PPM چیست؟

در علم و مهندسی ، نشان‌گذاری قطعات به ازای مجموعه‌ای از شبه واحدها برای توصیف مقادیر کوچک مقادیر بی‌بعد متفرقه ، به عنوان مثال کسر مول یا کسر جرمی است . از آنجایی که این کسرها معیارهای کمیت به ازای کمیت هستند، اعداد خالصی هستند که واحدهای اندازه گیری مرتبطی ندارند . معمولاً از قطعات در میلیون ( ppm ، 10-6 )، قسمت در میلیارد ( ppb ، 10-9 )، قسمت در تریلیون ⁽ ppt ، 10-12 ) و قسمت ^در هر کوادریلیون ( ppq ) ^، استفاده می شود . 10-15 ) ^. این نماد بخشی از سیستم بین المللی سیستم واحدها (SI) نیست و معنای آن مبهم است.

برنامه های کاربردی PPM

قسمت در نماد اغلب برای توصیف محلول های رقیق در شیمی استفاده می شود ، به عنوان مثال، فراوانی نسبی مواد معدنی یا آلاینده های محلول در آب . مقدار “1 ppm” را می توان برای یک کسر جرمی استفاده کرد اگر یک آلاینده منتقل شده از آب به میزان یک میلیونم گرم در هر گرم محلول نمونه وجود داشته باشد. هنگام کار با محلول های آبی ، معمولاً فرض می شود که چگالی آب 1.00 گرم در میلی لیتر است. بنابراین معمول است که 1 کیلوگرم آب را با 1 لیتر آب یکی می دانند. در نتیجه، 1 پی پی ام مربوط به 1 میلی گرم در لیتر و 1 پی پی بی با 1 میکروگرم در لیتر است.

به طور مشابه، نشان‌گذاری قطعات به ازای نیز در فیزیک و مهندسی برای بیان ارزش پدیده‌های متناسب مختلف استفاده می‌شود. به عنوان مثال، یک آلیاژ فلزی خاص ممکن است 1.2  میکرومتر در هر متر طول برای هر درجه سانتیگراد منبسط شود و این به صورت ” α = 1.2 ppm/°C” بیان می شود . همچنین برای نشان دادن تغییر، پایداری یا عدم قطعیت در اندازه‌گیری‌ها، از نشانه‌گذاری Parts-per استفاده می‌شود. برای مثال، دقت اندازه‌گیری فاصله زمین‌سنجی هنگام استفاده از مسافت یاب لیزری ممکن است ۱ میلی‌متر در هر کیلومتر فاصله باشد. این می تواند به عنوان ” دقت  = 1 ppm” بیان شود. ^[آ]

اجزا در نمادها همه کمیت های بدون بعد هستند: در عبارات ریاضی، واحدهای اندازه گیری همیشه لغو می شوند. در کسری مانند “2 نانومتر بر متر” (2 nm / m = 2 نانو = 2×10-9 ⁼ 2 ppb = 2 ×0.000 000 001 )، بنابراین ضرایب ضرایب اعداد خالصبا مقادیر مثبت کمتر یا مساوی 1 هستند. هنگامی که نمادهای جزء به ازای، از جمله نماد درصد (%)، در نثر معمولی استفاده می شود (برخلاف عبارات ریاضی)، آنها هنوز هم کمیت های بدون بعد با عدد خالص هستند. با این حال، آنها به طور کلی معنای تحت اللفظی “قسمت در هر” نسبت مقایسه ای را می گیرند (مثلاً “2 ppb” به طور کلی به عنوان “دو قسمت در یک میلیارد قسمت” تفسیر می شود). ^[1]

نمادهای بخش در هر واحد ممکن است بر حسب هر واحدی با همان اندازه بیان شوند. برای مثال، ضریب انبساط برخی از آلیاژهای برنج ، α = 18.7 ppm/°C، ممکن است به صورت 18.7 ( μm / m )/°C یا 18.7 (μ in / in )/°C بیان شود . مقدار عددی که یک نسبت نسبی را نشان می دهد با پذیرش یک واحد طول متفاوت تغییر نمی کند. ^[b] به طور مشابه، یک پمپ اندازه گیری که یک ماده شیمیایی کمیاب را به خط فرآیند اصلی با سرعت جریان متناسب Q _p = 12 ppm تزریق می کند ، این کار را با سرعتی انجام می دهد که ممکن است در واحدهای حجمی مختلف، از جمله 125 میکرولیتر بیان شود. / L ، 125 μ gal / gal ، 125 cm ³ / m ³ ، و غیره.

در طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، شیفت شیمیایی معمولاً بر حسب ppm بیان می‌شود. این نشان دهنده تفاوت فرکانس اندازه گیری شده در قسمت در میلیون از فرکانس مرجع است. فرکانس مرجع به میدان مغناطیسی دستگاه و عنصری که اندازه گیری می شود بستگی دارد. معمولاً در مگاهرتز بیان می شود . شیفت های شیمیایی معمولی به ندرت بیش از چند صد هرتز از فرکانس مرجع فاصله دارند، بنابراین جابجایی های شیمیایی به راحتی در ppm ( Hz /MHz) بیان می شوند. Parts-per notation مقداری بدون بعد به دست می دهد که به شدت میدان ابزار بستگی ندارد.

قسمت در عبارات

1 از → = ⭨ از ↓	درصد ( % )	در هر مایل (‰)	در هر 10000 (‱)	در هر 100000 (Pcm)	در هر میلیون (ppm)	در هر میلیارد (ppb)
%	1	0.1	0.01	0.001	0.0001	10-7
‰	10	1	0.1	0.01	0.001	10-6
‱	100	10	1	0.1	0.01	10-5
pcm	1000	100	10	1	0.1	0.0001
ppm	10000	1000	100	10	1	0.001
ppb	107	106	105	10000	1000	1

• یک قسمت در صد به طور کلی با علامت درصد (%) نشان داده می شود و یک قسمت در هر 100 (10) را نشان می دهد.² ) قطعاتو مقدار 10^-2 . این معادل حدود چهارده دقیقه از یک روز است.

 

• معمولاً یک قسمت در هزار باید به طور کامل نوشته شود و نه به صورت “ppt” (که معمولاً نشان دهنده “قسمت در تریلیون ” است). همچنین ممکن است با علامت پرمیل (‰) نشان داده شود. با این حال، توجه داشته باشید که رشته های خاصی مانند اقیانوس شناسی و همچنین تمرینات آموزشی از مخفف “ppt” استفاده می کنند. “یک جزء در هزار” نشان دهنده یک قسمت در هر 1000 است (10³ ) قطعات و مقدار 10^-3 . این معادل حدود نود ثانیه از یک روز است.
• یک قسمت در ده هزار با علامت پرمیریاد (‱) نشان داده می شود. اگرچه به ندرت در علم استفاده می شود (ppm معمولاً به جای آن استفاده می شود)، یک permyriad دارای مقدار مشخصی از یک قسمت در هر 10000 است (10⁴ ) قطعات و مقدار 10^-4 . این معادل حدود نه ثانیه از یک روز است.
  در مقابل، در امور مالی ، نقطه مبنا معمولاً برای نشان دادن تغییرات یا تفاوت بین نرخ‌های بهره درصدی استفاده می‌شود (اگرچه می‌توان از آن در موارد دیگری نیز استفاده کرد که در آن بیان مقادیر در صدم درصد مطلوب است). به عنوان مثال، تغییر در نرخ بهره از 5.15 درصد در سال به 5.35 درصد در سال را می توان به عنوان تغییر 20 واحد پایه (در سال) نشان داد. مانند نرخ بهره، کلمات “سالانه” (یا “در سال”) اغلب حذف می شوند. در آن صورت، نقطه مبنا کمیتی با بعد (زمان ^-1 ) است.
• یک قسمت در صد هزار ، درصد میل ( pcm ) یا میلی درصد نشان دهنده یک قسمت در هر 100000 است (10⁵ ) قطعات و مقدار 10^-5 . معمولاً در اپیدمیولوژی برای مرگ و میر، میزان شیوع جرم و جنایت و بیماری و مهندسی راکتور هسته ای به عنوان واحد واکنش استفاده می شود. در اندازه گیری زمان معادل حدود 5 دقیقه در سال است. در اندازه گیری فاصله ، معادل 1 سانتی متر خطا در هر کیلومتر مسافت پیموده شده است.

