Частей в обозначении

Набор единиц для описания небольших значений

Водные растворы флуоресцеина , разбавленные от 10 000 до 1 частей на миллион с интервалом 10-кратного разведения. При концентрации 1 ppm раствор имеет очень бледно-желтый цвет. По мере увеличения концентрации цвет становится более ярким желтым, затем оранжевым, а последние 10 000 частей на миллион становятся темно-красными.

В науке и технике обозначение частей на единицу представляет собой набор псевдоединиц для описания небольших значений различных безразмерных величин , например, мольной доли или массовой доли . Поскольку эти дроби являются мерами количества на количество, они представляют собой чистые числа без каких-либо связанных с ними единиц измерения . Обычно используются части на миллион ( ppm , 10 ^-6 ), части на миллиард ( ppb , 10 ^-9 ), части на триллион ( ppt , 10 ^-12 ) и части на квадриллион ( ppq , 10-15 ) ^. Это обозначение не является частью системы Международной системы единиц (СИ), и его значение неоднозначно.

Приложения

Обозначение «части на единицу» часто используется для описания разбавленных растворов в химии , например, относительного содержания растворенных минералов или загрязняющих веществ в воде . Величина «1 ppm» может использоваться для массовой доли, если загрязняющее вещество, переносимое водой, присутствует в количестве одной миллионной доли грамма на грамм раствора пробы. При работе с водными растворами принято считать, что плотность воды равна 1,00 г/мл. Поэтому принято приравнивать 1 килограмм воды к 1 л воды. Следовательно, 1 часть на миллион соответствует 1 мг/л, а 1 часть на миллиард соответствует 1 мкг/л.

Точно так же обозначение частей на единицу используется также в физике и технике для выражения значения различных пропорциональных явлений. Например, специальный металлический сплав может расширяться на 1,2  микрометра на метр длины на каждый градус Цельсия , и это будет выражаться как « α = 1,2 ppm/°C». Обозначение частей на единицу также используется для обозначения изменения, стабильности или неопределенности измерений. Например, точность геодезических измерений расстояния при использовании лазерного дальномера может составлять 1 миллиметр на километр расстояния; это можно выразить как « Точность  = 1 ppm». ^[а]

Все обозначения частей на единицу представляют собой безразмерные величины: в математических выражениях единицы измерения всегда сокращаются. В дробях типа «2 нанометра на метр» (2 нм / м = 2 нано = 2×10 ⁻⁹ = 2 ppb = 2 ×0,000 000 001 ), поэтому частные представляют собой чисто числовые коэффициенты с положительными значениями, меньшими или равными 1. Когдав обычной прозе (в отличие от математических выражений) используются обозначения частей на единицу, включая символ процента (%), они по-прежнему являются чисточисловыми безразмерными величинами. Однако они обычно понимают буквальное значение сравнительного соотношения «части на миллиард» (например, «2 ppb» обычно интерпретируется как «две части на миллиард частей»). ^[1]

Обозначения частей на единицу могут быть выражены в любой единице одной и той же меры. Например, коэффициент расширения некоторого латунного сплава α = 18,7 ppm/°C может быть выражен как 18,7 ( мкм / м )/°C или как 18,7 (мкдюйм / дюйм ) /°C; числовое значение, представляющее относительную пропорцию, не меняется при переходе на другую единицу длины. ^[b] Аналогичным образом, дозирующий насос , который впрыскивает следовые количества химикатов в основную технологическую линию с пропорциональным расходом Q _p = 12 ppm, делает это со скоростью, которая может быть выражена в различных объемных единицах, включая 125 мкл . / л , 125 мкгал / гал , 125 ^см3 / м3 и т.д.

В спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) химический сдвиг обычно выражают в частях на миллион. Он представляет собой разницу измеренной частоты в частях на миллион от опорной частоты. Опорная частота зависит от магнитного поля прибора и измеряемого элемента. Обычно выражается в МГц . Типичные химические сдвиги редко превышают несколько сотен Гц от опорной частоты, поэтому химические сдвиги удобно выражать в частях на миллион ( Гц /МГц). Обозначение «части на единицу» дает безразмерную величину, не зависящую от напряженности поля прибора.

