Η συγκέντρωση μετρά πόση διαλυμένη ουσία έχει διαλυθεί σε ένα διάλυμα. Συγκέντρωση μάζας = μάζα διαλυμένης ουσίας ÷ όγκος διαλύματος. 100 mg αλάτι σε 1 L νερό = 100 mg/L συγκέντρωση. Υψηλότερες τιμές = ισχυρότερο διάλυμα.

• Συγκέντρωση = μάζα/όγκος
• g/L = γραμμάρια ανά λίτρο (βάση)
• mg/L = χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο
• Μεγαλύτερος αριθμός = περισσότερη διαλυμένη ουσία

Συγκέντρωση μάζας: μάζα διαλυμένης ουσίας ανά όγκο. Μονάδες: g/L, mg/L, µg/L. Άμεση και ξεκάθαρη. 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L. Χρησιμοποιείται στην ποιότητα του νερού, την κλινική χημεία, την περιβαλλοντική παρακολούθηση.

• g/L = γραμμάρια ανά λίτρο
• mg/L = χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο
• µg/L = μικρογραμμάρια ανά λίτρο
• Άμεση μέτρηση, χωρίς ασάφεια

ppm (μέρη ανά εκατομμύριο) ≈ mg/L για το νερό. ppb (μέρη ανά δισεκατομμύριο) ≈ µg/L. Ποσοστό w/v: 10% = 100 g/L. Εύκολο στην κατανόηση αλλά εξαρτάται από το πλαίσιο. Κοινό στις δοκιμές ποιότητας νερού.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (νερό)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (νερό)
• 10% w/v = 100 g/L
• Πλαίσιο: υδατικά διαλύματα

Τυπικές μονάδες: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Σαφείς και ξεκάθαρες. Κάθε πρόθεμα = κλίμακα ×1000. Καθολικές στη χημεία, την περιβαλλοντική επιστήμη, τις κλινικές εξετάσεις.

• g/L = βασική μονάδα
• mg/L = χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο
• µg/L = μικρογραμμάρια ανά λίτρο
• ng/L, pg/L για ανάλυση ιχνών

ppm, ppb, ppt χρησιμοποιούνται συνήθως. Για αραιά υδατικά διαλύματα: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. Η EPA χρησιμοποιεί mg/L και µg/L για τα πρότυπα. Ο ΠΟΥ χρησιμοποιεί ppm για απλότητα.

• ppm = μέρη ανά εκατομμύριο
• ppb = μέρη ανά δισεκατομμύριο
• Ισχύει για αραιά υδατικά διαλύματα
• Πρότυπα EPA σε mg/L, µg/L

Εκφράζεται ως ισοδύναμο CaCO₃. Μονάδες: gpg (κόκκοι ανά γαλόνι), °fH (γαλλικοί), °dH (γερμανικοί), °e (αγγλικοί). Όλες μετατρέπονται σε mg/L ως CaCO₃. Πρότυπο για την επεξεργασία του νερού.

• gpg: σκληρότητα νερού ΗΠΑ
• °fH: γαλλικοί βαθμοί
• °dH: γερμανικοί βαθμοί
• Όλα ως ισοδύναμο CaCO₃

Συγκέντρωση = μάζα/όγκος. C = m/V. Μονάδες: g/L = kg/m³. Μετατροπή: πολλαπλασιάστε με 1000 για mg/L, με 1.000.000 για µg/L. ppm ≈ mg/L για το νερό (πυκνότητα ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (συγκέντρωση)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (νερό)
• %w/v: μάζα% = (g/100mL)

Τύπος αραίωσης: C1V1 = C2V2. Αρχική συγκέντρωση x όγκος = τελική συγκέντρωση x όγκος. 10 mL από 100 mg/L αραιωμένο σε 100 mL = 10 mg/L. Διατήρηση της μάζας.

• C1V1 = C2V2 (αραίωση)
• Η μάζα διατηρείται στην αραίωση
• Παράδειγμα: 10x100 = 1x1000
• Χρήσιμο για εργαστηριακή προετοιμασία

Διαλυτότητα = μέγιστη συγκέντρωση. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία. NaCl: 360 g/L στους 20°C. Ζάχαρη: 2000 g/L στους 20°C. Υπέρβαση της διαλυτότητας → καθίζηση.

