Pretvarač koncentracije
Koncentracija — Od dijelova po kvadrilijunu do postotka
Savladajte jedinice masene koncentracije u kvaliteti vode, kemiji i znanosti o okolišu. Od g/L do ppb, razumite koncentracije otopljenih tvari i što brojevi znače u stvarnim primjenama.
Osnove koncentracije
Što je koncentracija?
Koncentracija mjeri koliko je otopljene tvari otopljeno u otopini. Masena koncentracija = masa otopljene tvari ÷ volumen otopine. 100 mg soli u 1 L vode = 100 mg/L koncentracije. Više vrijednosti = jača otopina.
- Koncentracija = masa/volumen
- g/L = grama po litri (osnovno)
- mg/L = miligrama po litri
- Veći broj = više otopljene tvari
Masena koncentracija
Masena koncentracija: masa otopljene tvari po volumenu. Jedinice: g/L, mg/L, µg/L. Izravno i nedvosmisleno. 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L. Koristi se u kvaliteti vode, kliničkoj kemiji, praćenju okoliša.
- g/L = grama po litri
- mg/L = miligrama po litri
- µg/L = mikrograma po litri
- Izravno mjerenje, bez dvosmislenosti
ppm i postotak
ppm (dijelova na milijun) ≈ mg/L za vodu. ppb (dijelova na milijardu) ≈ µg/L. Postotak m/v: 10% = 100 g/L. Lako za razumjeti, ali ovisno o kontekstu. Uobičajeno u testiranju kvalitete vode.
- 1 ppm ≈ 1 mg/L (voda)
- 1 ppb ≈ 1 µg/L (voda)
- 10% m/v = 100 g/L
- Kontekst: vodene otopine
- Masena koncentracija = masa/volumen
- 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L
- 1 ppm ≈ 1 mg/L (za vodu)
- 10% m/v = 100 g/L
Objašnjenje sustava jedinica
SI masena koncentracija
Standardne jedinice: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Jasne i nedvosmislene. Svaki prefiks = ×1000 skala. Univerzalno u kemiji, znanosti o okolišu, kliničkom testiranju.
- g/L = osnovna jedinica
- mg/L = miligrama po litri
- µg/L = mikrograma po litri
- ng/L, pg/L za analizu tragova
Jedinice za kvalitetu vode
ppm, ppb, ppt se često koriste. Za razrijeđene vodene otopine: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA koristi mg/L i µg/L za standarde. WHO koristi ppm radi jednostavnosti.
- ppm = dijelova na milijun
- ppb = dijelova na milijardu
- Vrijedi za razrijeđene vodene otopine
- EPA standardi u mg/L, µg/L
Tvrdoća vode
Izražava se kao ekvivalent CaCO₃. Jedinice: gpg (zrna po galonu), °fH (francuski), °dH (njemački), °e (engleski). Sve se pretvaraju u mg/L kao CaCO₃. Standard za obradu vode.
- gpg: tvrdoća vode u SAD-u
- °fH: francuski stupnjevi
- °dH: njemački stupnjevi
- Sve kao ekvivalent CaCO₃
Znanost o koncentraciji
Ključne formule
Koncentracija = masa/volumen. C = m/V. Jedinice: g/L = kg/m³. Pretvorba: pomnožite s 1000 za mg/L, s 1.000.000 za µg/L. ppm ≈ mg/L za vodu (gustoća ≈ 1 kg/L).
- C = m/V (koncentracija)
- 1 g/L = 1000 mg/L
- 1 mg/L ≈ 1 ppm (voda)
- %m/v: maseni % = (g/100mL)
Razrjeđivanje
Formula za razrjeđivanje: C1V1 = C2V2. Početna koncentracija x volumen = konačna koncentracija x volumen. 10 mL od 100 mg/L razrijeđeno na 100 mL = 10 mg/L. Očuvanje mase.
- C1V1 = C2V2 (razrjeđivanje)
- Masa se čuva pri razrjeđivanju
- Primjer: 10x100 = 1x1000
- Korisno za laboratorijsku pripremu
Topljivost
Topljivost = maksimalna koncentracija. Ovisno o temperaturi. NaCl: 360 g/L na 20°C. Šećer: 2000 g/L na 20°C. Prekoračenje topljivosti → taloženje.