Части на выражения

Визуализация 1%, 1‰, 1‱, 1 pcm и 1 ppm как фракций большого блока (увеличенная версия)

• Одна часть на сотню обычно обозначается знаком процента (%) и обозначает одну часть на 100 (10² ) части, и значение 10⁻² . Это эквивалентно примерно четырнадцати минутам в день.

• Одну тысячную часть обычно следует указывать полностью, а не как «ppt» (что обычно понимается как «частей на триллион »). Его также можно обозначать знаком промилле (‰). Однако обратите внимание, что в определенных дисциплинах, таких как океанография, а также в учебных упражнениях, используется аббревиатура «ppt». «Одна часть на тысячу» означает одну часть на 1000 (10³ ) частей, и значением 10⁻³ . Это эквивалентно примерно девяноста секундам одного дня.
• Одна часть на десять тысяч обозначается знаком пермириад (‱). Хотя в науке это редко используется (вместо этого обычно используется ppm), одна пермириада имеет однозначное значение: одна часть на 10 000 (10⁴ ) части, и значение 10⁻⁴ . Это эквивалентно примерно девяти секундам в течение одного дня.
  Напротив, в финансах базисный пункт обычно используется для обозначения изменений или различий между процентными процентными ставками (хотя его также можно использовать и в других случаях, когда желательно выражать количества в сотых долях процента). Например, изменение процентной ставки с 5,15% годовых до 5,35% годовых можно обозначить как изменение на 20 базисных пунктов (годовых). Как и в случае с процентными ставками, слова «годовые» (или «годовые») часто опускаются. В этом случае базисной точкой является величина размерностью (время ⁻¹ ). ^[2]
• Одна часть на сто тысяч , процент милле ( пкм ) или миллипроцент обозначает одну часть на 100 000 (10⁵ ) частей, и значением 10⁻⁵ . Он обычно используется в эпидемиологии для определения уровня смертности, преступности и заболеваемости, а также в ядерном реакторостроении как единица реактивности. В измерении времени это эквивалентно примерно 5 минутам в году; при измерении расстояния это эквивалентно погрешности в 1 см на километр пройденного расстояния.

• Одна часть на миллион ( ppm ) означает одну часть на 1 000 000 (10⁶ ) частей, и значением 10⁻⁶ . Это эквивалентно примерно 32 секундам в году или 1 мм погрешности на километр пройденного расстояния. В горнодобывающей промышленности это также эквивалентно одному грамму на метрическую тонну , выраженному в г/т.

• Одна часть на миллиард ( ppb ) означает одну часть на 1 000 000 000 (10⁹ ) частей, и значение 10⁻⁹ . Это эквивалентно примерно трем секундам за столетие .

• Одна часть на триллион ( ppt ) обозначает одну часть на 1 000 000 000 000 (10¹² ) частей, и значением 10⁻¹² . Это эквивалентно примерно тридцати секундам на каждый миллион лет.

• Одна часть на квадриллион ( ppq ) обозначает одну часть на 1 000 000 000 000 000 (10¹⁵ ) частей, и значением 10⁻¹⁵ . Это эквивалентно примерно двум с половиной минутам увеличения возраста Земли (4,5 миллиарда лет). Хотя измерения на уровне ppq относительно редко встречаются в аналитической химии, иногда проводятся. ^[3]

Критика

Хотя Международное бюро мер и весов (международная организация по стандартизации, известная также под своими французскими инициалами BIPM) признает использование обозначений «части на единицу», формально оно не является частью Международной системы единиц (СИ). ^[1] Обратите внимание, что хотя « процент » (%) формально не является частью СИ, как BIPM, так и Международная организация по стандартизации (ISO) придерживаются позиции, что «в математических выражениях международно признанный символ % (процент) может использоваться с системой СИ для представления числа 0,01 дюйма для безразмерных величин. ^{[1] [4]} Согласно IUPAP , «постоянным источником раздражения для приверженцев единиц измерения является продолжающееся использование процентов, частей на миллион, частей на миллиард и частей на миллион». ^[5] Хотя в качестве альтернативы следует использовать выражения, соответствующие стандарту SI, обозначение частей на единицу, тем не менее, по-прежнему широко используется в технических дисциплинах. Основные проблемы с обозначением частей на единицу изложены ниже.

