Koncentrácia meria, koľko rozpustenej látky je rozpustenej v roztoku. Hmotnostná koncentrácia = hmotnosť rozpustenej látky ÷ objem roztoku. 100 mg soli v 1 L vody = 100 mg/L koncentrácia. Vyššie hodnoty = silnejší roztok.

• Koncentrácia = hmotnosť/objem
• g/L = gramy na liter (základ)
• mg/L = miligramy na liter
• Vyššie číslo = viac rozpustenej látky

Hmotnostná koncentrácia: hmotnosť rozpustenej látky na objem. Jednotky: g/L, mg/L, µg/L. Priama a jednoznačná. 1 g/L = 1000 mg/L = 1 000 000 µg/L. Používa sa v kvalite vody, klinickej chémii, monitorovaní životného prostredia.

• g/L = gramy na liter
• mg/L = miligramy na liter
• µg/L = mikrogramy na liter
• Priame meranie, žiadna nejednoznačnosť

ppm (častice na milión) ≈ mg/L pre vodu. ppb (častice na miliardu) ≈ µg/L. Percento w/v: 10% = 100 g/L. Ľahko pochopiteľné, ale závislé od kontextu. Bežné pri testovaní kvality vody.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (voda)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (voda)
• 10% w/v = 100 g/L
• Kontext: vodné roztoky

Štandardné jednotky: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Jasné a jednoznačné. Každá predpona = ×1000 škála. Univerzálne v chémii, environmentálnych vedách, klinickom testovaní.

• g/L = základná jednotka
• mg/L = miligramy na liter
• µg/L = mikrogramy na liter
• ng/L, pg/L pre stopovú analýzu

ppm, ppb, ppt sa bežne používajú. Pre zriedené vodné roztoky: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA používa mg/L a µg/L pre štandardy. WHO používa ppm pre jednoduchosť.

• ppm = častice na milión
• ppb = častice na miliardu
• Platné pre zriedené vodné roztoky
• Štandardy EPA v mg/L, µg/L

Vyjadrená ako ekvivalent CaCO₃. Jednotky: gpg (zrná na galón), °fH (francúzske), °dH (nemecké), °e (anglické). Všetky sa prevádzajú na mg/L ako CaCO₃. Štandard pre úpravu vody.

• gpg: americká tvrdosť vody
• °fH: francúzske stupne
• °dH: nemecké stupne
• Všetky ako ekvivalent CaCO₃

Koncentrácia = hmotnosť/objem. C = m/V. Jednotky: g/L = kg/m³. Prevod: vynásobte 1000 pre mg/L, 1 000 000 pre µg/L. ppm ≈ mg/L pre vodu (hustota ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (koncentrácia)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (voda)
• %w/v: hmotnosť% = (g/100mL)

Vzorec pre riedenie: C1V1 = C2V2. Počiatočná koncentrácia x objem = konečná koncentrácia x objem. 10 ml 100 mg/L zriedené na 100 ml = 10 mg/L. Zachovanie hmotnosti.

• C1V1 = C2V2 (riedenie)
• Hmotnosť sa pri riedení zachováva
• Príklad: 10x100 = 1x1000
• Užitočné pre laboratórnu prípravu

Rozpustnosť = maximálna koncentrácia. Závislá od teploty. NaCl: 360 g/L pri 20°C. Cukor: 2000 g/L pri 20°C. Prekročenie rozpustnosti → zrážanie.

• Rozpustnosť = maximálna koncentrácia
• Závislá od teploty
• Presýtenie je možné
• Prekročenie → zrazenina

Štandardy pre pitnú vodu: limity EPA pre kontaminanty. Olovo: 15 µg/L (15 ppb) akčná úroveň. Arzén: 10 µg/L (10 ppb) maximum. Dusičnany: 10 mg/L (10 ppm) maximum. Kritické pre verejné zdravie.

• Olovo: <15 µg/L (EPA)
• Arzén: <10 µg/L (WHO)
• Dusičnany: <10 mg/L
• Chlór: 0,2-2 mg/L (úprava)

Krvné testy v g/dL alebo mg/dL. Glukóza: 70-100 mg/dL normál. Cholesterol: <200 mg/dL žiadúce. Hemoglobín: 12-16 g/dL. Lekárska diagnostika sa spolieha na rozsahy koncentrácií.

