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気体の体積濃度 ppmとは

1ppmの小部屋

厚生労働省のホルムアルデヒドの室内濃度指針値では、単位の違う2種類の基準値が示されています。100[μg/m3]=0.0001[g/m3]のことで、重量なのでイメージしやすいのですが、もう一方の0.08[ppm]は、単位の意味を知らないと全く分かりません。

※厚生労働省のホルムアルデヒドの室内濃度指針値
化学物質名 室内濃度指針値
[ μg/m3 ]
室内濃度指針値
[ ppm ]
ホルムアルデヒド 100 0.08
※気体濃度1[ppm]の部屋
室内濃度1ppmの絵

この絵では、縦・横・高さが1m(100cm)の小部屋の中に、体積が1cm3のホルムアルデヒドが存在します。

・小部屋の体積:100cm×100cm×100cm=1,000,000(100万)cm3

・ホルムアルデヒドの体積:1cm3

ホルムアルデヒドの体積が、小部屋の体積の100万分の1の状態になっています。このとき、室内のホルムアルデヒド濃度は1[ppm]となります。

[ppm]( perts per million)とは、100万分の1という意味があり、[μg/m3]は重量表示で、[ppm]は体積比になります。

ホルムアルデヒド濃度が0.08[ppm]とは、体積0.08cm3のホルムアルデヒドがこの小部屋(体積100万cm3)に存在する状態になります。

0.5ppmの小部屋

次は、小部屋の体積が先程の2倍になっています。

※気体濃度0.5[ppm]の部屋
室内濃度0.5ppmの絵

・小部屋の体積:200cm×100cm×100cm=2,000,000(200万)cm3

・ホルムアルデヒドの体積:1cm3

小部屋の体積は2倍ですが、ホルムアルデヒドの体積は先程と同じ1cm3です。体積比は200万分の1となりますが、これは”100万分の0.5”の比率となりますので、室内の気体濃度は0.5[ppm]となります。

ppmとは

気体濃度の単位[ppm]は、一定量の空間にその気体が占める体積比で表示します。

※ある空間内に存在する気体の量が、その空間の100万分の1の体積のときを、濃度1[ppm]といいます。

※①室内の気体濃度1.0[ppm]の部屋
室内濃度1ppmの絵

1ppm:気体の体積は、空間体積に対して100万分の1の体積比です。


※②室内の気体濃度2.0[ppm]の部屋
室内濃度2ppmの絵

2ppm:気体の体積は、空間体積に対して100万分の2の体積比です。


※③室内の気体濃度2.0[ppm]の部屋
室内濃度2ppmの絵

2ppm:気体の体積は、空間体積に対して100万分の2の体積比です。


※④室内の気体濃度0.5[ppm]の部屋
室内濃度0.5ppmの絵

0.5ppm:気体の体積は、空間体積に対して100万分の0.5の体積比です。

mg/m3からppmへの単位の換算

作業場などでは、検知管などの簡易測定で評価を行いますが、 その場合に結果がppm単位で表示されることが多いです。 先ほどの厚労省の指針値では、ホルムアルデヒドの室内指針濃度は100μg/m3と0.08ppm(温度25℃の場合)の2種類で表示されていますので、これを例にして換算してみましょう。

簡易手法として、理想気体の状態方程式を使います。

式:PV=w/M×RT

記号 項目 単位
P: 圧力 気圧 1
V: 体積 リットル これから計算で求める値
w: ホルムアルデヒドの質量 g 0.0001
M: ホルムアルデヒドの分子量 g 30(HCOH:1+12+16+1)
R: 定数 - 0.0821
T: 絶対温度 K 25+273.15=298.15

空間1m3中に存在するホルムアルデヒド100μg=0.0001gの体積Vを求めます。

式:V=w/M×RT/P

=(0.0001/30)×0.0821×298.15/1

=0.00008159リットル

これが空間1m3中にあるホルムアルデヒドの体積になります(25℃)。

空間1m3に対する体積比を計算しますので、単位を揃えます。1m3は1000リットルです。

体積比:0.00008159リットル/1000リットル=0.00000008159

百万分の1の体積比(0.000001)で1ppmになりますので、

百万分の1で割り算して、ppm濃度に換算します。

0.00000008159÷(1/1000000)=0.08159≒0.08ppm

ここでは気温25度で計算しましたが、温度で体積濃度は変化します。

温度を変えると、この様な結果になります。

30℃の場合 0.0829ppm

20℃の場合 0.0802ppm

10℃の場合 0.0775ppm

次式は換算式です。

※換算式
ppmへの換算式とミリグラムへの換算式