 

• یک قسمت در میلیون ( ppm ) نشان دهنده یک قسمت در هر 1,000,000 (10)⁶ ) قطعات و مقدار 10^-6 . معادل حدود 32 ثانیه در سال یا 1 میلی متر خطا در هر کیلومتر مسافت پیموده شده است. در معدن نیز معادل یک گرم در تن متریک استکه به صورت g/t بیان می شود.

 

• یک قسمت در میلیارد ( ppb ) نشان دهنده یک قسمت در هر 1,000,000,000 (10⁹ ) قطعات و مقدار 10^-9 . این معادل حدود سه ثانیه از یک قرن است .

 

• یک قسمت در تریلیون ( ppt ) نشان دهنده یک قسمت در هر 1,000,000,000,000 (10¹² ) قطعات و مقدار 10^-12 . این معادل حدود سی ثانیه از هر میلیون سال است.

 

• یک قسمت در هر کوادریلیون ( ppq ) نشان دهنده یک قسمت در هر 1,000,000,000,000 (10¹⁵ ) قطعات و مقدار 10⁻¹⁵ . این معادل حدود دو و نیم دقیقه از سن زمین (4.5 میلیارد سال) است. اگرچه در شیمی تجزیه نسبتاً غیر معمول است، گاهی اوقات اندازه گیری در سطح ppq انجام می شود. ^[3]

انتقاد PPM

اگرچه دفتر بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌ها (یک سازمان استاندارد بین‌المللی که با حروف اول فرانسوی زبان BIPM نیز شناخته می‌شود) استفاده از نماد در هر نماد را به رسمیت می‌شناسد، اما به طور رسمی بخشی از سیستم بین‌المللی واحدها (SI) نیست . ^[1] توجه داشته باشید که اگرچه ” درصد ” (%) به طور رسمی بخشی از SI نیست، هم BIPM و هم سازمان بین المللی استاندارد (ISO) این موضع را دارند که “در عبارات ریاضی، نماد بین المللی شناخته شده ٪ (درصد) ممکن است با SI برای نشان دادن عدد 0.01 اینچ برای کمیت های بدون بعد استفاده شود. ^[1] [4] با توجه به IUPAP ، “یک منبع آزاردهنده مداوم برای پاکسازان واحد، استفاده مداوم از درصد، ppm، ppb، و ppt بوده است”. ^[5] اگرچه عبارات منطبق با SI باید به عنوان جایگزین مورد استفاده قرار گیرند، با این وجود، نماد قسمت-در به طور گسترده در رشته های فنی استفاده می شود. مشکلات اصلی مربوط به نشانه گذاری قطعات به ازای در زیر بیان شده است.

ترازوهای بلند و کوتاه

از آنجایی که اعداد نامگذاری شده که با یک میلیارد شروع می شوند در کشورهای مختلف دارای مقادیر متفاوتی هستند، BIPM پیشنهاد می کند برای جلوگیری از سوء تفاهم از استفاده از “ppb” و “ppt” اجتناب کنید. مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) موضع سختگیرانه ای اتخاذ می کند و بیان می کند که “اصطلاحات وابسته به زبان […] برای استفاده با SI برای بیان مقادیر کمیت ها قابل قبول نیستند”.

هزار در مقابل تریلیون

اگرچه “ppt” معمولا به معنای “قسمت در تریلیون” است، اما گاهی اوقات به معنای “قسمت در هزار” است. مگر اینکه معنای “ppt” به صراحت تعریف شده باشد، باید از متن مشخص شود.

