Перетворювач концентрації газу: ppm у мг/м³
Перетворюйте концентрації газів між ppm (за об’ємом) і мг/м³ (за масою) за законом ідеального газу. Вкажіть концентрацію, молярну масу газу, температуру й тиск — і одразу отримайте результат у мг/м³, ppm та мкг/м³.
Перетворення між ppm і мг/м³
Формула перетворення ppm у мг/м³
Де:
- \(C_{ppm}\) — концентрація в мільйонних частках за об’ємом (ppm)
- \(C_{mg/m^3}\) — концентрація в міліграмах на кубічний метр (мг/м³)
- \(M\) — молекулярна маса (молярна маса) газу в г/моль
- \(P\) — тиск в атмосферах (атм)
- \(T\) — абсолютна температура в кельвінах (K)
- \(R = 0.082057\) — універсальна газова стала, л·атм/(моль·K)
Ці формули пов’язують об’ємну концентрацію (ppm) із масовою (мг/м³) через закон ідеального газу. За 25 °C і 1 атм добуток \(R \cdot T\) дорівнює 24,45 — звідси й відоме правило \(mg/m^3 = ppm \times M / 24.45\).
Приклад розрахунку: ppm у мг/м³
Приклад: перетворимо 100 ppm діоксиду карбону (CO₂) у мг/м³ за 25 °C і 1 атм. Молярна маса CO₂ — 44,01 г/моль.
\[
T = 25 + 273.15 = 298.15\ \text{K}
\]
\[
C_{mg/m^3} = \frac{100 \times 44.01 \times 1}{0.082057 \times 298.15}
= \frac{4401}{24.4686} \approx 179.86
\]
Результат: 100 ppm CO₂ за 25 °C і 1 атм ≈ 179,86 мг/м³ (приблизно 179 861 мкг/м³).
Як користуватися калькулятором
- Введіть відому вам концентрацію газу та оберіть її одиницю — ppm або мг/м³ — у випадному списку поруч із значенням.
- Вкажіть молекулярну масу газу в г/моль (наприклад, 44,01 для CO₂, 28,97 для повітря, 64,07 для SO₂).
- Введіть температуру газу та оберіть °C, °F або K.
- Введіть тиск та оберіть атм, кПа, бар або мм рт. ст.
- Зчитайте результат: еквівалентна концентрація показана одразу в мг/м³, ppm і мкг/м³.
Що означають ppm і мг/м³
Концентрації газів виражають двома принципово різними способами. ppm (parts per million) — це об’ємна одиниця: вона показує, скільки об’ємів газу припадає на мільйон об’ємів повітряної суміші. мг/м³ — масова одиниця: вона показує, скільки міліграмів речовини міститься в кожному кубічному метрі повітря. Гранично допустимі концентрації на робочих місцях, виробничі вимірювання й стандарти якості повітря оперують то однією, то іншою системою, тому надійне перетворення часто просто необхідне.
Результат перетворення залежить від самого газу. Один ppm важкої молекули, як-от діоксид сульфуру (M = 64,07 г/моль), відповідає більш ніж удвічі вищій концентрації в мг/м³, ніж один ppm легкої молекули метану (M = 16,04 г/моль). Саме тому калькулятор запитує молекулярну масу — універсального коефіцієнта перерахунку не існує.
Температура і тиск також мають значення. Оскільки перетворення спирається на закон ідеального газу, об’єм, який посідає моль газу, зменшується за низьких температур або високих тисків — тож тому самому значенню ppm відповідає вища концентрація в мг/м³. Якщо залишити типові значення (25 °C, 1 атм), результати збігатимуться зі стандартним дільником 24,45, який наводять у більшості посібників з промислової гігієни. Щоб побачити, як температура і тиск формують властивості самого повітря, скористайтеся калькулятором густини повітря.
Припущення й обмеження
- Поведінка ідеального газу. Розрахунок припускає, що газова суміш підпорядковується закону ідеального газу. Для слідових концентрацій за звичайних температур і тисків це досить точно; відхилення виникають за дуже високих тисків або низьких температур.
- ppm за об’ємом. Калькулятор перетворює ppmv (об’ємне відношення). Не використовуйте його для ppm за масою (ppmw) у рідинах або розчинах — для них призначений перетворювач ppm (ppm у відсотки та мг/л).
- Сухий газ. Вологість не враховано. Висока вологість трохи змінює фактичний молярний об’єм повітря.
- Нормальні умови мають значення. Порівнюючи результат із нормативними межами або опублікованими даними, перевірте, чи вони стосуються 25 °C (як у практиці OSHA та Австралії), чи 20 °C/101,3 кПа (поширено в Європі), і встановіть відповідну температуру.