- Topljivost = maks. koncentracija
- Ovisno o temperaturi
- Moguća je prezasićenost
- Prekoračenje → talog
Referentne vrijednosti koncentracije
| Tvar/Standard | Koncentracija | Kontekst | Bilješke |
|---|---|---|---|
| Detekcija tragova | 1 pg/L | Ultra-tragovi | Napredna analitička kemija |
| Tragovi farmaceutskih proizvoda | 1 ng/L | Okoliš | Novi zagađivači |
| EPA limit za arsen | 10 µg/L | Pitka voda | 10 ppb maksimum |
| EPA razina djelovanja za olovo | 15 µg/L | Pitka voda | 15 ppb razina djelovanja |
| Klor u bazenu | 1-3 mg/L | Bazen | 1-3 ppm tipično |
| Fiziološka otopina | 9 g/L | Medicina | 0,9% NaCl, fiziološka |
| Salinitet morske vode | 35 g/L | Ocean | 3,5% prosjek |
| Zasićena sol | 360 g/L | Kemija | NaCl na 20°C |
| Otopina šećera | 500 g/L | Hrana | 50% m/v sirup |
| Koncentrirana kiselina | 1200 g/L | Laboratorijski reagens | Konc. HCl (~37%) |
Uobičajeni standardi za vodu
| Zagađivač | EPA MCL | WHO smjernice | Jedinice |
|---|---|---|---|
| Arsen | 10 | 10 | µg/L (ppb) |
| Olovo | 15* | 10 | µg/L (ppb) |
| Živa | 2 | 6 | µg/L (ppb) |
| Nitrat (kao N) | 10 | 50 | mg/L (ppm) |
| Fluorid | 4.0 | 1.5 | mg/L (ppm) |
| Krom | 100 | 50 | µg/L (ppb) |
| Bakar | 1300 | 2000 | µg/L (ppb) |
Primjene u stvarnom svijetu
Kvaliteta vode
Standardi za pitku vodu: EPA limiti za zagađivače. Olovo: 15 µg/L (15 ppb) razina djelovanja. Arsen: 10 µg/L (10 ppb) maksimum. Nitrat: 10 mg/L (10 ppm) maksimum. Ključno za javno zdravlje.
- Olovo: <15 µg/L (EPA)
- Arsen: <10 µg/L (WHO)
- Nitrat: <10 mg/L
- Klor: 0,2-2 mg/L (obrada)
Klinička kemija
Krvni testovi u g/dL ili mg/dL. Glukoza: 70-100 mg/dL normalno. Kolesterol: <200 mg/dL poželjno. Hemoglobin: 12-16 g/dL. Medicinska dijagnoza se oslanja na raspone koncentracija.
- Glukoza: 70-100 mg/dL
- Kolesterol: <200 mg/dL
- Hemoglobin: 12-16 g/dL
- Jedinice: g/dL, mg/dL uobičajene
Praćenje okoliša
Kvaliteta zraka: PM2.5 u µg/m³. Kontaminacija tla: mg/kg. Površinske vode: ng/L za organske tvari u tragovima. ppb i ppt razine za pesticide, farmaceutske proizvode. Potrebna je ultra-osjetljiva detekcija.
- PM2.5: <12 µg/m³ (WHO)
- Pesticidi: ng/L do µg/L
- Teški metali: µg/L raspon
- Organske tvari u tragovima: ng/L do pg/L
Brza matematika
Pretvorbe jedinica
g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Brzo: svaki prefiks = ×1000 skala. 5 mg/L = 5000 µg/L.
- g/L → mg/L: ×1000
- mg/L → µg/L: ×1000
- µg/L → ng/L: ×1000
- Jednostavni ×1000 koraci
ppm i postotak
Za vodu: 1 ppm = 1 mg/L. 1% m/v = 10 g/L = 10.000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Brzi postotak!
