Nồng độ đo lường lượng chất tan được hòa tan trong dung dịch. Nồng độ khối lượng = khối lượng chất tan ÷ thể tích dung dịch. 100 mg muối trong 1 L nước = nồng độ 100 mg/L. Giá trị cao hơn = dung dịch mạnh hơn.

• Nồng độ = khối lượng/thể tích
• g/L = gam trên lít (cơ bản)
• mg/L = miligam trên lít
• Số cao hơn = nhiều chất tan hơn

Nồng độ khối lượng: khối lượng chất tan trên mỗi thể tích. Đơn vị: g/L, mg/L, µg/L. Trực tiếp và rõ ràng. 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L. Được sử dụng trong chất lượng nước, hóa học lâm sàng, giám sát môi trường.

• g/L = gam trên lít
• mg/L = miligam trên lít
• µg/L = microgam trên lít
• Đo lường trực tiếp, không mơ hồ

ppm (phần triệu) ≈ mg/L đối với nước. ppb (phần tỷ) ≈ µg/L. Phần trăm w/v: 10% = 100 g/L. Dễ hiểu nhưng phụ thuộc vào ngữ cảnh. Phổ biến trong kiểm tra chất lượng nước.

• 1 ppm ≈ 1 mg/L (nước)
• 1 ppb ≈ 1 µg/L (nước)
• 10% w/v = 100 g/L
• Ngữ cảnh: dung dịch nước

Đơn vị tiêu chuẩn: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Rõ ràng và không mơ hồ. Mỗi tiền tố = thang đo ×1000. Phổ biến trong hóa học, khoa học môi trường, xét nghiệm lâm sàng.

• g/L = đơn vị cơ bản
• mg/L = miligam trên lít
• µg/L = microgam trên lít
• ng/L, pg/L để phân tích vết

ppm, ppb, ppt thường được sử dụng. Đối với dung dịch nước loãng: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. EPA sử dụng mg/L và µg/L cho các tiêu chuẩn. WHO sử dụng ppm để đơn giản hóa.

• ppm = phần triệu
• ppb = phần tỷ
• Hợp lệ cho dung dịch nước loãng
• Tiêu chuẩn EPA tính bằng mg/L, µg/L

Được biểu thị bằng đương lượng CaCO₃. Đơn vị: gpg (grain trên gallon), °fH (Pháp), °dH (Đức), °e (Anh). Tất cả đều chuyển đổi thành mg/L dưới dạng CaCO₃. Tiêu chuẩn cho xử lý nước.

• gpg: độ cứng của nước ở Mỹ
• °fH: độ Pháp
• °dH: độ Đức
• Tất cả đều là đương lượng CaCO₃

Nồng độ = khối lượng/thể tích. C = m/V. Đơn vị: g/L = kg/m³. Chuyển đổi: nhân với 1000 để có mg/L, nhân với 1.000.000 để có µg/L. ppm ≈ mg/L đối với nước (mật độ ≈ 1 kg/L).

• C = m/V (nồng độ)
• 1 g/L = 1000 mg/L
• 1 mg/L ≈ 1 ppm (nước)
• %w/v: khối lượng% = (g/100mL)

Công thức pha loãng: C1V1 = C2V2. Nồng độ ban đầu x thể tích = nồng độ cuối x thể tích. 10 mL dung dịch 100 mg/L pha loãng thành 100 mL = 10 mg/L. Bảo toàn khối lượng.

• C1V1 = C2V2 (pha loãng)
• Khối lượng được bảo toàn khi pha loãng
• Ví dụ: 10x100 = 1x1000
• Hữu ích cho việc chuẩn bị trong phòng thí nghiệm

Độ tan = nồng độ tối đa. Phụ thuộc vào nhiệt độ. NaCl: 360 g/L ở 20°C. Đường: 2000 g/L ở 20°C. Vượt quá độ tan → kết tủa.

