Konsentraatio mittaa, kuinka paljon liuotettua ainetta on liuennut liuokseen. Massakonsentraatio = liuenneen aineen massa ÷ liuoksen tilavuus. 100 mg suolaa 1 L:ssä vettä = 100 mg/L konsentraatio. Suuremmat arvot = vahvempi liuos.

• Konsentraatio = massa/tilavuus
• g/L = grammaa litrassa (perusyksikkö)
• mg/L = milligrammaa litrassa
• Suurempi luku = enemmän liuotettua ainetta

Massakonsentraatio: liuenneen aineen massa tilavuutta kohti. Yksiköt: g/L, mg/L, µg/L. Suora ja yksiselitteinen. 1 g/L = 1000 mg/L = 1 000 000 µg/L. Käytetään veden laadussa, kliinisessä kemiassa, ympäristön seurannassa.

• g/L = grammaa litrassa
• mg/L = milligrammaa litrassa
• µg/L = mikrogrammaa litrassa
• Suora mittaus, ei epäselvyyttä

ppm (parts per million) ≈ mg/L vedelle. ppb (parts per billion) ≈ µg/L. Prosentti w/v: 10 % = 100 g/L. Helppo ymmärtää, mutta riippuu kontekstista. Yleinen veden laadun testauksessa.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (vesi)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (vesi)
• 10 % w/v = 100 g/L
• Konteksti: vesiliuokset

Standardiyksiköt: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Selkeät ja yksiselitteiset. Jokainen etuliite = ×1000-kertainen. Universaali kemiassa, ympäristötieteessä, kliinisessä testauksessa.

• g/L = perusyksikkö
• mg/L = milligrammaa litrassa
• µg/L = mikrogrammaa litrassa
• ng/L, pg/L hivenaineanalyysiin

ppm, ppb, ppt ovat yleisesti käytössä. Laimeille vesiliuoksille: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA käyttää standardeissa mg/L ja µg/L. WHO käyttää ppm:ää yksinkertaisuuden vuoksi.

• ppm = osaa miljoonasta
• ppb = osaa miljardista
• Pätee laimeille vesiliuoksille
• EPA-standardit mg/L, µg/L

Ilmaistaan CaCO₃-ekvivalenttina. Yksiköt: gpg (graania gallonassa), °fH (ranskalainen), °dH (saksalainen), °e (englantilainen). Kaikki muunnetaan mg/L:ksi CaCO₃:na. Standardi vedenkäsittelyssä.

• gpg: Yhdysvaltain veden kovuus
• °fH: ranskalaiset asteet
• °dH: saksalaiset asteet
• Kaikki CaCO₃-ekvivalenttina

Konsentraatio = massa/tilavuus. C = m/V. Yksiköt: g/L = kg/m³. Muunnos: kerro 1000:lla saadaksesi mg/L, 1 000 000:lla saadaksesi µg/L. ppm ≈ mg/L vedelle (tiheys ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (konsentraatio)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (vesi)
• %w/v: massa% = (g/100mL)

Laimennuskaava: C1V1 = C2V2. Alkuperäinen konsentraatio x tilavuus = lopullinen konsentraatio x tilavuus. 10 ml 100 mg/L liuosta laimennettuna 100 ml:aan = 10 mg/L. Massan säilyminen.

• C1V1 = C2V2 (laimennus)
• Massa säilyy laimennettaessa
• Esimerkki: 10x100 = 1x1000
• Hyödyllinen laboratoriovalmisteluissa

Liukoisuus = maksimikonsentraatio. Lämpötilariippuvainen. NaCl: 360 g/L 20°C:ssa. Sokeri: 2000 g/L 20°C:ssa. Liukoisuuden ylittäminen → saostuminen.

• Liukoisuus = maks. konsentraatio
• Lämpötilariippuvainen
• Ylikyllästyminen mahdollista
• Ylittäminen → sakka

Juomavesistandardit: EPA:n rajat epäpuhtauksille. Lyijy: 15 µg/L (15 ppb) toimenpideraja. Arseeni: 10 µg/L (10 ppb) maksimi. Nitraatti: 10 mg/L (10 ppm) maksimi. Kriittistä kansanterveydelle.

• Lyijy: <15 µg/L (EPA)
• Arseeni: <10 µg/L (WHO)
• Nitraatti: <10 mg/L
• Kloori: 0,2-2 mg/L (käsittely)

Verikokeet g/dL tai mg/dL. Glukoosi: 70-100 mg/dL normaali. Kolesteroli: <200 mg/dL toivottava. Hemoglobiini: 12-16 g/dL. Lääketieteellinen diagnoosi perustuu konsentraatioalueisiin.

