วิธีการคำนวณ PPM จากแรงดันไอ

ผลลัพธ์ของมลพิษไม่ได้ใช้หน่วยเดียวกันเสมอไป เปรียบเทียบรายงานเมื่อผลลัพธ์แสดงเป็น ppm, mg/m3 หรือ ppmv อาจเป็นสิ่งที่ท้าทาย แต่การแปลงหน่วยเหล่านี้ต้องใช้เพียงไม่กี่ขั้นตอนและความรู้พื้นฐานเพียงเล็กน้อย

การกำหนดคำ: PPM

ตัวย่อppmหมายถึง ส่วนในล้านส่วน หนึ่งส่วนต่อล้านหมายถึงอนุภาคของสารหนึ่งอนุภาคจากอนุภาคทั้งหมดหนึ่งล้านอนุภาค ส่วนในล้านส่วนหมายถึงจำนวนอนุภาคในของเหลว ไม่ว่าของไหลจะเป็นแก๊สหรือของเหลว ตัวย่อเต็มควรเป็นppmvหรือส่วนในล้านตามปริมาณ แต่รายงานมักลด v เพื่อเปลี่ยนจาก ppmv เป็น ppm

ในดิน ส่วนในล้านส่วน หมายถึง ส่วนในล้านส่วนโดยมวล ตัวย่อppmmหรือ ppm. ในก๊าซ ส่วนในล้านส่วนเท่ากับจำนวนโมลของวัสดุ (หนึ่งโมลของสารเท่ากับ 6.022x1023 หน่วยของสาร) เมื่อระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศอยู่ที่ 409 ppm บรรยากาศจะมีคาร์บอนไดออกไซด์ 409 โมลในอากาศหนึ่งล้านโมล

การแปลงย้อนกลับจากโมลเป็นส่วนต่อล้าน (โมลเป็น ppm) หมายความว่าจำนวนโมลต่อล้านโมลของสารเท่ากับส่วนต่อล้าน

ส่วนในล้านส่วน ซึ่งเป็นปริมาณและการวัดที่ไม่มีมิติ อธิบายความเข้มข้นที่น้อยมากของวัสดุในอากาศหรือของเหลว ปริมาณที่น้อยกว่าอาจรายงานเป็นส่วนต่อพันล้าน (ppb). อาจใช้ตัวย่อ ppt แต่pptอาจหมายถึงส่วนในพันส่วนหรือส่วนในล้านล้านก็ได้

การกำหนดคำศัพท์: ความดันไอ

ความดันไอหมายถึงความดันของไอ (แก๊ส) เหนือเฟสของเหลวหรือของแข็งเมื่อทั้งสองอยู่ในสภาวะสมดุลในภาชนะปิด สมดุลเกิดขึ้นเมื่อจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลระเหยเท่ากับจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลที่ควบแน่นกลับไปเป็นของเหลวหรือของแข็ง

ความดันไอเปลี่ยนแปลงโดยตรงกับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความดันไอจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลง ความดันไอจะลดลง ความดันไอวัดโดยใช้มาโนมิเตอร์แบบปรอท

เมื่อทั้งสองด้านของมาโนมิเตอร์เปิดออก คอลัมน์ของปรอทในท่อมาโนมิเตอร์รูปตัวยูจะมีความสูงเท่ากันในแต่ละส่วนตั้งตรงของท่อ ภาชนะปิดซึ่งมีวัสดุที่กำลังทดสอบติดอยู่ที่ด้านหนึ่งของหลอด เมื่อความดันไอในภาชนะปิดเพิ่มขึ้น แรงดันจากไอจะดันคอลัมน์ของปรอทซึ่งจะสูงขึ้นไปทางด้านเปิดของท่อ

เมื่อความดันไอคงที่ ความแตกต่างของระดับปรอทที่ทั้งสองด้านของมาโนมิเตอร์จะแสดงความดันไอ ซึ่งรายงานเป็นมิลลิเมตรของปรอท (mmHg หรือ torr​).

ความดันบางส่วน

ความดันไอวัดเมื่อมีก๊าซเพียงชนิดเดียวเท่านั้น ความดันบางส่วนหมายถึงความดันของก๊าซหนึ่งตัวในส่วนผสมของก๊าซ ตัวอย่างเช่น เมื่อมีคนเป่าลูกโป่ง บอลลูนจะมีก๊าซหลายชนิด รวมทั้งคาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจน ไนโตรเจน อาร์กอน และไอน้ำ ก๊าซแต่ละชนิดเหล่านี้ใช้แรงกดบางส่วนกับบอลลูน แรงกดบางส่วนที่รวมกันทำให้บอลลูนพองตัว