• Độ tan = nồng độ tối đa
• Phụ thuộc vào nhiệt độ
• Có thể xảy ra hiện tượng siêu bão hòa
• Vượt quá → kết tủa

Tiêu chuẩn nước uống: giới hạn của EPA đối với các chất gây ô nhiễm. Chì: mức hành động 15 µg/L (15 ppb). Asen: tối đa 10 µg/L (10 ppb). Nitrat: tối đa 10 mg/L (10 ppm). Cực kỳ quan trọng đối với sức khỏe cộng đồng.

• Chì: <15 µg/L (EPA)
• Asen: <10 µg/L (WHO)
• Nitrat: <10 mg/L
• Clo: 0,2-2 mg/L (xử lý)

Xét nghiệm máu tính bằng g/dL hoặc mg/dL. Glucose: 70-100 mg/dL là bình thường. Cholesterol: <200 mg/dL là mức mong muốn. Hemoglobin: 12-16 g/dL. Chẩn đoán y tế dựa vào các khoảng nồng độ.

• Glucose: 70-100 mg/dL
• Cholesterol: <200 mg/dL
• Hemoglobin: 12-16 g/dL
• Đơn vị: g/dL, mg/dL phổ biến

Chất lượng không khí: PM2.5 tính bằng µg/m³. Ô nhiễm đất: mg/kg. Nước mặt: ng/L đối với các chất hữu cơ vi lượng. Mức ppb và ppt đối với thuốc trừ sâu, dược phẩm. Yêu cầu phát hiện cực nhạy.

• PM2.5: <12 µg/m³ (WHO)
• Thuốc trừ sâu: từ ng/L đến µg/L
• Kim loại nặng: khoảng µg/L
• Chất hữu cơ vi lượng: từ ng/L đến pg/L

g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Nhanh: mỗi tiền tố = thang đo ×1000. 5 mg/L = 5000 µg/L.

• g/L → mg/L: ×1000
• mg/L → µg/L: ×1000
• µg/L → ng/L: ×1000
• Các bước đơn giản ×1000

Đối với nước: 1 ppm = 1 mg/L. 1% w/v = 10 g/L = 10.000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Tính phần trăm nhanh!

• 1 ppm = 1 mg/L (nước)
• 1% = 10.000 ppm
• 0,1% = 1.000 ppm
• 0,01% = 100 ppm

C1V1 = C2V2. Để pha loãng 10 lần, thể tích cuối cùng lớn hơn 10 lần. 100 mg/L pha loãng 10 lần = 10 mg/L. Dễ dàng!

• C1V1 = C2V2
• Pha loãng 10 lần: V2 = 10V1
• C2 = C1/10
• Ví dụ: 100 mg/L thành 10 mg/L

Mẫu nước có 12 µg/L chì. Có an toàn không (mức hành động của EPA: 15 µg/L)?

12 µg/L < 15 µg/L. Có, dưới mức hành động của EPA. Cũng có thể biểu thị là 12 ppb < 15 ppb. An toàn!

Pha loãng 50 mL dung dịch 200 mg/L thành 500 mL. Nồng độ cuối cùng?

C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10.000/500 = 20 mg/L. Pha loãng 10 lần!

Pha dung dịch nước muối 0,9%. Cần bao nhiêu gam NaCl mỗi lít?

0,9% w/v = 0,9 g trên 100 mL = 9 g trên 1000 mL = 9 g/L. Nước muối sinh lý!

Nước biển chứa khoảng 35 g/L muối hòa tan (độ mặn 3,5%). Chủ yếu là NaCl, nhưng cũng có Mg, Ca, K, SO4. Biển Chết: 280 g/L (28%) mặn đến nỗi bạn có thể nổi! Hồ Muối Lớn: 50-270 g/L tùy thuộc vào mực nước.

ppm (phần triệu) được phổ biến vào những năm 1950 cho ô nhiễm không khí và chất lượng nước. Trước đó, người ta dùng % hoặc g/L. Bây giờ nó là tiêu chuẩn cho các chất gây ô nhiễm vi lượng. Dễ hiểu: 1 ppm = 1 giọt trong 50 lít!

