Конвертер концентрации
Концентрация — От Частей на Квадриллион до Процентов
Освойте единицы массовой концентрации в области качества воды, химии и наук об окружающей среде. От г/л до ppb, поймите концентрации растворенных веществ и что означают эти числа в реальных приложениях.
Основы Концентрации
Что такое Концентрация?
Концентрация измеряет, сколько растворенного вещества растворено в растворе. Массовая концентрация = масса растворенного вещества ÷ объем раствора. 100 мг соли в 1 л воды = концентрация 100 мг/л. Чем выше значение, тем сильнее раствор.
- Концентрация = масса/объем
- г/л = граммы на литр (основная)
- мг/л = миллиграммы на литр
- Чем выше число, тем больше растворенного вещества
Массовая Концентрация
Массовая концентрация: масса растворенного вещества на объем. Единицы: г/л, мг/л, мкг/л. Прямо и однозначно. 1 г/л = 1000 мг/л = 1 000 000 мкг/л. Используется в контроле качества воды, клинической химии, мониторинге окружающей среды.
- г/л = граммы на литр
- мг/л = миллиграммы на литр
- мкг/л = микрограммы на литр
- Прямое измерение, без двусмысленности
ppm и Проценты
ppm (частей на миллион) ≈ мг/л для воды. ppb (частей на миллиард) ≈ мкг/л. Процент м/о: 10% = 100 г/л. Легко понять, но зависит от контекста. Часто используется при тестировании качества воды.
- 1 ppm ≈ 1 мг/л (вода)
- 1 ppb ≈ 1 мкг/л (вода)
- 10% м/о = 100 г/л
- Контекст: водные растворы
- Массовая концентрация = масса/объем
- 1 г/л = 1000 мг/л = 1 000 000 мкг/л
- 1 ppm ≈ 1 мг/л (для воды)
- 10% м/о = 100 г/л
Объяснение Систем Единиц
Массовая Концентрация СИ
Стандартные единицы: г/л, мг/л, мкг/л, нг/л. Ясные и однозначные. Каждая приставка = шкала ×1000. Универсальны в химии, науках об окружающей среде, клинических тестах.
- г/л = базовая единица
- мг/л = миллиграммы на литр
- мкг/л = микрограммы на литр
- нг/л, пг/л для анализа следов
Единицы Качества Воды
Часто используются ppm, ppb, ppt. Для разбавленных водных растворов: 1 ppm ≈ 1 мг/л, 1 ppb ≈ 1 мкг/л. EPA использует мг/л и мкг/л для стандартов. ВОЗ использует ppm для простоты.
- ppm = частей на миллион
- ppb = частей на миллиард
- Действительно для разбавленных водных растворов
- Стандарты EPA в мг/л, мкг/л
Жесткость Воды
Выражается в эквиваленте CaCO₃. Единицы: gpg (гранов на галлон), °fH (французские), °dH (немецкие), °e (английские). Все конвертируются в мг/л как CaCO₃. Стандарт для водоподготовки.
- gpg: американская жесткость воды
- °fH: французские градусы
- °dH: немецкие градусы
- Все в эквиваленте CaCO₃
Наука о Концентрации
Ключевые Формулы
Концентрация = масса/объем. C = m/V. Единицы: г/л = кг/м³. Преобразование: умножить на 1000 для мг/л, на 1 000 000 для мкг/л. ppm ≈ мг/л для воды (плотность ≈ 1 кг/л).
- C = m/V (концентрация)
- 1 г/л = 1000 мг/л
- 1 мг/л ≈ 1 ppm (вода)
- %м/о: масса% = (г/100мл)
Разбавление
Формула разбавления: C1V1 = C2V2. Начальная концентрация x объем = конечная концентрация x объем. 10 мл 100 мг/л, разбавленные до 100 мл = 10 мг/л. Сохранение массы.