- 1 ppm = 1 mg/L (voda)
- 1% = 10.000 ppm
- 0,1% = 1.000 ppm
- 0,01% = 100 ppm
Razrjeđivanje
C1V1 = C2V2. Da biste razrijedili 10x, konačni volumen je 10x veći. 100 mg/L razrijeđeno 10x = 10 mg/L. Lako!
- C1V1 = C2V2
- Razrijediti 10x: V2 = 10V1
- C2 = C1/10
- Primjer: 100 mg/L na 10 mg/L
Kako pretvorbe rade
- Korak 1: Izvor → g/L
- Korak 2: g/L → cilj
- ppm ≈ mg/L (voda)
- %m/v: g/L = % × 10
- Tvrdoća: putem CaCO₃
Uobičajene pretvorbe
| Od | Do | × | Primjer |
|---|---|---|---|
| g/L | mg/L | 1000 | 1 g/L = 1000 mg/L |
| mg/L | µg/L | 1000 | 1 mg/L = 1000 µg/L |
| mg/L | ppm | 1 | 1 mg/L ≈ 1 ppm (voda) |
| µg/L | ppb | 1 | 1 µg/L ≈ 1 ppb (voda) |
| %m/v | g/L | 10 | 10% = 100 g/L |
| g/L | g/mL | 0.001 | 1 g/L = 0.001 g/mL |
| g/dL | g/L | 10 | 10 g/dL = 100 g/L |
| mg/dL | mg/L | 10 | 100 mg/dL = 1000 mg/L |
Brzi primjeri
Riješeni problemi
Test olova u vodi
Uzorak vode ima 12 µg/L olova. Je li siguran (EPA razina djelovanja: 15 µg/L)?
12 µg/L < 15 µg/L. Da, ispod je EPA razine djelovanja. Također izraženo kao 12 ppb < 15 ppb. Sigurno!
Proračun razrjeđivanja
Razrijediti 50 mL od 200 mg/L na 500 mL. Konačna koncentracija?
C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10.000/500 = 20 mg/L. 10x razrjeđivanje!
Fiziološka otopina
Napraviti 0,9% fiziološku otopinu. Koliko grama NaCl po litri?
0,9% m/v = 0,9 g po 100 mL = 9 g po 1000 mL = 9 g/L. Fiziološka otopina!
Uobičajene pogreške
- **Dvosmislenost ppm-a**: ppm može biti m/m, v/v ili m/v! Za vodu, ppm ≈ mg/L (pretpostavlja se gustoća = 1). Nije važeće za ulja, alkohole, koncentrirane otopine!
- **Molarno ≠ maseno**: Ne može se pretvoriti g/L u mol/L bez molekularne težine! NaCl: 58,44 g/mol. Glukoza: 180,16 g/mol. Različito!
- **% m/m vs % m/v**: 10% m/m ≠ 100 g/L (potrebna je gustoća otopine). Samo se % m/v pretvara izravno! 10% m/v = 100 g/L točno.
- **mg/dL jedinice**: Medicinski testovi često koriste mg/dL, a ne mg/L. 100 mg/dL = 1000 mg/L. Razlika od 10 puta!
- **Tvrdoća vode**: Izražava se kao CaCO3 iako su stvarni ioni Ca2+ i Mg2+. Standardna konvencija za usporedbu.
- **ppb vs ppt**: U SAD-u, milijarda = 10^9. U Velikoj Britaniji (staro), milijarda = 10^12. Koristite ppb (10^-9) da izbjegnete zabunu. ppt = 10^-12.
Zabavne činjenice
Salinitet oceana je 35 g/L
Morska voda sadrži ~35 g/L otopljenih soli (3,5% saliniteta). Uglavnom NaCl, ali i Mg, Ca, K, SO4. Mrtvo more: 280 g/L (28%) toliko slano da plutate! Veliko slano jezero: 50-270 g/L ovisno o razini vode.
ppm datira iz 1950-ih
ppm (dijelova na milijun) postao je popularan 1950-ih za zagađenje zraka i kvalitetu vode. Prije toga, koristio se % ili g/L. Sada je standard za zagađivače u tragovima. Lako za razumjeti: 1 ppm = 1 kap u 50 litara!
