온도 25℃, 1기압 하에서 분당 100mL씩 60분 동안 채취한 공기 중에서 벤젠이 5mg 검출되었다면 검출된 벤젠은 약 몇 ppm인가? (단, 벤젠의 분자량은 78이다)

[해설]
이 문제는 작업환경 중 유해물질의 농도를 ppm으로 환산하는 문제입니다.
mg/m³ 단위를 ppm으로 변환하는 공식을 이용하여 계산합니다.

[출제 포인트]
1. 농도 단위 환산 능력 평가
2. 표준상태(25℃, 1기압)에서의 가스 농도 계산
3. 시료 채취량을 m³ 단위로 환산하는 능력

[주요 개념]
1. ppm 변환 공식: ppm = (mg/m³ × 24.45) ÷ 분자량
2. 시료 채취량 환산: 100mL/min × 60min = 6000mL = 0.006m³
3. 농도 계산: 5mg ÷ 0.006m³ = 833.33mg/m³
4. ppm 환산: (833.33 × 24.45) ÷ 78 = 261ppm

[계산 과정]
1. 총 시료 채취량: 100mL/min × 60min = 6000mL = 0.006m³
2. 벤젠 농도(mg/m³): 5mg ÷ 0.006m³ = 833.33mg/m³
3. ppm 환산: (833.33 × 24.45) ÷ 78 = 261ppm
따라서 검출된 벤젠의 농도는 261ppm입니다.

벤젠의 농도를 ppm 단위로 계산하는 과정을 자세히 알아볼까요!

먼저 주어진 조건을 정리해보면:
- 공기 채취량: 100mL/분 × 60분 = 6000mL = 6L
- 검출된 벤젠량: 5mg
- 온도: 25℃, 압력: 1기압
- 벤젠의 분자량: 78

ppm 계산을 위한 단계별 과정:
1. 이상기체방정식(PV=nRT)을 이용해 6L의 공기 몰수 계산
2. 검출된 벤젠의 몰수 계산
3. 두 몰수의 비율에 10⁶을 곱하여 ppm 산출

계산 과정:
1. 벤젠 몰수 = 5mg ÷ 78g/mol = 0.064mmol
2. 공기 몰수 = (1atm × 6L) ÷ (0.082L·atm/mol·K × 298K) = 0.245mol = 245mmol
3. ppm = (0.064/245) × 10⁶ = 261ppm

실무적 의의: 작업장에서의 벤젠 노출 기준(TWA 0.5ppm)과 비교하면 매우 높은 수준임을 알 수 있습니다.