Partes por millón (ppm).
Es una unidad de medida de
concentración. Se refiere a la cantidad de unidades de la sustancia (agente,
etc) que hay por cada millón de unidades del conjunto.
Ppm significa partes por millón, es decir, los mg (miligramos) que hay
en un kg de disolución; como la densidad del agua es 1, 1 kg de solución tiene
un volumen de aproximadamente 1 litro, los ppm son también los mg de una
sustancia en un litro.
Es similar al concepto de porcentaje. El 1% sería una parte de 100 (102)
mientras que 1 ppm sería un aparte de 106. La equivalencia entre porcentaje y
ppm es la siguiente:
Equivalencia 1 ppm en porcentaje o equivalencia 1 % en ppm.
Siguiendo el mismo razonamiento, los ppm también son los gramos que
contiene cada metro cúbico, g/m3.
Para calcular los ppm se divide el peso en mg por el volumen en litros,
por ejemplo, una disolución de 15 gramos
(g) en 3 metros cúbicos de agua:
15 g x 1000
mg/g = 15000 mg
3 m3 x 1000
l/m3 = 3000 l
Concentración: 15000 / 3000 = 5 mg/l =
5 ppm
Además, una característica muy importante de las partes por millón es
que son ratios o fracciones entre dos valores sin una unidad de medida que los
relacione, es decir, es una comparación directa cantidad-por-cantidad. En este
sentido, ppm no está reconocido en el Sistema Internacional de Unidades (SI),
como no lo están tampoco los porcentajes.
Por ejemplo, una concentración en el SI de 1 mg/kg sería equivalente a
una concentración de 1 ppm, ya que un mg es una millonésima parte de 1 kg.
Ejemplos
de uso: medida de concentraciones.
El uso más habitual de ppm es en
análisis químico para la medida de concentraciones muy diluidas. También se
utiliza en otros campos de la ciencia, por ejemplo en física e ingeniería, para
expresar la medida de algunos fenómenos proporcionales. A continuación veremos
algunos de los ejemplos de uso más comunes.
PPM
EN MASA/MASA.
La concentración en partes por millón
expresada en masa/masa se calcula dividiendo la masa del soluto (ms) entre la
masa de la disolución (md, suma de la masa del soluto y la masa del
disolvente), ambas expresadas en la misma unidad y multiplicadas por 106 (1
millón). Se suele nombrar como ppmm:
Por ejemplo, podemos expresar ambas masas en gramos. Si a 1500 g de agua
le añadimos 0.01 g de un soluto:
Cppm = (0.01 / 1500.01) × 106 = 6.66
ppmm
Por tanto, una disolución de 0.01 g en 1500 g de disolvente tiene una
concentración de 6.66 ppm. En el SI sería equivalente a una concentración de
6.66 mg/kg (1 ppm = 1 mg/kg).
Cómo la mayoría de las veces que se utilizan las partes por millón el
soluto está muy diluido, es común que se desprecie en el denominador y
simplemente se divida la masa del soluto entre la masa del disolvente.
Si no conocemos la masa de disolvente pero conocemos su volumen y su
densidad, se puede calcular la masa como el volumen por la densidad, ya que la
densidad (ρ, kg/m3 en el SI) es:
Recuerda que si el disolvente es agua,
la densidad es prácticamente igual a 1 kg/L, lo que quiere decir que 1 L de
agua tiene una masa aproximadamente igual 1 kg. Por tanto, si 1 ppm = mg/kg, en el caso del agua sería equivalente
1 mg/L.
PPM
EN VOLUMEN/VOLUMEN.
La expresión de una concentración en
partes por millón volumen-volumen es similar a la expresión masa-masa. Se
obtiene dividiendo el volumen de soluto (Vs) entre el volumen de la disolución
(Vd, volumen del soluto más el volumen del disolvente) y se multiplica por 106.
Se suele nombrar como ppmv:
Por ejemplo, si disolvemos 1 ml de acetona en 2 L de agua (2 L = 2000
ml):
C(volumen/volumen) = ( 1 / 2001 ) x 106
= 499.75 ppmv
En el Sistema Internacional de Unidades sería equivalente a 499.75 μl/L
(1 ppm = 1 μl/L), ya que un μl es una millonésima parte de 1 L.
Uno de los ejemplos más comunes del uso de partes por millón en
volumen/volumen es para medir concentraciones en el aire. Por ejemplo,
en esta noticia (http://www.elperiodico.com/es/noticias/medio-ambiente/co2-atmosfera-supera-nuevo-record-4166896) se puede leer como la concentración
media de CO2 en la atmósfera terrestre superó las 400 ppm. Esto quiere decir
que cada litro de aire contiene 400 μl de CO2, o lo que es lo mismo, que el
0.04 % de la atmósfera es CO2 (recuerda que 1 ppm = 0.0001 %).
PPM
EN MASA/VOLUMEN.
Muchas veces la concentración se
expresa como masa de soluto en un determinado volumen de disolución. Las partes
por millón en masa/volumen se calculan dividiendo la masa del soluto en gramos
entre el volumen de disolución en mililitros y se multiplica por 106:
Qué sería equivalente a la masa del soluto en mg entre el volumen en
litros:
En el caso del agua, o cualquier otro disolvente de densidad igual a 1
kg/L, sabemos que 1 kg tiene un volumen de 1 L. Para otros disolventes podemos
obtener su volumen en litros si conocemos su masa y densidad. Por ejemplo,
tenemos 0.5 mg de soluto y 0.2 kg de un disolvente de densidad de 0.95 kg/L. El
volumen en litros del disolvente sería:
V = 0.2 / 0.95 = 0.21 L
Y la concentración en ppm masa/volumen sería:
C (masa/volumen) = 0.5 / 0.21 = 2.38
ppm
Ejemplos
1.- Para medir la calidad del aire se
utilizan las unidades ppm (partes por millón) y ppb (partes por billón).
Ejemplos de niveles peligrosos:
Ø 9 ppm de Monóxido de carbono (CO): 9
litros de CO en 1 millón de litros de aire.
Ø 5 ppb de Monóxido de nitrógeno (NO): 5
litros de NO en 1.000 millones de litros de aire.
2.- En un control sanitario se detectan
5 mg de mercurio (Hg) en un pescado de 1,5 kg. Calcular la concentración:
Peso de mercurio = 5 mg = 5 ·10-6 kg
Peso del pescado = 1,5 kg
ppm = (5 · 10-6 / 1,5) · 106 = 7,5 ppm
Ejercicios
1.- El agua de mar contiene 4 ppb de
oro. Calcular la cantidad de agua de mar que tendríamos que destilar para
obtener 1 kg de oro. Dato: densidad del agua = 1,025 kg/l.
2.- Calcular las ppm de 80 mg de ion
sulfato (SO42−) en 5 litros de agua.
Bibliografía
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