浓度和转换单位

许多不同的单位被用来表示大气中各种物种的浓度;我们将在这里回顾这些。关于IUPAC建议的回顾，见Schwartz和Warneck(1995)。

a.百万分之一、一亿分之一、十亿分之一、万亿分之一

对于气相物种，最常用的单位是百万分之一(ppm)、亿分之一(pphm)、十亿分之一(ppb)和万亿分之一(ppt)。这些单位分别表示在100万(106)、1亿(10倍)、10亿(美国10亿(109))或万亿(1012)空气分子中发现的污染物分子数。应该指出的是，尽管这些词被普遍使用，但在一些欧洲国家，十亿表示1012，万亿表示1018，这可能会引起混淆。雷竞技手机版app因此，在一些期刊中，当使用这些单位时，它们伴随着一个定义，例如ppb(109中的部分)。还必须注意确保ppt是指万亿分之一，而不是千分之一。后一种单位常用于同位素研究，表示为每千分，或%c。

或者，由于分子(或摩尔)的数量根据理想气体定律(PV = nRT)与它们的体积成正比，这些单位可以被认为是在106、10倍、109或1012体积的空气中发现的污染物的体积数。

这种物质的摩尔、分子或体积与干燥空气的摩尔、分子或体积的比值通常被称为混合比。混合比例的使用被广泛用于表示一个物种在整个大气中不同高度的相对数量。由于总空气压力和总空气浓度随海拔高度而降低，恒定的混合比并不意味着恒定的浓度(即，以摩尔或分子单位单位体积表示)。虽然在大多数情况下没有明确说明，但混合比例通常参考干燥空气。如果包括水蒸气，混合比例将随着湿度的变化而变化，这可能会导致几个百分点的变化。虽然我们将经常使用浓度这个术语，但如果单位是ppm、ppb或ppt，就应该理解这实际上是一个混合比。一些期刊强调这一点，把这些单位写成ppm (v:v)等。

例如，背景浓度03可能是0.04 ppm;这是4个ppphm, 40个ppb，或者40000个ppt。因此，在108个空气分子中，只有4个是03;或者，在每10x卷的空气中，只有4卷是由于03。虽然用ppm、pphm或ppb来表示03的浓度是最方便的，但其他重要的大气物质的浓度可能要小得多。例如，正如我们所看到的，驱动清洁和污染对流层白天化学反应的羟基自由基(OH)，据信其典型浓度仅<0.1 ppt。因此，使用ppt或下一节讨论的替代单位(每立方厘米的数量)。

环境空气中污染物的浓度通常非常小，所以ppm是使用的最大单位。然而，在与空气混合和稀释之前，烟囱或排气管中的污染物浓度要高得多，在这种情况下有时使用百分比(即百份)。例如，汽车尾气中的一氧化碳浓度是用百分比来测量的，反映了每100个尾气分子(或体积)中CO分子(或体积)的数量。

最后，重要的是要记住，给定气体种类的分子数量或体积构成了大气化学单位的基础;在水化学中，质量而不是体积被用作以ppm等单位表示浓度的基础。

b.每立方厘米的数量

第二种类型的浓缩单元通常用于物种，如自由基(例如，OH)出现在子ppt级别。它是在一定体积的空气中分子、原子或自由基的数量，通常是一立方厘米(cm3)。我们可以用理想气体定律将单位从ppm、pphm、ppb或ppt转换为每立方厘米的单位。因此，在1atm压力和25°C (298 K)下，每L空气中的摩尔数由n/V= P/RT给出

= 1atm /[0.08206 (L atm/K mol) x 298 K] = 0.0409 mol/L

换算成每立方厘米的分子单位，得到n/V= 0.0409 mol/L × 10"3 (L/立方厘米)× 6.02 × 1023分子/mol = 2.46 × 1019分子厘米"3

从ppm的定义为每106个空气分子中污染物分子的数量，1 ppm对应于2.46 x 1019 x 10"6 = 2.46 x 1013分子每cm3在25°C和1 atm总压下。由此可见，污染空气中OH自由基的浓度

表2.5以ppm, pphm, ppb, ppt和分子cm ~ 3为单位的浓度换算表，假设压力为1atm，温度为25°Ca

每部分	单位	每cm5的分子，原子或自由基
106	f ppm	2.46 X f013
10«	1 pphm	2.46 x 10"
10”	f磅	2.46 x fO1"
1012	lppt	2.46 x 107

“1ppm每立方米质量单位= 40.9 X (MW) /¿g

“1ppm每立方米质量单位= 40.9 X (MW) / 0.1 ppt的¿g为2.46 X 1019 X 10”12 X 0.1 = 2.46 X 106分子每立方厘米。正如我们将看到的，OH的峰值浓度要小得多，因此使用分数ppt单位变得不方便。在这种情况下，更常用的是每立方厘米的数量单位。

表2.5总结了这些单位在1atm压力和25°C下的关系。当然，如果温度或压力差异很大，则必须进行修正。

c.微克每立方米

气体种类的第三个测量单位是单位体积的质量，通常为10~ 6g / m3(图m~3)。由于1 atm在25°C含有4.09 × 10~2 mol L”1,1 ppm必须含有(4.09 × 10~2) × 10”h或4.09 × 10~8 mol l1或4.09 × 10”5 mol m”3。如果污染物的分子量是MW克每摩尔，那么1ppm的质量单位为(4.09 × 10”5)× (MW) g m”3或(40.9)× (MW)图m”3。

回到0.04 ppm的背景03的例子，图m3中的浓度为40.9 x 48 x 0.04(其中48 g mol-1是03的分子量)，或79图m~3。如果污染物是0.04 ppm S02 (MW = 64)而不是03，则S02的浓度为(40.9 x 64) x 0.04，即105图m"3。

图m~3与ppm、pphm、ppb、ppt的换算可归纳如下:

图m~3 = ppm × 40.9(MW) = pphm × 0.409(MW) = ppb × 0.0409(MW) = ppt × (4.09 × 10~5)(MW)

对于大气颗粒物，浓度以单位体积的质量表示，通常为≥m~3，或以单位体积的颗粒数表示，例如，每cm3。

表2.6美国联邦政府制定的国家环境空气质量标准(NAAQS)

污染物

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