หน่วยการรายงานทั่วไป

การรายงานด้านสิ่งแวดล้อมใช้หน่วยต่างๆ ตามวัสดุที่สุ่มตัวอย่าง การทดสอบดินรายงานการทดสอบเป็นมิลลิกรัม (มก.) ต่อกิโลกรัม (กก.) หรือส่วนต่อล้านโดยพิจารณาจากมวล (ppmm, ppm ที่เขียนด้วย). รายงานผลน้ำเป็นมิลลิกรัม (มก.) ต่อลิตร (ลิตรหรือลิตร) โดยพิจารณาจากมวลสารก่อมลพิษในปริมาตรน้ำ มลพิษทางน้ำอาจถูกรายงานเป็นไฝ(เขียนด้วยโมล) ของสารก่อมลพิษต่อลิตรในปริมาตรของน้ำ แทนด้วย M. ผลการทดสอบอากาศรายงานผลการทดสอบเป็นมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตรหรือส่วนต่อล้านตามปริมาตร (ppmv เขียนเป็น ppm ด้วยวี).

การคำนวณความเข้มข้นของแก๊ส: mmHg ถึง ppm

ในการแปลงจากมิลลิเมตรปรอทเป็นส่วนในล้าน (mmHg เป็น ppm) ให้ใช้สูตรส่วนต่อล้าน (ppm) เท่ากับความดันไอ วัดเป็นมิลลิเมตรของปรอท (VP ใน mmHg) หารด้วยความดันบรรยากาศในหน่วยมิลลิเมตรของปรอท (PA ใน mmHg) แล้วคูณด้วยหนึ่ง ล้าน (106).

ในทางคณิตศาสตร์ สมการคือ

ppm=\frac{VP}{PA}\times 10^6

ตัวอย่างเช่น หากวัดระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศปัจจุบันเป็น 0.311 mmHg การคำนวณส่วนต่อล้านจะกลายเป็น

ppm=\frac{0.311}{760}\times 10^6=409\text{ ppm}

ในการแปลง ppm เป็นความดันบางส่วน ให้จัดเรียงสมการใหม่เพื่อให้ความดันไอมีหน่วยมิลลิเมตรปรอทเท่ากับ ส่วนในล้านส่วน (ppm) คูณด้วยความดันบรรยากาศ (PA) โดยผลิตภัณฑ์หารด้วยหนึ่งล้าน (106). ตัวอย่างเช่น ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมอยู่ที่ประมาณ 280 ppm ความดันไอในขณะนั้นสามารถคำนวณได้ดังนี้

VP=\frac{ppm\times PA}{10^6}=\frac{280\times 760}{10^6}=0.213\text{ mmHg}

ตัวอย่างเหล่านี้สันนิษฐานว่าความดันมาตรฐาน (760 mmHg)

การคำนวณความเข้มข้นของแก๊ส: ppm ถึง mg/m3

ความเข้มข้นของก๊าซอาจรายงานเป็นมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (มก./ลบ.ม) มากกว่าส่วนในล้านหรือมิลลิเมตรของปรอท ใช้สูตรส่วนต่อล้าน เท่ากับ 24.45 เท่าของหน่วยวัดเป็นมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แล้วหารด้วยน้ำหนักโมเลกุลกรัมของสาร ใช้ตารางธาตุเพื่อหาน้ำหนักโมเลกุลกรัม (ดูข้อมูล)

ตัวอย่างเช่น คาร์บอนไดออกไซด์มีน้ำหนักโมเลกุลเป็นกรัมของอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม 12 บวกกับออกซิเจนสองอะตอม 16x2=32 สำหรับน้ำหนักโมเลกุลรวมเป็นกรัม 44 (12+32) ถ้าวัดคาร์บอนไดออกไซด์ในห้องเรียนที่ 2,500 มก./ม.3 และคาร์บอนไดออกไซด์ที่ยอมรับได้คือ 1,100 ppm หรือน้อยกว่านั้น ห้องเรียนปลอดภัยสำหรับเด็กหรือไม่? โดยใช้สูตร

ppm=\frac{24.45\times 2500}{44=1,389\text{ ppm}

คาร์บอนไดออกไซด์ 1,389 ppm แสดงว่าระดับคาร์บอนไดออกไซด์ไม่ปลอดภัย

ตัวเลข 24.45 ในสมการคือปริมาตร (ลิตร) ของโมล (น้ำหนักโมเลกุลกรัม) ของก๊าซหรือไอเมื่อความดันเป็นหนึ่งบรรยากาศ (760 ทอร์หรือ 760 มม. ปรอท) และ 25 องศาเซลเซียส ในการคำนวณโดยยึดตามความดันและ/หรืออุณหภูมิที่ต่างกัน ให้ใส่ปริมาตรของตัวประกอบการแปลงเท่ากับค่าคงที่ของแก๊สอุดมคติคูณอุณหภูมิในเคลวิน (อุณหภูมิเซลเซียสบวก 273)

  • แบ่งปัน
instagram viewer