• Διαλυτότητα = μέγ. συγκέντρωση
• Εξαρτάται από τη θερμοκρασία
• Υπερκορεσμός είναι δυνατός
• Υπέρβαση → ίζημα

Πρότυπα πόσιμου νερού: όρια EPA για ρύπους. Μόλυβδος: 15 µg/L (15 ppb) επίπεδο δράσης. Αρσενικό: 10 µg/L (10 ppb) μέγιστο. Νιτρικά: 10 mg/L (10 ppm) μέγιστο. Κρίσιμο για τη δημόσια υγεία.

• Μόλυβδος: <15 µg/L (EPA)
• Αρσενικό: <10 µg/L (ΠΟΥ)
• Νιτρικά: <10 mg/L
• Χλώριο: 0,2-2 mg/L (επεξεργασία)

Εξετάσεις αίματος σε g/dL ή mg/dL. Γλυκόζη: 70-100 mg/dL φυσιολογική. Χοληστερόλη: <200 mg/dL επιθυμητή. Αιμοσφαιρίνη: 12-16 g/dL. Η ιατρική διάγνωση βασίζεται σε εύρη συγκεντρώσεων.

• Γλυκόζη: 70-100 mg/dL
• Χοληστερόλη: <200 mg/dL
• Αιμοσφαιρίνη: 12-16 g/dL
• Μονάδες: g/dL, mg/dL είναι κοινές

Ποιότητα αέρα: PM2.5 σε µg/m³. Ρύπανση εδάφους: mg/kg. Επιφανειακά ύδατα: ng/L για οργανικά ίχνη. Επίπεδα ppb και ppt για φυτοφάρμακα, φαρμακευτικά προϊόντα. Απαιτείται εξαιρετικά ευαίσθητη ανίχνευση.

• PM2.5: <12 µg/m³ (ΠΟΥ)
• Φυτοφάρμακα: ng/L έως µg/L
• Βαρέα μέταλλα: εύρος µg/L
• Οργανικά ίχνη: ng/L έως pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Γρήγορα: κάθε πρόθεμα = κλίμακα ×1000. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Απλά βήματα ×1000

Για το νερό: 1 ppm = 1 mg/L. 1% w/v = 10 g/L = 10.000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Γρήγορο ποσοστό!

• 1 ppm = 1 mg/L (νερό)
• 1% = 10.000 ppm
• 0,1% = 1.000 ppm
• 0,01% = 100 ppm

C1V1 = C2V2. Για να αραιώσετε 10x, ο τελικός όγκος είναι 10x μεγαλύτερος. 100 mg/L αραιωμένο 10x = 10 mg/L. Εύκολο!

• C1V1 = C2V2
• Αραιώστε 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Παράδειγμα: 100 mg/L σε 10 mg/L

Δείγμα νερού έχει 12 µg/L μόλυβδο. Είναι ασφαλές (επίπεδο δράσης EPA: 15 µg/L);

12 µg/L < 15 µg/L. Ναι, κάτω από το επίπεδο δράσης της EPA. Εκφράζεται επίσης ως 12 ppb < 15 ppb. Ασφαλές!

Αραιώστε 50 mL από 200 mg/L σε 500 mL. Τελική συγκέντρωση;

C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10.000/500 = 20 mg/L. Αραίωση 10x!

Παρασκευάστε 0,9% φυσιολογικό ορό. Πόσα γραμμάρια NaCl ανά λίτρο;

0,9% w/v = 0,9 g ανά 100 mL = 9 g ανά 1000 mL = 9 g/L. Φυσιολογικός ορός!

Το θαλασσινό νερό περιέχει ~35 g/L διαλυμένων αλάτων (3,5% αλατότητα). Κυρίως NaCl, αλλά και Mg, Ca, K, SO4. Νεκρά Θάλασσα: 280 g/L (28%) τόσο αλμυρή που επιπλέετε! Μεγάλη Αλμυρή Λίμνη: 50-270 g/L ανάλογα με τη στάθμη του νερού.

Το ppm (μέρη ανά εκατομμύριο) έγινε δημοφιλές τη δεκαετία του 1950 για την ατμοσφαιρική ρύπανση και την ποιότητα του νερού. Πριν από αυτό, χρησιμοποιούνταν % ή g/L. Τώρα είναι πρότυπο για τους ρύπους ιχνών. Εύκολο στην κατανόηση: 1 ppm = 1 σταγόνα σε 50 λίτρα!

