakokinetiikan, pakkausmateriaalien hapenkontrollin, kaasujen erottelun teollisuudessa sekä vesien ja kaasujen puhdistukseen sekä polttokennojen kalvopäällysteisiin liittyvät ratkaisut.