Koncentracija matuoja, kiek tirpinio ištirpinta tirpale. Masės koncentracija = tirpinio masė ÷ tirpalo tūris. 100 mg druskos 1 L vandens = 100 mg/L koncentracija. Didesnės vertės = stipresnis tirpalas.

• Koncentracija = masė/tūris
• g/L = gramai litre (pagrindinis)
• mg/L = miligramai litre
• Didesnis skaičius = daugiau tirpinio

Masės koncentracija: tirpinio masė viename tūrio vienete. Vienetai: g/L, mg/L, µg/L. Tiesioginė ir nedviprasmiška. 1 g/L = 1000 mg/L = 1 000 000 µg/L. Naudojama vandens kokybės, klinikinės chemijos, aplinkos stebėsenos srityse.

• g/L = gramai litre
• mg/L = miligramai litre
• µg/L = mikrogramai litre
• Tiesioginis matavimas, be dviprasmybių

ppm (dalys milijonui) ≈ mg/L vandeniui. ppb (dalys milijardui) ≈ µg/L. Procentai m/v: 10% = 100 g/L. Lengva suprasti, bet priklauso nuo konteksto. Įprasta vandens kokybės bandymuose.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (vanduo)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (vanduo)
• 10% m/v = 100 g/L
• Kontekstas: vandeniniai tirpalai

Standartiniai vienetai: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Aišku ir nedviprasmiška. Kiekvienas priešdėlis = ×1000 skalė. Universalus chemijoje, aplinkos moksluose, klinikiniuose tyrimuose.

• g/L = pagrindinis vienetas
• mg/L = miligramai litre
• µg/L = mikrogramai litre
• ng/L, pg/L pėdsakų analizei

ppm, ppb, ppt dažnai naudojami. Praskiestiems vandeniniams tirpalams: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA naudoja mg/L ir µg/L standartams. PSO naudoja ppm paprastumo dėlei.

• ppm = dalys milijonui
• ppb = dalys milijardui
• Galioja praskiestiems vandens tirpalams
• EPA standartai mg/L, µg/L

Išreiškiamas kaip CaCO₃ ekvivalentas. Vienetai: gpg (granai galonui), °fH (prancūziški), °dH (vokiški), °e (angliški). Visi konvertuojami į mg/L kaip CaCO₃. Standartas vandens apdorojimui.

• gpg: JAV vandens kietumas
• °fH: prancūziški laipsniai
• °dH: vokiški laipsniai
• Visi kaip CaCO₃ ekvivalentas

Koncentracija = masė/tūris. C = m/V. Vienetai: g/L = kg/m³. Konvertavimas: dauginkite iš 1000, kad gautumėte mg/L, iš 1 000 000 – µg/L. ppm ≈ mg/L vandeniui (tankis ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (koncentracija)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (vanduo)
• %m/v: masė% = (g/100mL)

Praskiedimo formulė: C1V1 = C2V2. Pradinė koncentracija x tūris = galutinė koncentracija x tūris. 10 ml 100 mg/L praskiestas iki 100 ml = 10 mg/L. Masės tvermė.

• C1V1 = C2V2 (praskiedimas)
• Masė išlieka praskiedžiant
• Pavyzdys: 10x100 = 1x1000
• Naudinga laboratoriniam paruošimui

Tirpumas = maksimali koncentracija. Priklauso nuo temperatūros. NaCl: 360 g/L esant 20°C. Cukrus: 2000 g/L esant 20°C. Viršijus tirpumą → nuosėdos.

• Tirpumas = maksimali koncentracija
• Priklauso nuo temperatūros
• Galimas persotinimas
• Viršijus → nuosėdos

Geriamojo vandens standartai: EPA ribos teršalams. Švinas: 15 µg/L (15 ppb) veikimo lygis. Arsenas: 10 µg/L (10 ppb) maksimalus. Nitratas: 10 mg/L (10 ppm) maksimalus. Svarbu visuomenės sveikatai.

• Švinas: <15 µg/L (EPA)
• Arsenas: <10 µg/L (PSO)
• Nitratas: <10 mg/L
• Chloras: 0.2-2 mg/L (apdorojimas)

Kraujo tyrimai g/dL arba mg/dL. Gliukozė: 70-100 mg/dL normali. Cholesterolis: <200 mg/dL pageidautina. Hemoglobinas: 12-16 g/dL. Medicininė diagnozė remiasi koncentracijos intervalais.

