Конвертер концентрації
Концентрація — Від Часток на Квадрильйон до Відсотків
Опануйте одиниці масової концентрації у сферах якості води, хімії та екології. Від г/л до ppb, зрозумійте концентрації розчинених речовин і що означають ці цифри в реальних застосуваннях.
Основи Концентрації
Що таке Концентрація?
Концентрація вимірює, скільки розчиненої речовини розчинено в розчині. Масова концентрація = маса розчиненої речовини ÷ об'єм розчину. 100 мг солі в 1 л води = концентрація 100 мг/л. Вищі значення = сильніший розчин.
- Концентрація = маса/об'єм
- г/л = грами на літр (базова)
- мг/л = міліграми на літр
- Вище число = більше розчиненої речовини
Масова Концентрація
Масова концентрація: маса розчиненої речовини на об'єм. Одиниці: г/л, мг/л, мкг/л. Пряма і однозначна. 1 г/л = 1000 мг/л = 1 000 000 мкг/л. Використовується в якості води, клінічній хімії, моніторингу навколишнього середовища.
- г/л = грами на літр
- мг/л = міліграми на літр
- мкг/л = мікрограми на літр
- Пряме вимірювання, без неоднозначності
ppm та Відсотки
ppm (частин на мільйон) ≈ мг/л для води. ppb (частин на мільярд) ≈ мкг/л. Відсоток мас./об.: 10% = 100 г/л. Легко зрозуміти, але залежить від контексту. Поширене при тестуванні якості води.
- 1 ppm ≈ 1 мг/л (вода)
- 1 ppb ≈ 1 мкг/л (вода)
- 10% мас./об. = 100 г/л
- Контекст: водні розчини
- Масова концентрація = маса/об'єм
- 1 г/л = 1000 мг/л = 1 000 000 мкг/л
- 1 ppm ≈ 1 мг/л (для води)
- 10% мас./об. = 100 г/л
Пояснення Систем Одиниць
Масова Концентрація SI
Стандартні одиниці: г/л, мг/л, мкг/л, нг/л. Чіткі та однозначні. Кожен префікс = шкала ×1000. Універсальні в хімії, екології, клінічних тестах.
- г/л = базова одиниця
- мг/л = міліграми на літр
- мкг/л = мікрограми на літр
- нг/л, пг/л для слідового аналізу
Одиниці Якості Води
ppm, ppb, ppt часто використовуються. для розбавлених водних розчинів: 1 ppm ≈ 1 мг/л, 1 ppb ≈ 1 мкг/л. EPA використовує мг/л та мкг/л для стандартів. ВООЗ використовує ppm для простоти.
- ppm = частин на мільйон
- ppb = частин на мільярд
- Дійсно для розбавлених водних розчинів
- Стандарти EPA в мг/л, мкг/л
Жорсткість Води
Виражається в еквіваленті CaCO₃. Одиниці: gpg (грани на галон), °fH (французькі), °dH (німецькі), °e (англійські). Всі конвертуються в мг/л як CaCO₃. Стандарт для очищення води.
- gpg: жорсткість води в США
- °fH: французькі градуси
- °dH: німецькі градуси
- Всі як еквівалент CaCO₃
Наука про Концентрацію
Ключові Формули
Концентрація = маса/об'єм. C = m/V. Одиниці: г/л = кг/м³. Перетворення: помножте на 1000 для мг/л, на 1 000 000 для мкг/л. ppm ≈ мг/л для води (густина ≈ 1 кг/л).
- C = m/V (концентрація)
- 1 г/л = 1000 мг/л
- 1 мг/л ≈ 1 ppm (вода)
- %мас./об.: маса% = (г/100мл)
Розведення
Формула розведення: C1V1 = C2V2. Початкова концентрація x об'єм = кінцева концентрація x об'єм. 10 мл розчину 100 мг/л, розведеного до 100 мл = 10 мг/л. Збереження маси.
