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Notación de partes por

Soluciones acuosas de fluoresceína , diluidas a partir de De 10 000 a 1 parte por millón en intervalos de dilución de diez veces. A una concentración de 10 000 ppm, la soluc...

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Soluciones acuosas de fluoresceína , diluidas a partir deDe 10 000 a 1  parte por millón en intervalos de dilución de diez veces.A una concentración de 10 000  ppm, la solución presenta un color rojo intenso. A medida que disminuye la concentración, el color se torna verde anaranjado, luego un verde amarillento vibrante, y la  muestra final de 1 ppm es de un verde amarillento muy pálido.

En ciencia e ingeniería , la notación de partes por es un conjunto de pseudounidades para describir los pequeños valores de diversas cantidades adimensionales , por ejemplo, la fracción molar o la fracción másica .

Dado que estas fracciones son medidas de cantidad por cantidad, son números puros sin unidades de medida asociadas . Las más utilizadas son:

  • partes por millón – ppm , 10 −6
  • partes por mil millones – ppb , 10⁻⁹
  • partes por billón – ppt , 10⁻¹²
  • partes por cuatrillón – ppq , 10⁻¹⁵

Esta notación no forma parte del Sistema Internacional de Unidades (SI) y su significado es ambiguo. En química, la ambigüedad surge porque la notación de partes por puede utilizarse para referirse tanto a una fracción molar como a una fracción másica , las cuales son diferentes según la masa molar de la sustancia.

Aplicaciones

La notación de partes por se usa frecuentemente para describir soluciones diluidas en química , por ejemplo, la abundancia relativa de minerales o contaminantes disueltos en el agua . La cantidad "1  ppm" se puede usar para una fracción de masa si un contaminante presente en el agua es una millonésima de gramo por gramo de solución de muestra. Al trabajar con soluciones acuosas , es común asumir que la densidad del agua es de 1,00  g/mL. Por lo tanto, es común equiparar 1  kilogramo de agua con 1  litro de agua. En consecuencia, 1  ppm corresponde a 1  mg/L y 1  ppb corresponde a 1  μg/L.

De manera similar, la notación de partes por se utiliza también en física e ingeniería para expresar el valor de diversos fenómenos proporcionales. Por ejemplo, una aleación metálica especial podría expandirse 1,2 micrómetros por metro de longitud por cada grado Celsius , lo que se expresaría como " α = 1,2 ppm/°C". La notación de partes por también se emplea para indicar el cambio, la estabilidad o la incertidumbre en las mediciones. Por ejemplo, la precisión de las mediciones de distancia en levantamientos topográficos con un telémetro láser podría ser de 1 milímetro por kilómetro de distancia; esto podría expresarse como " Precisión = 1 ppm". [ a ]     

Las notaciones de partes por son todas cantidades adimensionales: en las expresiones matemáticas, las unidades de medida siempre se cancelan. En fracciones como "2  nanómetros por metro" (2 nm/m = 2 × 10 −9 = 2 ppb = 2 ×0,000 000 001 ), por lo que los cocientes son coeficientes numéricos puroscon valores positivos menores o iguales a 1. Cuando se utilizan notaciones de partes por, incluido el símbolo de porcentaje (%), en prosa regular (a diferencia de las expresiones matemáticas), siguen siendo cantidades adimensionales numéricas puras. Sin embargo, generalmente toman el significado literal de "partes por" de una razón comparativa (por ejemplo, "2 ppb" generalmente se interpretaría como "dos partes en mil millones de partes"). [ 1 ]

Las notaciones de partes por pueden expresarse en términos de cualquier unidad de la misma medida. Por ejemplo, el coeficiente de expansión de cierta aleación de latón , α = 18,7 ppm/°C, puede expresarse como 18,7  ( μm / m )/°C, o como 18,7  (μ in / in )/°C; el valor numérico que representa una proporción relativa no cambia con la adopción de una unidad de longitud diferente. [ b ] De manera similar, una bomba dosificadora que inyecta un producto químico traza en la línea de proceso principal a la tasa de flujo proporcional Q p = 12 ppm, lo está haciendo a una tasa que puede expresarse en una variedad de unidades volumétricas, incluyendo 125 μ L / L , 125 μ gal / gal , 125  cm 3 / m 3 , etc.

En la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), el desplazamiento químico se expresa habitualmente en ppm. Representa la diferencia entre la frecuencia medida (en partes por millón) y la frecuencia de referencia. Esta frecuencia de referencia depende del campo magnético del instrumento y del elemento que se está midiendo. Generalmente se expresa en MHz . Los desplazamientos químicos típicos rara vez superan unos pocos cientos de Hz con respecto a la frecuencia de referencia, por lo que se expresan convenientemente en ppm ( Hz /MHz). La notación en partes por millón proporciona una magnitud adimensional que no depende de la intensidad del campo magnético del instrumento.

Expresiones de partes por

Visualización de 1%, 1‰, 1‱, 1 pcm y 1 ppm como fracciones del bloque grande (versión ampliada).

