基本介紹
- 中文名：體積比濃度
- 外文名：volume by volume concentration
- 分類：物理學
氣體的體積比濃度和摩爾比濃度,體積比濃度和摩爾比濃度,體積比和摩爾比濃度的使用,天然氣組成分析中氣體濃度的表示,技術測量近地面NO2體積混合比濃度方法,能見度資料在測量NO2混合比濃度中的套用,近地面NO2混合比濃度計算,
氣體的體積比濃度和摩爾比濃度
介紹了氣體的體積比濃度和摩爾比濃度的基本概念，和他們在氣休分析中的使用情況及相互換算。
體積比濃度和摩爾比濃度
體積比和摩爾比濃度有分數、百分數和百萬分數等幾種表示形式。
1、體積分數
氣體混合物中，組分i的體積分數ψi外是組分i 的體積v1除以混合物的總體積v。
2、摩爾分數
摩爾分教是物質的量分數的習慣叫法。國家標準允許使用摩爾分數。氣體混合物中。組分i的摩爾分數x1是組分i的物質的量ni除以混合物的物質的量。
體積比和摩爾比濃度的使用
氣體分析中，氣體濃度的表示形式與分析方法有關。例如，當採用氣相色譜法分析氣體時，氣體濃度就與選用的標準氣的濃度單位有關，若標準氣的濃度是體積比，則氣體分析結果也是體積比；標準氣是摩爾比，分析結果也是摩爾比。
通常在純氣檢驗或氣體中微量組分的檢驗時，都使用體積比濃度。這是因為一般來說，純氣中雜質或氣體中微量組分含量很少，其非理想性對該系統氣體帶來的影響很小，可以忽略。例如，許多與氣體分析有關的國家標準，氣體分析量值大多都是採用體積比濃度來表示。
在氣體常量組分 (含量100%~0.1%) 的測定時，就應該使用摩爾比濃度來表示。隨稱量法配氣技術的發展，摩爾比濃度的使用也日漸增多。對於稱量法配氣技術，許多國家包括我國在內都制訂了相應的標準。可以預計，在氣體分析中，使用摩爾比濃度將逐漸普及。
天然氣組成分析中氣體濃度的表示
國際上許多國家都制訂了天然氣組成分析的標準、這些標準大多都規定：以稱量法配製的標準氣分析天然氣，這樣氣體組成以摩爾比濃度來表示。
由於稱量法 技術尚未普及，天然氣組成分析也還沒有正式的國家標準，因此，在天然氣的分析上，氣體組成的表示形式還不統一。一些科研單位相繼開展了稱量法技術的研究。可以預計，天然氣的分析，將逐漸使用以稱量法為基礎的標準氣，氣體組成也勢必統一到以摩爾比濃度來表示的軌道上來。
技術測量近地面NO2體積混合比濃度方法
分析了消光係數和有效觀測距離的關係，提出了利用能見度信息獲取有效觀測距離，進而將MAX-DOAS測量的水平方向NO2斜柱濃度轉換為體積混合比濃度的方法。 並在合肥開展了相應的觀測實驗，成功實現了基於MAX-DOAS的NO2體積混合比濃度測量。通過與主動式長程差分吸收光譜儀測量的NO2濃度進行對比，結果呈現出較好的一致性，說明了方法的可行性。研究為MAX-DOAS監測近地面NO2體積混合比濃度提供了一種簡單有效的方法，拓展了MAX-DOAS的套用領域。
能見度資料在測量NO2混合比濃度中的套用
利用能見度資料來計算大氣消光係數，進而獲取MAX-DOAS的有效觀測距離。 能見度數據採用能見度儀測量，儀器根據氣溶膠粒子的前向散射特性，測量出以 “氣象光學視程” 表示的能見度。以“氣象光學視程” 表示的能見度V與大氣消光係數σ550nm的關係為：
式中σ550nm代表在550nm處的大氣消光係數，550nm是能見度測量的參考波長。對於MAX-DOAS測量NO2的波段，通常和能見度儀的參考波長不重合，測量波長為410nm。為此需要利用Angstrom波長指數A，將550nm處的大氣消光係數σ550nm轉換為410nm處的大氣消光係數σ410nm。計算出410nm處的大氣消光係數σ410nm，可以計算出光子傳輸長度L410nm。
利用水平方向NO2 DSCD0◦ 除以傳輸長度L410nm，可以計算出傳輸長度內近地面NO2的平均體積混合比濃度 c：
計算公式式中DSCD0◦ 單位為cm-2，L410nm單位為cm，2.5×1010為單位換算因子，NO2體積混合比濃度c單位為ppb (1ppb=1.91µg/m3)。
近地面NO2混合比濃度計算
MAX-DOAS測量的水平方向NO2差值斜柱濃度，並不能直接反映近地面NO2變化情況。給出了2012年5月27日MAX-DOAS水平方向NO2差值斜柱濃度和LP-DOAS測量的NO2體積混合比濃度趨勢對比，其相關性R2僅為0.605。這是因為NO2差值斜柱濃度受近地面NO2濃度和MAX-DOAS的有效觀測距離的共同影響。為反映近地面NO2變化趨勢，利用能見度信息將MAX-DOAS測量的水平方向斜柱濃度轉化為體積混合比濃度。由於觀測波長不一致,轉化中需要利用Angstrom波長指數。針對觀測地區的地理位置和周邊環境，文獻指出該類型地區Angstrom波長指數變化範圍為1.24—1.37。
為驗證結果的可信度，將MAX-DOAS觀測結果和LP-DOAS數據進行了對比，結果可以看出MAX-DOAS觀測結果和LP-DOAS結果在趨勢和量級上都接近。對兩種儀器的觀測進行了線性回歸的相關性分析，2012年5月27日和28日的R2分別為93.8%和90.1%。較高的相關性說明了利用能見度信息將MAX-DOAS測量的水平方向斜柱濃度轉化為體積混合比濃度的方法是可行的。