• Glukoosi: 70-100 mg/dL
• Kolesteroli: <200 mg/dL
• Hemoglobiini: 12-16 g/dL
• Yksiköt: g/dL, mg/dL yleisiä

Ilmanlaatu: PM2.5 µg/m³. Maaperän saastuminen: mg/kg. Pintavedet: ng/L orgaanisille hivenaineille. ppb- ja ppt-tasot torjunta-aineille, lääkkeille. Erittäin herkkä havaitseminen vaaditaan.

• PM2.5: <12 µg/m³ (WHO)
• Torjunta-aineet: ng/L - µg/L
• Raskasmetallit: µg/L-alue
• Orgaaniset hivenaineet: ng/L - pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Nopeasti: jokainen etuliite = ×1000-kertainen. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Yksinkertaiset ×1000-askeleet

Vedelle: 1 ppm = 1 mg/L. 1 % w/v = 10 g/L = 10 000 ppm. 100 ppm = 0,01 %. Nopea prosenttilasku!

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

C1V1 = C2V2. 10-kertaiseen laimennukseen lopputilavuus on 10 kertaa suurempi. 100 mg/L laimennettuna 10-kertaisesti = 10 mg/L. Helppoa!

• C1V1 = C2V2
• Laimenna 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Esimerkki: 100 mg/L -> 10 mg/L

Vesinäytteessä on 12 µg/L lyijyä. Onko se turvallista (EPA:n toimenpideraja: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Kyllä, alle EPA:n toimenpiderajan. Ilmaistaan myös 12 ppb < 15 ppb. Turvallista!

Laimenna 50 ml 200 mg/L liuosta 500 ml:aan. Lopullinen konsentraatio?

C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10 000/500 = 20 mg/L. 10-kertainen laimennus!

Tee 0,9 % suolaliuos. Kuinka monta grammaa NaCl:ää litrassa?

0,9 % w/v = 0,9 g / 100 ml = 9 g / 1000 ml = 9 g/L. Fysiologinen suolaliuos!

Merivesi sisältää ~35 g/L liuenneita suoloja (3,5 % suolapitoisuus). Pääasiassa NaCl, mutta myös Mg, Ca, K, SO4. Kuollutmeri: 280 g/L (28 %), niin suolainen että kellut! Great Salt Lake: 50–270 g/L vedenpinnasta riippuen.

ppm (parts per million) yleistyi 1950-luvulla ilmansaasteiden ja veden laadun yhteydessä. Sitä ennen käytettiin % tai g/L. Nyt se on standardi hivenepäpuhtauksille. Helppo ymmärtää: 1 ppm = 1 tippa 50 litrassa!

Paastoverensokeri: 70–100 mg/dL (700–1000 mg/L). Se on vain 0,07–0,1 % veren painosta! Diabetes diagnosoidaan >126 mg/dL. Pienillä muutoksilla on merkitystä – tarkka säätely insuliinilla/glukagonilla.

Uima-altaan kloori: 1–3 mg/L (ppm) desinfiointiin. Korkeampi = kirvelevät silmät. Matalampi = bakteerikasvu. Porealtaat: 3–5 ppm (lämpimämpi = enemmän bakteereja). Pieni pitoisuus, suuri vaikutus!

Pehmeä: <60 mg/L CaCO3. Keskikova: 60–120. Kova: 120–180. Erittäin kova: >180 mg/L. Kova vesi aiheuttaa kalkkikertymiä, kuluttaa enemmän saippuaa. Pehmeä vesi on parempi pesuun, mutta voi syövyttää putkia!

EPA:n lyijyn toimenpideraja: 15 µg/L (15 ppb) juomavedessä. Laski 50 ppb:stä vuonna 1991. Lyijylle ei ole turvallista tasoa! Flintin, Michiganin vesikriisi: pitoisuudet nousivat pahimmillaan 4000 ppb:hen. Traagista.

Lontoon suuri haju vuonna 1858 – kun Thamesin viemärihajut sulkivat parlamentin – käynnisti ensimmäiset systemaattiset vedenlaatututkimukset. Kaupungit aloittivat karkeat kemialliset testit saastumisen varalta.

Varhaiset menetelmät olivat laadullisia tai puolikvantitatiivisia: väri, haju ja karkeat saostumistestit. Ituteorian vallankumous (Pasteur, Koch) lisäsi kysyntää paremmille vesistandardeille.

• 1858: Suuri haju pakottaa Lontoon rakentamaan modernit viemärit
• 1890-luku: Ensimmäiset kemialliset testit kovuudelle, alkaliteetille ja kloridille
• Yksiköt: graania gallonassa (gpg), osaa 10 000:sta

Veden klooraus (ensimmäinen Yhdysvaltain laitos: Jersey City, 1914) vaati tarkkaa annostelua – liian vähän ei desinfioinut, liikaa oli myrkyllistä. Tämä johti mg/L:n (osaa miljoonasta) omaksumiseen standardiyksiköksi.

