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공학 기술/공학기본

ppm 사용 방법

by yale8000 2021. 4. 20.

백만분율은 수를 1,000,000과의 비로 나타내는 방법으로, ppm(parts per million)이라는 기호를 사용한다. ppm은 백만분의 1이라는 뜻이며, 고체시료의 농도를 나타낼 경우 용액 1 kg에 들어있는 용질의 mg 수(또는 mg/kg)를 나타내며, 액체 시료의 경우 용액의 밀도가 대부분 1kg/L라고 하며 1L에 들어있는 용질의 mg 수를 나타내기도 한다.

ppm값을 10,000으로 나누면 %(백분율)로 단위를 변환할 수 있다. 주로 대기나 해수, 지각 등에 존재하는 미량 성분의 농도를 나타낼 때 사용된다.

 

제목

 

ppm 사용 방법

 

공기(air)에서의 부피 또는 몰 단위의 ppm

 

기체에 적용된 대기 오염 문헌에서 ppm은 항상 부피(volume) 또는 몰(mole) 단위로 백만분의 1을 의미한다. 이것들은 이상 가스로 가정하며, 사실상 1atm의 대기 오염 관심의 대부분의 가스와 동일하다.

이 값을 달리 ppmv로 표현하기도 한다.

1 ppmv는 다음 식으로 표현할 수 있다.

식

 

기체 농도를 µg/ 단위로 표현하는 것은 미터법 표현에 장점이 있지만 온도와 압력의 변화에 큰 영향을 받는다는 단점이 있다. 게다가, 분자량의 차이 때문에, 다른 기체의 농도의 비교는 어렵다.

 

ppmv를 µg/와 같은 메트릭 표현식으로 변환하려면 관련 가스의 밀도에 대한 정보가 필요하다. 가스의 밀도는 아보가드로 법칙(Law of Avogadro's)에 의해 계산될 수 있는데, 아보가드로 법칙같은 온도와 압력에서 가스의 종류에 상관없이 같은 양의 가스는 같은 수의 분자를 포함하고 있다고 말한다.

이 법칙은 STP에서 1몰의 가스가 22.71108리터(d㎥)의 부피를 점유하는 것을 의미하며, 또한 이상 가스의 molar volume으로도 언급된다.

표준 온도 및 압력(STP)은 IUPAC의 표준인 100.00 kPa(1bar)와 273.15 K(0°C)의 조건으로 정의된다. 해당 가스의 몰의 양은 분자량(molecular weight)으로 계산할 수 있다.

 

 

식
식

 

 

다른 온도 및 압력 조건에서의 미터법 차원의 다른 농도로 계산하기 위해서는 이상 기체 법칙이 유용하게 사용된다.

이상기체법칙으로부터 다음과 같은 식이 유도된다.

분자의 수(n)로 나눈 부피(V)는 온도(T)와 압력(P)을 가진 가스의 molar 부피(Vn)를 나타낸다.

식
식

상기 식을 이용하여 여러 온도 및 압력 하에서의 농도를 산출할 수 있다.

 

 

물(water)에서의 중량 단위의 ppm

물속 가스의 ppm 농도는 중량(weight)에 의해 결정된다. 이 농도를 미터법으로 표현하려면 물의 밀도(density)가 필요하다

순수 물의 밀도는 1969년까지 3.98°C의 온도와 표준 대기 압력에서 정의상 1,000 kg/㎥이어야 한다. 그때까지 이것은 kg에 대한 비열한 정의였다. 오늘날의 kg은 kg의 국제 프로토타입의 질량과 같은 것으로 정의된다.

4°C(IPTS-68)의 온도와 표준 대기압에서 고순도(VSMOW) 물은 999.9750 kg/㎥의 밀도를 가진다.

물의 밀도는 온도, 압력, 불순물, 즉 용존 가스 또는 물의 염도에 의해 영향을 받는다. 심지어 물에 용해된 가스의 농도에 관한 것조차도 용액의 밀도에 영향을 미치고 있다. 자연적으로 물은 물의 밀도에 영향을 미치는 중수소의 특정 농도를 포함할 가능성이 있다. 이 농도는 동위원소 구성(isotopic composition)이라고도 한다.

이러한 변환에 대한 정확한 계산은 물의 밀도를 측정할 때만 가능하다. 따라서 실제로 물의 밀도는 1,000 kg/으로 설정된다. 이 값으로 변환을 계산할 때 얻을 수 있는 것은 다음과 같다.

 

식

여기서 ρw = 물의 밀도  [1,000 kg/]

 

Reference : https://www.lenntech.com/calculators/ppm/converter-parts-per-million.htm

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