  • Una parte por mil generalmente debe escribirse completa y no como "ppt" (que normalmente se entiende que representa "partes por billón "). También puede denotarse con el signo de por mil (‰). Sin embargo, tenga en cuenta que disciplinas específicas como la oceanografía, así como ejercicios educativos, utilizan la abreviatura "ppt". "Una parte por mil" denota una parte por 1000 ( 103 ) partes, y un valor de 10−3 . Esto equivale a unos noventa segundos de un día.
  • Una parte por cada diez mil se denota con el signo permiríad (‱). Aunque raramente se usa en ciencia (en su lugar se suele usar ppm), una permiríad tiene un valor inequívoco de una parte por cada 10 000 ( 104 ) partes, y un valor de 10−4 . Esto equivale a unos nueve segundos de un día.En cambio, en finanzas , el punto base se usa normalmente para denotar cambios o diferencias entre tipos de interés porcentuales (aunque también puede usarse en otros casos donde se desea expresar cantidades en centésimas de porcentaje). Por ejemplo, un cambio en un tipo de interés del 5,15 % anual al 5,35 % anual podría denotarse como un cambio de 20 puntos base (anuales).Al igual que con los tipos de interés, las palabras "anuales" (o "por año") a menudo se omiten. En ese caso, el punto base es una cantidad con una dimensión de (tiempo −1 ). [ 2 ]
  • Una parte por cada cien mil , por ciento mille ( pcm ) o miliporcentaje denota una parte por cada 100.000 ( 105 ) partes, y un valor de 10−5 . Se utiliza comúnmente en epidemiología para medir la mortalidad, la delincuencia y las tasas de prevalencia de enfermedades, así como en ingeniería de reactores nucleares como unidad de reactividad. En la medición del tiempo, equivale a unos 5 minutos al año; en la medición de la distancia , equivale a 1 cm de error por kilómetro recorrido.

  • Una parte por millón ( ppm ) denota una parte por 1.000.000 ( 106 ) partes, y un valor de 10−6 . Esto equivale a unos 32 segundos al año o 1 mm de error por kilómetro recorrido. En minería , también equivale a un gramo por tonelada métrica , expresado como g/t.

  • Una parte por mil millones ( ppb ) denota una parte por 1.000.000.000 ( 109 ) partes, y un valor de 10−9 . Esto equivale a unos tres segundos de un siglo .

  • Una parte por billón ( ppt ) denota una parte por 1.000.000.000.000 ( 1012 ) partes, y un valor de 10−12 . Esto equivale a unos treinta segundos de cada millón de años.

  • Una parte por cuatrillón ( ppq ) denota una parte por 1.000.000.000.000.000 ( 1015 ) partes, y un valor de 10−15 . Esto equivale a aproximadamente dos minutos y medio de la edad de la Tierra (4.500 millones de años). Aunque relativamente poco común en química analítica, a veces se realizan mediciones a nivel de ppq. [ 3 ]

Crítica

Aunque la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (una organización internacional de normalización conocida también por sus siglas en francés , BIPM) reconoce el uso de la notación de partes por, no forma parte formalmente del Sistema Internacional de Unidades (SI). [ 1 ] Cabe señalar que, si bien el " porcentaje " (%) no forma parte formalmente del SI, tanto la BIPM como la Organización Internacional de Normalización (ISO) sostienen que "en expresiones matemáticas, el símbolo reconocido internacionalmente  % (porcentaje) puede utilizarse con el SI para representar el número 0,01" para cantidades adimensionales. [ 1 ] [ 4 ] Según la IUPAP , "una fuente constante de molestia para los puristas de las unidades ha sido el uso continuado de porcentaje, ppm, ppb y ppt". [ 5 ] [ 6 ] Aunque deberían utilizarse expresiones compatibles con el SI como alternativa, la notación de partes por sigue siendo ampliamente utilizada en disciplinas técnicas. Los principales problemas con la notación de partes por se exponen a continuación.

Escalas largas y cortas

Debido a que los números que comienzan con " mil millones " tienen valores diferentes en distintos países, el BIPM sugiere evitar el uso de "ppb" y "ppt" para prevenir malentendidos. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE . UU. (NIST) adopta una postura más estricta, afirmando que "los términos que dependen del idioma [...] no son aceptables para su uso con el SI para expresar valores de cantidades". [ 7 ]

Mil contra billón

Aunque «ppt» generalmente significa «partes por billón», en ocasiones significa «partes por mil». A menos que el significado de «ppt» se defina explícitamente, debe determinarse a partir del contexto. [ 6 ]

Fracción másica frente a fracción molar frente a fracción volumétrica

Otro problema de la notación de partes por es que puede referirse a fracción de masa , fracción molar o fracción de volumen . Dado que normalmente no se indica qué cantidad se utiliza, es mejor escribir las unidades, como kg/kg, mol/mol o m³ / m³ , aunque todas sean adimensionales. [ 6 ] La diferencia es bastante significativa cuando se trata de gases, y es muy importante especificar qué cantidad se está utilizando. Por ejemplo, el factor de conversión entre una fracción de masa de 1  ppb y una fracción molar de 1  ppb es de aproximadamente 4,7 para el gas de efecto invernadero CFC-11 en el aire (Masa molar de CFC-11 / Masa molar media del aire = 137,368 / 28,97 = 4,74).

