Pitoisuusprofiilia

Pitoisuusprofiilia kuvaa aineen pitoisuuden vaihtelua järjestelmässä sen sijainnin tai ajan funktiona. Se havainnollistaa, miten aine jakautuu tilassa ja miten pitoisuudet muuttuvat ajan kuluessa. Profiilit voivat olla yksi- tai monidimensionaalisia ja ne koskevat esimerkiksi nesteitä, kiinteitä aineita sekä huokoisia medioita.

Diffuusiosta ja massansiirrosta johtuvat pitoisuusprofiilit muodostuvat pääasiassa Fickin lakien perusteella. Fickin ensimmäinen laki määrittelee diffuusiivoulteisen fluxin J = -D ∂c/∂x. Fickin toinen laki kuvaa pitoisuuden ajallista kehitystä ∂c/∂t = D ∂^2 c/∂x^2. Staattinen profiili, jossa ∂c/∂t = 0, riippuu reunaehdoista ja geometrioista; perusmalleissa profiili voi olla lineaarinen tai eksponentiaalinen.

Pitoisuusprofiileja sovelletaan monilla aloilla: kromatografiassa ja muissa erotusprosesseissa ne kuvaavat solun ja kolonnin sisäistä jakautumista; huokoisissa medioissa profiilit määrittelevät kuljetuksen ja varastoinnin; elektrochemistiassa konentraatiogradientit vaikuttavat ohjaukseen ja reaktioihin; biologisissa ja ympäristöjärjestelmissä profiilit kertovat aineiden leviämisestä kudoksiin tai ympäristöön.

Mittaaminen ja mallintaminen: Profiileja voidaan arvioida kuvantamalla (fluoresenssi, autoradiografia), spektroskopialla tai mikroskooppisilla menetelmillä. Mallinnuksessa käytetään numeerisia menetelmiä, kuten finite-difference- tai finite-element-menetelmiä, sekä reakti-diffuosiomalleja, jotka ottavat huomioon sekä diffuusion että mahdolliset kemialliset reaktiot.