Spektrofotometria ja titrimetriset menetelmät mahdollistivat tarkan konsentraation mittauksen. Kansanterveysvirastot asettivat juomaveden rajat mg/L:nä.

• 1914: Klooria annosteltiin 0,5–2 mg/L desinfiointiin
• 1925: Yhdysvaltain kansanterveyslaitos asettaa ensimmäiset vesistandardit
• mg/L ja ppm tulivat vaihdettaviksi laimeille vesiliuoksille

Äänetön kevät (1962) ja ympäristökriisit (Cuyahoga-joen tulipalo, Love Canal) vauhdittivat torjunta-aineiden, raskasmetallien ja teollisuuden epäpuhtauksien sääntelyä µg/L (ppb) -tasoilla.

Atomiabsorptiospektroskopia (AAS) ja kaasukromatografia (GC) mahdollistivat havaitsemisen alle 1 µg/L. EPA:n turvallisen juomaveden laki (1974) määräsi suurimmat sallitut epäpuhtauspitoisuudet (MCL) µg/L:nä.

• 1974: Turvallisen juomaveden laki luo kansalliset MCL-standardit
• 1986: Lyijykielto; toimenpideraja asetettiin 15 µg/L:iin (15 ppb)
• 1996: Arseeniraja laskettiin 50:stä 10 µg/L:iin

Nykyaikaiset LC-MS/MS- ja ICP-MS-laitteet havaitsevat lääkkeitä, PFAS-yhdisteitä ja hormonitoimintaa häiritseviä aineita ng/L (ppt) ja jopa pg/L (ppq) -tasoilla.

Flintin vesikriisi (2014–2016) paljasti epäonnistumisia: lyijy saavutti 4000 ppb:n (267× EPA:n raja). WHO ja EPA päivittävät jatkuvasti ohjeita analyyttisen herkkyyden parantuessa.

• 2000-luku: PFAS 'ikuisuuskemikaalit' havaittu ng/L-tasoilla
• 2011: WHO päivittää ohjeet yli 100 epäpuhtaudelle
• 2020-luku: Rutiininomainen havaitseminen pg/L-tasolla; uusia haasteita mikroplasteissa, nanomateriaaleissa

Laimeille vesiliuoksille (kuten juomavesi) 1 ppm ≈ 1 mg/L. Tämä olettaa, että liuoksen tiheys = 1 kg/L (kuten puhdas vesi). Muille liuottimille tai väkeville liuoksille ppm ja mg/L eroavat, koska tiheys ≠ 1. ppm on massa/massa- tai tilavuus/tilavuus-suhde; mg/L on massa/tilavuus. Käytä aina mg/L tarkkuuden vuoksi!

g/L (massakonsentraatio) ja mol/L (molaarinen konsentraatio) ovat eri suureita. Muunnos vaatii moolimassan: mol/L = (g/L) / (MW g/mol). Esimerkki: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Mutta 58,44 g/L glukoosia = 0,324 mol/L (eri MW). Sinun on tunnettava aine!

%w/v = prosentti paino/tilavuus = grammaa / 100 ml. 10 % w/v = 10 g / 100 ml = 100 g / 1000 ml = 100 g/L. Suora muunnos! Eroaa %w/w:stä (paino/paino, vaatii tiheyden) ja %v/v:stä (tilavuus/tilavuus, vaatii molemmat tiheydet). Määrittele aina, mitä % tarkoitat!

Käytä C1V1 = C2V2. C1 = alkuperäinen konsentraatio, V1 = alkuperäinen tilavuus, C2 = lopullinen konsentraatio, V2 = lopullinen tilavuus. Esimerkki: laimenna 100 mg/L 10-kertaisesti. C2 = 10 mg/L. Tarvitset V1 = 10 ml, V2 = 100 ml. Lisää 90 ml liuotinta 10 ml:aan konsentraattia.

Veden kovuus johtuu Ca2+- ja Mg2+-ioneista, mutta eri atomipainot tekevät suorasta vertailusta vaikeaa. Muuntaminen CaCO3-ekvivalentiksi tarjoaa standardiasteikon. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L CaCO3:na. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L CaCO3:na. Reilu vertailu huolimatta erilaisista todellisista ioneista!

Riippuu kontekstista. Veden laatu: µg/L (ppb) - ng/L (ppt) -alue. Ympäristö: ng/L - pg/L. Kliininen: usein ng/mL - µg/mL. 'Hiven' tarkoittaa yleensä <1 mg/L. Ultra-hiven: <1 µg/L. Nykyaikaiset laitteet havaitsevat femtogrammoja (fg) tutkimuksessa!