Γλυκόζη αίματος νηστείας: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). Αυτό είναι μόνο το 0,07-0,1% του βάρους του αίματος! Ο διαβήτης διαγιγνώσκεται σε >126 mg/dL. Οι μικρές αλλαγές έχουν σημασία—αυστηρή ρύθμιση από ινσουλίνη/γλυκαγόνη.

Χλώριο πισίνας: 1-3 mg/L (ppm) για απολύμανση. Υψηλότερο = καίνε τα μάτια. Χαμηλότερο = ανάπτυξη βακτηρίων. Υδρομασάζ: 3-5 ppm (θερμότερο = περισσότερα βακτήρια). Μικρή συγκέντρωση, μεγάλο αποτέλεσμα!

Μαλακό: <60 mg/L CaCO3. Μέτριο: 60-120. Σκληρό: 120-180. Πολύ σκληρό: >180 mg/L. Το σκληρό νερό προκαλεί άλατα, χρησιμοποιεί περισσότερο σαπούνι. Το μαλακό νερό είναι καλύτερο για πλύσιμο, αλλά μπορεί να διαβρώσει τους σωλήνες!

Επίπεδο δράσης EPA για τον μόλυβδο: 15 µg/L (15 ppb) στο πόσιμο νερό. Μειώθηκε από 50 ppb το 1991. Δεν υπάρχει ασφαλές επίπεδο μολύβδου! Κρίση του Φλιντ, Μίσιγκαν: τα επίπεδα έφτασαν τα 4000 ppb στις χειρότερες περιπτώσεις. Τραγικό.

Η Μεγάλη Δυσοσμία του Λονδίνου το 1858—όταν οι οσμές των λυμάτων του Τάμεση έκλεισαν το Κοινοβούλιο—καταλυτικοποίησε τις πρώτες συστηματικές μελέτες ποιότητας νερού. Οι πόλεις άρχισαν πρόχειρες χημικές δοκιμές για τη ρύπανση.

Οι πρώιμες μέθοδοι ήταν ποιοτικές ή ημι-ποσοτικές: χρώμα, οσμή και πρόχειρες δοκιμές καθίζησης. Η επανάσταση της μικροβιακής θεωρίας (Παστέρ, Κοχ) οδήγησε τη ζήτηση για καλύτερα πρότυπα νερού.

• 1858: Η Μεγάλη Δυσοσμία αναγκάζει το Λονδίνο να κατασκευάσει σύγχρονους υπονόμους
• 1890: Πρώτες χημικές δοκιμές για σκληρότητα, αλκαλικότητα και χλωρίδιο
• Μονάδες: κόκκοι ανά γαλόνι (gpg), μέρη ανά 10.000

Η χλωρίωση του νερού (πρώτο εργοστάσιο στις ΗΠΑ: Jersey City, 1914) απαιτούσε ακριβή δοσολογία—πολύ λίγο δεν απολύμαινε, πολύ ήταν τοξικό. Αυτό οδήγησε στην υιοθέτηση του mg/L (μέρη ανά εκατομμύριο) ως πρότυπη μονάδα.

Η φασματοφωτομετρία και οι τιτλομετρικές μέθοδοι επέτρεψαν την ακριβή μέτρηση της συγκέντρωσης. Οι υπηρεσίες δημόσιας υγείας έθεσαν όρια πόσιμου νερού σε mg/L.

• 1914: Το χλώριο δοσολογείται στα 0,5-2 mg/L για απολύμανση
• 1925: Η Υπηρεσία Δημόσιας Υγείας των ΗΠΑ θέτει τα πρώτα πρότυπα νερού
• mg/L και ppm γίνονται εναλλάξιμα για αραιά υδατικά διαλύματα

Η «Σιωπηλή Άνοιξη» (1962) και οι περιβαλλοντικές κρίσεις (πυρκαγιά του ποταμού Cuyahoga, Love Canal) ώθησαν τη ρύθμιση φυτοφαρμάκων, βαρέων μετάλλων και βιομηχανικών ρύπων σε επίπεδα µg/L (ppb).

Η φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης (AAS) και η αέρια χρωματογραφία (GC) επέτρεψαν την ανίχνευση κάτω από 1 µg/L. Ο Νόμος για το Ασφαλές Πόσιμο Νερό της EPA (1974) επέβαλε Μέγιστα Επίπεδα Ρύπων (MCLs) σε µg/L.

