【基础常识】大气组分浓度的表示方法及换算关系

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：

以$\mu g/m^3转ppb为例，推导过程如下：$

$$\begin{gathered} X(\mu g/m^3)=\frac{X(\mu g/m^3)\cdot V_m(L/mol)}{M(g/mol)}=\frac{X\cdot V_m}{M}\cdot (\frac{\mu g}{g}\cdot \frac{L}{m^3}) \\ =\frac{X\cdot V_m}{M}\cdot 10^{-9}=\frac{V_m}{M}\cdot X(ppb) \end{gathered}$$

即$$\begin{gathered} 1\mu g/m^3=\frac{V_m}{M}ppb，式中，V_m为摩尔体积，标况下为22.4L/mol， \\ M为污染物的摩尔质量。 \end{gathered}$$

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））：

4.2 质量浓度与数浓度转换

转换关系为：
$$1(\mu g/m^3)=\frac{N_A}{M}\cdot 10^{-12}(molecular/c{m}^3)$$

$N_A为阿伏伽德罗常数，为6.02\times 10_{23}mo{l}^{-1}。M为摩尔质量。$

推导过程如下：

$$\begin{gathered} X(\mu g/m^3)=\frac{X(\mu g/m^3)\cdot N_A(molecular/mol)}{M(g/mol)}=\frac{X\cdot N_A}{M}\cdot (\frac{\mu g}{g}\cdot \frac{molecular}{m^3}) \\ =\frac{X\cdot N_A}{M}\cdot 10^{-12}\cdot \frac{molecular}{c{m}^3}=\frac{N_A}{M}\cdot 10^{-12}\cdot X(molecular/c{m}^3) \end{gathered}$$

4.3 混合比浓度与数浓度转换

由于
$$1\mu g/m^3=\frac{V_m}{M}ppb$$
而
$$1(\mu g/m^3)=\frac{N_A}{M}\cdot 10^{-12}(molecular/c{m}^3)$$

因此

$$1ppb=\frac{N_A}{V_m}\cdot 10^{-12}(molecular/c{m}^3)$$

标况下
$$\begin{gathered} 1ppb=\frac{6.02\times 10^{23}}{22.4}\cdot 10^{-12}(molecular/c{m}^3) \\ =2.6875\times 10^{10}(molecular/c{m}^3) \end{gathered}$$

其他气温气压状况下，带入数值计算即可。

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【LaTeX代码较多，存在笔误还望指出，述毕】

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