Glucose máu lúc đói: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). Điều đó chỉ chiếm 0,07-0,1% trọng lượng máu! Bệnh tiểu đường được chẩn đoán ở mức >126 mg/dL. Những thay đổi nhỏ cũng quan trọng—được điều chỉnh chặt chẽ bởi insulin/glucagon.

Clo hồ bơi: 1-3 mg/L (ppm) để vệ sinh. Cao hơn = cay mắt. Thấp hơn = vi khuẩn phát triển. Bồn tắm nước nóng: 3-5 ppm (ấm hơn = nhiều vi khuẩn hơn). Nồng độ nhỏ, hiệu quả lớn!

Mềm: <60 mg/L CaCO3. Vừa phải: 60-120. Cứng: 120-180. Rất cứng: >180 mg/L. Nước cứng gây đóng cặn, tốn nhiều xà phòng hơn. Nước mềm tốt hơn cho việc giặt giũ, nhưng có thể ăn mòn đường ống!

Mức hành động chì của EPA: 15 µg/L (15 ppb) trong nước uống. Đã giảm từ 50 ppb vào năm 1991. Không có mức chì nào là an toàn! Khủng hoảng Flint, Michigan: nồng độ đạt 4000 ppb trong những trường hợp tồi tệ nhất. Thật bi thảm.

Vụ Đại hôi thối ở London năm 1858—khi mùi nước thải từ sông Thames khiến Quốc hội phải đóng cửa—đã thúc đẩy các nghiên cứu có hệ thống đầu tiên về chất lượng nước. Các thành phố bắt đầu các xét nghiệm hóa học thô sơ để tìm ô nhiễm.

Các phương pháp ban đầu là định tính hoặc bán định lượng: màu sắc, mùi và các xét nghiệm kết tủa sơ bộ. Cuộc cách mạng thuyết mầm bệnh (Pasteur, Koch) đã thúc đẩy nhu cầu về các tiêu chuẩn nước tốt hơn.

• 1858: Vụ Đại hôi thối buộc London phải xây dựng hệ thống cống rãnh hiện đại
• Thập niên 1890: Các xét nghiệm hóa học đầu tiên về độ cứng, độ kiềm và clorua
• Đơn vị: grain trên gallon (gpg), phần mười nghìn

Việc khử trùng nước bằng clo (nhà máy đầu tiên của Mỹ: Jersey City, 1914) đòi hỏi liều lượng chính xác—quá ít không khử trùng được, quá nhiều thì độc hại. Điều này đã thúc đẩy việc áp dụng mg/L (phần triệu) làm đơn vị tiêu chuẩn.

Phương pháp quang phổ và phương pháp chuẩn độ đã cho phép đo lường nồng độ chính xác. Các cơ quan y tế công cộng đã đặt ra các giới hạn nước uống bằng mg/L.

• 1914: Clo được định lượng ở mức 0,5-2 mg/L để khử trùng
• 1925: Dịch vụ Y tế Công cộng Hoa Kỳ đặt ra các tiêu chuẩn nước đầu tiên
• mg/L và ppm trở nên có thể thay thế cho nhau đối với các dung dịch nước loãng

Cuốn sách Silent Spring (1962) và các cuộc khủng hoảng môi trường (sông Cuyahoga bốc cháy, Love Canal) đã thúc đẩy việc quy định thuốc trừ sâu, kim loại nặng và các chất ô nhiễm công nghiệp ở mức µg/L (ppb).

Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và sắc ký khí (GC) cho phép phát hiện dưới 1 µg/L. Đạo luật Nước uống An toàn của EPA (1974) đã bắt buộc các Mức ô nhiễm Tối đa (MCLs) tính bằng µg/L.

