स्थिर प्रकार के ज्वलनशील गैस अलार्मों के मापन गुणांक
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वास्तविक स्थलों पर उपयोग होने वाले स्थायी ज्वलनशील गैस अलार्म उपकरणों में कई प्रकार की ज्वलनशील गैसें होती हैं। आम तौर पर, कैलिब्रेशन हेतु एक मानक गैस का ही उपयोग किया जाता है; जैसे कि प्रोपेन। लेकिन, यदि प्रोपेन का उपयोग प्रोपेन न होने वाली अन्य ज्वलनशील गैसों के मापन हेतु किया जाए, तो मापन परिणामों को कैसे समायोजित किया जाए? उदाहरण देकर समझाना बेहतर होगा।1. द्रव्यमान-सांद्रता विधि: प्रति घन मीटर वायु में मौजूद प्रदूषकों का द्रव्यमान, अर्थात् mg/m³।
2. आयतन-सांद्रता विधि: एक मिलियन घन मीटर वायु में मौजूद प्रदूषकों का आयतन, अर्थात् ppm।
अधिकांश गैस-मापन उपकरणों द्वारा मापी गई गैसों की सांद्रता, आयतन-सांद्रता (ppm) के रूप में ही होती है। हमारे देश के नियमों के अनुसार, विशेष रूप से पर्यावरण संरक्षण विभाग की मांग है कि गैसों की सांद्रता को द्रव्यमान-सांद्रता की इकाइयों में ही व्यक्त किया जाए (जैसे: mg/m3)। हमारे मानक नियम भी द्रव्यमान-सांद्रता की इकाइयों का ही उपयोग करते हैं (जैसे: mg/m3)। इन दोनों गैस सांद्रता मापन इकाइयों, mg/m3 एवं ppm के बीच क्या संबंध है? इस दौरान इसे कैसे रूपांतरित किया जाए? वायु प्रदूषकों की सांद्रता को व्यक्त करने हेतु गुणवत्ता-सांद्रता इकाई (mg/m3) का उपयोग करने से, प्रदूषकों की वास्तविक मात्रा की आसानी से गणना की जा सकती है। लेकिन गुणवत्ता-सांद्रता, जाँच की जा रही गैस के तापमान एवं दबाव जैसी पर्यावरणीय परिस्थितियों पर निर्भर होती है; इसका मान, तापमान, दबाव आदि पर्यावरणीय कारकों में होने वाले परिवर्तनों के साथ बदल जाता है। ; वास्तविक मापन के दौरान, गैस के तापमान एवं वायुमंडलीय दबाव दोनों को एक साथ मापना आवश्यक है। जब प्रदूषकों की सांद्रता को व्यक्त करने हेतु ppm का उपयोग किया जाता है, तो चूँकि इसमें आयतन-अनुपात ही ध्यान में लिया जाता है, इसलिए ऐसी समस्या उत्पन्न नहीं होती। सांद्रता की इकाई ppm एवं mg/m3 के बीच रूपांतरण: निम्नलिखित सूत्र के अनुसार गणना की जाती है:
द्रव्यमान सांद्रता (mg/m3) = गैस का आणविक भार / 22.4 × ppm मान **(Ba दबाव / 101325)
जहाँ, M गैस का आणविक भार है, ppm मापी गई आयतन सांद्रता है, T तापमान है, एवं Ba दबाव है। यदि आर्द्रता बहुत अधिक हो, जैसे 100% सापेक्ष आर्द्रता पर, तो गैस के आणविक भार का भी ध्यान रखना आवश्यक है। ज्वलनशील गैस अलार्म – ppm से संबंधित सांद्रता एवं सांद्रता इकाइयों का रूपांतरण
(1) घोल की सांद्रता: घोल की सांद्रता को द्रव्यमान-आधारित सांद्रता (जैसे द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता) एवं आयतन-आधारित सांद्रता (जैसे मोलर सांद्रता, इक्विवैलेंट सांद्रता) इन दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है। 1. द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता: किसी घोल की सांद्रता, घोल में मौजूद घुलनशील पदार्थ के द्रव्यमान को पूरे घोल के द्रव्यमान के प्रतिशत के रूप में व्यक्त करके बताई जाती है; इसे % चिह्न से दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, 25% ग्लूकोज इंजेक्शन वाला घोल, इसका अर्थ है कि 100 मिलीलीटर घोल में 25 ग्राम ग्लूकोज होता है। गुणवत्ता-प्रतिशत सांद्रता (%) = घुलनशील पदार्थ का द्रव्यमान / घोल का द्रव्यमान × 100%
2. आयतन-सांद्रता:
(1) मोलर सांद्रता – घोल की सांद्रता को, 1 लीटर घोल में मौजूद घुलनशील पदार्थ के मोलों की संख्या से व्यक्त किया जाता है; इसे “मोलर सांद्रता” कहा जाता है, एवं इसे “mol” चिह्न से दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, 1 लीटर गाढ़े सल्फ्यूरिक एसिड में 18.4 मोल सल्फ्यूरिक एसिड होता है; अतः इसकी सांद्रता 18.4 mol है। मोल सांद्रता (mol) = विलयनकारी पदार्थ के मोलों की संख्या / विलयन का आयतन (लीटर)।
