mg/m3、ppm 濃度之單位換算公式
- 理論
(1)mg/m3 = (ppm×氣狀有害物之分子量(g/gmole) ÷24.45
(2)ppm = mg/m3 × 24.45÷氣狀有害物之分子量(g/mole)
上面是一般書上所寫的公式,如果可以理解的同學,直接套用亦無不可,但常遇到同學碰到變化題,例如不同溫度就寫錯,或是忘記公式,才發現原來大家不懂其原理,導致計算上出問題,而mg/m3、ppm 濃度之單位換算可算是基本題型,幾乎都會由此來往下推導,這邊用最簡單的方式,讓各位可以理解,看完之後,迎刃而解。
要知道的觀念一
ppm:就是百萬分之一,這是一個濃度單位,實際上跟1%的概念是類似。
例題:100塊的下午茶,有雞排+珍奶全糖+大薯,如果您同事只給您1塊錢,佔多少比例?
1 / 100=1%
如果您同事只給您25塊錢,占多少比例?
25 / 100=25%
所以ppm的概念也是一樣,就是每一百萬份當中佔了幾份。
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例題一 |
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0.1克的雜質在1公斤中,佔了多少比例%,佔了多少ppm? |
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「克」跟「公斤」都是重量單位,但數量級不同,我們都轉換成「毫克」。 1公斤=1百萬毫克、0.1克=100毫克。 (1克=1000毫克、1公斤=1000克) 所以 ----佔了0.01% 1%==10,000ppm(一萬ppm),所以0.01%=100ppm。我們在注意一下,前面提到ppm=每一百萬份當中佔了幾份,當把「公斤」跟「克」變成毫克時,剛好分母就是1百萬,因此分子的100也就代表了100ppm。
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要知道的觀念二
PV=nRT理想氣體定律,P為壓力,V為體積,R是個常數,T為絕對溫度(攝氏溫度+273.15℃),n為氣體分子莫耳數。
國中理化,所以就不仔細講解,簡單來說,就是氣體環境有其中三個參數,就可以算出第四個參數。
那R這就要背了,可以推導,但屬於大一化學課程,R=0.082 L·atm·K−1·mol−1。(K−1= )
要知道的觀念三
莫耳,這個一定要會,我們把1莫耳的碳當成12克,莫耳的概念比較類似「打」,不同元素、分子、化合物有不同的重量,跟同體積鐵、塑膠的重量不同、氫氣球會漂浮的現象一樣。
分子量=化合物該分子中,各原子的原子量總和,理論上管理員的考試題目會給。
- 以例說理
上面三個觀念會了之後。來看例題:
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有機溶劑甲苯在25°C,一大氣壓力下,洩漏0.3克於長寬高各1公尺的櫃子中,並完全揮發,甲苯分子量為92,請問櫃子中為多少ppm? 換成多少mg/m3?甲苯容許濃度80ppm, |
ppm的定義是百萬分之一,每一百萬份當中有幾份,單位(雖然不太正確但)可視為cm3/m3 有沒有發現m3是一樣的,所以我們只要可以把cm3跟mg進行換算,就可以解題了。 現在理想氣體方程式就要進來了。 PV=nRT 把一個體積(V)的概念換成n(mg) 0.3克甲苯完全揮發有多少的體積? 得到0.0797L ----也就是說,0.3克的甲苯完全揮發後,會佔有這樣的體積。 現在櫃子為1m3,0.0797L=79.7 cm3。 所以ppm的定義每一百萬份當中佔了幾份。 ---------------------------------------------------另解分隔線--------------------------------------------------------- RT(0.082×298.15)~約等於24.448~約等於24.45 ,這也就是開頭公式24.45的來源,這稱為「莫耳體積」,也就是說,在一莫耳物質所佔有的體積稱為莫耳體積。甲衛以上的考生請注意考試有的時候會給,該莫耳體積為24.5升,請用24.5升來計算。 L=0.0797升 這時候如果換成cm3,還是可以獲得ppm,而前述公式為什麼用毫克計算呢? 這就是可以省去換成cm3,可以直接得到ppm值。
則L=79.7----當然單位換算後就可以等於ppm。 |
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我們換成甲醇(分子量32),有300mg在其中,這樣有多少ppm? |
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(1L=1000cm3) 而我們體積有多少:1m3,現在體積為76cm3,這樣ppm=76 ( cm3/m3) 那我們再用另一種方式算 就是不要把毫克mg換成克g。
這樣算出來的體積剛好會是前面所算。
老師提醒: 每立方公尺的體積,甲苯有多少毫克mg/m3。 ppm等於每立方公尺的體積,甲苯有多少毫升。 |
這對於職安的學生來說,不管怎樣都要會,因為『作業環境危害』這考點考過最多次,比例大概40%,等於每考兩次就一定會看到,如果放棄這考點,等於放棄管理員的計算題了。
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練習一 |
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1大氣壓下,25℃時,當18克的水,全部蒸發後,所佔的體積為多少?水分子量為18。 |
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理想氣體公式:PV=nRT
V=24.4483L 這也就是為什麼大家都教24.45,這是因為就是一個近式值。 老師提醒: 1莫耳體積的物質全部氣化後,會得到24.44或24.45升。 ----------------------------------------------------公式轉換分隔線--------------------------------------------------- 補充:一般參考書寫mg/m3 = (ppm×氣狀有害物之分子量(g/gmole) ÷24.45 |
