質量分率・モル分率・体積分率の違い

このページで整理すること

質量分率、モル分率、体積分率は、全体に対する成分の割合を表します。ただし、分母が 質量なのか、物質量なのか、体積なのかで意味が変わります。

wt%、mol%、vol%、ppmは、数値の倍率表記だけを見ると似ていますが、基準が違うと 直接比較できません。

質量分率とは

質量分率は、成分の質量を全体の質量で割った割合です。wt%は質量分率を100倍した 表記です。ppm(w/w)は質量基準のppmで、mg/kgに相当します。

質量分率をmg/Lやg/Lのような質量/体積濃度へ換算するには、溶液密度が必要です。 この密度は溶媒密度ではなく、対象濃度・温度での溶液密度です。

モル分率とは

モル分率は、成分の物質量を全体の物質量で割った割合です。mol%はモル分率を100倍した 表記です。

質量と物質量を行き来するには分子量が必要です。水和物、無水物、塩、有効成分換算などで 使う分子量が変わるため、計算したい基準を確認してください。

体積分率とは

体積分率は、成分の体積を全体の体積で割った割合です。vol%は体積分率を100倍した表記で、 ppm(v/v)は体積基準のppmです。

液体では混合による体積収縮、気体では温度・圧力・理想気体近似の影響があります。 体積分率から質量濃度へ安易に換算しないでください。

mg/Lやmol/Lとの違い

mg/Lやg/Lは、溶液体積あたりの溶質質量です。mol/Lは、溶液体積あたりの物質量です。 これらは分率ではなく、体積を分母にした濃度です。

mg/Lとmol/Lの換算には分子量が必要です。wt%やppm(w/w)とmg/Lの換算には溶液密度が 必要です。mg/Lをppmと暗黙に同じものとして扱わないでください。

ppmの基準違い

ppmは100万分の1を表す倍率ですが、基準を示す言葉ではありません。ppm(w/w)は質量基準、 ppm(v/v)は体積基準です。資料にppmとだけ書かれている場合は、SDS、分析方法、仕様書、 社内基準で定義を確認してください。

体積分率から質量濃度への換算で必要な前提

濃度換算ツールでは、vol%、ppm(v/v)、mL/Lは体積分率内の換算に限定します。 vol%からmg/L、mol/L、wt%への換算は濃度換算ツールでは扱いません。

液体では溶質密度や混合後体積の扱い、気体では温度、圧力、理想気体近似などが必要です。 不足した前提を推測して換算すると、実務上の誤用につながります。

関連ツールの使い分け

濃度換算ツールでは、mg/L、g/L、mol/L、wt%、ppm(w/w)、vol%、ppm(v/v)などを基準に 注意しながら換算します。

mol、質量、体積の基本換算は、mol・質量・体積換算ツールが関連候補です。気体の体積と 物質量の関係は理想気体計算、気体体積の基準状態換算は標準状態換算を使います。

資料を読むときのミニケース

「10 wt% NaCl」と書かれている場合、100 gの溶液中にNaClが10 g含まれるという質量基準の表記です。 これを「10 mol%」や「10 g/L」と同じ意味として扱うことはできません。mol%へ直すには、 NaClだけでなく他成分の物質量も必要になります。

また、wt%をmg/Lへ直す場合は溶液密度が必要です。資料に%だけが書かれているときは、分母が質量、 物質量、体積のどれなのかを先に確認してから、濃度換算やmol換算へ進んでください。

実務上の注意

SDS、分析表、仕様書、規格値では、%やppmの基準を確認してください。純度、力価、 有効成分換算、法規判断、品質規格適合判定では、原典、社内基準、適用規格、専門家による 確認を優先してください。

「%」や「ppm」だけが書かれているときの確認順

資料に 10% や 500 ppm のような値だけが書かれている場合は、どの分率かを決めないまま計算ツールを選ばないでください。質量分率、モル分率、体積分率、質量/体積濃度、報告基準としての ppm は、同じ数値でも意味が異なります。

入力前には、次の順で基準を確認します。

• 分子にあたる量が、成分の質量、物質量、体積のどれかを確認する。
• 分母にあたる量が、全体の質量、全体の物質量、全体の体積、または気体体積のどれかを確認する。
• wt% や ppm(w/w) を mg/L へ進める場合は、対象条件での溶液密度を確認する。
• mol% や mol/L へ進める場合は、対象成分の分子量、塩、水和物、有効成分基準を確認する。
• 資料内で % や ppm の基準が定義されていない場合は、計算値を採用せず、SDS、試験法、仕様書、社内基準の定義を先に確認する。