Концентрацията измерва колко разтворено вещество е разтворено в разтвор. Масова концентрация = маса на разтвореното вещество ÷ обем на разтвора. 100 mg сол в 1 L вода = 100 mg/L концентрация. По-високи стойности = по-силен разтвор.

• Концентрация = маса/обем
• g/L = грамове на литър (основна)
• mg/L = милиграми на литър
• По-голямо число = повече разтворено вещество

Масова концентрация: маса на разтвореното вещество на обем. Единици: g/L, mg/L, µg/L. Директна и недвусмислена. 1 g/L = 1000 mg/L = 1 000 000 µg/L. Използва се в качеството на водата, клиничната химия, мониторинга на околната среда.

• g/L = грамове на литър
• mg/L = милиграми на литър
• µg/L = микрограми на литър
• Директно измерване, без двусмислие

ppm (части на милион) ≈ mg/L за вода. ppb (части на милиард) ≈ µg/L. Процент w/v: 10% = 100 g/L. Лесно за разбиране, но зависи от контекста. Често срещано при тестване на качеството на водата.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (вода)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (вода)
• 10% w/v = 100 g/L
• Контекст: водни разтвори

Стандартни единици: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Ясни и недвусмислени. Всяка представка = ×1000 скала. Универсални в химията, науката за околната среда, клиничните тестове.

• g/L = основна единица
• mg/L = милиграми на литър
• µg/L = микрограми на литър
• ng/L, pg/L за анализ на следи

Често се използват ppm, ppb, ppt. За разредени водни разтвори: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA използва mg/L и µg/L за стандарти. СЗО използва ppm за простота.

• ppm = части на милион
• ppb = части на милиард
• Валидно за разредени водни разтвори
• Стандарти на EPA в mg/L, µg/L

Изразява се като еквивалент на CaCO₃. Единици: gpg (грейна на галон), °fH (френски), °dH (немски), °e (английски). Всички се преобразуват в mg/L като CaCO₃. Стандарт за обработка на вода.

• gpg: твърдост на водата в САЩ
• °fH: френски градуси
• °dH: немски градуси
• Всички като еквивалент на CaCO₃

Концентрация = маса/обем. C = m/V. Единици: g/L = kg/m³. Преобразуване: умножете по 1000 за mg/L, по 1 000 000 за µg/L. ppm ≈ mg/L за вода (плътност ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (концентрация)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (вода)
• %w/v: маса% = (g/100mL)

Формула за разреждане: C1V1 = C2V2. Начална концентрация x обем = крайна концентрация x обем. 10 mL от 100 mg/L, разредени до 100 mL = 10 mg/L. Запазване на масата.

• C1V1 = C2V2 (разреждане)
• Масата се запазва при разреждане
• Пример: 10x100 = 1x1000
• Полезно за лабораторна подготовка

Разтворимост = максимална концентрация. Зависи от температурата. NaCl: 360 g/L при 20°C. Захар: 2000 g/L при 20°C. Превишаването на разтворимостта → утаяване.

• Разтворимост = макс. концентрация
• Зависи от температурата
• Възможно е пренасищане
• Превишаване → утайка

Стандарти за питейна вода: лимити на EPA за замърсители. Олово: 15 µg/L (15 ppb) ниво на действие. Арсен: 10 µg/L (10 ppb) максимум. Нитрати: 10 mg/L (10 ppm) максимум. Критично за общественото здраве.

• Олово: <15 µg/L (EPA)
• Арсен: <10 µg/L (СЗО)
• Нитрати: <10 mg/L
• Хлор: 0.2-2 mg/L (обработка)

Кръвни тестове в g/dL или mg/dL. Глюкоза: 70-100 mg/dL нормално. Холестерол: <200 mg/dL желателно. Хемоглобин: 12-16 g/dL. Медицинската диагноза се основава на диапазони на концентрация.