- C1V1 = C2V2 (розведення)
- Маса зберігається при розведенні
- Приклад: 10x100 = 1x1000
- Корисно для лабораторної підготовки
Розчинність
Розчинність = максимальна концентрація. Залежить від температури. NaCl: 360 г/л при 20°C. Цукор: 2000 г/л при 20°C. Перевищення розчинності → осадження.
- Розчинність = максимальна концентрація
- Залежить від температури
- Можливе перенасичення
- Перевищення → осад
Орієнтири Концентрації
| Речовина/Стандарт | Концентрація | Контекст | Примітки |
|---|---|---|---|
| Слідове виявлення | 1 пг/л | Ультра-сліди | Передова аналітична хімія |
| Сліди фармацевтичних препаратів | 1 нг/л | Екологія | Нові забруднювачі |
| Ліміт EPA на арсен | 10 мкг/л | Питна вода | Максимум 10 ppb |
| Рівень дії EPA для свинцю | 15 мкг/л | Питна вода | Рівень дії 15 ppb |
| Хлор у басейні | 1-3 мг/л | Басейн | Типово 1-3 ppm |
| Фізіологічний розчин | 9 г/л | Медицина | 0.9% NaCl, фізіологічний |
| Солоність морської води | 35 г/л | Океан | Середнє значення 3.5% |
| Насичений розчин солі | 360 г/л | Хімія | NaCl при 20°C |
| Розчин цукру | 500 г/л | Харчова промисловість | 50% мас./об. сироп |
| Концентрована кислота | 1200 г/л | Лабораторний реагент | Конц. HCl (~37%) |
Загальні Стандарти для Води
| Забруднювач | ГДК EPA | Рекомендації ВООЗ | Одиниці |
|---|---|---|---|
| Арсен | 10 | 10 | мкг/л (ppb) |
| Свинець | 15* | 10 | мкг/л (ppb) |
| Ртуть | 2 | 6 | мкг/л (ppb) |
| Нітрати (як N) | 10 | 50 | мг/л (ppm) |
| Фториди | 4.0 | 1.5 | мг/л (ppm) |
| Хром | 100 | 50 | мкг/л (ppb) |
| Мідь | 1300 | 2000 | мкг/л (ppb) |
Застосування в Реальному Світі
Якість Води
Стандарти питної води: ліміти EPA для забруднювачів. Свинець: рівень дії 15 мкг/л (15 ppb). Арсен: максимум 10 мкг/л (10 ppb). Нітрати: максимум 10 мг/л (10 ppm). Критично для громадського здоров'я.
- Свинець: <15 мкг/л (EPA)
- Арсен: <10 мкг/л (ВООЗ)
- Нітрати: <10 мг/л
- Хлор: 0.2-2 мг/л (обробка)
Клінічна Хімія
Аналізи крові в г/дл або мг/дл. Глюкоза: 70-100 мг/дл норма. Холестерин: <200 мг/дл бажано. Гемоглобін: 12-16 г/дл. Медична діагностика покладається на діапазони концентрацій.
- Глюкоза: 70-100 мг/дл
- Холестерин: <200 мг/дл
- Гемоглобін: 12-16 г/дл
- Одиниці: г/дл, мг/дл поширені
Моніторинг Навколишнього Середовища
Якість повітря: PM2.5 в мкг/м³. Забруднення ґрунту: мг/кг. Поверхневі води: нг/л для слідових органічних речовин. Рівні ppb та ppt для пестицидів, фармацевтичних препаратів. Потрібне надчутливе виявлення.
- PM2.5: <12 мкг/м³ (ВООЗ)
- Пестициди: від нг/л до мкг/л
- Важкі метали: діапазон мкг/л
- Слідові органічні речовини: від нг/л до пг/л
Швидка Математика
Перетворення Одиниць
г/л × 1000 = мг/л. мг/л × 1000 = мкг/л. Швидко: кожен префікс = шкала ×1000. 5 мг/л = 5000 мкг/л.
