Hvad måles der med inden for kemisk analyse?

Ved sammenblanding af grundstoffer eller kemiske forbindelser er det af og til afgørende at have kendskab til koncentrationen af de pågældende bestanddele. Dette kan eksempelvis være mængden af nikkel i drikkevand, eller chrom(VI) i industrielt spildevand eller koncentrationen af guld i juveler. Det kan forekomme simpelt, og det er det sådan set også, men i virkeligheden har det alligevel vist sig at være udfordrende. En del af problematikken ligger i, at man distinkterer mellem formel koncentration og faktisk koncentration, som kan være identiske, men ikke nødvendigvis er det (vil blive uddybet mere detaljeret senere). Formel koncentration er den koncentration, som burde være til stede, baseret på det, der er blevet tilsat, hvorimod faktisk koncentration er den reelle koncentration i opløsningen.

En fastlæggelse af mængden af en specifik komponent betegnes som en kvantitativ analyse, i kontrast til den kvalitative analyse, som blot er en bekræftende test, der afgør, om det søgte stof er til stede eller ej. Inden for analytisk kemi sondrer man mellem disse to analysemetoder af praktiske hensyn: begrænsninger i udstyr og procedurer. Der eksisterer også semikvantitative analyser, hvor man kan identificere komponenten, svarende til den kvalitative analyse, og vurdere, om indholdet er højt, lavt eller middelmådigt.

Selvom detaljerne uddybes senere, er der for overblikkets skyld følgende måder at angive indhold/koncentration, som typisk anvendes:

• Molaritet: Den molære koncentration angives i mol pr. liter, mol/l. Dette udtryk kaldes også molær og noteres som M. Molær anvendes hyppigst for væsker. I teorien kan det også anvendes til koncentrationer i gasser, men traditionelt anvendes parts per million (ppm) i stedet.
• Masse pr. volumen: Masse pr. volumen er den måde at beskrive koncentration på, som intuitivt giver bedst mening for de fleste. Det betyder, at der er opløst X antal gram af et bestemt stof pr. liter opløsningsmiddel, eller hvilken enhed man anvender for masse og volumen. Ligesom med molaritet, kan man i princippet anvende masse pr. volumen for gasser, men man benytter oftest parts per million (ppm) i stedet.
• Molalitet: Den molale koncentration er antallet af mol pr. kg opløsningsmiddel. Denne koncentrationsenhed bruges ikke så hyppigt, men den har en væsentlig anvendelse: beregning af frysepunktsnedsættelser.
• Molbrøk: Molbrøken er et simpelt forholdstal, der angiver antallet af mol af komponent A i forhold til det totale antal mol, og den betegnes X.
• Procentvis indhold: Procentvis indhold er, som navnet indikerer, en almindelig procentberegning. Det, der kan gøre det komplekst, er, hvad man beregner procenten af, især fordi forholdstal som udgangspunkt er dimensionsløse. Derfor ser man ved disse en specifikation af, om det er vægt til vægt (w/w), volumen til volumen (v/v), vægt til volumen (w/v) eller noget fjerde.
• Parts per million (ppm): Parts per million er en variant af procenter, men i stedet for procenter, som er hundrededele, er det milliontedele, svarende til eksempelvis mg pr. kg. Af og til ses også ppb (parts per billion) anvendt, men ppm er langt den mest udbredte enhed.

Ved koncentrationer skelner man mellem den formelle koncentration og den aktuelle koncentration.

Den formelle koncentration er den koncentration, der burde findes, baseret på det stof, man har opløst. Denne noteres som c. Koncentrationen af salt opløst i vand angives som c(NaCl) eller c_NaCl. Det er valgfrit, om man foretrækker den ene eller den anden notation, men notationen med sænket skrift kan give visse typografiske udfordringer, hvorfor den anden notation kan være mere hensigtsmæssig.

Den aktuelle koncentration repræsenterer den faktiske koncentration i opløsningen. Dette angives med kantede parenteser, så den aktuelle koncentration af salt noteres som [NaCl].

