Stężenie mierzy, ile substancji rozpuszczonej jest rozpuszczone w roztworze. Stężenie masowe = masa substancji rozpuszczonej ÷ objętość roztworu. 100 mg soli w 1 L wody = stężenie 100 mg/L. Wyższe wartości = mocniejszy roztwór.

• Stężenie = masa/objętość
• g/L = gramy na litr (podstawa)
• mg/L = miligramy na litr
• Wyższa liczba = więcej substancji rozpuszczonej

Stężenie masowe: masa substancji rozpuszczonej na objętość. Jednostki: g/L, mg/L, µg/L. Bezpośrednie i jednoznaczne. 1 g/L = 1000 mg/L = 1 000 000 µg/L. Używane w jakości wody, chemii klinicznej, monitoringu środowiska.

• g/L = gramy na litr
• mg/L = miligramy na litr
• µg/L = mikrogramy na litr
• Bezpośredni pomiar, bez dwuznaczności

ppm (części na milion) ≈ mg/L dla wody. ppb (części na miliard) ≈ µg/L. Procent wag./obj.: 10% = 100 g/L. Łatwe do zrozumienia, ale zależne od kontekstu. Popularne w testowaniu jakości wody.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (woda)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (woda)
• 10% wag./obj. = 100 g/L
• Kontekst: roztwory wodne

Standardowe jednostki: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Jasne i jednoznaczne. Każdy przedrostek = skala ×1000. Uniwersalne w chemii, naukach o środowisku, testach klinicznych.

• g/L = jednostka podstawowa
• mg/L = miligramy na litr
• µg/L = mikrogramy na litr
• ng/L, pg/L do analizy śladowej

ppm, ppb, ppt są powszechnie używane. Dla rozcieńczonych roztworów wodnych: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA używa mg/L i µg/L dla standardów. WHO używa ppm dla uproszczenia.

• ppm = części na milion
• ppb = części na miliard
• Ważne dla rozcieńczonych roztworów wodnych
• Standardy EPA w mg/L, µg/L

Wyrażana jako ekwiwalent CaCO₃. Jednostki: gpg (ziarna na galon), °fH (francuskie), °dH (niemieckie), °e (angielskie). Wszystkie przeliczane na mg/L jako CaCO₃. Standard w uzdatnianiu wody.

• gpg: amerykańska twardość wody
• °fH: stopnie francuskie
• °dH: stopnie niemieckie
• Wszystkie jako ekwiwalent CaCO₃

Stężenie = masa/objętość. C = m/V. Jednostki: g/L = kg/m³. Przeliczanie: pomnóż przez 1000 dla mg/L, przez 1 000 000 dla µg/L. ppm ≈ mg/L dla wody (gęstość ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (stężenie)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (woda)
• %wag./obj.: masa% = (g/100mL)

Wzór na rozcieńczanie: C1V1 = C2V2. Stężenie początkowe x objętość = stężenie końcowe x objętość. 10 ml 100 mg/L rozcieńczone do 100 ml = 10 mg/L. Zachowanie masy.

• C1V1 = C2V2 (rozcieńczanie)
• Masa jest zachowana podczas rozcieńczania
• Przykład: 10x100 = 1x1000
• Przydatne do przygotowań laboratoryjnych

Rozpuszczalność = maksymalne stężenie. Zależna od temperatury. NaCl: 360 g/L w 20°C. Cukier: 2000 g/L w 20°C. Przekroczenie rozpuszczalności → wytrącanie.

• Rozpuszczalność = maksymalne stężenie
• Zależna od temperatury
• Możliwe przesycenie
• Przekroczenie → osad

Standardy wody pitnej: limity EPA dla zanieczyszczeń. Ołów: 15 µg/L (15 ppb) poziom działania. Arsen: 10 µg/L (10 ppb) maksimum. Azotany: 10 mg/L (10 ppm) maksimum. Kluczowe dla zdrowia publicznego.

• Ołów: <15 µg/L (EPA)
• Arsen: <10 µg/L (WHO)
• Azotany: <10 mg/L
• Chlor: 0.2-2 mg/L (uzdatnianie)

Badania krwi w g/dL lub mg/dL. Glukoza: 70-100 mg/dL norma. Cholesterol: <200 mg/dL pożądany. Hemoglobina: 12-16 g/dL. Diagnoza medyczna opiera się na zakresach stężeń.

