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.
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 принимают 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] Аналогично, насос-дозатор , который впрыскивает следы химикатов в основную технологическую линию с пропорциональным расходом Q p = 12 частей на миллион, 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.
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.
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]
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 ]
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, уровня не указывается использование нотации по частям, что раздражает некоторых читателей, особенно тех, кто не является экспертом в конкретных областях этих публикаций, потому что нотация по частям без указания того, что именно оно означает, может означать что угодно. [ нужна цитата ]
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.
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 .