【基础常识】大气组分浓度的表示方法及换算关系

编程基础 • 2024-12-30 19:01 • 阅读 19

一、混合比浓度表示法

当组分浓度较低时（皮克~微克级），一般使用占比（体积占比、质量占比等）无量纲百分数来表示浓度，常用的量有：

无量纲量	含义
`ppm`	`part per million`的简写，表示百万分之一
`ppb`	`part per billion`的简写，表示十亿分之一，最为常用
`ppt`	`part per trillion`的简写，表示万亿分之一

二、数浓度表示法

该浓度表示方法用于表示比ppt还要低的浓度水平，如自由基浓度等。常见的表示方法有：

表示方法	含义
`分子个数/cm³`	表示每立方厘米空气中有多少分子数
`原子个数/cm³`	表示每立方厘米空气中有多少原子数
`自由基个数/cm³`	表示每立方厘米空气中有多少自由基

三、质量浓度表示法

该方法比较常见，如空气质量六参的μg/m³、mg/m³都是质量浓度表示方法，表示每立方米中的污染物浓度质量。

四、换算关系

4.1 质量浓度与混合比浓度转换

根据《工业企业环境保护手册》（北京环境科学学会编，1990年3月第一版），环境污染物浓度的表示方法及转换关系如下：

在这里插入图片描述

以 $μg/m^{3}转ppb为例，推导过程如下：$

$=\frac{X(μg/m^{3}) · V_{m}(L/mol)}{M(g/mol)} = \frac{X·V_{m}}{M}·(\frac{μg}{g}·\frac{L}{m^{3}}) \newline= \frac{X·V_{m}}{M}·10^{-9} = \frac{V_{m}}{M} ·X(ppb)$

即 $\ 1μg/m^3=\frac{V_{m}}{M}ppb，式中，V_{m}为摩尔体积，标况下为22.4L/mol， \newline M为污染物的摩尔质量。$

部分常见物质的换算系数如下表（摘自《工业企业环境保护手册》（北京环境科学学会编，1990年3月第一版））：

在这里插入图片描述

4.2 质量浓度与数浓度转换

转换关系为：
$\frac{N_{A}}{M} ·10^{-12}(molecular/cm^{3})$

$\ N_{A}为阿伏伽德罗常数，为6.02\times10^{23}mol^{-1}。M为摩尔质量。$

推导过程如下：

$=\frac{X(μg/m^{3}) · N_{A}(molecular/mol)}{M(g/mol)} = \frac{X·N_{A}}{M}·(\frac{μg}{g}·\frac{molecular}{m^{3}}) \newline= \frac{X·N_{A}}{M}·10^{-12}·\frac{molecular}{cm^{3}} = \frac{N_{A}}{M} ·10^{-12}·X(molecular/cm^{3})$

4.3 混合比浓度与数浓度转换

由于
$1μg/m^3=\frac{V_{m}}{M}ppb$
而
$\frac{N_{A}}{M} ·10^{-12}(molecular/cm^{3})$

因此

$\frac{N_{A}}{V_{m}} ·10^{-12}(molecular/cm^{3})$

标况下
$\frac{6.02\times10^{23}}{22.4} ·10^{-12}(molecular/cm^{3}) \newline = 2.6875\times10^{10}(molecular/cm^{3})$

其他气温气压状况下，带入数值计算即可。

【LaTeX代码较多，存在笔误还望指出，述毕】

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