• Глюкоза: 70-100 mg/dL
• Холестерол: <200 mg/dL
• Хемоглобин: 12-16 g/dL
• Единици: g/dL, mg/dL са често срещани

Качество на въздуха: PM2.5 в µg/m³. Замърсяване на почвата: mg/kg. Повърхностни води: ng/L за следи от органични вещества. Нива ppb и ppt за пестициди, фармацевтични продукти. Изисква се свръхчувствително откриване.

• PM2.5: <12 µg/m³ (СЗО)
• Пестициди: ng/L до µg/L
• Тежки метали: диапазон µg/L
• Следи от органични вещества: ng/L до pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Бързо: всяка представка = ×1000 скала. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Прости стъпки ×1000

За вода: 1 ppm = 1 mg/L. 1% w/v = 10 g/L = 10 000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Бърз процент!

• 1 ppm = 1 mg/L (вода)
• 1% = 10 000 ppm
• 0,1% = 1 000 ppm
• 0,01% = 100 ppm

C1V1 = C2V2. За разреждане 10 пъти, крайният обем е 10 пъти по-голям. 100 mg/L, разредени 10 пъти = 10 mg/L. Лесно!

• C1V1 = C2V2
• Разреждане 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Пример: 100 mg/L до 10 mg/L

Водна проба съдържа 12 µg/L олово. Безопасна ли е (ниво на действие на EPA: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Да, под нивото на действие на EPA. Също така изразено като 12 ppb < 15 ppb. Безопасно!

Разредете 50 mL от 200 mg/L до 500 mL. Крайна концентрация?

C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10 000/500 = 20 mg/L. 10x разреждане!

Направете 0,9% физиологичен разтвор. Колко грама NaCl на литър?

0,9% w/v = 0,9 g на 100 mL = 9 g на 1000 mL = 9 g/L. Физиологичен разтвор!

Морската вода съдържа ~35 g/L разтворени соли (3,5% соленост). Предимно NaCl, но също и Mg, Ca, K, SO4. Мъртво море: 280 g/L (28%), толкова солено, че плувате! Голямото солено езеро: 50-270 g/L в зависимост от нивото на водата.

ppm (части на милион) се популяризира през 50-те години на миналия век за замърсяване на въздуха и качество на водата. Преди това се използваше % или g/L. Сега е стандарт за следи от замърсители. Лесно за разбиране: 1 ppm = 1 капка в 50 литра!

Кръвна захар на гладно: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). Това е само 0,07-0,1% от теглото на кръвта! Диабет се диагностицира при >126 mg/dL. Малките промени имат значение — стриктна регулация от инсулин/глюкагон.

Хлор в басейна: 1-3 mg/L (ppm) за санитария. По-високо = парене на очите. По-ниско = растеж на бактерии. Горещи вани: 3-5 ppm (по-топло = повече бактерии). Малка концентрация, голям ефект!

Мека: <60 mg/L CaCO3. Умерена: 60-120. Твърда: 120-180. Много твърда: >180 mg/L. Твърдата вода причинява котлен камък, използва повече сапун. Меката вода е по-добра за пране, но може да корозира тръбите!

Ниво на действие на EPA за олово: 15 µg/L (15 ppb) в питейната вода. Намалено от 50 ppb през 1991 г. Няма безопасно ниво на олово! Кризата във Флинт, Мичиган: нивата достигнаха 4000 ppb в най-лошите случаи. Трагично.

Голямата воня в Лондон през 1858 г.—когато миризмите от канализацията на Темза затвориха Парламента—катализира първите систематични проучвания на качеството на водата. Градовете започнаха груби химически тестове за замърсяване.

Ранните методи бяха качествени или полуколичествени: цвят, мирис и груби тестове за утаяване. Революцията на микробната теория (Пастьор, Кох) стимулира търсенето на по-добри стандарти за вода.

• 1858: Голямата воня принуждава Лондон да изгради модерни канализации
• 1890-те: Първи химически тестове за твърдост, алкалност и хлориди
• Единици: грейни на галон (gpg), части на 10 000

Хлорирането на водата (първата инсталация в САЩ: Джърси Сити, 1914) изискваше прецизно дозиране — твърде малко не дезинфекцираше, твърде много беше токсично. Това доведе до приемането на mg/L (части на милион) като стандартна единица.