- г/л → мг/л: ×1000
- мг/л → мкг/л: ×1000
- мкг/л → нг/л: ×1000
- Прості кроки ×1000
ppm та Відсотки
Для води: 1 ppm = 1 мг/л. 1% мас./об. = 10 г/л = 10 000 ppm. 100 ppm = 0.01%. Швидкий розрахунок відсотків!
- 1 ppm = 1 мг/л (вода)
- 1% = 10 000 ppm
- 0.1% = 1 000 ppm
- 0.01% = 100 ppm
Розведення
C1V1 = C2V2. Щоб розвести в 10 разів, кінцевий об'єм має бути в 10 разів більшим. 100 мг/л, розведені в 10 разів = 10 мг/л. Легко!
- C1V1 = C2V2
- Розвести в 10 разів: V2 = 10V1
- C2 = C1/10
- Приклад: 100 мг/л до 10 мг/л
Як Працюють Перетворення
- Крок 1: Джерело → г/л
- Крок 2: г/л → ціль
- ppm ≈ мг/л (вода)
- %мас./об.: г/л = % × 10
- Жорсткість: через CaCO₃
Поширені Перетворення
| З | В | × | Приклад |
|---|---|---|---|
| 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) |
| %мас./об. | 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 |
Швидкі Приклади
Розв'язані Задачі
Тест на Свинець у Воді
Зразок води містить 12 мкг/л свинцю. Чи є він безпечним (рівень дії EPA: 15 мкг/л)?
12 мкг/л < 15 мкг/л. Так, нижче рівня дії EPA. Також виражається як 12 ppb < 15 ppb. Безпечно!
Розрахунок Розведення
Розвести 50 мл розчину 200 мг/л до 500 мл. Яка кінцева концентрація?
C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10 000/500 = 20 мг/л. 10-кратне розведення!
Фізіологічний Розчин
Приготувати 0,9% фізіологічний розчин. Скільки грамів NaCl на літр?
0.9% мас./об. = 0.9 г на 100 мл = 9 г на 1000 мл = 9 г/л. Фізіологічний розчин!
Поширені Помилки
- **Неоднозначність ppm**: ppm може бути мас./мас., об./об. або мас./об.! Для води ppm ≈ мг/л (припускається густина = 1). Недійсно для олій, спиртів, концентрованих розчинів!
- **Молярна ≠ масова**: Неможливо перетворити г/л в моль/л без молярної маси! NaCl: 58.44 г/моль. Глюкоза: 180.16 г/моль. Різні!
- **% мас./мас. проти % мас./об.**: 10% мас./мас. ≠ 100 г/л (потрібна густина розчину). Тільки % мас./об. перетворюється безпосередньо! 10% мас./об. = 100 г/л точно.
- **Одиниці мг/дл**: Медичні тести часто використовують мг/дл, а не мг/л. 100 мг/дл = 1000 мг/л. Різниця в 10 разів!
- **Жорсткість води**: Виражається як CaCO3, хоча фактичні іони це Ca2+ та Mg2+. Стандартна конвенція для порівняння.
- **ppb проти ppt**: У США мільярд = 10^9. У Великобританії (старе), мільярд = 10^12. Використовуйте ppb (10^-9), щоб уникнути плутанини. ppt = 10^-12.
Цікаві Факти
Солоність Океану - 35 г/л
Морська вода містить ~35 г/л розчинених солей (3,5% солоності). Переважно NaCl, але також Mg, Ca, K, SO4. Мертве море: 280 г/л (28%), настільки солоне, що ви плаваєте! Велике Солоне озеро: 50-270 г/л залежно від рівня води.
ppm З'явилося в 1950-х роках
ppm (частин на мільйон) стало популярним у 1950-х роках для забруднення повітря та якості води. До цього використовували % або г/л. Зараз це стандарт для слідових забруднювачів. Легко зрозуміти: 1 ppm = 1 крапля в 50 літрах!