Normalni raspon glukoze u krvi
Glukoza u krvi natašte: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). To je samo 0,07-0,1% težine krvi! Dijabetes se dijagnosticira na >126 mg/dL. Male promjene su važne—stroga regulacija inzulinom/glukagonom.
Klor u bazenima: 1-3 ppm
Klor u bazenu: 1-3 mg/L (ppm) za sanitaciju. Više = peckanje očiju. Niže = rast bakterija. Vruće kade: 3-5 ppm (toplije = više bakterija). Mala koncentracija, veliki učinak!
Klasifikacije tvrdoće vode
Meka: <60 mg/L CaCO3. Umjerena: 60-120. Tvrda: 120-180. Vrlo tvrda: >180 mg/L. Tvrda voda uzrokuje kamenac, koristi više sapuna. Meka voda je bolja za pranje, ali može korodirati cijevi!
EPA razina djelovanja za olovo: 15 ppb
EPA razina djelovanja za olovo: 15 µg/L (15 ppb) u pitkoj vodi. Smanjeno sa 50 ppb 1991. godine. Ne postoji sigurna razina olova! Kriza u Flintu, Michigan: razine su dostigle 4000 ppb u najgorim slučajevima. Tragično.
Evolucija mjerenja koncentracije
Od Velikog smrada u Londonu do modernog otkrivanja tragova u dijelovima po kvadrilijunu, mjerenje koncentracije je evoluiralo zajedno s javnim zdravstvom, znanošću o okolišu i analitičkom kemijom.
1850-e - 1900-e
Veliki smrad u Londonu 1858. godine—kada su mirisi kanalizacije iz Temze zatvorili Parlament—katalizirao je prve sistematske studije kvalitete vode. Gradovi su započeli grube kemijske testove na kontaminaciju.
Rane metode su bile kvalitativne ili polukvantitativne: boja, miris i grubi testovi taloženja. Revolucija teorije klica (Pasteur, Koch) potaknula je potražnju za boljim standardima vode.
- 1858: Veliki smrad tjera London da izgradi moderne kanalizacije
- 1890-e: Prvi kemijski testovi na tvrdoću, lužnatost i klorid
- Jedinice: zrna po galonu (gpg), dijelova na 10.000
1900-e - 1950-e
Kloriranje vode (prva američka postrojenja: Jersey City, 1914.) zahtijevalo je precizno doziranje—premalo nije dezinficiralo, previše je bilo toksično. To je dovelo do usvajanja mg/L (dijelova na milijun) kao standardne jedinice.
Spektrofotometrija i titrimetrijske metode omogućile su precizno mjerenje koncentracije. Agencije za javno zdravstvo postavile su limite za pitku vodu u mg/L.
- 1914: Klor se dozira na 0,5-2 mg/L za dezinfekciju
- 1925: Služba za javno zdravstvo SAD-a postavlja prve standarde za vodu
- mg/L i ppm postaju zamjenjivi za razrijeđene vodene otopine
1960-e - 1980-e
„Tiho proljeće“ (1962.) i ekološke krize (požar na rijeci Cuyahoga, Love Canal) potaknuli su regulaciju pesticida, teških metala i industrijskih zagađivača na razinama µg/L (ppb).
Atomska apsorpcijska spektroskopija (AAS) i plinska kromatografija (GC) omogućile su detekciju ispod 1 µg/L. EPA-in Zakon o sigurnoj pitkoj vodi (1974.) naložio je maksimalne razine zagađivača (MCL) u µg/L.
- 1974: Zakon o sigurnoj pitkoj vodi stvara nacionalne MCL standarde
- 1986: Zabrana olova; razina djelovanja postavljena na 15 µg/L (15 ppb)
- 1996: Limit za arsen smanjen sa 50 na 10 µg/L
1990-e - danas
Moderni LC-MS/MS i ICP-MS instrumenti otkrivaju farmaceutske proizvode, PFAS i endokrine disruptore na razinama ng/L (ppt), pa čak i pg/L (ppq).
