mg/m3ppm 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/m3ppm 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。

例題一

0.1克的雜質在1公斤中,佔了多少比例%,佔了多少ppm

「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=100毫克。 (1=1000毫克、1公斤=1000)

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

  • 上面都只是單位的轉換,記住ppm,就是每一百萬份當中佔了幾份

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。

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:

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

  • 現在想像一個空間體積,長寬高各為1公尺,這樣該體積裡面的含量就是1m3
  • 現在有某種物質,例如甲醇(分子量32),甲苯(分子量92)300mg在其中,題目就會問您那這樣有多少ppm
  • 如果題目給該空間有若干ppm(儀器檢測出),就會問您這樣有多少mg/m3

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cm3mg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1m30.0797L=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

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。

L=79.7----當然單位換算後就可以等於ppm

我們換成甲醇(分子量32),有300mg在其中,這樣有多少ppm

  (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。

  • 所以用克來計算,要換成cm3
  • 所以改成用毫克mg來計算,就可以不用換算。
  • 因為24.45約等於0.082×298.15,所以大家都教24.45
  • 看到類似題目,想到PV=nRT  V代表體積也可代表ppm,所以放在左邊,n代表莫耳,就是mg的位置,放在右邊,RT=24.45
  •  就會得到左邊這個公式。

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。

練習一

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

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24.4424.45

----------------------------------------------------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

練習二

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

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

練習三

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

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:

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

練習四

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

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。

練習五

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

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

練習五之一

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

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

練習六

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

268.71mg/m3

練習七

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

練習八

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

現在電腦測驗會給24.45,也可能給24.5,要注意看。

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