• Gliukozė: 70-100 mg/dL
• Cholesterolis: <200 mg/dL
• Hemoglobinas: 12-16 g/dL
• Vienetai: g/dL, mg/dL įprasti

Oro kokybė: PM2.5 µg/m³. Dirvožemio užterštumas: mg/kg. Paviršinis vanduo: ng/L organiniams pėdsakams. ppb ir ppt lygiai pesticidams, vaistams. Reikalinga itin jautri detekcija.

• PM2.5: <12 µg/m³ (PSO)
• Pesticidai: nuo ng/L iki µg/L
• Sunkieji metalai: µg/L diapazonas
• Organiniai pėdsakai: nuo ng/L iki pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Greitai: kiekvienas priešdėlis = ×1000 skalė. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Paprasti ×1000 žingsniai

Vandeniui: 1 ppm = 1 mg/L. 1% m/v = 10 g/L = 10 000 ppm. 100 ppm = 0.01%. Greiti procentai!

• 1 ppm = 1 mg/L (vanduo)
• 1% = 10 000 ppm
• 0.1% = 1 000 ppm
• 0.01% = 100 ppm

C1V1 = C2V2. Norint praskiesti 10 kartų, galutinis tūris turi būti 10 kartų didesnis. 100 mg/L praskiestas 10 kartų = 10 mg/L. Lengva!

• C1V1 = C2V2
• Praskiesti 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Pavyzdys: 100 mg/L iki 10 mg/L

Vandens pavyzdyje yra 12 µg/L švino. Ar jis saugus (EPA veikimo lygis: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Taip, žemiau EPA veikimo lygio. Taip pat išreiškiama kaip 12 ppb < 15 ppb. Saugus!

Praskieskite 50 ml 200 mg/L iki 500 ml. Kokia galutinė koncentracija?

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

Pagaminkite 0,9% fiziologinį tirpalą. Kiek gramų NaCl litre?

0,9% m/v = 0,9 g 100 ml = 9 g 1000 ml = 9 g/L. Fiziologinis tirpalas!

Jūros vandenyje yra ~35 g/L ištirpusių druskų (3,5% druskingumas). Daugiausia NaCl, bet taip pat Mg, Ca, K, SO4. Negyvoji jūra: 280 g/L (28%), tokia sūri, kad plūduriuojate! Didysis Druskos ežeras: 50-270 g/L, priklausomai nuo vandens lygio.

ppm (dalys milijonui) tapo populiarus 1950-aisiais oro taršai ir vandens kokybei. Prieš tai buvo naudojami % arba g/L. Dabar tai standartas pėdsakiniams teršalams. Lengva suprasti: 1 ppm = 1 lašas 50 litrų!

Kraujo gliukozė nevalgius: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). Tai tik 0,07-0,1% kraujo svorio! Cukrinis diabetas diagnozuojamas esant >126 mg/dL. Maži pokyčiai svarbūs—griežta reguliacija insulinu/gliukagonu.

Baseino chloras: 1-3 mg/L (ppm) dezinfekcijai. Daugiau = deginančios akys. Mažiau = bakterijų augimas. Karštos vonios: 3-5 ppm (šilčiau = daugiau bakterijų). Maža koncentracija, didelis poveikis!

Minkštas: <60 mg/L CaCO3. Vidutinis: 60-120. Kietas: 120-180. Labai kietas: >180 mg/L. Kietas vanduo sukelia nuosėdas, sunaudoja daugiau muilo. Minkštas vanduo geriau tinka skalbimui, bet gali koroduoti vamzdžius!

EPA švino veikimo lygis: 15 µg/L (15 ppb) geriamajame vandenyje. Sumažintas nuo 50 ppb 1991 m. Nėra saugaus švino lygio! Flinto, Mičigano krizė: lygiai pasiekė 4000 ppb blogiausiais atvejais. Tragiška.

Didysis Londono Tvaikas 1858 m.—kai nuotekų kvapai iš Temzės uždarė Parlamentą—sukatalizavo pirmuosius sistemingus vandens kokybės tyrimus. Miestai pradėjo grubius cheminius tyrimus dėl užterštumo.

Ankstyvieji metodai buvo kokybiniai arba pusiau kiekybiniai: spalva, kvapas ir grubūs nuosėdų testai. Mikrobų teorijos revoliucija (Pasteras, Kochas) paskatino geresnių vandens standartų poreikį.

• 1858 m.: Didysis Tvaikas priverčia Londoną statyti modernias kanalizacijos sistemas
• 1890-ieji: Pirmieji cheminiai testai kietumui, šarmingumui ir chloridui
• Vienetai: granai galonui (gpg), dalys 10 000

Vandens chloravimas (pirmoji JAV gamykla: Džersio miestas, 1914 m.) reikalavo tikslaus dozavimo—per mažai nedezinfekavo, per daug buvo toksiška. Tai paskatino priimti mg/L (dalis milijonui) kaip standartinį vienetą.