• Glukoza: 70-100 mg/dL
• Cholesterol: <200 mg/dL
• Hemoglobina: 12-16 g/dL
• Jednostki: g/dL, mg/dL powszechne

Jakość powietrza: PM2.5 w µg/m³. Zanieczyszczenie gleby: mg/kg. Wody powierzchniowe: ng/L dla śladowych związków organicznych. Poziomy ppb i ppt dla pestycydów, farmaceutyków. Wymagana ultra-wrażliwa detekcja.

• PM2.5: <12 µg/m³ (WHO)
• Pestycydy: od ng/L do µg/L
• Metale ciężkie: zakres µg/L
• Śladowe związki organiczne: od ng/L do pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Szybko: każdy przedrostek = skala ×1000. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Proste kroki ×1000

Dla wody: 1 ppm = 1 mg/L. 1% wag./obj. = 10 g/L = 10 000 ppm. 100 ppm = 0.01%. Szybki procent!

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

C1V1 = C2V2. Aby rozcieńczyć 10x, końcowa objętość jest 10x większa. 100 mg/L rozcieńczone 10x = 10 mg/L. Proste!

• C1V1 = C2V2
• Rozcieńcz 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Przykład: 100 mg/L do 10 mg/L

Próbka wody ma 12 µg/L ołowiu. Czy jest bezpieczna (poziom działania EPA: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Tak, poniżej poziomu działania EPA. Wyrażone także jako 12 ppb < 15 ppb. Bezpieczne!

Rozcieńcz 50 ml 200 mg/L do 500 ml. Jakie jest końcowe stężenie?

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

Zrób 0,9% roztwór soli fizjologicznej. Ile gramów NaCl na litr?

0,9% wag./obj. = 0,9 g na 100 ml = 9 g na 1000 ml = 9 g/L. Sól fizjologiczna!

Woda morska zawiera ~35 g/L rozpuszczonych soli (3,5% zasolenia). Głównie NaCl, ale także Mg, Ca, K, SO4. Morze Martwe: 280 g/L (28%) tak słone, że unosisz się na wodzie! Wielkie Jezioro Słone: 50-270 g/L w zależności od poziomu wody.

ppm (części na milion) spopularyzowano w latach 50. dla zanieczyszczenia powietrza i jakości wody. Wcześniej używano % lub g/L. Teraz jest to standard dla śladowych zanieczyszczeń. Łatwe do zrozumienia: 1 ppm = 1 kropla w 50 litrach!

Glukoza we krwi na czczo: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). To tylko 0,07-0,1% masy krwi! Cukrzycę diagnozuje się przy >126 mg/dL. Małe zmiany mają znaczenie—ścisła regulacja przez insulinę/glukagon.

Chlor basenowy: 1-3 mg/L (ppm) do dezynfekcji. Wyżej = pieczenie oczu. Niżej = rozwój bakterii. Wanny z hydromasażem: 3-5 ppm (cieplej = więcej bakterii). Małe stężenie, duży efekt!

Miękka: <60 mg/L CaCO3. Średnia: 60-120. Twarda: 120-180. Bardzo twarda: >180 mg/L. Twarda woda powoduje osad, zużywa więcej mydła. Miękka woda jest lepsza do prania, ale może korodować rury!

Poziom działania EPA dla ołowiu: 15 µg/L (15 ppb) w wodzie pitnej. Obniżony z 50 ppb w 1991 roku. Nie ma bezpiecznego poziomu ołowiu! Kryzys w Flint, Michigan: poziomy osiągnęły 4000 ppb w najgorszych przypadkach. Tragedia.

Wielki Smród w Londynie w 1858 roku—kiedy zapachy z kanalizacji Tamizy zamknęły Parlament—stał się katalizatorem pierwszych systematycznych badań jakości wody. Miasta zaczęły proste testy chemiczne na zanieczyszczenia.

Wczesne metody były jakościowe lub półilościowe: kolor, zapach i proste testy strąceniowe. Rewolucja teorii zarazków (Pasteur, Koch) napędziła popyt na lepsze standardy wody.

• 1858: Wielki Smród zmusza Londyn do budowy nowoczesnych kanałów
• Lata 1890: Pierwsze testy chemiczne na twardość, zasadowość i chlorki
• Jednostki: ziarna na galon (gpg), części na 10 000

Chlorowanie wody (pierwszy zakład w USA: Jersey City, 1914) wymagało precyzyjnego dawkowania—za mało nie dezynfekowało, za dużo było toksyczne. To napędziło przyjęcie mg/L (części na milion) jako standardowej jednostki.