کسر جرمی در مقابل کسر مول در مقابل کسر حجمی

یکی دیگر از مشکلات نمادگذاری قطعات در این است که ممکن است به کسر جرمی ، کسر مول یا کسر حجمی اشاره داشته باشد . از آنجایی که معمولاً مشخص نمی‌شود که کدام مقدار مورد استفاده قرار می‌گیرد، بهتر است واحدهایی مانند kg/kg، mol/mol یا m3/m3 را بنویسید ^، حتی ^اگر همه آنها بدون بعد باشند. ^[7] این تفاوت در برخورد با گازها کاملاً قابل توجه است و تعیین مقدار مورد استفاده بسیار مهم است. به عنوان مثال، ضریب تبدیل بین یک کسر جرمی ppb 1 و یک کسر مول 1 ppb برای گاز گلخانه‌ای CFC-11 در هوا حدود 4.7 است. برای کسر حجمی، پسوند “V” یا “v” گاهی اوقات به نماد قسمت-در ضمیمه می شود (به عنوان مثال ppmV، ppbv، pptv). ^[8] [9] با این حال، ppbv و pptv نیز اغلب برای کسرهای مولی استفاده می‌شوند (که فقط برای گازهای ایده‌آل با کسر حجمی یکسان است).

برای تشخیص کسر جرمی از کسر حجمی یا کسر مول، گاهی اوقات حرف “w” (معمول “وزن”) به مخفف اضافه می شود (به عنوان مثال ppmw، ppbw).

استفاده از نماد به ازای هر شاخه عموماً در هر شاخه خاص از علم کاملاً ثابت است، اما اغلب به نحوی که با کاربرد آن در شاخه‌های دیگر همخوانی ندارد، و باعث می‌شود برخی از محققین تصور کنند که استفاده خودشان (جرم/جرم، مول/ مول، حجم/حجم، جرم/حجم یا موارد دیگر) صحیح است و سایر کاربردها نادرست هستند. گاهی اوقات این فرض باعث می شود که آنها جزئیات استفاده خود را در انتشارات خود مشخص نکنند و بنابراین دیگران ممکن است نتایج آنها را اشتباه تفسیر کنند. برای مثال، الکتروشیمی‌دان‌ها اغلب از حجم/حجم استفاده می‌کنند، در حالی که مهندسان شیمی ممکن است از جرم/جرم و همچنین حجم/حجم استفاده کنند، در حالی که شیمیدان‌ها ، حوزه ایمنی شغلی و محدوده مجاز قرار گرفتن در معرض (مثلاً حد مجاز قرار گرفتن در معرض گاز در هوا ) ممکن است از جرم/حجم استفاده کنید. متأسفانه، بسیاری از نشریات آکادمیک در سطح عالی نمی‌توانند استفاده خود را از نشان‌گذاری پارت به ازای مشخص کنند، که این امر باعث عصبانیت برخی از خوانندگان، به‌ویژه آن‌هایی که در زمینه‌های خاص در آن نشریات متخصص نیستند، می‌شود، زیرا قسمت‌ها به‌ازای نماد، بدون مشخص کردن چه چیزی مخفف، می تواند به معنای هر چیزی باشد. ^{[ نیازمند منبع ]}

عبارات سازگار با SI

واحدهای سازگار با SI که می توانند به عنوان جایگزین استفاده شوند در نمودار زیر نشان داده شده است. عباراتی که BIPM صراحتاً آنها را برای نشان دادن کمیت های بدون بعد با SI مناسب تشخیص نمی دهد با علامت گذاری شده اند ! .