Спектрофотометрията и титриметричните методи позволиха точно измерване на концентрацията. Агенциите за обществено здраве определиха лимити за питейна вода в mg/L.

• 1914: Хлорът се дозира при 0,5-2 mg/L за дезинфекция
• 1925: Службата за обществено здраве на САЩ определя първите стандарти за вода
• mg/L и ppm стават взаимозаменяеми за разредени водни разтвори

„Тиха пролет“ (1962) и екологични кризи (пожарът на река Куяхога, Лав Канал) стимулираха регулирането на пестициди, тежки метали и промишлени замърсители на нива µg/L (ppb).

Атомно-абсорбционната спектроскопия (AAS) и газовата хроматография (GC) позволиха откриване под 1 µg/L. Законът за безопасна питейна вода на EPA (1974) наложи максимално допустими нива на замърсители (MCL) в µg/L.

• 1974: Законът за безопасна питейна вода създава национални стандарти MCL
• 1986: Забрана на оловото; нивото на действие е определено на 15 µg/L (15 ppb)
• 1996: Лимитът за арсен е намален от 50 на 10 µg/L

Съвременните инструменти LC-MS/MS и ICP-MS откриват фармацевтични продукти, PFAS и ендокринни разрушители на нива ng/L (ppt) и дори pg/L (ppq).

Водната криза във Флинт (2014-2016) разкри провали: оловото достигна 4000 ppb (267 пъти над лимита на EPA). СЗО и EPA непрекъснато актуализират насоките с подобряването на аналитичната чувствителност.

• 2000-те: PFAS „вечните химикали“ са открити на нива ng/L
• 2011: СЗО актуализира насоките за >100 замърсители
• 2020-те: Рутинно откриване на ниво pg/L; нови предизвикателства в микропластмасите, наноматериалите

За разредени водни разтвори (като питейна вода), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Това предполага, че плътността на разтвора е 1 kg/L (като чиста вода). За други разтворители или концентрирани разтвори, ppm и mg/L се различават, защото плътността не е 1. ppm е съотношение маса/маса или обем/обем; mg/L е маса/обем. Винаги използвайте mg/L за прецизност!

g/L (масова концентрация) и mol/L (моларна концентрация) са различни величини. Преобразуването изисква молекулно тегло: mol/L = (g/L) / (MW в g/mol). Пример: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Но 58,44 g/L глюкоза = 0,324 mol/L (различно MW). Трябва да знаете веществото!

%w/v = процент тегло/обем = грамове на 100 mL. 10% w/v = 10 g на 100 mL = 100 g на 1000 mL = 100 g/L. Директно преобразуване! Различно от %w/w (тегло/тегло, изисква плътност) и %v/v (обем/обем, изисква и двете плътности). Винаги уточнявайте кой % имате предвид!

Използвайте C1V1 = C2V2. C1 = начална концентрация, V1 = начален обем, C2 = крайна концентрация, V2 = краен обем. Пример: разредете 100 mg/L 10 пъти. C2 = 10 mg/L. Нуждаете се от V1 = 10 mL, V2 = 100 mL. Добавете 90 mL разтворител към 10 mL концентрат.

Твърдостта на водата идва от йоните Ca2+ и Mg2+, но различните атомни тегла правят директното сравнение трудно. Преобразуването в еквивалент на CaCO3 осигурява стандартна скала. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L като CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L като CaCO3. Справедливо сравнение въпреки различните действителни йони!

Зависи от контекста. Качество на водата: диапазон µg/L (ppb) до ng/L (ppt). Околна среда: ng/L до pg/L. Клинично: често ng/mL до µg/mL. „Следа“ обикновено означава <1 mg/L. Ултра-следа: <1 µg/L. Съвременните инструменти откриват фемтограми (fg) в изследванията!