Spektrofotometria i metody miareczkowe umożliwiły dokładny pomiar stężenia. Agencje zdrowia publicznego ustaliły limity dla wody pitnej w mg/L.

• 1914: Chlor dawkowany w ilości 0.5-2 mg/L do dezynfekcji
• 1925: Amerykańska Służba Zdrowia Publicznego ustala pierwsze standardy wody
• mg/L i ppm stają się wymienne dla rozcieńczonych roztworów wodnych

„Cicha wiosna” (1962) i kryzysy ekologiczne (pożar rzeki Cuyahoga, Love Canal) przyspieszyły regulację pestycydów, metali ciężkich i zanieczyszczeń przemysłowych na poziomach µg/L (ppb).

Spektroskopia absorpcji atomowej (AAS) i chromatografia gazowa (GC) umożliwiły detekcję poniżej 1 µg/L. Ustawa EPA o Bezpiecznej Wodzie Pitnej (1974) nakazała stosowanie Maksymalnych Poziomów Zanieczyszczeń (MCL) w µg/L.

• 1974: Ustawa o Bezpiecznej Wodzie Pitnej tworzy krajowe standardy MCL
• 1986: Zakaz ołowiu; poziom działania ustalony na 15 µg/L (15 ppb)
• 1996: Limit arsenu obniżony z 50 do 10 µg/L

Nowoczesne instrumenty LC-MS/MS i ICP-MS wykrywają farmaceutyki, PFAS i substancje zaburzające gospodarkę hormonalną na poziomach ng/L (ppt), a nawet pg/L (ppq).

Kryzys wodny w Flint (2014-2016) ujawnił zaniedbania: ołów osiągnął 4000 ppb (267× limitu EPA). WHO i EPA stale aktualizują wytyczne w miarę poprawy czułości analitycznej.

• Lata 2000: PFAS 'wieczne chemikalia' wykrywane na poziomach ng/L
• 2011: WHO aktualizuje wytyczne dla >100 zanieczyszczeń
• Lata 2020: Rutynowa detekcja na poziomie pg/L; nowe wyzwania w mikroplastikach, nanomateriałach

Dla rozcieńczonych roztworów wodnych (takich jak woda pitna), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Zakłada się, że gęstość roztworu = 1 kg/L (jak czysta woda). Dla innych rozpuszczalników lub stężonych roztworów, ppm i mg/L różnią się, ponieważ gęstość ≠ 1. ppm to stosunek masa/masa lub objętość/objętość; mg/L to masa/objętość. Dla precyzji zawsze używaj mg/L!

g/L (stężenie masowe) i mol/L (stężenie molowe) to różne wielkości. Przeliczenie wymaga masy molowej: mol/L = (g/L) / (MW w g/mol). Przykład: 58.44 g/L NaCl = 1 mol/L. Ale 58.44 g/L glukozy = 0.324 mol/L (różna MW). Musisz znać substancję!

%wag./obj. = procent waga/objętość = gramy na 100 ml. 10% wag./obj. = 10 g na 100 ml = 100 g na 1000 ml = 100 g/L. Bezpośrednie przeliczenie! Różni się od %wag./wag. (waga/waga, wymaga gęstości) i %obj./obj. (objętość/objętość, wymaga obu gęstości). Zawsze określaj, o który % chodzi!

Użyj C1V1 = C2V2. C1 = stężenie początkowe, V1 = objętość początkowa, C2 = stężenie końcowe, V2 = objętość końcowa. Przykład: rozcieńcz 100 mg/L 10x. C2 = 10 mg/L. Potrzebujesz V1 = 10 ml, V2 = 100 ml. Dodaj 90 ml rozpuszczalnika do 10 ml koncentratu.

Twardość wody pochodzi od jonów Ca2+ i Mg2+, ale różne masy atomowe utrudniają bezpośrednie porównanie. Przeliczenie na ekwiwalent CaCO3 zapewnia standardową skalę. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L jako CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L jako CaCO3. Sprawiedliwe porównanie pomimo różnych rzeczywistych jonów!

Zależy od kontekstu. Jakość wody: zakres od µg/L (ppb) do ng/L (ppt). Środowisko: od ng/L do pg/L. Kliniczne: często od ng/mL do µg/mL. 'Śladowe' ogólnie oznacza <1 mg/L. Ultra-śladowe: <1 µg/L. Nowoczesne instrumenty wykrywają femtogramy (fg) w badaniach!