质量浓度

在化学中，质量浓度[1][2]（mass concentration，${\displaystyle \rho _{i}}$ 或 ${\displaystyle \gamma _{i}}$）定义为组分 i 的质量 m_i 除以相应混合物的体积 V（包括 i 的体积）[3]：

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}}$

质量浓度常应用于流体混合物，一般可解释作：以“单位流体体积所含物质的质量”来表示“该物质在流体中的浓度”。生活上的运用如空气中的污染物浓度，就是用质量浓度作为计量单位。

对于纯物质（相对于混合物）而言，质量浓度就相当于该纯物质的质量除以体积，即纯物质的密度；由此推演，质量浓度用于混合物的情况下，可视作混合物中某组分的密度。由于质量浓度的符号是 ${\displaystyle \rho _{i}}$，为避免与组分 i 自身密度 ${\displaystyle \rho }$ 混淆，有时用 ${\displaystyle \gamma _{i}}$ 来表示组分 i 的质量浓度。

单位

质量浓度的 SI 单位是 kg/m^3（千克/立方米），与 mg/mL 和 g/L 相同。其他单位有 g/(100 mL)，与 g/dL（克/分升）相同；以及 g/L（克/升）也常用。

性质

温度的影响

温度发生变化时，混合物的体积会发生膨胀，质量浓度随之下降。在温度变化较小时，混合物的体积和温度呈线性关系，故质量浓度可以通过下式进行估算：

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {\rho _{i,T_{0}}}{(1+\alpha \cdot \Delta T)}}}$

此处的${\displaystyle \rho _{i,T_{0}}}$ 是参考温度下的质量浓度，而${\displaystyle \alpha }$ 是混合物的热膨胀系数。

归一化关系

混合物中各组分的质量浓度的和等于混合物的密度${\displaystyle \rho }$

${\displaystyle \rho =\sum _{i}\rho _{i}\,}$

与偏微比容的关系

各组分的质量浓度和偏微比容的乘积之和为

${\displaystyle \sum _{i}\rho _{i}\cdot {\bar {v_{i}}}=1}$

和纯组分密度的关系

某组分的质量浓度和其自身密度的关系为：

${\displaystyle \rho _{i}=\rho _{i}^{*}{\frac {V_{i}}{V}}\,}$

此处 ${\displaystyle \rho _{i}^{*}}$ 是该组分自身的密度，${\displaystyle V_{i}}$ 是该组分混合之前所占的体积。

和其他浓度的关系

和摩尔浓度的关系

摩尔浓度${\displaystyle c_{i}}$ 和质量的浓度的转化关系如下：

${\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V_{i}}}={\frac {m_{i}}{M_{i}V_{i}}}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}}}}$

此处${\displaystyle M_{i}}$是组分${\displaystyle i}$的摩尔质量。

和质量百分浓度的关系

质量百分浓度${\displaystyle w_{i}}$和质量浓度的转化关系如下：

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m}}={\frac {\rho _{i}V}{\rho V}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}}$

与摩尔分数的关系

摩尔分数${\displaystyle x_{i}}$和质量浓度的换算式为

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n}}={\frac {\frac {m_{i}}{M_{i}}}{\frac {m}{M}}}={\frac {\frac {\rho _{i}V}{M_{i}}}{\frac {\rho V}{M}}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}\cdot {\frac {M}{M_{i}}}}$

${\displaystyle M}$ 指的是混合物的平均摩尔质量。

和重量摩尔浓度的关系

对于两组分的混合物, 重量摩尔浓度 ${\displaystyle b_{i}}$等于

${\displaystyle b_{i}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}(\rho -\rho _{i})}}}$

参考文献

1. https://www.termonline.cn/word/387908/1#
2. 存档副本. [2022-04-26]. （原始内容存档于2022-04-26）. 
3. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), The IUPAC Compendium of Chemical Terminology，4-th ed. (The Gold Book) (1997)。在線校正版: (2006–) "mass concentration"。doi:10.1351/goldbook.M03713

• 傅献彩等. 物理化学 第五版. 高等教育出版社. 2005年7月: 211页.