Kriza vode u Flintu (2014-2016) razotkrila je propuste: olovo je dostiglo 4000 ppb (267× EPA limit). WHO i EPA kontinuirano ažuriraju smjernice kako se analitička osjetljivost poboljšava.
- 2000-e: PFAS 'vječne kemikalije' otkrivene na razinama ng/L
- 2011: WHO ažurira smjernice za >100 zagađivača
- 2020-e: Rutinska detekcija na pg/L; novi izazovi u mikroplastici, nanomaterijalima
Profesionalni savjeti
- **Brzi ppm**: za vodu, 1 ppm = 1 mg/L. Laka pretvorba!
- **% u g/L**: %m/v x 10 = g/L. 5% = 50 g/L.
- **Razrjeđivanje**: C1V1 = C2V2. Pomnožite koncentraciju x volumen da provjerite.
- **mg/dL u mg/L**: Pomnožite s 10. Medicinske jedinice trebaju pretvorbu!
- **ppb = ppm x 1000**: svaki korak = x1000. 5 ppm = 5000 ppb.
- **Tvrdoća**: gpg x 17,1 = mg/L kao CaCO3. Brza pretvorba!
- **Automatska znanstvena notacija**: Vrijednosti < 0,000001 g/L ili > 1.000.000 g/L prikazuju se kao znanstvena notacija radi čitljivosti (bitno za analizu tragova na ppq/pg razinama!)
Referenca jedinica
Masena koncentracija
| Jedinica | Simbol | g/L | Bilješke |
|---|---|---|---|
| gram po litri | g/L | 1 g/L (base) | Osnovna jedinica; grama po litri. Standard za kemiju. |
| miligram po litri | mg/L | 1.0000 mg/L | Miligrama po litri; 1 g/L = 1000 mg/L. Uobičajeno u kvaliteti vode. |
| mikrogram po litri | µg/L | 1.0000 µg/L | Mikrograma po litri; razine zagađivača u tragovima. EPA standardi. |
| nanogram po litri | ng/L | 1.000e-9 g/L | Nanograma po litri; ultra-analiza tragova. Novi zagađivači. |
| pikogram po litri | pg/L | 1.000e-12 g/L | Pikograma po litri; napredna analitička kemija. Istraživanje. |
| kilogram po litri | kg/L | 1000.0000 g/L | Kilograma po litri; koncentrirane otopine. Industrijsko. |
| kilogram po kubičnom metru | kg/m³ | 1 g/L (base) | Kilograma po kubnom metru; isto kao g/L. SI jedinica. |
| gram po kubičnom metru | g/m³ | 1.0000 mg/L | Grama po kubnom metru; kvaliteta zraka (PM). Okoliš. |
| miligram po kubičnom metru | mg/m³ | 1.0000 µg/L | Miligrama po kubnom metru; standardi zagađenja zraka. |
| mikrogram po kubičnom metru | µg/m³ | 1.000e-9 g/L | Mikrograma po kubnom metru; mjerenja PM2.5, PM10. |
| gram po mililitru | g/mL | 1000.0000 g/L | Grama po mililitru; koncentrirane otopine. Laboratorijska uporaba. |
| miligram po mililitru | mg/mL | 1 g/L (base) | Miligrama po mililitru; isto kao g/L. Farmaceutski proizvodi. |
| mikrogram po mililitru | µg/mL | 1.0000 mg/L | Mikrograma po mililitru; isto kao mg/L. Medicina. |
| gram po decilitru | g/dL | 10.0000 g/L | Grama po decilitru; medicinski testovi (hemoglobin). Kliničko. |
| miligram po decilitru | mg/dL | 10.0000 mg/L | Miligrama po decilitru; glukoza u krvi, kolesterol. Medicina. |
Postotak (masa/volumen)
| Jedinica | Simbol | g/L | Bilješke |
|---|---|---|---|
| postotak mase/volumena (%w/v) | %w/v | 10.0000 g/L | %m/v; 10% = 100 g/L. Izravna pretvorba, nedvosmisleno. |
Dijelova na (ppm, ppb, ppt)
| Jedinica | Simbol | g/L | Bilješke |
|---|---|---|---|