- Точність M. Беріть правильну молярну масу чистого газу або суміші; помилкова молекулярна маса зміщує результат пропорційно.
Довідка: поширені гази за 25 °C і 1 атм
| Газ | Молекулярна маса (г/моль) | 1 ppm дорівнює (мг/м³) | 1 мг/м³ дорівнює (ppm) |
|---|---|---|---|
| Повітря | 28,97 | 1,18 | 0,845 |
| Оксид карбону (CO) | 28,01 | 1,14 | 0,873 |
| Діоксид карбону (CO₂) | 44,01 | 1,80 | 0,556 |
| Діоксид сульфуру (SO₂) | 64,07 | 2,62 | 0,382 |
| Діоксид азоту (NO₂) | 46,01 | 1,88 | 0,532 |
| Озон (O₃) | 48,00 | 1,96 | 0,510 |
Наведені значення чинні лише за 25 °C і 1 атм. За інших умов завжди виконуйте повний перерахунок із фактичною температурою й тиском — або скористайтеся іншими перетвореннями одиниць, як-от перетворювач густини або калькулятор тиску й висоти.
Часті запитання
Як перетворити ppm у мг/м³ вручну?
Помножте значення ppm на молярну масу газу і поділіть на молярний об’єм: \(mg/m^3 = ppm \times M / 24.45\) за 25 °C і 1 атм. Наприклад, 50 ppm CO (M = 28,01) — це \(50 \times 28.01 / 24.45 \approx 57\) мг/м³. За 20 °C беріть 24,0 замість 24,45, а за інших температур — \(24.45 \times T/298.15\), де T — температура в кельвінах.
Чому в одних джерелах указано 24,45, а в інших 24,0 або 22,4?
Це молярні об’єми за різних умов. 24,45 л/моль відповідає 25 °C і 1 атм (умови OSHA), 24,0 л/моль — 20 °C (поширено в європейських стандартах), а 22,4 л/моль — 0 °C (стандартні умови, STP). Помилковий дільник дає похибку в кілька відсотків, тому завжди перевіряйте, на яку опорну температуру розрахована ваша гранична норма чи джерело даних, і вказуйте саме її в калькуляторі.
Який рівень ppm вважається нормальним або безпечним для поширених газів?
Усе залежить від самого газу. Для CO₂ концентрація в атмосферному повітрі становить близько 420 ppm, а рівні до 1000 ppm у приміщеннях зазвичай уважають прийнятними. Для CO гранична межа OSHA на робочих місцях — 50 ppm за 8 годин, тоді як для SO₂ і NO₂ норми значно суворіші — лише кілька ppm. Межі експозиції різняться між країнами, а також між виробничими й санітарними стандартами, тому завжди звіряйтеся з конкретним нормативом, що стосується вашої ситуації.
Чи можна цим калькулятором користуватися для рідин або розчинених речовин?
Ні. Цей інструмент перетворює об’ємні частки (ppmv) газів у повітрі, що спирається на закон ідеального газу. Для речовин, розчинених у воді, ppm зазвичай означає мг/л за масою, і в розбавлених водних розчинах 1 ppm = 1 мг/л — ані температура, ані молярна маса не потрібні. У таких випадках скористайтеся окремим перетворювачем ppm у мг/л.
Чи впливає вологість на перетворення ppm у мг/м³?
Так, але трохи. Калькулятор припускає сухе повітря. Водяна пара витісняє інші гази, тому в дуже вологому повітрі фактичний молярний об’єм за звичайних умов змінюється приблизно на 1–2 %. Для більшості вимірювань на робочих місцях і в атмосферному повітрі ця похибка несуттєва, але для прецизійної роботи за високої температури й вологості може знадобитися поправка з урахуванням фактичного парціального тиску водяної пари.
Яка найпоширеніша помилка під час перетворення ppm у мг/м³?
Використання універсального коефіцієнта без правильної молярної маси. Один ppm важкого газу, як-от SO₂ (64,07 г/моль), дорівнює 2,62 мг/м³, тоді як один ppm метану (16,04 г/моль) — лише 0,65 мг/м³, тобто різниця вчетверо. Ще одна часта помилка — введення °C там, де формула очікує кельвіни, або плутання опорних температур під час порівняння з нормативними межами експозиції.
Як визначити молярну масу газової суміші?
Усередніть молярні маси компонентів, зважаючи на їхні об’ємні частки. Наприклад, для суміші 80 % CO₂ і 20 % метану \(M = 0.8 \times 44.01 + 0.2 \times 16.04 = 38.4\) г/моль. Для слідових газів у повітрі завжди беріть молярну масу самого слідового газу, а не повітря (28,97 г/моль), адже перетворення стосується молекули забруднювача, а не газу-носія.