Длинные и короткие весы

Поскольку названные числа , начинающиеся с « миллиарда », имеют разные значения в разных странах, BIPM предлагает избегать использования «ppb» и «ppt», чтобы избежать недоразумений. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) занимает жесткую позицию, заявляя, что «зависящие от языка термины [...] неприемлемы для использования с СИ для выражения значений величин». ^[6]

Тысяча против триллиона

Хотя «ppt» обычно означает «части на триллион», иногда оно означает «части на тысячу». Если значение «ppt» не определено явно, его необходимо определять из контекста. ^{[ нужна цитата ]}

Массовая доля по сравнению с мольной долей по сравнению с объемной долей

Другая проблема, связанная с обозначением частей на единицу, заключается в том, что они могут относиться к массовой доле , мольной доле или объемной доле . Поскольку обычно не указывается, какое количество используется, лучше записывать единицы измерения, например кг/кг, моль/моль или м ³ /м ³ , хотя все они безразмерны. ^[7] Разница весьма значительна при работе с газами, и очень важно указать, какое количество используется. Например, коэффициент преобразования между массовой долей 1 ppb и мольной долей 1 ppb составляет около 4,7 для парникового газа CFC-11 в воздухе. Для объемной доли к обозначению частей на единицу иногда добавляется суффикс «V» или «v» (например, ppmV, ppbv, pptv). ^{[8] [9]} Однако ppbv и pptv также часто используются для мольных долей (которые идентичны объемной доле только для идеальных газов).

Чтобы отличить массовую долю от объемной доли или мольной доли, к аббревиатуре иногда добавляют букву «w» (обозначающую «вес») (например, ppmw, ppbw). ^[10]

Использование обозначения частей на единицу, как правило, четко фиксировано в каждой конкретной отрасли науки, но часто несовместимо с его использованием в других областях, что заставляет некоторых исследователей предполагать, что их собственное использование (масса/масса, моль/ моль, объем/объем, масса/объем или другие) верны, а другие варианты употребления неверны. Это предположение иногда приводит к тому, что они не указывают детали собственного использования в своих публикациях, и поэтому другие могут неправильно истолковать их результаты. Например, электрохимики часто используют объем/объем, в то время как инженеры-химики могут использовать массу/массу, а также объем/объем, в то время как химики , область охраны труда и область допустимого предела воздействия (например, разрешенный предел воздействия газа в воздухе ) могут используйте массу/объем. К сожалению, во многих академических публикациях, в остальном превосходных, не указывается использование нотации частей, что раздражает некоторых читателей, особенно тех, кто не является экспертом в конкретных областях этих публикаций, поскольку оно означает, может означать что угодно. ^{[ нужна цитата ]}

Выражения, соответствующие стандарту SI

Единицы, соответствующие стандарту SI, которые можно использовать в качестве альтернативы, показаны в таблице ниже. Выражения, которые МБМВ явно не признает подходящими для обозначения безразмерных величин в системе СИ, помечаются знаком ! .

Обратите внимание, что обозначения в столбце «Единицы СИ» выше по большей части являются безразмерными величинами ; то есть единицы измерения учитываются в таких выражениях, как «1 нм/м» (1 нм / м =  1 × 10 ^-9 ), поэтому отношения представляют собой чисто числовые коэффициенты со значениями меньше 1.