- C1V1 = C2V2 (разбавление)
- Масса сохраняется при разбавлении
- Пример: 10x100 = 1x1000
- Полезно для лабораторной подготовки
Растворимость
Растворимость = максимальная концентрация. Зависит от температуры. NaCl: 360 г/л при 20°C. Сахар: 2000 г/л при 20°C. Превышение растворимости → выпадение осадка.
- Растворимость = максимальная концентрация
- Зависит от температуры
- Возможно перенасыщение
- Превышение → осадок
Эталоны Концентрации
| Вещество/Стандарт | Концентрация | Контекст | Примечания |
|---|---|---|---|
| Обнаружение следов | 1 пг/л | Ультра-следы | Продвинутая аналитическая химия |
| Следы фармацевтических препаратов | 1 нг/л | Окружающая среда | Новые загрязнители |
| Предел EPA для мышьяка | 10 мкг/л | Питьевая вода | 10 ppb максимум |
| Действие EPA по свинцу | 15 мкг/л | Питьевая вода | 15 ppb уровень действия |
| Хлор в бассейне | 1-3 мг/л | Бассейн | 1-3 ppm типично |
| Физраствор | 9 г/л | Медицина | 0,9% NaCl, физиологический |
| Соленость морской воды | 35 г/л | Океан | 3,5% в среднем |
| Насыщенный раствор соли | 360 г/л | Химия | NaCl при 20°C |
| Раствор сахара | 500 г/л | Пищевая промышленность | 50% м/о сироп |
| Концентрированная кислота | 1200 г/л | Лабораторный реагент | Конц. HCl (~37%) |
Общие Стандарты для Воды
| Загрязнитель | ПДК EPA | Рекомендации ВОЗ | Единицы |
|---|---|---|---|
| Мышьяк | 10 | 10 | мкг/л (ppb) |
| Свинец | 15* | 10 | мкг/л (ppb) |
| Ртуть | 2 | 6 | мкг/л (ppb) |
| Нитраты (в пересчете на N) | 10 | 50 | мг/л (ppm) |
| Фториды | 4.0 | 1.5 | мг/л (ppm) |
| Хром | 100 | 50 | мкг/л (ppb) |
| Медь | 1300 | 2000 | мкг/л (ppb) |
Применения в Реальном Мире
Качество Воды
Стандарты питьевой воды: пределы EPA для загрязнителей. Свинец: 15 мкг/л (15 ppb) уровень действия. Мышьяк: 10 мкг/л (10 ppb) максимум. Нитраты: 10 мг/л (10 ppm) максимум. Критически важно для общественного здоровья.
- Свинец: <15 мкг/л (EPA)
- Мышьяк: <10 мкг/л (ВОЗ)
- Нитраты: <10 мг/л
- Хлор: 0.2-2 мг/л (обработка)
Клиническая Химия
Анализы крови в г/дл или мг/дл. Глюкоза: 70-100 мг/дл норма. Холестерин: <200 мг/дл желательно. Гемоглобин: 12-16 г/дл. Медицинская диагностика опирается на диапазоны концентраций.
- Глюкоза: 70-100 мг/дл
- Холестерин: <200 мг/дл
- Гемоглобин: 12-16 г/дл
- Единицы: г/дл, мг/дл распространены
Мониторинг Окружающей Среды
Качество воздуха: PM2.5 в мкг/м³. Загрязнение почвы: мг/кг. Поверхностные воды: нг/л для следовых органических веществ. Уровни ppb и ppt для пестицидов, фармацевтических препаратов. Требуется сверхчувствительное обнаружение.
- PM2.5: <12 мкг/м³ (ВОЗ)
- Пестициды: от нг/л до мкг/л
- Тяжелые металлы: диапазон мкг/л
- Следовые органические вещества: от нг/л до пг/л
Быстрая Математика
Преобразование Единиц
г/л × 1000 = мг/л. мг/л × 1000 = мкг/л. Быстро: каждая приставка = шкала ×1000. 5 мг/л = 5000 мкг/л.
- г/л → мг/л: ×1000
- мг/л → мкг/л: ×1000
- мкг/л → нг/л: ×1000
- Простые шаги ×1000
ppm и Проценты
Для воды: 1 ppm = 1 мг/л. 1% м/о = 10 г/л = 10 000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Быстрый расчет процентов!