Spektrofotometrija ir titrimetriniai metodai leido tiksliai matuoti koncentraciją. Visuomenės sveikatos agentūros nustatė geriamojo vandens ribas mg/L.

• 1914 m.: Chloras dozuojamas 0,5-2 mg/L dezinfekcijai
• 1925 m.: JAV Visuomenės sveikatos tarnyba nustato pirmuosius vandens standartus
• mg/L ir ppm tampa keičiami praskiestiems vandeniniams tirpalams

„Tyli pavasaris“ (1962 m.) ir aplinkos krizės (Cuyahoga upės gaisras, Love kanalas) paskatino pesticidų, sunkiųjų metalų ir pramoninių teršalų reguliavimą µg/L (ppb) lygiais.

Atominės absorbcijos spektroskopija (AAS) ir dujų chromatografija (GC) leido aptikti žemiau 1 µg/L. EPA Saugus geriamojo vandens įstatymas (1974 m.) nustatė maksimalias teršalų koncentracijas (MCL) µg/L.

• 1974 m.: Saugus geriamojo vandens įstatymas sukuria nacionalinius MCL standartus
• 1986 m.: Švino draudimas; veikimo lygis nustatytas 15 µg/L (15 ppb)
• 1996 m.: Arseno riba sumažinta nuo 50 iki 10 µg/L

Modernūs LC-MS/MS ir ICP-MS prietaisai aptinka vaistus, PFAS ir endokrininius disruptorius ng/L (ppt) ir net pg/L (ppq) lygiais.

Flinto vandens krizė (2014-2016 m.) atskleidė nesėkmes: švinas pasiekė 4000 ppb (267 kartus viršijo EPA ribą). PSO ir EPA nuolat atnaujina gaires, tobulėjant analitiniam jautrumui.

• 2000-ieji: PFAS „amžinosios cheminės medžiagos“ aptiktos ng/L lygiais
• 2011 m.: PSO atnaujina gaires daugiau nei 100 teršalų
• 2020-ieji: Rutininis aptikimas pg/L; nauji iššūkiai mikroplastikų, nanomedžiagų srityje

Praskiestiems vandeniniams tirpalams (pvz., geriamajam vandeniui), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Tai daroma prielaida, kad tirpalo tankis = 1 kg/L (kaip gryno vandens). Kitų tirpiklių ar koncentruotų tirpalų atveju ppm ir mg/L skiriasi, nes tankis ≠ 1. ppm yra masės/masės arba tūrio/tūrio santykis; mg/L yra masė/tūris. Tikslumui visada naudokite mg/L!

g/L (masės koncentracija) ir mol/L (molinė koncentracija) yra skirtingi dydžiai. Konvertavimui reikalinga molekulinė masė: mol/L = (g/L) / (MM g/mol). Pavyzdys: 58.44 g/L NaCl = 1 mol/L. Bet 58.44 g/L gliukozės = 0.324 mol/L (skirtinga MM). Reikia žinoti medžiagą!

%m/v = procentinė masė/tūris = gramai 100 ml. 10% m/v = 10 g 100 ml = 100 g 1000 ml = 100 g/L. Tiesioginis konvertavimas! Skiriasi nuo %m/m (masė/masė, reikalingas tankis) ir %v/v (tūris/tūris, reikalingi abu tankiai). Visada nurodykite, kurį % turite omenyje!

Naudokite C1V1 = C2V2. C1 = pradinė koncentracija, V1 = pradinis tūris, C2 = galutinė koncentracija, V2 = galutinis tūris. Pavyzdys: praskieskite 100 mg/L 10 kartų. C2 = 10 mg/L. Reikia V1 = 10 ml, V2 = 100 ml. Į 10 ml koncentrato įpilkite 90 ml tirpiklio.

Vandens kietumą sukelia Ca2+ ir Mg2+ jonai, tačiau skirtingos atominės masės apsunkina tiesioginį palyginimą. Konvertavimas į CaCO3 ekvivalentą suteikia standartinę skalę. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L kaip CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L kaip CaCO3. Sąžiningas palyginimas, nepaisant skirtingų faktinių jonų!

Priklauso nuo konteksto. Vandens kokybė: nuo µg/L (ppb) iki ng/L (ppt) diapazonas. Aplinkosauga: nuo ng/L iki pg/L. Klinikinis: dažnai nuo ng/mL iki µg/mL. „Pėdsakinis“ paprastai reiškia <1 mg/L. Itin mažas pėdsakas: <1 µg/L. Modernūs prietaisai tyrimuose aptinka femtogramus (fg)!