Уно (предлагаемая безразмерная единица измерения)

Из-за громоздкости выражения определенных безразмерных величин в соответствии с рекомендациями SI Международный союз теоретической и прикладной физики (IUPAP) в 1999 году предложил принять специальное название «uno» (символ: U) для обозначения числа 1 в безразмерных количествах. . ^[5] В 2004 году в отчете Международного комитета мер и весов (CIPM) говорилось, что реакция на предложение ООН «была почти полностью отрицательной», а основной сторонник «рекомендовал отказаться от этой идеи». ^[12] На сегодняшний день ООН не принята ни одной организацией по стандартизации .

Сноски

1. Это упрощенное объяснение. Лазерные дальномеры обычно имеют «зернистость» измерения от одного до десяти миллиметров; таким образом, полная характеристика точности измерения расстояния может выглядеть следующим образом: «Точность ±(1 мм + 1 ppm)». Следовательно, в этом примере измерение расстояния всего в несколько метров все равно будет иметь точность ±1 мм.
2. В конкретном случае коэффициента теплового расширения переход на дюймы (одна из общепринятых единиц измерения в США ) обычно также сопровождается изменением на градусы по Фаренгейту . Поскольку температурный интервал величиной с Фаренгейта составляет всего лишь 5 /9Что касается интервала размером с Цельсий, значение обычно выражается как 10,4 (мкдюйм / дюйм ) /°F , а не 18,7 (мкдюйм / дюйм ) /°C.

Смотрите также

• Международная электротехническая комиссия (МЭК)
• Миллиграмм процентов
• Процент (%) 1 часть из 100
• Промилле (‰) 1 часть на 1000
• Пермириады (‱) 1 часть на 10 000
• Процент милле (пкм) 1 часть на 100 000
• Поединичная система

Рекомендации

1. «Указание значений безразмерных величин или величин единичного измерения». БИПМ . § 5.3.7.
2. «Базовые очки (BPS)» . Институт корпоративных финансов .
3. Измерения диоксина обычно проводятся на уровне ниже -ppq. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) в настоящее время устанавливает жесткий предел содержания диоксинов в питьевой воде в 30 частей на единицу, но однажды рекомендовало добровольный предел в 0,013 частей на единицу. Кроме того, радиоактивные загрязнения в питьевой воде, которые количественно оцениваются путем измерения их радиации, часто указываются в единицах ppq; 0,013 ppq эквивалентно толщине листа бумаги по сравнению с путешествием в146 000 поездок по всему миру. 
4. Количества и единицы измерения . Часть 0: Общие принципы , ISO 31-0:1992.
5. Петли, Брайан В. (сентябрь 1998 г.). «Отчет о недавней деятельности комитета от имени IUPAP Генеральной ассамблее IUPAP 1999 года». Архивировано из оригинала 15 августа 2017 г. Проверено 15 августа 2017 г.
6. NIST: Правила и соглашения о стиле для выражения значений величин: 7.10.3 ppm, ppb и ppt .
7. Шварц, SE; Варнек, П. (1995). «Единицы для использования в химии атмосферы (Рекомендации ИЮПАК 1995 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 67 (8–9): 1377–1406. дои : 10.1351/pac199567081377. S2CID  7029702.
8. «Онлайн-инструменты Агентства по охране окружающей среды для расчета оценки объекта: преобразование внутреннего воздушного блока» . Агенство по Защите Окружающей Среды .
9. Бейчок, Милтон Р. (2005). «Преобразования и формулы для моделирования рассеяния воздуха». Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). Милтон Р. Бейчок. ISBN 0964458802.
10. «Единицы». Введение в зеленую инженерию. Университет Вирджинии . 23 августа 2012 г.
11. Согласно брошюре BIPM SI, раздел 5.3.7, «Когда используется [символ процента], число и символ % разделяются пробелом». Эта практика не получила должного распространения в отношении символа %, противоречит Руководству по стилю Википедии и здесь не наблюдается.
12. Консультативный комитет по подразделениям (13–14 мая 2004 г.). «Отчет о 16-м заседании (13–14 мая 2004 г.) Международного комитета мер и весов Международного бюро мер и весов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 марта 2014 г.

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с обозначением частей на Викискладе?
• Национальный институт стандартов и технологий (NIST)
• Международное бюро мер и весов (BIPM)