نشانه گذاری برای مقادیر بی بعد

اندازه گرفتن	واحدهای SI	نسبت قطعات به نام نامگذاری شده (مقیاس کوتاه)	Parts-per مخفف یا نماد	ارزش در نماد علمی
سویه ای از …	2 سانتی متر بر متر	2 قسمت در صد	2٪ [11]	2 × 10-2
حساسیت …	2 متر V/V	2 قسمت در هزار	2 ‰ !	2 × 10-3
حساسیت …	0.2 mV/V	2 قسمت در ده هزار	2‱ !	2 × 10-4
حساسیت …	2 μ V/V	2 قسمت در میلیون	2 پی پی ام	2 × 10-6
حساسیت …	2 n V/V	2 قسمت در میلیارد !	2ppb _	2 × 10-9
حساسیت …	2 p V/V	2 قسمت در تریلیون !	2 ppt !	2 × 10-12
کسر جرمی از …	2 میلی گرم بر کیلوگرم	2 قسمت در میلیون	2 پی پی ام	2 × 10-6
کسر جرمی از …	2 میکروگرم بر کیلوگرم	2 قسمت در میلیارد !	2ppb _	2 × 10-9
کسر جرمی از …	2 نانوگرم بر کیلوگرم	2 قسمت در تریلیون !	2 ppt !	2 × 10-12
کسر جرمی از …	2 pg/kg	2 قسمت در هر کوادریلیون !	2 ppq !	2 × 10-15
کسری حجمی از …	5.2 میکرولیتر در لیتر	5.2 قسمت در میلیون	5.2 پی پی ام	5.2 × 10-6
کسری مول از …	5.24 میکرومول در مول	5.24 قسمت در میلیون	5.24 ppm	5.24 × 10-6
کسری مول از …	5.24 نانومول بر مول	5.24 قسمت در میلیارد !	5.24 ppb	5.24 × 10-9
کسری مول از …	5.24 pmol/mol	5.24 قسمت در تریلیون !	5.24 ppt	5.24 × 10-12
ثباتی از …	1 (μA/A) / دقیقه	1 قسمت در میلیون در دقیقه	1 پی پی ام در دقیقه	1 × 10-6 / دقیقه
تغییری از …	5 nΩ/Ω	5 قسمت در میلیارد !	5ppb _	5 × 10-9
عدم اطمینان از …	9 میکروگرم بر کیلوگرم	9 قسمت در میلیارد !	9ppb _	9 × 10-9
یک جابجایی از …	1 نانومتر بر متر	1 قسمت در میلیارد !	1ppb _	1 × 10-9
سویه ای از …	1 میکرومتر بر متر	1 قسمت در میلیون	1 پی پی ام	1 × 10-6
ضریب دمایی …	0.3 (μHz/Hz)/°C	0.3 قسمت در میلیون در درجه سانتیگراد	0.3 ppm/°C	0.3 × 10-6 / ° C
تغییر فرکانس …	0.35 × 10-9 ƒ	0.35 قسمت در میلیارد !	0.35 ppb	0.35 × 10-9

توجه داشته باشید که نمادهای ستون “SI units” در بالا در بیشتر موارد کمیت های بدون بعد هستند . یعنی واحدهای ضریب اندازه‌گیری در عباراتی مانند “1 نانومتر بر متر” (1 nm / m =  1 × 10-9 ⁾ ، بنابراین نسبت‌ها ضرایب عددی خالص با مقادیر کمتر از 1 هستند.

Uno (واحد بدون بعد پیشنهادی)

به دلیل ماهیت دست و پا گیر بیان کمیت های بدون بعد معین در دستورالعمل های SI، اتحادیه بین المللی فیزیک محض و کاربردی (IUPAP) در سال 1999 پیشنهاد کرد که نام ویژه “uno” (نماد: U) برای نشان دادن عدد 1 در کمیت های بدون بعد اتخاذ شود. . ^[5] در سال 2004، گزارشی به کمیته بین‌المللی اوزان و معیارها (CIPM) بیان کرد که پاسخ به پیشنهاد سازمان ملل «تقریباً کاملاً منفی بوده است» و موافق اصلی «توصیه کرد که این ایده کنار گذاشته شود». ^[12] تا به امروز، uno توسط هیچ سازمان استاندارد پذیرفته نشده است .

پاورقی ها