- 1 ppm = 1 мг/л (вода)
- 1% = 10 000 ppm
- 0,1% = 1 000 ppm
- 0,01% = 100 ppm
Разбавление
C1V1 = C2V2. Чтобы разбавить в 10 раз, конечный объем должен быть в 10 раз больше. 100 мг/л, разбавленные в 10 раз = 10 мг/л. Легко!
- C1V1 = C2V2
- Разбавить в 10 раз: V2 = 10V1
- C2 = C1/10
- Пример: 100 мг/л до 10 мг/л
Как Работают Преобразования
- Шаг 1: Источник → г/л
- Шаг 2: г/л → цель
- ppm ≈ мг/л (вода)
- %м/о: г/л = % × 10
- Жесткость: через CaCO₃
Распространенные Преобразования
| Из | В | × | Пример |
|---|---|---|---|
| г/л | мг/л | 1000 | 1 г/л = 1000 мг/л |
| мг/л | мкг/л | 1000 | 1 мг/л = 1000 мкг/л |
| мг/л | ppm | 1 | 1 мг/л ≈ 1 ppm (вода) |
| мкг/л | ppb | 1 | 1 мкг/л ≈ 1 ppb (вода) |
| %м/о | г/л | 10 | 10% = 100 г/л |
| г/л | г/мл | 0.001 | 1 г/л = 0,001 г/мл |
| г/дл | г/л | 10 | 10 г/дл = 100 г/л |
| мг/дл | мг/л | 10 | 100 мг/дл = 1000 мг/л |
Быстрые Примеры
Решенные Задачи
Тест на Свинец в Воде
Образец воды содержит 12 мкг/л свинца. Безопасен ли он (уровень действия EPA: 15 мкг/л)?
12 мкг/л < 15 мкг/л. Да, ниже уровня действия EPA. Также выражается как 12 ppb < 15 ppb. Безопасно!
Расчет Разбавления
Разбавить 50 мл 200 мг/л до 500 мл. Какова конечная концентрация?
C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10 000/500 = 20 мг/л. 10-кратное разбавление!
Физраствор
Приготовить 0,9% физраствор. Сколько граммов NaCl на литр?
0,9% м/о = 0,9 г на 100 мл = 9 г на 1000 мл = 9 г/л. Физиологический раствор!
Распространенные Ошибки
- **Неоднозначность ppm**: ppm может быть м/м, о/о или м/о! Для воды ppm ≈ мг/л (предполагая плотность = 1). Недействительно для масел, спиртов, концентрированных растворов!
- **Молярная ≠ массовая**: Нельзя преобразовать г/л в моль/л без молекулярной массы! NaCl: 58,44 г/моль. Глюкоза: 180,16 г/моль. Разные!
- **% м/м против % м/о**: 10% м/м ≠ 100 г/л (требуется плотность раствора). Только % м/о преобразуется напрямую! 10% м/о = 100 г/л точно.
- **Единицы мг/дл**: Медицинские тесты часто используют мг/дл, а не мг/л. 100 мг/дл = 1000 мг/л. Разница в 10 раз!
- **Жесткость воды**: Выражается как CaCO3, хотя фактические ионы — это Ca2+ и Mg2+. Стандартное соглашение для сравнения.
- **ppb против ppt**: В США миллиард = 10^9. В Великобритании (старое), миллиард = 10^12. Используйте ppb (10^-9), чтобы избежать путаницы. ppt = 10^-12.
Забавные Факты
Соленость Океана — 35 г/л
Морская вода содержит ~35 г/л растворенных солей (3,5% солености). В основном NaCl, но также Mg, Ca, K, SO4. Мертвое море: 280 г/л (28%), настолько соленое, что вы плаваете! Большое Соленое озеро: 50-270 г/л в зависимости от уровня воды.
ppm Появилось в 1950-х
ppm (частей на миллион) стало популярным в 1950-х для загрязнения воздуха и качества воды. До этого использовали % или г/л. Теперь это стандарт для следовых загрязнителей. Легко понять: 1 ppm = 1 капля в 50 литрах!