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練習二 |
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一大氣壓,25℃下某氣態有害物之濃度為200mg/m3,若其分子量為98,其濃度可表示為多少ppm? |
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大家會卡住的就是從重量的轉換成ppm概念。所以上述的詳解法,請大家多看幾眼,盡量了解,如果不行,記住下面這句: ppm=49.89 |
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練習三 |
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一大氣壓,25℃下某氣態有害物之濃度為200mg/m3,若其分子量為64,其濃度可表示為多少ppm? |
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『PV=nRT V代表體積也可代表ppm,所以放在左邊』我們把其簡化如下:
於106L中,等於76.40ppm----等於跳過換算,直接可以視為ppm。 老師提醒: 當題目給多少mg來算ppm,要想到相同mg(毫克),中文有克,所以放在方程式右邊,且不同分子量,所以莫耳數不同。 『mg(毫克),放在方程式右邊』 |
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練習四 |
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一大氣壓,25℃下某氣態有害物之容許濃度為25 ppm,若其分子量為98,其重量濃度可表示為多少mg/m3? |
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『PV=nRT V代表體積也可代表ppm,所以放在左邊』
mg=100.21而體積即為1m3,所以重量濃度為100.21 mg/m3 老師提醒: 類似題目想到『理想氣體方程式』,V代表體積也可代表ppm,所以放在左邊。分子量通常會給,所以就可以求出mg/m3。那壓力P呢,多數情況(99.9%)就是1大氣壓,所以可以不用理會。 |
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練習五 |
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一大氣壓,25℃下某氣態有害物之濃度為100mg/m3,若其分子量為98,其濃度可表示為多少ppm? |
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mg換算ppm,想到要求莫耳體積 依理想氣體方程式PV=nRT
V=24.95,等同ppm定義,所以濃度為24.95ppm。 |
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練習五之一 |
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一大氣壓,25℃下某氣態有害物之濃度為100mg/m3,若其分子量為32,其濃度可表示為多少ppm? |
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mg換算ppm,想到求莫耳體積,而莫耳數,才有地方放mg 依理想氣體方程式PV=nRT
(跟上題比,就是分子量不同) V=76.4,等同ppm定義,所以濃度為76.4 ppm。 |
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練習六 |
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1大氣壓25℃時,三氯乙烯之八小時日時量平均容許濃度爲50 ppm,則等於多少mg/m3? 三氯乙烯分子量為131.4 g/mole |
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得268.71mg/m3 |
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練習七 |
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1大氣壓25℃時,某場合甲醛的濃度為2 mg/m3,則該場合的甲醛濃度為多少ppm? 甲醛分子量:30.03 g/mole |
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練習八 |
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1大氣壓25℃時,某場合甲醛的濃度為1 mg/m3,則該場合的甲醛濃度為多少ppm? 甲醛分子量:30.03 g/mole |
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現在電腦測驗會給24.45,也可能給24.5,要注意看。 |
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到底在講什麼 跳來跳去的根本看不懂 自說自話還要講給別人聽 自稱老師?
第一題: 1.立分公尺已轉成百萬毫升,不太清楚 L再次出現的意義... 2.g=3.012 x 10的負3次方g = 0.3012 mg,這裡的單位轉換也很怪.....不懂 第二題: 1.題目給的是mg/立方米啊,不太清楚版主的叮嚀要人小心g,是因別的題目或什麼用意? 2.其實兩題算出來的值與公式算出來的略有差異,不過有可能是某些值約分過的原因(也在接受範圍),不過與標題所謂的...詳解,感覺還是有些許落差....