Нормальний Діапазон Глюкози в Крові
Глюкоза в крові натщесерце: 70-100 мг/дл (700-1000 мг/л). Це лише 0,07-0,1% ваги крові! Діабет діагностується при >126 мг/дл. Невеликі зміни мають значення—жорстке регулювання інсуліном/глюкагоном.
Хлор у Басейнах: 1-3 ppm
Хлор у басейні: 1-3 мг/л (ppm) для санітарії. Вище = печіння в очах. Нижче = ріст бактерій. Гарячі ванни: 3-5 ppm (тепліше = більше бактерій). Маленька концентрація, великий ефект!
Класифікація Жорсткості Води
М'яка: <60 мг/л CaCO3. Помірна: 60-120. Жорстка: 120-180. Дуже жорстка: >180 мг/л. Жорстка вода спричиняє утворення накипу, використовує більше мила. М'яка вода краща для прання, але може кородувати труби!
Рівень Дії EPA для Свинцю: 15 ppb
Рівень дії EPA для свинцю: 15 мкг/л (15 ppb) у питній воді. Знижено з 50 ppb у 1991 році. Безпечного рівня свинцю не існує! Криза у Флінті, Мічиган: рівні досягли 4000 ppb у найгірших випадках. Трагічно.
Еволюція Вимірювання Концентрації
Від Великого смороду в Лондоні до сучасного виявлення слідів на рівні частин на квадрильйон, вимірювання концентрації розвивалося разом з громадським здоров'ям, екологією та аналітичною хімією.
1850-ті - 1900-ті
Великий сморід у Лондоні 1858 року—коли запахи каналізації з Темзи закрили Парламент—каталізував перші систематичні дослідження якості води. Міста почали проводити грубі хімічні тести на забруднення.
Ранні методи були якісними або напівкількісними: колір, запах та грубі тести на осадження. Революція мікробної теорії (Пастер, Кох) стимулювала попит на кращі стандарти води.
- 1858: Великий сморід змушує Лондон будувати сучасну каналізацію
- 1890-ті: Перші хімічні тести на жорсткість, лужність та хлориди
- Одиниці: грани на галон (gpg), частин на 10 000
1900-ті - 1950-ті
Хлорування води (перша установка в США: Джерсі-Сіті, 1914) вимагало точного дозування—занадто мало не дезінфікувало, занадто багато було токсичним. Це сприяло прийняттю мг/л (частин на мільйон) як стандартної одиниці.
Спектрофотометрія та титриметричні методи дозволили точно вимірювати концентрацію. Органи громадського здоров'я встановили ліміти для питної води в мг/л.
- 1914: Хлор дозується на рівні 0.5-2 мг/л для дезінфекції
- 1925: Служба громадського здоров'я США встановлює перші стандарти для води
- мг/л та ppm стають взаємозамінними для розбавлених водних розчинів
1960-ті - 1980-ті
«Мовчазна весна» (1962) та екологічні кризи (пожежа на річці Кайахога, Лав-Канал) стимулювали регулювання пестицидів, важких металів та промислових забруднювачів на рівнях мкг/л (ppb).
Атомно-абсорбційна спектроскопія (ААС) та газова хроматографія (ГХ) дозволили виявляти концентрації нижче 1 мкг/л. Закон EPA про безпечну питну воду (1974) встановив Максимально допустимі рівні (ГДК) в мкг/л.
- 1974: Закон про безпечну питну воду створює національні стандарти ГДК
- 1986: Заборона свинцю; рівень дії встановлено на 15 мкг/л (15 ppb)
- 1996: Ліміт на арсен знижено з 50 до 10 мкг/л
1990-ті - Сьогодення
Сучасні прилади LC-MS/MS та ICP-MS виявляють фармацевтичні препарати, PFAS та ендокринні руйнівники на рівнях нг/л (ppt) і навіть пг/л (ppq).
Водна криза у Флінті (2014-2016) виявила недоліки: свинець досяг 4000 ppb (у 267 разів перевищує ліміт EPA). ВООЗ та EPA постійно оновлюють рекомендації з покращенням аналітичної чутливості.