Нормальный Диапазон Глюкозы в Крови
Глюкоза в крови натощак: 70-100 мг/дл (700-1000 мг/л). Это всего лишь 0,07-0,1% веса крови! Диабет диагностируется при >126 мг/дл. Малейшие изменения важны — строгая регуляция инсулином/глюкагоном.
Хлор в Бассейнах: 1-3 ppm
Хлор в бассейне: 1-3 мг/л (ppm) для санитарной обработки. Выше — жжение в глазах. Ниже — рост бактерий. Горячие ванны: 3-5 ppm (теплее = больше бактерий). Маленькая концентрация, большой эффект!
Классификации Жесткости Воды
Мягкая: <60 мг/л CaCO3. Средняя: 60-120. Жесткая: 120-180. Очень жесткая: >180 мг/л. Жесткая вода вызывает накипь, требует больше мыла. Мягкая вода лучше для стирки, но может вызывать коррозию труб!
Уровень Действия EPA по Свинцу: 15 ppb
Уровень действия EPA по свинцу: 15 мкг/л (15 ppb) в питьевой воде. Снижен с 50 ppb в 1991 году. Безопасного уровня свинца не существует! Кризис во Флинте, Мичиган: уровни достигали 4000 ppb в худших случаях. Трагично.
Эволюция Измерения Концентрации
От Великого смрада в Лондоне до современного обнаружения следов на уровне частей на квадриллион, измерение концентрации развивалось вместе с общественным здравоохранением, науками об окружающей среде и аналитической химией.
1850-е - 1900-е
Великий смрад в Лондоне в 1858 году—когда запахи канализации Темзы закрыли Парламент—послужил катализатором для первых систематических исследований качества воды. Города начали проводить грубые химические тесты на загрязнение.
Ранние методы были качественными или полуколичественными: цвет, запах и грубые тесты на осаждение. Революция микробной теории (Пастер, Кох) стимулировала спрос на более качественные стандарты воды.
- 1858: Великий смрад заставляет Лондон строить современные канализационные системы
- 1890-е: Первые химические тесты на жесткость, щелочность и хлориды
- Единицы: гранов на галлон (gpg), частей на 10 000
1900-е - 1950-е
Хлорирование воды (первая установка в США: Джерси-Сити, 1914) требовало точной дозировки—слишком мало не дезинфицировало, слишком много было токсично. Это способствовало принятию мг/л (частей на миллион) в качестве стандартной единицы.
Спектрофотометрия и титриметрические методы позволили точно измерять концентрацию. Органы общественного здравоохранения установили пределы для питьевой воды в мг/л.
- 1914: Хлор дозировался в количестве 0,5-2 мг/л для дезинфекции
- 1925: Служба общественного здравоохранения США устанавливает первые стандарты для воды
- мг/л и ppm становятся взаимозаменяемыми для разбавленных водных растворов
1960-е - 1980-е
«Безмолвная весна» (1962) и экологические кризисы (пожар на реке Кайахога, Лав-канал) стимулировали регулирование пестицидов, тяжелых металлов и промышленных загрязнителей на уровнях мкг/л (ppb).
Атомно-абсорбционная спектроскопия (AAS) и газовая хроматография (GC) позволили обнаруживать концентрации ниже 1 мкг/л. Закон EPA о безопасной питьевой воде (1974) установил максимальные уровни загрязнителей (ПДК) в мкг/л.
- 1974: Закон о безопасной питьевой воде создает национальные стандарты ПДК
- 1986: Запрет на свинец; уровень действия установлен в 15 мкг/л (15 ppb)
- 1996: Предел для мышьяка снижен с 50 до 10 мкг/л
1990-е - настоящее время
Современные приборы LC-MS/MS и ICP-MS обнаруживают фармацевтические препараты, ПФАС и эндокринные разрушители на уровнях нг/л (ppt) и даже пг/л (ppq).
