ppm을 mg/m^3로 환산은?
ppm을 mg/m^3로 환산하는 식에 대해 알려주세요.
mg / m^3 = ppm x M / 22 . 4 × 273 / ( 273 + T ) x P / 1013
이 식은 어떻게 요구된 걸까요?
사용되고 있는 법칙은?
A1.
ppm에는 여러가지 정의가 있기 때문에 일률적으로는 말할 수 없습니다.
하지만, 이번에는 「부피비(v/v)이며 대상이 기체일 경우의 ppm」이라고 생각합니다.
그래서 기체라고 가정하고 이야기를 전개해 보겠습니다.
ppm(v/v)에서는, 「1 ppm=1×10^-6 L/L」로 여겨집니다.
정의 식을 알기 쉽게 설명하면 기체 1L 중에 측정 대상 성분(물질)이 1×10^-6L 존재하는 상태입니다.
자, 문제의 「mg/m^3=ppm x M/22.4×273/(273+T) x P/1013」이라는 식으로 넘어가겠습니다.
이 식의 오른쪽 변면은, 두 개의 부분으로 분해할 수 있습니다.
앞부분의 'ppm x M/22.4'...①
뒷부분 '×273/(273+T)×P/1013'... ②
라고의미를나눌수있습니다.
① 안의 'M/22.4'는 '기체 및 표준 상태의' 대상 물질이 몇 g/L 이 되는지를 나타내고 있습니다.
그러므로 ppm(기체 1L 중에 대상 물질이 몇 μL 포함되어 있는지를 나타내는 수치)에 곱합니다.
시료 1L에 몇μg의 대상성분이 있는지 알 수 있습니다.
즉 ①에서는 μg/L을 구했다는 것입니다.
또한 「μg/L=mg/m^3」이므로, 여기까지로 일단 단위는 갖추어진 것입니다.
그럼, 「②는 무엇을 위해서 하는 거지?」라고 생각 됩니다만, 그것은 보정을 위해서입니다.
①에서 구한 mg/m^3은 어디까지나 '표준 상태의 기체'에 대한 이야기입니다.
실제로 '시료는 항상 273K로 1013hPa는 아니다'.
그래서, 「×273/(273+T)」부분에서는 온도에 의한, 「× P/1013」에서는 압력에 의한 팽창/수축에 대해 보정을 하고 있습니다.
기본적인 것(온도·압력과 기체의 부피·분자량의 관계)은 이해하고 있는 것으로서 설명했습니다.
굳이 법칙을 든다면 보일 샤를의 법칙일까요?
Q2.
환경 공기 중 벤젠 농도 95mg/㎡를 ppm으로 환산하고 벤젠의 분자량은 78로 한다.' 라는 문제를 풀고 참고로 답은 29.8 ppm 인데, 환산 과정을 알려 주시기 바랍니다.
A2.
정보부족이 좀 아닐까요?
시행착오를 겪고 일단 해답의 29.8ppm이라고했습니다만.....
가정1 구하는 것은 질량의 ppm이 아니라 mol의 ppm일 것입니다.
가정2 온도는 25℃, 기압은 1atm으로 한 다음 진행하겠습니다.
(1) 25℃에서의 공기 1m^3에 포함된 분자의 mol수 =(1000/22.4)×(298/273)
표준 상태에서 기체 1mol당 22.4리터,1m^3=1000리터 입니다
(2) 공기 1m^3에 포함된 벤젠의 mol수 = 0.095/78
(3)(2식)÷(1식)=29.78×10^-6
ppm은 알고 계시겠지만 parts per million, 말하자면 백만분율입니다.
그래서 29.8ppm입니다.
Q3.
1ppm이라고 하는 것은 1g/m3이라고 하는 것과 같습니까?
예를 들어 포름알데히드의 실내 농도 지침이 0.08ppm ≒ 0.1mg/m^3입니다.
104ppm이 되면 사망이라고 쓰여져 있습니다만, 이 때는 104mg/m^3이 되므로 사망의 조건이 아닌가요?
ppm에서 mg/m^3로 환산할 때는 물질과 상관없이 1ppm=1mg/m^3인가요?
이것은 1m^3의 부피가 1,000,000mm^3인 것과 관계가 있습니까?
A3.
ppm은 100만분의 1이라는 뜻이에요.
즉, 분모와 분자를, 무게는 중량, 부피는 부피로 맞춰줘야 합니다.
별도로 중량과 정해진 것은 아니지만 중량으로 1ppm이라면 1g/1t이 됩니다.
물 1m^3는 1t이므로 물 속의 불순물로 한정하면 1g/m^3는 거의 1ppm인 셈입니다.
공기가 설마 1m^3에 1t이나 있을수는 없으니 1ppm은 더 연하게 됩니다.
그런데 공기 중의 경우, 특별히 거론하지 않으면 ppm은 중량이 아니라 부피입니다.
대상물질과 동일한 온도압력조건에서 부피가 전체 부피의 100만분의 몇 개인지 숫자입니다.
1ppm은 공기 1m^3 중에 포름알데히드가스가 1cm^3(1/100만m^3) 포함되어 있는 것입니다.
표준상태에서 포름알데히드가스는 30g(30000mg)으로 22.4l(22400cm^3)이므로 1.3mg/m^3이 1ppm인 셈입니다.
그러면 딱 0.08ppm ≒0.1mg/m^3이 됩니다.
물질에 따라 무게와 부피의 관계가 다르므로 물질에 따라 1ppm의 mg/m^3 값이 달라집니다.
이산화탄소 1ppm은 포름알데히드의 1.5배 정도, 수소 1ppm은 1/15 정도의 mg/m^3가 됩니다.
104 ppm을 mg/m^3으로 하려면 1.3배 하십시오.
그런데 104 ppm의 데이터는 어디 데이터인지 모르지만, 한 숨 들이마시면 죽는다는 데이터는 아니라고 생각합니다.
쥐의 실험 결과로 절반이 죽는 것은 480 ppm의 환경에 4시간 있을 때입니다.
1마리가 죽는 것은 104ppm정도로 말이 맞는데, 4시간이나 그런 농도에 있을때의 데이터입니다.
104 ppm이 어떤 데이터인지 아주 자세히 살펴 생각해 주시기 바랍니다.
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