Pitoisuusgradientteja

Pitoisuusgradientti on tila, jossa aineen pitoisuus ei ole sama kaikkialla vaan muuttuu tilassa. Gradientti syntyy, kun korkea pitoisuus yhdellä alueella kohtaa matalan pitoisuuden toisessa. Aineet siirtyvät luonnollisesti kohti pienempää pitoisuutta, jolloin gradientin suunta on kohti pienempää pitoisuutta.

Diffuusiolla on keskeinen rooli pitoisuusgradienttien muodostumisessa. Fickin lain mukaan nettopiirto on J = -D(dC/dx), jossa D on diffuusiokerroin ja dC/dx pitoisuuskäyrän jyrkkyys. Gradientin jyrkkyys ja D määrittelevät siirron nopeuden. Steady-state-gradientissa pitoisuudet voivat olla paikoillaan ajan suhteen, vaikka ainevirta on vakio.

Biologiassa pitoisuusgradientit ovat olennaisia. Ne ohjaavat kaasujen vaihtoa kudoksissa, mahdollistavat ionien ja molekyylien kuljetuksen solukalvon läpi sekä ylläpitävät energiatasapainoa soluissa. Esimerkkejä: O2- ja CO2-gradientit alveoleissa ja verisuonien välillä sekä natrium- ja kaliumionien gradientit solukalvolla.

Sovellukset. Laboratoriotekniikassa gradientteja luodaan ja hyödynnetään erotteluissa, mikrosiru- ja mikrofluiditeettitekniikoissa. Kalvopohjaiset erotusmenetelmät, elektroforeesi ja mikrosirutekniikat hyödyntävät pitoisuusgradientteja. Geologiassa ja ympäristötutkimuksessa gradientit vaikuttavat liuosten liikkeisiin ja veden kulkuun ympäristössä.