Водный кризис во Флинте (2014-2016) выявил провалы: свинец достиг 4000 ppb (в 267 раз выше предела EPA). ВОЗ и EPA постоянно обновляют рекомендации по мере улучшения аналитической чувствительности.
- 2000-е: ПФАС, «вечные химикаты», обнаружены на уровнях нг/л
- 2011: ВОЗ обновляет рекомендации для более чем 100 загрязнителей
- 2020-е: Рутинное обнаружение на уровне пг/л; новые вызовы в области микропластика, наноматериалов
Советы Профессионалов
- **Быстрый ppm**: Для воды, 1 ppm = 1 мг/л. Легкое преобразование!
- **% в г/л**: %м/о x 10 = г/л. 5% = 50 г/л.
- **Разбавление**: C1V1 = C2V2. Умножьте концентрацию на объем для проверки.
- **мг/дл в мг/л**: Умножьте на 10. Медицинские единицы требуют преобразования!
- **ppb = ppm x 1000**: Каждый шаг = x1000. 5 ppm = 5000 ppb.
- **Жесткость**: gpg x 17,1 = мг/л как CaCO3. Быстрое преобразование!
- **Автоматическая научная нотация**: Значения < 0,000001 г/л или > 1 000 000 г/л отображаются в научной нотации для читабельности (необходимо для анализа следов на уровнях ppq/пг!)
Справочник Единиц
Массовая концентрация
| Единица | Символ | г/л | Примечания |
|---|---|---|---|
| грамм на литр | g/L | 1 g/L (base) | Базовая единица; граммы на литр. Стандарт в химии. |
| миллиграмм на литр | mg/L | 1.0000 mg/L | Миллиграммы на литр; 1 г/л = 1000 мг/л. Распространено в контроле качества воды. |
| микрограмм на литр | µg/L | 1.0000 µg/L | Микрограммы на литр; уровни следовых загрязнителей. Стандарты EPA. |
| нанограмм на литр | ng/L | 1.000e-9 g/L | Нанограммы на литр; анализ ультра-следов. Новые загрязнители. |
| пикограмм на литр | pg/L | 1.000e-12 g/L | Пикограммы на литр; продвинутая аналитическая химия. Исследования. |
| килограмм на литр | kg/L | 1000.0000 g/L | Килограммы на литр; концентрированные растворы. Промышленные. |
| килограмм на кубический метр | kg/m³ | 1 g/L (base) | Килограммы на кубический метр; то же, что и г/л. Единица СИ. |
| грамм на кубический метр | g/m³ | 1.0000 mg/L | Граммы на кубический метр; качество воздуха (ТЧ). Окружающая среда. |
| миллиграмм на кубический метр | mg/m³ | 1.0000 µg/L | Миллиграммы на кубический метр; стандарты загрязнения воздуха. |
| микрограмм на кубический метр | µg/m³ | 1.000e-9 g/L | Микрограммы на кубический метр; измерения PM2.5, PM10. |
| грамм на миллилитр | g/mL | 1000.0000 g/L | Граммы на миллилитр; концентрированные растворы. Лабораторное использование. |
| миллиграмм на миллилитр | mg/mL | 1 g/L (base) | Миллиграммы на миллилитр; то же, что и г/л. Фармацевтика. |
| микрограмм на миллилитр | µg/mL | 1.0000 mg/L | Микрограммы на миллилитр; то же, что и мг/л. Медицина. |
| грамм на децилитр | g/dL | 10.0000 g/L | Граммы на децилитр; медицинские тесты (гемоглобин). Клинические. |
| миллиграмм на децилитр | mg/dL | 10.0000 mg/L | Миллиграммы на децилитр; глюкоза крови, холестерин. Медицина. |
Процент (масса/объем)
| Единица | Символ | г/л | Примечания |
|---|---|---|---|
| процент масса/объем (%w/v) | %w/v | 10.0000 g/L | %м/о; 10% = 100 г/л. Прямое преобразование, однозначно. |
Частей на (ppm, ppb, ppt)