- 2000-ні: PFAS 'вічні хімікати' виявлені на рівнях нг/л
- 2011: ВООЗ оновлює рекомендації для >100 забруднювачів
- 2020-ті: Рутинне виявлення на рівні пг/л; нові виклики в мікропластику, наноматеріалах
Поради Профі
- **Швидке ppm**: Для води 1 ppm = 1 мг/л. Легке перетворення!
- **% в г/л**: %мас./об. x 10 = г/л. 5% = 50 г/л.
- **Розведення**: C1V1 = C2V2. Перевірте, помноживши концентрацію на об'єм.
- **мг/дл в мг/л**: Помножте на 10. Медичні одиниці потребують перетворення!
- **ppb = ppm x 1000**: Кожен крок = x1000. 5 ppm = 5000 ppb.
- **Жорсткість**: gpg x 17.1 = мг/л як CaCO3. Швидке перетворення!
- **Автоматичний науковий запис**: Значення < 0.000001 г/л або > 1 000 000 г/л відображаються в науковому записі для читабельності (необхідно для слідового аналізу на рівнях ppq/пг!)
Довідник Одиниць
Масова концентрація
| Одиниця | Символ | г/л | Примітки |
|---|---|---|---|
| грам на літр | g/L | 1 g/L (base) | Базова одиниця; грами на літр. Стандарт у хімії. |
| міліграм на літр | mg/L | 1.0000 mg/L | Міліграми на літр; 1 г/л = 1000 мг/л. Поширене в якості води. |
| мікрограм на літр | µg/L | 1.0000 µg/L | Мікрограми на літр; рівні слідових забруднювачів. Стандарти EPA. |
| нанограм на літр | ng/L | 1.000e-9 g/L | Нанограми на літр; ультра-слідовий аналіз. Нові забруднювачі. |
| пікограм на літр | pg/L | 1.000e-12 g/L | Пікограми на літр; передова аналітична хімія. Дослідження. |
| кілограм на літр | kg/L | 1000.0000 g/L | Кілограми на літр; концентровані розчини. Промисловість. |
| кілограм на кубічний метр | kg/m³ | 1 g/L (base) | Кілограми на кубічний метр; те саме, що й г/л. Одиниця SI. |
| грам на кубічний метр | g/m³ | 1.0000 mg/L | Грами на кубічний метр; якість повітря (PM). Екологія. |
| міліграм на кубічний метр | mg/m³ | 1.0000 µg/L | Міліграми на кубічний метр; стандарти забруднення повітря. |
| мікрограм на кубічний метр | µg/m³ | 1.000e-9 g/L | Мікрограми на кубічний метр; вимірювання PM2.5, PM10. |
| грам на мілілітр | g/mL | 1000.0000 g/L | Грами на мілілітр; концентровані розчини. Лабораторне використання. |
| міліграм на мілілітр | mg/mL | 1 g/L (base) | Міліграми на мілілітр; те саме, що й г/л. Фармацевтика. |
| мікрограм на мілілітр | µg/mL | 1.0000 mg/L | Мікрограми на мілілітр; те саме, що й мг/л. Медицина. |
| грам на децилітр | g/dL | 10.0000 g/L | Грами на децилітр; медичні тести (гемоглобін). Клініка. |
| міліграм на децилітр | mg/dL | 10.0000 mg/L | Міліграми на децилітр; глюкоза крові, холестерин. Медицина. |
Відсоток (маса/об'єм)
| Одиниця | Символ | г/л | Примітки |
|---|---|---|---|
| відсоток маса/об'єм (%w/v) | %w/v | 10.0000 g/L | %мас./об.; 10% = 100 г/л. Пряме перетворення, однозначне. |
Часток на (ppm, ppb, ppt)
| Одиниця | Символ | г/л | Примітки |
|---|---|---|---|
| часток на мільйон | ppm | 1.0000 mg/L | Частини на мільйон; мг/л для води. Припускається густина = 1 кг/л. |