• 1974: Ο Νόμος για το Ασφαλές Πόσιμο Νερό δημιουργεί εθνικά πρότυπα MCL
• 1986: Απαγόρευση του μολύβδου. το επίπεδο δράσης ορίζεται στα 15 µg/L (15 ppb)
• 1996: Το όριο για το αρσενικό μειώθηκε από 50 σε 10 µg/L

Τα σύγχρονα όργανα LC-MS/MS και ICP-MS ανιχνεύουν φαρμακευτικά προϊόντα, PFAS και ενδοκρινικούς διαταράκτες σε επίπεδα ng/L (ppt) και ακόμη και pg/L (ppq).

Η κρίση νερού του Φλιντ (2014-2016) αποκάλυψε αποτυχίες: ο μόλυβδος έφτασε τα 4000 ppb (267× το όριο της EPA). Ο ΠΟΥ και η EPA ενημερώνουν συνεχώς τις οδηγίες καθώς βελτιώνεται η αναλυτική ευαισθησία.

• 2000: Τα PFAS «παντοτινά χημικά» ανιχνεύονται σε επίπεδα ng/L
• 2011: Ο ΠΟΥ ενημερώνει τις οδηγίες για >100 ρύπους
• 2020: Τακτική ανίχνευση σε pg/L. νέες προκλήσεις σε μικροπλαστικά, νανοϋλικά

Για αραιά υδατικά διαλύματα (όπως το πόσιμο νερό), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Αυτό υποθέτει ότι η πυκνότητα του διαλύματος = 1 kg/L (όπως το καθαρό νερό). Για άλλους διαλύτες ή πυκνά διαλύματα, τα ppm και mg/L διαφέρουν επειδή η πυκνότητα ≠ 1. Το ppm είναι λόγος μάζας/μάζας ή όγκου/όγκου. το mg/L είναι μάζα/όγκος. Χρησιμοποιείτε πάντα mg/L για ακρίβεια!

Τα g/L (συγκέντρωση μάζας) και mol/L (μοριακή συγκέντρωση) είναι διαφορετικές ποσότητες. Η μετατροπή απαιτεί το μοριακό βάρος: mol/L = (g/L) / (MW σε g/mol). Παράδειγμα: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Αλλά 58,44 g/L γλυκόζης = 0,324 mol/L (διαφορετικό MW). Πρέπει να γνωρίζετε την ουσία!

%w/v = ποσοστό βάρους/όγκου = γραμμάρια ανά 100 mL. 10% w/v = 10 g ανά 100 mL = 100 g ανά 1000 mL = 100 g/L. Άμεση μετατροπή! Διαφέρει από το %w/w (βάρος/βάρος, χρειάζεται πυκνότητα) και το %v/v (όγκος/όγκος, χρειάζεται και τις δύο πυκνότητες). Πάντα να διευκρινίζετε ποιο % εννοείτε!

Χρησιμοποιήστε το C1V1 = C2V2. C1 = αρχική συγκέντρωση, V1 = αρχικός όγκος, C2 = τελική συγκέντρωση, V2 = τελικός όγκος. Παράδειγμα: αραιώστε 100 mg/L 10x. C2 = 10 mg/L. Χρειάζεστε V1 = 10 mL, V2 = 100 mL. Προσθέστε 90 mL διαλύτη σε 10 mL πυκνού διαλύματος.

Η σκληρότητα του νερού προέρχεται από ιόντα Ca2+ και Mg2+, αλλά τα διαφορετικά ατομικά βάρη καθιστούν δύσκολη την άμεση σύγκριση. Η μετατροπή σε ισοδύναμο CaCO3 παρέχει μια πρότυπη κλίμακα. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L ως CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L ως CaCO3. Δίκαιη σύγκριση παρά τα διαφορετικά πραγματικά ιόντα!

Εξαρτάται από το πλαίσιο. Ποιότητα νερού: εύρος µg/L (ppb) έως ng/L (ppt). Περιβαλλοντικό: ng/L έως pg/L. Κλινικό: συχνά ng/mL έως µg/mL. «Ίχνος» γενικά σημαίνει <1 mg/L. Υπερ-ίχνος: <1 µg/L. Τα σύγχρονα όργανα ανιχνεύουν φεμτογραμμάρια (fg) στην έρευνα!