| Единица | Символ | г/л | Примечания |
|---|---|---|---|
| частей на миллион | ppm | 1.0000 mg/L | Частей на миллион; мг/л для воды. Предполагает плотность = 1 кг/л. |
| частей на миллиард | ppb | 1.0000 µg/L | Частей на миллиард; мкг/л для воды. Следовые загрязнители. |
| частей на триллион | ppt | 1.000e-9 g/L | Частей на триллион; нг/л для воды. Уровни ультра-следов. |
| частей на квадриллион | ppq | 1.000e-12 g/L | Частей на квадриллион; пг/л. Продвинутое обнаружение. |
Жесткость воды
| Единица | Символ | г/л | Примечания |
|---|---|---|---|
| гран на галлон (жесткость воды) | gpg | 17.1200 mg/L | Гранов на галлон; американская жесткость воды. 1 gpg = 17,1 мг/л CaCO3. |
| французские градусы (°fH) | °fH | 10.0000 mg/L | Французские градусы (fH); 1 fH = 10 мг/л CaCO3. Европейский стандарт. |
| немецкие градусы (°dH) | °dH | 17.8300 mg/L | Немецкие градусы (dH); 1 dH = 17,8 мг/л CaCO3. Центральная Европа. |
| английские градусы (°e) | °e | 14.2700 mg/L | Английские градусы (e); 1 e = 14,3 мг/л CaCO3. Стандарт Великобритании. |
Часто Задаваемые Вопросы
В чем разница между ppm и мг/л?
Для разбавленных водных растворов (например, питьевой воды), 1 ppm ≈ 1 мг/л. Это предполагает, что плотность раствора = 1 кг/л (как у чистой воды). Для других растворителей или концентрированных растворов ppm и мг/л различаются, так как плотность ≠ 1. ppm — это отношение масса/масса или объем/объем; мг/л — это масса/объем. Для точности всегда используйте мг/л!
Почему я не могу преобразовать г/л в моль/л?
г/л (массовая концентрация) и моль/л (молярная концентрация) — это разные величины. Для преобразования требуется молекулярная масса: моль/л = (г/л) / (ММ в г/моль). Пример: 58,44 г/л NaCl = 1 моль/л. Но 58,44 г/л глюкозы = 0,324 моль/л (разная ММ). Нужно знать вещество!
Что означает %м/о?
%м/о = процент масса/объем = граммы на 100 мл. 10% м/о = 10 г на 100 мл = 100 г на 1000 мл = 100 г/л. Прямое преобразование! Отличается от %м/м (масса/масса, требуется плотность) и %о/о (объем/объем, требуются обе плотности). Всегда указывайте, какой % вы имеете в виду!
Как разбавить раствор?
Используйте C1V1 = C2V2. C1 = начальная концентрация, V1 = начальный объем, C2 = конечная концентрация, V2 = конечный объем. Пример: разбавить 100 мг/л в 10 раз. C2 = 10 мг/л. Нужны V1 = 10 мл, V2 = 100 мл. Добавьте 90 мл растворителя к 10 мл концентрата.
Почему жесткость воды измеряется как CaCO3?
Жесткость воды обусловлена ионами Ca2+ и Mg2+, но разные атомные веса затрудняют прямое сравнение. Преобразование в эквивалент CaCO3 обеспечивает стандартную шкалу. 1 ммоль/л Ca2+ = 100 мг/л как CaCO3. 1 ммоль/л Mg2+ = 100 мг/л как CaCO3. Справедливое сравнение, несмотря на разные фактические ионы!
Какая концентрация считается следовой?
Зависит от контекста. Качество воды: диапазон от мкг/л (ppb) до нг/л (ppt). Окружающая среда: от нг/л до пг/л. Клиническая: часто от нг/мл до мкг/мл. 'Следовая' обычно означает <1 мг/л. Ультра-следовая: <1 мкг/л. Современные приборы обнаруживают фемтограммы (фг) в исследованиях!
Полный Справочник Инструментов
Все 71 инструментов, доступных на UNITS