Para la fracción de volumen, a veces se agrega el sufijo V o v a la notación de partes por (p. ej. ppmV, ppbv, pptv). [ 8 ] Para distinguir la fracción de masa de la fracción de volumen o la fracción molar, a veces se agrega la letra m (de masa, pero es ambigua con la fracción molar) o w (que representa el peso) a la abreviatura (p. ej. ppmw, ppbw). [ 6 ] A veces se utilizan expresiones como "partes por (millón) en volumen" y "partes por (millón) en masa".

expresiones conformes al SI

Las unidades compatibles con el SI que pueden utilizarse como alternativas se muestran en la tabla siguiente. Las expresiones que el BIPM no reconoce explícitamente como adecuadas para denotar cantidades adimensionales con el SI están marcadas con ! .

Tenga en cuenta que las notaciones en la columna "Unidades SI" anterior son en su mayor parte cantidades adimensionales ; es decir, las unidades de medida se factorizan en expresiones como "1  nm/m" (1  nm/m  = 1  ×  10 −9 ), por lo que las razones son coeficientes numéricos puros con valores menores que 1.

Uno (unidad adimensional propuesta)

Debido a la naturaleza engorrosa de expresar ciertas cantidades adimensionales según las directrices del SI, la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) propuso en 1999 la adopción del nombre especial "uno" (símbolo: U) para representar el número 1 en cantidades adimensionales. [ 5 ] En 2004, un informe al Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) declaró que la respuesta a la propuesta del uno "había sido casi totalmente negativa", y el principal proponente "recomendó abandonar la idea". [ 10 ] Hasta la fecha, el uno no ha sido adoptado por ninguna organización de normalización .

Notas a pie de página

  1. ↑ Esta es una explicación simplificada. Los telémetros láser suelen tener una precisión de medición de entre uno y diez milímetros; por lo tanto, la especificación completa para la precisión de la medición de distancia podría ser la siguiente: «Precisión ±(1 mm + 1 ppm)». En consecuencia, una medición de distancia de tan solo unos pocos metros tendría una precisión de ±1 mm en este ejemplo.
  2. ↑ En el caso particular del coeficiente de expansión térmica, el cambio a pulgadas (una de las unidades del sistema estadounidense ) suele ir acompañado también de un cambio a grados Fahrenheit . Dado que un intervalo de temperatura del tamaño de un grado Fahrenheit es solo 5/9 de un intervalo del tamaño de un grado Celsius, el valor se suele expresar como 10,4 (μ in / in )/°F en lugar de 18,7 (μ in / in )/°C.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 "Indicar valores de cantidades adimensionales o cantidades de dimensión uno" . BIPM . §  5.3.7.
  2. ↑ "Puntos básicos (BPS)" . Instituto de Finanzas Corporativas .
  3. ↑ Las mediciones de dioxina se realizan rutinariamente a nivel sub -ppq. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) actualmente establece un límite estricto de 30 ppq para la dioxina en el agua potable, pero en el pasado recomendó un límite voluntario de 0,013 ppq. Además, los contaminantes radiactivos en el agua potable, que se cuantifican midiendo su radiación, a menudo se informan en términos de ppq; 0,013 ppq es equivalente al grosor de una hoja de papel en comparación con un viaje de146 000 viajes alrededor del mundo. 
  4. ↑ Cantidades y unidades . Parte 0: Principios generales , ISO 31-0:1992.
  5. 1 2 Petley, Brian W. (septiembre de 1998). "Informe sobre las actividades recientes del comité en nombre de la IUPAP a la Asamblea General de la IUPAP de 1999" . Archivado del original el 15 de agosto de 2017. Recuperado el 15 de agosto de 2017 .
  6. 1 2 3 4 Schwartz, SE; Warneck, P. (1995). "Unidades para uso en química atmosférica (Recomendaciones de la IUPAC 1995)" (PDF) . Pure and Applied Chemistry . 67 ( 8–9 ): 1377–1406 . doi : 10.1351/pac199567081377 . S2CID 7029702 . 
  7. ↑ NIST: Reglas y convenciones de estilo para expresar valores de cantidades: 7.10.3 ppm, ppb y ppt .
  8. ↑ Beychok, Milton R. (2005). "Conversiones y fórmulas para el modelado de la dispersión del aire". Fundamentos de la dispersión de gases de chimenea (4.ª ed.). Milton R. Beychok. ISBN  0964458802.
  9. ↑ Según el folleto SI del BIPM, sección 5.3.7 , «Cuando se utiliza [el símbolo de porcentaje], un espacio separa el número del símbolo %». Esta práctica no se ha adoptado ampliamente con respecto al símbolo %, contradice el Manual de estilo de Wikipedia y no se respeta aquí.
  10. ↑ Comité Consultivo de Unidades (13-14 de mayo de 2004). «Informe de la 16.ª reunión (13-14 de mayo de 2004) al Comité Internacional de Pesas y Medidas de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas» (PDF) . Archivado del original (PDF) el 10 de marzo de 2014.
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  • Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST)
  • Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM)
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