| dijelova na milijun | ppm | 1.0000 mg/L | Dijelova na milijun; mg/L za vodu. Pretpostavlja se gustoća = 1 kg/L. |
| dijelova na milijardu | ppb | 1.0000 µg/L | Dijelova na milijardu; µg/L za vodu. Zagađivači u tragovima. |
| dijelova na bilijun | ppt | 1.000e-9 g/L | Dijelova na trilijun; ng/L za vodu. Ultra-razine tragova. |
| dijelova na kvadrilijun | ppq | 1.000e-12 g/L | Dijelova na kvadrilijun; pg/L. Napredna detekcija. |
Tvrdoća vode
| Jedinica | Simbol | g/L | Bilješke |
|---|---|---|---|
| zrna po galonu (tvrdoća vode) | gpg | 17.1200 mg/L | Zrna po galonu; tvrdoća vode u SAD-u. 1 gpg = 17,1 mg/L CaCO3. |
| francuski stupnjevi (°fH) | °fH | 10.0000 mg/L | Francuski stupnjevi (fH); 1 fH = 10 mg/L CaCO3. Europski standard. |
| njemački stupnjevi (°dH) | °dH | 17.8300 mg/L | Njemački stupnjevi (dH); 1 dH = 17,8 mg/L CaCO3. Srednja Europa. |
| engleski stupnjevi (°e) | °e | 14.2700 mg/L | Engleski stupnjevi (e); 1 e = 14,3 mg/L CaCO3. Standard Velike Britanije. |
Često postavljana pitanja
Koja je razlika između ppm i mg/L?
Za razrijeđene vodene otopine (poput pitke vode), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Ovo pretpostavlja da je gustoća otopine = 1 kg/L (kao čista voda). Za druge otapala ili koncentrirane otopine, ppm i mg/L se razlikuju jer gustoća ≠ 1. ppm je omjer mase/mase ili volumena/volumena; mg/L je masa/volumen. Uvijek koristite mg/L za preciznost!
Zašto ne mogu pretvoriti g/L u mol/L?
g/L (masena koncentracija) i mol/L (molarna koncentracija) su različite veličine. Pretvorba zahtijeva molekularnu težinu: mol/L = (g/L) / (MW u g/mol). Primjer: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Ali 58,44 g/L glukoze = 0,324 mol/L (različita MW). Morate znati tvar!
Što znači %m/v?
%m/v = postotak mase/volumena = grama po 100 mL. 10% m/v = 10 g po 100 mL = 100 g po 1000 mL = 100 g/L. Izravna pretvorba! Razlikuje se od %m/m (masa/masa, zahtijeva gustoću) i %v/v (volumen/volumen, zahtijeva obje gustoće). Uvijek navedite koji % mislite!
Kako da razrijedim otopinu?
Koristite C1V1 = C2V2. C1 = početna koncentracija, V1 = početni volumen, C2 = konačna koncentracija, V2 = konačni volumen. Primjer: razrijediti 100 mg/L 10x. C2 = 10 mg/L. Trebate V1 = 10 mL, V2 = 100 mL. Dodajte 90 mL otapala u 10 mL koncentrata.
Zašto se tvrdoća vode mjeri kao CaCO3?
Tvrdoća vode dolazi od iona Ca2+ i Mg2+, ali različite atomske težine otežavaju izravnu usporedbu. Pretvaranje u ekvivalent CaCO3 pruža standardnu skalu. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L kao CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L kao CaCO3. Poštena usporedba unatoč različitim stvarnim ionima!
Koja se koncentracija smatra tragom?
Ovisi o kontekstu. Kvaliteta vode: µg/L (ppb) do ng/L (ppt) raspon. Okoliš: ng/L do pg/L. Klinički: često ng/mL do µg/mL. 'Trag' općenito znači <1 mg/L. Ultra-trag: <1 µg/L. Moderni instrumenti otkrivaju femtograme (fg) u istraživanju!
Potpuni Direktorij Alata
Svi 71 alati dostupni na UNITS