• Glukóza: 70-100 mg/dL
• Cholesterol: <200 mg/dL
• Hemoglobín: 12-16 g/dL
• Jednotky: g/dL, mg/dL bežné

Kvalita ovzdušia: PM2.5 v µg/m³. Kontaminácia pôdy: mg/kg. Povrchová voda: ng/L pre stopové organické látky. Úrovne ppb a ppt pre pesticídy, farmaceutiká. Vyžaduje sa ultra-citlivá detekcia.

• PM2.5: <12 µg/m³ (WHO)
• Pesticídy: ng/L až µg/L
• Ťažké kovy: rozsah µg/L
• Stopové organické látky: ng/L až pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Rýchlo: každá predpona = ×1000 škála. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Jednoduché ×1000 kroky

Pre vodu: 1 ppm = 1 mg/L. 1% w/v = 10 g/L = 10 000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Rýchle percentá!

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

C1V1 = C2V2. Pre 10x riedenie, konečný objem je 10x väčší. 100 mg/L zriedené 10x = 10 mg/L. Jednoduché!

• C1V1 = C2V2
• Zriediť 10x: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Príklad: 100 mg/L na 10 mg/L

Vzorka vody má 12 µg/L olova. Je bezpečná (akčná úroveň EPA: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Áno, pod akčnou úrovňou EPA. Vyjadrené aj ako 12 ppb < 15 ppb. Bezpečné!

Zrieďte 50 ml 200 mg/L na 500 ml. Aká je konečná koncentrácia?

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

Pripravte 0,9% fyziologický roztok. Koľko gramov NaCl na liter?

0,9% w/v = 0,9 g na 100 ml = 9 g na 1000 ml = 9 g/L. Fyziologický roztok!

Morská voda obsahuje ~35 g/L rozpustených solí (3,5% slanosť). Väčšinou NaCl, ale aj Mg, Ca, K, SO4. Mŕtve more: 280 g/L (28%) tak slané, že sa vznášate! Veľké soľné jazero: 50-270 g/L v závislosti od hladiny vody.

ppm (častice na milión) sa spopularizovalo v 50. rokoch pre znečistenie ovzdušia a kvalitu vody. Predtým sa používali % alebo g/L. Teraz je to štandard pre stopové kontaminanty. Ľahko pochopiteľné: 1 ppm = 1 kvapka v 50 litroch!

Glukóza v krvi nalačno: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). To je len 0,07-0,1% hmotnosti krvi! Cukrovka sa diagnostikuje pri >126 mg/dL. Malé zmeny sú dôležité—prísna regulácia inzulínom/glukagónom.

Chlór v bazéne: 1-3 mg/L (ppm) pre sanitáciu. Vyššie = pálenie očí. Nižšie = rast baktérií. Horúce vane: 3-5 ppm (teplejšie = viac baktérií). Malá koncentrácia, veľký účinok!

Mäkká: <60 mg/L CaCO3. Stredne tvrdá: 60-120. Tvrdá: 120-180. Veľmi tvrdá: >180 mg/L. Tvrdá voda spôsobuje vodný kameň, spotrebuje viac mydla. Mäkká voda je lepšia na pranie, ale môže korodovať potrubia!

Akčná úroveň EPA pre olovo: 15 µg/L (15 ppb) v pitnej vode. Znížená z 50 ppb v roku 1991. Neexistuje bezpečná úroveň olova! Kríza vo Flinte, Michigan: úrovne dosiahli 4000 ppb v najhorších prípadoch. Tragické.

Veľký smrad v Londýne v roku 1858—keď pachy z kanalizácie Temže zatvorili parlament—katalyzoval prvé systematické štúdie kvality vody. Mestá začali s hrubými chemickými testami na kontamináciu.

Skoré metódy boli kvalitatívne alebo polokvantitatívne: farba, zápach a hrubé testy zrážania. Revolúcia teórie o baktériách (Pasteur, Koch) podnietila dopyt po lepších štandardoch vody.

• 1858: Veľký smrad núti Londýn postaviť moderné kanalizácie
• 1890-te: Prvé chemické testy na tvrdosť, zásaditosť a chloridy
• Jednotky: zrná na galón (gpg), častice na 10 000

Chlorácia vody (prvá americká prevádzka: Jersey City, 1914) vyžadovala presné dávkovanie—príliš málo nedezinfikovalo, príliš veľa bolo toxické. To podnietilo prijatie mg/L (častice na milión) ako štandardnej jednotky.