For kemiske forbindelser, der ikke dissocierer, eksempelvis glucose:

C₆H₁₂O₆(s)C₆H₁₂O₆(aq)

er den formelle og den aktuelle koncentration den samme. Salt derimod, siges at dissocierer fuldstændigt:

NaCl(s)Na⁺(aq)+ Cl⁻(aq)

så her vil 1 mol NaCl opløst i 1 liter vand resultere i c(NaCl) = 1 M og [NaCl] = 0 M.

Så længe man arbejder med stoffer, der enten er det ene eller det andet, som i de to eksempler, er det relativt simpelt at håndtere formel og aktuel koncentration. Udfordringen opstår ved ligevægte, hvor de kemiske forbindelser kun dissocierer delvist. En kemisk forbindelse, lad os kalde den HA, som dissocierer 75%, vil derfor ved en opløsning, hvor c(HA) = 1 M, have [HA] = 0,25 M. Metoderne til at arbejde med dette og udføre beregninger vil blive behandlet i afsnittet om støkiometriske beregninger.

Den molære koncentration defineres som antallet af mol pr. liter, dvs.


Vær opmærksom på at angive enheden! Koncentrationen c kan ligeledes være masse pr. volumen, fx g/l , eller den kan forekomme som mol/m³, fordi der regnes i SI-enheder. Mol pr. liter angives også som M, som udtales molær, dvs. opløsningen indeholder x mol pr. liter eller er x molær.

Koncentrationsberegningen som masse pr. volumen er den metode til at angive koncentrationer, der umiddelbart giver mest mening for mange, da den består af enheder, man er fortrolig med at anvende. Som formel udtrykkes det således:


Husk angivelse af enhed! Koncentrationen c kan også være mol pr. rumfang, f.eks. mol/l eller mol/m³.

Molal koncentration defineres som antallet af mol pr. kg opløsningsmiddel og angives som b eller m. Der er tilsyneladende frit valg, men det anbefales generelt at bruge b, da m let kan forveksles med m for masse. På dansk har vi traditionelt anvendt c_molal i stedet.


Det er ikke en koncentrationsangivelse, der anvendes i særlig udstrækning, og bortset fra beregninger af frysepunktsnedsættelser har den molale koncentration kun meget begrænset anvendelighed.

Enheden mol/kg kaldes også molal og skrives også som m, analogt til molær, M, som beskrevet tidligere.

Molbrøken er et forholdstal for molforholdene, dvs. for stoffet A er molbrøken:

Det procentvise indhold af en given komponent er i bund og grund en simpel procentberegning, og intuitivt let at forholde sig til, da vi er vant til at tænke i procenter. Det er dog afgørende at specificere, om der er tale om masseprocenter, volumenprocenter eller noget helt tredje, og det er her, det kan gå galt i notationen. I praksis angiver man i en parentes, om det drejer sig om vægt til vægt (w/w), vægt til volumen (w/v) osv. Der er ingen fast regel for, hvor det skal stå, blot det er entydigt, eksempelvis:

Procentvis andel af A (w/w) = X %

eller

Procentvis andel af A = X % (w/w)


Formlerne for beregningen er eksempelvis:

Procentvis indhold af A (w/w) =

m(A) x 100 m(total)

Procentvis indhold af A (v/v) =

V(A) x 100 V(total)

Procentvis indhold af A (w/v) =

m(A) x 100 V(total)

Parts per million er blot en variant af procenterne, men i stedet for procenter (hundrededele) arbejder man med milliontedele, f.eks.:

Indhold af A i ppm (w/w) =

m(A) x 106 m(total)

Indhold af A i ppm (v/v) =

V(A) x 106 V(total)

Da det er så nemt at misforstå, er der mange, der, i stedet for at skrive ppm, skriver mg/kg eller ml/m³, afhængigt af forholdene.

Det forekommer, at man støder på ppb (parts per billion) i stedet for ppm, men det sker ikke så tit, da kun de færreste analyser kan måle med den nødvendige præcision, og relevansen er normalt også begrænset. Men de eksisterer, og man kan støde på dem lejlighedsvis.