Pitoisuusprofiilien

Pitoisuusprofiilit kuvaavat aineen pitoisuuden vaihtelua tilassa tai ajassa. Niitä käytetään ymmärtämään, miten pitoisuus jakaantuu esimerkiksi materiaalin syvyydessä, kudoksen tiloissa tai nesteperusteisessa järjestelmässä. Pitoisuusprofiilit syntyvät, kun kuljetusprosessit, kuten diffuusio ja advektio, sekä mahdolliset kemialliset reaktiot vaikuttavat. Usein ne määritellään osana aineen kuljetusmallia, jossa konsentraatio C(x,t) riippuu sijainnista ja ajasta. Yleinen tulkinta pohjautuu Fickin lakeihin ja kontinuaaliseen mallintamiseen: ∂C/∂t = D∇^2C - v·∇C + R(C,t), jossa D on diffuusiokerroin, v on virtausnopeus ja R kuvaa reaktioita.

Pitoisuusprofiilien mittaaminen ja mallinnus kulkevat usein käsi kädessä. Eksperimentaalisia lähestymistapoja ovat mikrosensorit, kuvantamismenetelmät sekä massaspektrometria- tai fluoresenssianalyysi, jotka paljastavat pitoisuuksien jakauman eri kohdissa. Teoreettisesti profiilit ratkaistaan alueen geometriaa ja rajaehtoja vastaavilla osoittamalla differentiaalilaskennan yhtälöillä sekä soveltuvilla oletuksilla.

Sovelluksia esiintyy monilla aloilla. Biologiassa ja lääketieteessä pitoisuusprofiilit kuvaavat esimerkiksi hapen tai lääkkeen jakautumista kudoksiin. Ympäristötieteissä ne kuvaavat ravinteiden sekä epäorgaanisten tai orgaanisten saasteiden jakautumista maaperässä ja vesistöissä. Elektroniikassa ja materiaalitieteessä profiilit liittyvät massamuutosten ja elektrolyyttien rajapinnoilla esiintyviin kuljetuksiin sekä akkukemistiin.

Rajoitteita ovat mittaustarkkuus, systemaattiset virheet sekä maaperän tai materiaalin epäjatkuvuudet, jotka voivat muuttaa tulkintaa. Pitoisuusprofiilit ovat kuitenkin keskeisiä, kun halutaan ymmärtää ja optimoida kuljetusprosesseja sekä reaktioita.