• 1974: Đạo luật Nước uống An toàn tạo ra các tiêu chuẩn MCL quốc gia
• 1986: Cấm chì; mức hành động được đặt ở 15 µg/L (15 ppb)
• 1996: Giới hạn asen được hạ từ 50 xuống 10 µg/L

Các thiết bị LC-MS/MS và ICP-MS hiện đại phát hiện dược phẩm, PFAS và các chất gây rối loạn nội tiết ở mức ng/L (ppt) và thậm chí pg/L (ppq).

Cuộc khủng hoảng nước ở Flint (2014-2016) đã phơi bày những thất bại: chì đạt 4000 ppb (gấp 267 lần giới hạn của EPA). WHO và EPA liên tục cập nhật các hướng dẫn khi độ nhạy phân tích được cải thiện.

• Những năm 2000: Các 'hóa chất vĩnh cửu' PFAS được phát hiện ở mức ng/L
• 2011: WHO cập nhật hướng dẫn cho hơn 100 chất gây ô nhiễm
• Những năm 2020: Phát hiện thường quy ở mức pg/L; những thách thức mới về vi nhựa, vật liệu nano

Đối với dung dịch nước loãng (như nước uống), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Điều này giả định mật độ dung dịch = 1 kg/L (giống như nước tinh khiết). Đối với các dung môi khác hoặc dung dịch đậm đặc, ppm và mg/L khác nhau vì mật độ ≠ 1. ppm là tỷ lệ khối lượng/khối lượng hoặc thể tích/thể tích; mg/L là khối lượng/thể tích. Luôn sử dụng mg/L để có độ chính xác!

g/L (nồng độ khối lượng) và mol/L (nồng độ mol) là các đại lượng khác nhau. Việc chuyển đổi đòi hỏi trọng lượng phân tử: mol/L = (g/L) / (MW tính bằng g/mol). Ví dụ: 58,44 g/L NaCl = 1 mol/L. Nhưng 58,44 g/L glucose = 0,324 mol/L (MW khác). Cần phải biết chất đó là gì!

%w/v = phần trăm trọng lượng/thể tích = gam trên 100 mL. 10% w/v = 10 g trên 100 mL = 100 g trên 1000 mL = 100 g/L. Chuyển đổi trực tiếp! Khác với %w/w (trọng lượng/trọng lượng, cần mật độ) và %v/v (thể tích/thể tích, cần cả hai mật độ). Luôn chỉ rõ bạn đang nói đến % nào!

Sử dụng C1V1 = C2V2. C1 = nồng độ ban đầu, V1 = thể tích ban đầu, C2 = nồng độ cuối, V2 = thể tích cuối. Ví dụ: pha loãng 100 mg/L gấp 10 lần. C2 = 10 mg/L. Cần V1 = 10 mL, V2 = 100 mL. Thêm 90 mL dung môi vào 10 mL dung dịch đậm đặc.

Độ cứng của nước đến từ các ion Ca2+ và Mg2+, nhưng trọng lượng nguyên tử khác nhau làm cho việc so sánh trực tiếp trở nên khó khăn. Chuyển đổi sang đương lượng CaCO3 cung cấp một thang đo tiêu chuẩn. 1 mmol/L Ca2+ = 100 mg/L dưới dạng CaCO3. 1 mmol/L Mg2+ = 100 mg/L dưới dạng CaCO3. So sánh công bằng mặc dù các ion thực tế khác nhau!

Tùy thuộc vào bối cảnh. Chất lượng nước: khoảng từ µg/L (ppb) đến ng/L (ppt). Môi trường: từ ng/L đến pg/L. Lâm sàng: thường từ ng/mL đến µg/mL. 'Vết' thường có nghĩa là <1 mg/L. Siêu vết: <1 µg/L. Các thiết bị hiện đại phát hiện được femtogram (fg) trong nghiên cứu!