Jak przeliczyć jednostki ppm na mg/m³ w powietrzu?

Do wyrażania wartości stężeń zanieczyszczeń gazowych najczęściej stosuje się wymiar stężenia wagowego w jednostce objętości [µg/m3; mg/m3; g/m3] lub w stosunku ich zmieszania [ppm; ppb] w powietrzu atmosferycznym. Podstawową jednostką dla wartości odniesienia niektórych substancji w powietrzu jest [µg/m3], czyli ułamek wagowo-objętościowy, uśredniany dla okresów 1 godziny i roku kalendarzowego. Za pomocą tej jednostki określa się ile mikrogramów [µg] danej substancji znajduje się w jednym metrze sześciennym [m3] objętości gazu.

Ze względów praktycznych, w analizie śladowej stosowane są specjalne jednostki do wyrażania stężeń składników danej substancji w roztworze: ppm („parts per milion” – liczba cząstek na milion, 10-6) lub ppb („parts per bilion” – liczba cząstek na miliard, 10-9). Jednostka ppm jest bardzo wygodna do wyrażania bardzo małych stężeń, określa ile cząstek związku chemicznego przypada na milion cząstek powietrza.

W przypadku pomiaru stężeń zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym większość analizatorów mierzy wielkości koncentracji gazów w ppm lub procentach. W celu prezentowania wartości pomiarowych w mg/m3 wykonuje się konwersję jednostek według prawa gazu doskonałego. W celu przeliczenia ppm (lub ppb) na stężenie masowe w mg/m3 dla dowolnego gazu, należy wykorzystać wzór równania gazu doskonałego (dla ilości materii wyrażonej w molach): pV=nRT, gdzie p – ciśnienie gazu (w paskalach [Pa]), V – objętość zajmowana przez gaz (w [m3]), T – temperatura gazu (w kelwinach [K]), R – stała gazowa (8,31 Pa·m3·K-1·mol-1), n – liczba moli cząstek w gazie.

Jednostka stężenia podawanego w mg/m3 zależy bezpośrednio od istniejących warunków pomiaru – parametrów ciśnienia i temperatury. Zmiany ciśnienia powodują zmiany objętości, a tym samym zmiany jego zagęszczenia: w efekcie, zmianie ulega również stężenie masowe gazu. W tym przypadku stężenie objętościowe ppm, jako wzajemny stosunek objętości zanieczyszczenia do objętości powietrza, pozostaje niezmienne. Oprócz przeliczania stężeń z wartości określonej w warunkach pomiaru, niekiedy istnieje także potrzeba przedstawienia wartości stężeń dla warunków normalnych: 1 atm. ciśnienia atmosferycznego (1013,25 hPa) i temperaturze powietrza 20 °C (298,15 K). W przypadku warunków standardowych, przy konwersji jednostek stosuje się już obliczone współczynniki, które oznaczają ile mg/m3 gazu przypada na 1 ppm dla każdego związku chemicznego.

Wzajemne przeliczanie jednostek w warunkach normalnych nie stanowi problemu, natomiast przy podaniu również parametrów temperatury i ciśnienia można napotkać się na pewne trudności. Pomocny do przeliczania wartości stężeń w ppm na mg/m3 dla wybranych zanieczyszczeń może być kalkulator przeliczania wartości stężenia wagowego w jednostce objętości [mg/m3] lub w stosunku zmieszania [ppm] w powietrzu.

Źródła:

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu – Dz.U. z 2010r. nr 16 poz.87.