Πώς να υπολογίσετε το PPM από την πίεση ατμών

Περιεχόμενο

• Ορισμός του όρου: PPM
• Καθορισμός του όρου: Πίεση ατμών
• Τυπικές Μονάδες Αναφοράς
• Υπολογισμός συγκέντρωσης αερίου: mmHg σε ppm
• Υπολογισμός συγκέντρωσης αερίου: ppm σε mg / m3

Τα αποτελέσματα ρύπων δεν χρησιμοποιούν πάντοτε τις ίδιες μονάδες. Συγκρίνοντας αναφορές όταν τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε ppm, mg / m³ ή ppmv μπορεί να είναι προκλητική. Αλλά η μετατροπή μεταξύ αυτών των μονάδων απαιτεί μόνο λίγα βήματα και λίγη γνώση του υποβάθρου.

Ορισμός του όρου: PPM

Το ακρωνύμιο ppm σημαίνει μέρη ανά εκατομμύριο. Ένα μέρος ανά εκατομμύριο σημαίνει ένα σωματίδιο μιας ουσίας μεταξύ ενός εκατομμυρίου ολικών σωματιδίων. Τα μέρη ανά εκατομμύριο αναφέρονται στον αριθμό των σωματιδίων σε ένα υγρό, είτε το υγρό είναι αέριο είτε υγρό. Το πλήρες ακρωνύμιο πρέπει να είναι ppmv, ή μέρη ανά εκατομμύριο ανά όγκο, αλλά οι αναφορές συχνά μειώνουν το v για να αλλάξουν από ppmv σε ppm.

Στα εδάφη, τα μέρη ανά εκατομμύριο αντιστοιχούν σε μέρη ανά εκατομμύριο ανά μάζα, συντομευμένα ppmm ή ppm_Μ. Στα αέρια, τα μέρη ανά εκατομμύριο ισούνται με τον αριθμό των γραμμομορίων του υλικού (ένα γραμμομόριο μιας ουσίας ισούται με 6.022x10²³ μονάδες της ουσίας). Όταν το επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αναφέρεται ως 409 ppm, η ατμόσφαιρα περιέχει 409 γραμμομόρια διοξειδίου του άνθρακα σε ένα εκατομμύριο γραμμομόρια αέρα.

Η αντίστροφη μετατροπή, από γραμμομόρια σε μέρη ανά εκατομμύριο (γραμμομόρια σε ppm), σημαίνει ότι ο αριθμός των γραμμομορίων ανά εκατομμύριο γραμμομορίων ουσίας ισούται με μέρη ανά εκατομμύριο.

Τα μέρη ανά εκατομμύριο, μια αδιάστατη ποσότητα και η μέτρηση, περιγράφουν πολύ μικρές συγκεντρώσεις ενός υλικού στον αέρα ή σε υγρά. Ακόμη μικρότερες ποσότητες μπορούν να αναφέρονται ως μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb). Το ακρωνύμιο ppt μπορεί να χρησιμοποιηθεί αλλά ppt μπορεί να σημαίνει μέρη ανά χίλια ή μέρη ανά τρισεκατομμύριο.

Καθορισμός του όρου: Πίεση ατμών

Πίεση ατμού αναφέρεται στην πίεση ενός ατμού (αερίου) πάνω από την υγρή ή στερεή φάση του όταν τα δύο βρίσκονται σε ισορροπία σε ένα κλειστό δοχείο. Η ισορροπία συμβαίνει όταν ο αριθμός των ατόμων ή των μορίων που εξάτμιση ισούται με τον αριθμό των ατόμων ή των μορίων που συμπυκνώνουν πίσω στο υγρό ή το στερεό.

Η τάση ατμών αλλάζει άμεσα με τη θερμοκρασία. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται η τάση ατμών και όταν μειώνεται η θερμοκρασία, μειώνεται η τάση ατμών. Η πίεση ατμού μετράται με τη χρήση μανόμετρου υδραργύρου.

Όταν είναι ανοιχτές και οι δύο πλευρές του μανόμετρου, μια στήλη υδραργύρου στον σωλήνα μανόμετρου σχήματος U θα έχει το ίδιο ύψος σε κάθε όρθιο τμήμα του σωλήνα. Ένα κλειστό δοχείο που περιέχει το υπό δοκιμή υλικό συνδέεται στη μία πλευρά του σωλήνα. Καθώς αυξάνεται η τάση ατμών στο κλειστό δοχείο, η πίεση από τον ατμό ωθεί τη στήλη υδραργύρου η οποία έπειτα ανεβαίνει στην ανοικτή πλευρά του σωλήνα.

Όταν η τάση ατμών σταθεροποιηθεί, η διαφορά των επιπέδων υδραργύρου στις δύο πλευρές του μανόμετρου δείχνει την τάση ατμών, η οποία αναφέρεται σε χιλιοστά του υδραργύρου (mmHg ή torr).

Μερική πίεση

Η τάση ατμών μετράται όταν υπάρχει μόνο ένας τύπος αερίου. Μερική πίεση σημαίνει την πίεση ενός αερίου σε ένα μείγμα αερίων. Για παράδειγμα, όταν ένα άτομο ανατινάξει ένα μπαλόνι, το μπαλόνι περιέχει αρκετά διαφορετικά αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο, αργό και υδρατμούς. Κάθε ένα από αυτά τα αέρια εφαρμόζει μερική πίεση στο μπαλόνι. Οι συνδυασμένες μερικές πιέσεις διατηρούν το μπαλόνι φουσκωμένο.

