Parts per million


Parts per million
Einheit
Norm Hilfsmaßeinheit
Einheitenname parts per million
Einheitenzeichen ppm
Beschriebene Größe(n) Verhältnis
Größensymbol(e) p
Dimensionsname Eins
In SI-Einheiten 1 ppm = 10 − 6 = 0,000001
Benannt nach engl. (Teile pro Million)
Siehe auch: Prozent Promille ppb

Der englische Ausdruck parts per million (ppm, zu deutsch „Teile von einer Million“) steht für die Zahl 10−6 und wird in der Wissenschaft für den millionsten Teil verwendet, so wie Prozent (%) für den hundertsten Teil steht.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen

parts per million (ppm) und parts per trillion (ppt)

Die IEC empfahl 1978 ebenso wie die internationale Norm ISO 31-0 Quantities and units - Part 0: General principles aus dem Jahre 1992, das ppm zu vermeiden. Dies vor allem, um damit der Gefahr von Missverständnissen bei den analog gebildeten Begriffen ppb und ppt parts per trillion vorzubeugen. Denn billion und trillion bedeuten im amerikanischen Sprachgebrauch 109 (billion) und 1012 (trillion), während sie im deutschen 1012 (für Billion) und 1018 (für Trillion) bedeuten. Deshalb ist eine Angabe in einer dieser Einheiten immer mit Vorsicht zu genießen.

Umrechnung

  • 1 Prozent = 10−2 = 10.000 ppm = Teile pro Hundert
  • 1 Promille = 10−3 = 1.000 ppm = Teile pro Tausend = 0,1 %
  • 1 ppm = 10−6 = Teile pro Million = 0,0001 %
  • 1 ppb (parts per billion) = 10−9 = Teile pro Milliarde
  • 1 ppt (parts per trillion) = 10−12 = Teile pro Billion
  • 1 ppq (parts per quadrillion) = 10−15 = Teile pro Billiarde

Ist die Immissionsmenge als Masseanteil pro Volumen angegeben, z. B. in µg pro m³ Luft, bezieht man sich bei der Umrechnung in ppm auf das Verhältnis der Anzahl der Moleküle.

Beispiel: 0,1 µg Blei in einem m³ Luft entsprechen (0,1 * 10−6 / 207) mol Blei in ( 103 / 22,4 )mol Luft. Also kommen auf ein Blei-Atom ungefähr 1011 Luftmoleküle (somit entsprechen 0,1 µg Blei / m³ Luft etwa 10 ppt Blei in Luft). Bei dieser Rechnung wurden verwendet: Molare Masse von Blei = 207 g / mol und Anzahl Gasteilchen bei 0 ° Celsius pro Liter = 1 / 22,4 mol (mit pV = nRT).

Mischungsverhältnisse (ppmv, ppmw)

Volumenmischungsverhältnisse werden durch ein nachgestelltes «v» by volume bzw. volume parts (zum Beispiel ppmv, ppbv) gekennzeichnet. Für ppmv wird auch die Abkürzung vpm verwendet. vpm verhält sich zu Vol.-% wie ppm zu %)

ppbw steht für parts per billion by weight (Gewichtsmischungsverhältnisse) – das entspricht den Gewichtsprozent.

Verwendung

Konzentrationen

Ein Massenanteil kann in Milligramm pro Kilogramm angegeben werden, eine Volumenkonzentration in Milliliter pro Kubikmeter oder ein Stoffmengenanteil in Mikromol pro mol.

Häufige Verwendung findet ppm in der Massenspektrometrie um z.B. die Verunreinigungen in einem reinen Stoff zu messen. Beim Analysenzertifikat, das einer Chemikalie beiliegt, bezieht sich ppm auf die Masse der Substanz. Damit entspricht ppm der Menge der Verunreinigung in μg pro g der Chemikalie.

Trotz der IEC/ISO-Ablehnung werden insbesondere bei der Messung der Konzentration von Erdgas in Luft die Anteile des Gases mit Gaskonzentrationsmessgeräten oder Gasspürgeräten in ppm oder aber auch, bei höheren Konzentrationen, in Volumenprozent bzw. Volumenanteilen gemessen.

In der Chemie wird das ppm bei Konzentrationsangaben wässriger Lösungen mit gleicher Dichte der gelösten Stoffe benutzt. Dabei ist für die gelösten Stoffe ähnlicher Dichte mit 1 ppm = 1.000 ppb ca. 1 mg/l gemeint. Auch bei gleicher Dichte der gelösten Stoffe ist die Gleichung ppm = mg/l nicht immer genau und ist mit Vorsicht zu genießen. Trotzdem wird auch heute noch oft das ppm in falscher Weise bei Konzentrationsangaben wässriger Lösungen benutzt.

Gerätegenauigkeit

In der Geodäsie wird oft die Genauigkeit von Geräten zur Entfernungsmessung in ppm angegeben. Hier ist damit eine Angabe von Millimeter pro Kilometer gemeint.

Chemische Verschiebung

In der NMR-Spektroskopie findet das ppm Verwendung zur Angabe der Chemischen Verschiebung.

Fehlerraten

Besonders in der Automobilindustrie werden ppm auch zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Autos sind komplexe Maschinen, und der Ausfall eines einzigen Teils führt meist zum Ausfall des gesamten Fahrzeugs. Die einzige Möglichkeit Ausfälle auf ein absolutes Mindestmaß zu reduzieren besteht darin, möglichst hohe Qualität aller verbauten Teile zu erreichen. Das betrifft insbesondere die Elektronik in den verbauten Steuergeräten.

Eine möglichst hohe Qualität kann man aber nicht nachträglich „hineintesten“, sondern nur durch einen hochwertigen Prozess erreichen. Um die Qualität (also indirekt den Herstellungsprozess) zu beurteilen, werden ppm eingesetzt. Von den Autoherstellern werden dabei strenge ppm-Raten von allen Zulieferern gefordert. Das bedeutet, von einer Million produzierter Steuergeräte darf maximal eine bestimmte Menge defekt sein (siehe Tabelle). Dabei ist es unerheblich, ob die Defekte erst am Ende oder schon während der Produktion auffallen. Ebenso ist es unerheblich, ob die Fehler bei der Produktion entstanden sind, oder schon in zugelieferten Elektronikbauteilen vorhanden waren.

Die folgende Tabelle soll einen beispielhaften Vergleich der geforderten Fehlerraten an einen Halbleiterhersteller geben, der seine Prozessoren sowohl in Unterhaltungselektronik als auch in der Automobilindustrie verbaut:

Unterhaltungselektronik 1000 ppm
Automobilindustrie 20 ppm

Es ist ein aufwändiger Qualitätssicherungsprozess notwendig, um die geforderten 20 ppm einzuhalten. Das setzt die gesamte Zulieferindustrie unter Druck, der sich bis zu den einzelnen Bauteileherstellern fortsetzt. Das führt beispielsweise dazu, dass in der Steuergeräte-Produktion strenge ESD-Schutz-Maßnahmen ergriffen werden, um defekte Teile wegen statischer Entladungen zu vermeiden.

Siehe auch


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