Spektrofotometria a titračné metódy umožnili presné meranie koncentrácie. Verejné zdravotnícke orgány stanovili limity pre pitnú vodu v mg/L.

• 1914: Chlór sa dávkoval pri 0,5-2 mg/L na dezinfekciu
• 1925: Americká verejná zdravotná služba stanovila prvé štandardy pre vodu
• mg/L a ppm sa stali zameniteľnými pre zriedené vodné roztoky

Tichá jar (1962) a environmentálne krízy (požiar rieky Cuyahoga, Love Canal) podnietili reguláciu pesticídov, ťažkých kovov a priemyselných znečisťujúcich látok na úrovniach µg/L (ppb).

Atómová absorpčná spektroskopia (AAS) a plynová chromatografia (GC) umožnili detekciu pod 1 µg/L. Zákon EPA o bezpečnej pitnej vode (1974) nariadil maximálne hladiny kontaminantov (MCL) v µg/L.

• 1974: Zákon o bezpečnej pitnej vode vytvára národné štandardy MCL
• 1986: Zákaz olova; akčná úroveň stanovená na 15 µg/L (15 ppb)
• 1996: Limit pre arzén znížený z 50 na 10 µg/L

Moderné prístroje LC-MS/MS a ICP-MS detegujú farmaceutiká, PFAS a endokrinné disruptory na úrovniach ng/L (ppt) a dokonca pg/L (ppq).

Kríza s vodou vo Flinte (2014-2016) odhalila zlyhania: olovo dosiahlo 4000 ppb (267× limitu EPA). WHO a EPA neustále aktualizujú usmernenia, keďže sa zlepšuje analytická citlivosť.

• 2000-te: PFAS 'večné chemikálie' detegované na úrovniach ng/L
• 2011: WHO aktualizuje usmernenia pre >100 kontaminantov
• 2020-te: Rutinná detekcia na úrovni pg/L; nové výzvy v mikroplastoch, nanomateriáloch

Pre zriedené vodné roztoky (ako je pitná voda), 1 ppm ≈ 1 mg/L. To predpokladá, že hustota roztoku = 1 kg/L (ako čistá voda). Pre iné rozpúšťadlá alebo koncentrované roztoky sa ppm a mg/L líšia, pretože hustota ≠ 1. ppm je pomer hmotnosť/hmotnosť alebo objem/objem; mg/L je hmotnosť/objem. Pre presnosť vždy používajte mg/L!

g/L (hmotnostná koncentrácia) a mol/L (molárna koncentrácia) sú rôzne veličiny. Prevod vyžaduje molekulovú hmotnosť: mol/L = (g/L) / (MW v g/mol). Príklad: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Ale 58,44 g/L glukózy = 0,324 mol/L (iná MW). Potrebujete poznať látku!

%w/v = percento hmotnosť/objem = gramy na 100 ml. 10% w/v = 10 g na 100 ml = 100 g na 1000 ml = 100 g/L. Priamy prevod! Líši sa od %w/w (hmotnosť/hmotnosť, potrebuje hustotu) a %v/v (objem/objem, potrebuje obe hustoty). Vždy špecifikujte, ktorý % máte na mysli!

Použite C1V1 = C2V2. C1 = počiatočná koncentrácia, V1 = počiatočný objem, C2 = konečná koncentrácia, V2 = konečný objem. Príklad: zrieďte 100 mg/L 10x. C2 = 10 mg/L. Potrebujete V1 = 10 ml, V2 = 100 ml. Pridajte 90 ml rozpúšťadla k 10 ml koncentrátu.

Tvrdosť vody pochádza z iónov Ca2+ a Mg2+, ale rôzne atómové hmotnosti sťažujú priame porovnanie. Prevod na ekvivalent CaCO3 poskytuje štandardnú škálu. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L ako CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L ako CaCO3. Spravodlivé porovnanie napriek rôznym skutočným iónom!

Závisí od kontextu. Kvalita vody: rozsah µg/L (ppb) až ng/L (ppt). Životné prostredie: ng/L až pg/L. Klinické: často ng/mL až µg/mL. 'Stopové' vo všeobecnosti znamená <1 mg/L. Ultra-stopové: <1 µg/L. Moderné prístroje detegujú femtogramy (fg) vo výskume!