Τυπικές Μονάδες Αναφοράς

Η αναφορά περιβαλλοντικών δεδομένων χρησιμοποιεί διαφορετικές μονάδες με βάση το υλικό στο οποίο έχουν ληφθεί δείγματα. Οι δοκιμές εδάφους αναφέρουν τη δοκιμή ως χιλιοστόγραμμα (mg) ανά χιλιόγραμμο (kg) ή μέρη ανά εκατομμύριο με βάση τη μάζα (ppmm, επίσης γραπτά ppm_Μ). Οι αναφορές αποτελεσμάτων ύδατος αναφέρονται σε χιλιοστόγραμμα (mg) ανά λίτρο (L ή l), με βάση τη μάζα του ρύπου σε όγκο νερού. Η ρύπανση των υδάτων μπορεί επίσης να αναφέρεται ως mole (επίσης γραμμένο ως mol) ρύπου ανά λίτρο σε όγκο νερού, που αντιπροσωπεύεται από τα αποτελέσματα της μελέτης M. Air αναφέρουν τα αποτελέσματα των δοκιμών ως χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο ή μέρη ανά εκατομμύριο με βάση τον όγκο (ppmv, επίσης γραμμένο σε ppm_v).

Υπολογισμός συγκέντρωσης αερίου: mmHg σε ppm

Για τη μετατροπή από χιλιοστόμετρα υδραργύρου σε μέρη ανά εκατομμύριο (mmHg σε ppm), χρησιμοποιήστε τα μέρη του τύπου ανά εκατομμύριο (ppm) ισούται με την πίεση ατμών που μετράται σε χιλιοστόμετρα υδραργύρου (VP σε mmHg) διαιρούμενη με την ατμοσφαιρική πίεση σε χιλιοστά του υδραργύρου mmHg), στη συνέχεια πολλαπλασιάστε κατά ένα εκατομμύριο (10⁶).

Μαθηματικά, η εξίσωση είναι ppmv = (VP ÷ PA) x10⁶. Για παράδειγμα, αν το τρέχον επίπεδο ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα μετριέται σε 0,311 mmHg, ο υπολογισμός των μερών ανά εκατομμύριο γίνεται ppm = (0,311 ÷ 760) x10⁶ ή 409 ppm.

Για να μετατραπεί η ppm σε μερική πίεση, ρυθμίστε εκ νέου την εξίσωση έτσι ώστε η τάση ατμών σε χιλιοστά του υδραργύρου να ισούται με μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) πολλαπλασιασμένη με την ατμοσφαιρική πίεση (PA), με το προϊόν να διαιρείται με ένα εκατομμύριο⁶). Για παράδειγμα, το επίπεδο της ατμοσφαιρικής διοξειδίου του άνθρακα προ της βιομηχανικής επανάστασης ήταν περίπου 280 ppm. Η τάση ατμών κατά το χρόνο αυτό μπορεί να υπολογιστεί ως PV = (ppmxPA) ÷ 10⁶ ή VP = (280x760) ÷ 10⁶= 212,800 ÷ 106 = 0,2128 ή 0,213 mmHg.

Αυτά τα παραδείγματα υποθέτουν τυποποιημένη πίεση (760 mmHg).

Υπολογισμός συγκέντρωσης αερίου: ppm σε mg / m3

Οι συγκεντρώσεις αερίων μπορούν να αναφέρονται σε χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (mg / m3) και όχι σε μέρη ανά εκατομμύριο ή χιλιοστόμετρα υδραργύρου. Χρησιμοποιήστε τα μέρη του τύπου ανά εκατομμύριο ισούται με 24,45 φορές τη μέτρηση σε χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο, στη συνέχεια διαιρέστε με το γραμμικό μοριακό βάρος της ουσίας. Χρησιμοποιήστε τον περιοδικό πίνακα για να βρείτε το γραμμικό μοριακό βάρος (βλ. Πόροι).

Για παράδειγμα, το διοξείδιο του άνθρακα έχει γραμμομοριακό βάρος ενός ατόμου άνθρακα, 12, συν δύο άτομα οξυγόνου, 16x2 = 32, για ολικό μοριακό βάρος 44 (12 + 32). Εάν το διοξείδιο του άνθρακα σε μια τάξη μετράται στα 2.500 mg / m³ και το αποδεκτό διοξείδιο του άνθρακα είναι 1.100 ppm ή λιγότερο, είναι ασφαλής για τα παιδιά στην τάξη; Χρησιμοποιώντας τον τύπο, ppm = (24,45x2,500) ÷ 44 = 61,125 ÷ 44 = 1,389 ppm διοξειδίου του άνθρακα, δείχνει ότι το επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα δεν είναι ασφαλές.

Ο αριθμός 24.45 στην εξίσωση είναι ο όγκος (λίτρα) ενός mole (γραμμομοριακό βάρος) ενός αερίου ή ατμού όταν η πίεση είναι μία ατμόσφαιρα (760 torr ή 760 mm Hg) και 25 ° C. Για να υπολογίσετε βάσει διαφορετικής πίεσης ή / και θερμοκρασίας, εισαγάγετε τον όγκο του συντελεστή μετατροπής ίσο με το σταθερό χρόνο ιδανικού αερίου σε Kelvin (θερμοκρασία Celsius plus 273).