| часток на мільярд | ppb | 1.0000 µg/L | Частини на мільярд; мкг/л для води. Слідові забруднювачі. |
| часток на трильйон | ppt | 1.000e-9 g/L | Частини на трильйон; нг/л для води. Ультра-слідові рівні. |
| часток на квадрильйон | ppq | 1.000e-12 g/L | Частини на квадрильйон; пг/л. Передове виявлення. |
Жорсткість води
| Одиниця | Символ | г/л | Примітки |
|---|---|---|---|
| гран на галон (жорсткість води) | gpg | 17.1200 mg/L | Грани на галон; жорсткість води в США. 1 gpg = 17.1 мг/л CaCO3. |
| французькі градуси (°fH) | °fH | 10.0000 mg/L | Французькі градуси (fH); 1 fH = 10 мг/л CaCO3. Європейський стандарт. |
| німецькі градуси (°dH) | °dH | 17.8300 mg/L | Німецькі градуси (dH); 1 dH = 17.8 мг/л CaCO3. Центральна Європа. |
| англійські градуси (°e) | °e | 14.2700 mg/L | Англійські градуси (e); 1 e = 14.3 мг/л CaCO3. Стандарт Великобританії. |
FAQ
Яка різниця між ppm та мг/л?
Для розбавлених водних розчинів (наприклад, питної води) 1 ppm ≈ 1 мг/л. Це припускає, що густина розчину = 1 кг/л (як у чистої води). Для інших розчинників або концентрованих розчинів ppm та мг/л відрізняються, оскільки густина ≠ 1. ppm - це відношення маса/маса або об'єм/об'єм; мг/л - це маса/об'єм. Для точності завжди використовуйте мг/л!
Чому я не можу перетворити г/л в моль/л?
г/л (масова концентрація) та моль/л (молярна концентрація) - це різні величини. Для перетворення потрібна молярна маса: моль/л = (г/л) / (ММ в г/моль). Приклад: 58.44 г/л NaCl = 1 моль/л. Але 58.44 г/л глюкози = 0.324 моль/л (різна ММ). Потрібно знати речовину!
Що означає %мас./об.?
%мас./об. = відсоток ваги/об'єму = грами на 100 мл. 10% мас./об. = 10 г на 100 мл = 100 г на 1000 мл = 100 г/л. Пряме перетворення! Відрізняється від %мас./мас. (вага/вага, потрібна густина) та %об./об. (об'єм/об'єм, потрібні обидві густини). Завжди уточнюйте, який % ви маєте на увазі!
Як розвести розчин?
Використовуйте C1V1 = C2V2. C1 = початкова концентрація, V1 = початковий об'єм, C2 = кінцева концентрація, V2 = кінцевий об'єм. Приклад: розвести 100 мг/л в 10 разів. C2 = 10 мг/л. Потрібно V1 = 10 мл, V2 = 100 мл. Додайте 90 мл розчинника до 10 мл концентрату.
Чому жорсткість води вимірюється як CaCO3?
Жорсткість води походить від іонів Ca2+ та Mg2+, але різні атомні ваги ускладнюють пряме порівняння. Перетворення в еквівалент CaCO3 забезпечує стандартну шкалу. 1 ммоль/л Ca2+ = 100 мг/л як CaCO3. 1 ммоль/л Mg2+ = 100 мг/л як CaCO3. Справедливе порівняння, незважаючи на різні фактичні іони!
Яка концентрація вважається слідовою?
Залежить від контексту. Якість води: діапазон від мкг/л (ppb) до нг/л (ppt). Екологія: від нг/л до пг/л. Клініка: часто від нг/мл до мкг/мл. 'Слідова' зазвичай означає <1 мг/л. Ультра-слідова: <1 мкг/л. Сучасні прилади виявляють фемтограми (фг) в дослідженнях!
Повний Довідник Інструментів
Усі 71 інструменти, доступні на UNITS