气体的浓度可以用不同的方式表示，常见的有体积浓度、质量浓度、摩尔浓度和混合比等。

1. 体积浓度（Volume Concentration）

体积浓度通常用于气体分析，常见的单位有：

• ppm（parts per million，百万分浓度）
  • $1 \text{ ppm} = \frac{1 \text{ cm}^3}{1 \text{ m}^3} = 10^{-6}$
• ppb（parts per billion，十亿分浓度）
  • $1 \text{ ppb} = 10^{-9}$
• %（体积分数，Volume Percent）
  • 1% = $10^4$ppm

适用范围：空气污染监测（SO₂、NO₂、CO、O₃）、工业气体分析等。

体积浓度的优势：

• 体积比不会随温度、压力变化而变化，更加稳定。
• 在不同环境条件下（实验室、工厂、野外），同一气体的体积浓度值一致，便于对比。
• 气体分析仪（如 CEMS）大多基于体积浓度测量，ppm 直接读取，无需复杂换算。

2. 质量浓度（Mass Concentration）

质量浓度表示单位体积气体中某种气体成分的质量，常见单位有：

• mg/m³（毫克每立方米）
  • 其中 $C_m$ 是质量浓度，$m$ 是质量（mg），$V$ 是体积（m³）。$$C_m = \frac{m}{V}$$
• μg/m³（微克每立方米），用于更低浓度的测量，如空气污染物。

适用范围：空气质量监测（PM2.5、PM10、SO₂、NO₂）、职业安全评估等。

质量浓度的优势：

• 质量浓度更直观地表示气体的实际污染量，适用于环境法规和排放标准。
• 不同气体的密度不同，质量浓度能更好地反映气体的真实影响（例如 SO₂ 和 CO₂ 质量浓度相同，但危害性不同）。
• 适用于职业卫生和健康评估，如吸入某种有毒气体的质量剂量是否超标。

体积浓度与质量浓度转换： $$C_m = C_v \times \frac{M}{22.4} \times \frac{273.15}{T} \times \frac{P}{101.325}$$ 其中：

• $C_m$：质量浓度（mg/m³）
• $C_v$：体积浓度（ppm）
• $M$：气体的摩尔质量（g/mol）
• $T$：温度（K）
• $P$：压力（kPa）

3. 摩尔浓度（Molar Concentration）

摩尔浓度表示单位体积气体中的物质的量，单位是 mol/m³ 或 mol/L。 $$C_n = \frac{n}{V}$$ 其中 $C_n$ 是摩尔浓度，$n$ 是摩尔数（mol），$V$ 是体积（m³）。

• 在标准状态（0℃，101.325 kPa），1 mol 气体的体积约为 22.4 L。
• 在 25℃ 时，1 mol 气体的体积约为 24.5 L。

适用范围：化学反应计算、气体定量分析等。

4. 质量比（Mass Ratio）

表示某种气体在混合气体中的质量占比，常见单位有：

• mg/kg
• μg/g

适用于空气污染、燃烧排放分析等。

5. 体积比（Mixing Ratio）

表示气体的体积占比，通常用于气象、环境科学，单位有：

• ppm、ppb、ppt（万亿分比）
  • $1 \text{ ppt} = 10^{-12}$
• mol/mol（摩尔分数）
  • $1 \text{ ppm} = 10^{-6} \text{ mol/mol}$

适用于温室气体分析（CO₂、CH₄）、大气监测等。

总结

体积浓度与质量浓度对比

不同浓度类型