(2) इक्विवैलेंट सांद्रता (N) – इसका उपयोग अब लगभग नहीं किया जाता है; यह एक पुरानी मापन इकाई है। लेकिन 50 के दशक की पुस्तकों में इसका उल्लेख बहुत ही होता था। विलयन की सांद्रता को, 1 लीटर विलयन में मौजूद विलयक के ग्राम-इक्विवैलेंटों की संख्या से व्यक्त किया जाता है; इसे “इक्विवैलेंट सांद्रता” कहा जाता है, एवं इसे N चिह्न से दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, 1 लीटर गाढ़े हाइड्रोक्लोरिक एसिड में 12.0 ग्राम-इक्विवैलेंट हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) होता है; इसलिए इसकी सांद्रता 12.0 N होती है। समतुल्य सांद्रता = विलयनकारी पदार्थ के ग्राम-समतुल्यों की संख्या / विलयन का आयतन (लीटर)
3. द्रव्यमान-आयतन सांद्रता: किसी निश्चित आयतन (1 घन मीटर या 1 लीटर) में मौजूद विलयनकारी पदार्थ के द्रव्यमान को दर्शाने वाली सांद्रता को द्रव्यमान-आयतन सांद्रता कहा जाता है; इसे g/m³ या mg/L के चिह्नों से दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि 1 लीटर के क्रोमयुक्त अपशिष्ट जल में छह-वैलेंस क्रोमियम की मात्रा 2 मिलीग्राम है, तो छह-वैलेंस क्रोमियम की सांद्रता 2 मिलीग्राम/लीटर (mg/L) होगी।
“द्रव्यमान-आयतन सांद्रता” = घुलनशील पदार्थ का द्रव्यमान (ग्राम या मिलीग्राम) / घोल का आयतन (घन मीटर या लीटर)।
**सांद्रता इकाइयों के रूपांतरण सूत्र:**
1) आवेश-सांद्रता = 1000 × द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता / E
2) द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता = आवेश-सांद्रता / 1000 × E
3) मोल-सांद्रता = 1000 × द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता / M
4) द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता = द्रव्यमान-आयतन सांद्रता (मिलीग्राम/लीटर) / 10^4
5) द्रव्यमान-आयतन सांद्रता (mg/L) = 10^4 × द्रव्यमान-प्रतिशत सांद्रता
**ppm**, वजन का प्रतिशत है; ppm = mg/kg = mg/L।
अर्थात्: 1 ppm = 1000 μg/L, 1 ppb = 1 μg/L = 0.001 mg।
यहाँ, E = घुलनशील पदार्थ का ग्राम-आवेश है। ; डी – घोल का विशिष्ट गुरुत्व ; M – विलयनकारी पदार्थ का मोलर द्रव्यमान ; (II) गैसों की सांद्रता: वायुमंडल में मौजूद प्रदूषकों की मात्रा को व्यक्त करने हेतु, आमतौर पर उनकी आयतन-सांद्रता एवं द्रव्यमान-आयतन सांद्रता का उपयोग किया जाता है। 1. आयतन सांद्रता – आयतन सांद्रता को, प्रति घन मीटर वायु में मौजूद प्रदूषकों के आयतन (सेंटीमीटर³) या (ml/m³) के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसे आमतौर पर “ppm” के रूप में भी व्यक्त किया जाता है; अर्थात् 1 ppm = 1 सेंटीमीटर³/घन मीटर = 10⁻⁶। ppm के अलावा, ppmb एवं ppt भी होते हैं। इनके बीच संबंध निम्नलिखित है:
1 ppm = 10⁻⁶ = दस लाख में से एक,
1 ppb = 10⁻⁹ = एक अरब में से एक,
1 ppt = 10⁻¹² = एक ट्रिलियन में से एक।
अर्थात्, 1 ppm = 10³ ppb = 10⁶ ppt।
2. द्रव्यमान-आयतन सांद्रता:
वायु में प्रदूषकों की मात्रा को प्रति घन मीटर वायु में मापकर द्रव्यमान-आयतन सांद्रता व्यक्त की जाती है। इसकी इकाई मिलीग्राम/घन मीटर या ग्राम/घन मीटर होती है। इसका ppm के साथ रूपांतरण संबंध निम्नलिखित है:
X = M.C / 22.4
C = 22.4X / M
जहाँ,
X – प्रदूषक की सांद्रता, प्रति घन मीटर में मिलीग्राम में व्यक्त की जाती है। ; सी – प्रदूषकों की सांद्रता को ppm में व्यक्त किया जाता है। ; M – प्रदूषकों का आणविक भार। ऊपर दी गई सूत्र से निम्नलिखित संबंध प्राप्त होता है:
1 ppm = M/22.4 (mg/m³) = 1000 × M/22.4 ug/m³
उदाहरण 1: मानक स्थितियों में, 30 मिलीग्राम/मीटर³ फ्लोराइड ऑफ हाइड्रोजन की ppm सांद्रता ज्ञात कीजिए। उत्तर: हाइड्रोजन फ्लोराइड का आणविक भार 20 है; अतः C = 30.22 × 4/20 = 33.6 ppm।
उदाहरण 2: मान लीजिए कि वायुमंडल में सल्फर डाइऑक्साइड की सांद्रता 5 ppm है, तो इसकी सांद्रता को mg/Nm³ में व्यक्त कीजिए। उत्तर: सल्फर डाइऑक्साइड का आणविक भार 64 है। X = 5.64/22.4 मिलीग्राम/मी³ = 14.3 मिलीग्राम/मी³
3. मिट्टी, जानवरों/पौधों, ठोस कचरे में ppm, ppb एवं द्रव्यमान सांद्रता के बीच रूपांतरण:
1 ppm = 1 मिलीग्राम/किग्रा = 1000 माइक्रोग्राम/किग्रा
1 ppb = 1 माइक्रोग्राम/किग्रा = 10⁻³ मिलीग्राम/किग्रा
1 मिलीग्राम/किग्रा = 1 ppm = 1000 माइक्रोग्राम/किग्रा
1 माइक्रोग्राम/किग्रा = 1 ppb = 10⁻³ ppm