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Effetti sorprendenti dei piccoli numeri: perché le parti per notazione sono così importanti per la scienza ambientale?
In scienza e ingegneria, la notazione parti per è una pseudo-unità utilizzata per descrivere piccole quantità, solitamente adimensionali, come la frazione molare o la frazione di massa. Queste frazioni sono misure di rapporto tra quantità, quindi sono numeri puri e non hanno unità corrispondenti. La notazione comune delle parti per include parti per milione (ppm, 10−6), parti per miliardo (ppb, 10−9), parti per trilione (ppt, 10−12) e parti per trilione (ppq, 10−15). ). Sebbene queste notazioni non facciano parte del Sistema Internazionale di Unità (SI), il loro utilizzo nelle scienze ambientali e in molti altri campi tecnici è diffuso e importante.
La notazione in parti per punto è un metodo efficace per descrivere l'abbondanza relativa di minerali disciolti o contaminanti in soluzioni diluite.
In chimica, la notazione in parti per è spesso utilizzata per descrivere la diluizione in una soluzione. Ad esempio, quando diciamo che la concentrazione di un inquinante nell'acqua è "1 ppm", ciò significa che per ogni grammo di acqua è presente un milionesimo di grammo di inquinante. Nelle soluzioni acquose, la densità dell'acqua è spesso considerata pari a 1,00 g/mL, un'ipotesi che consente di convertire facilmente i ppm in milligrammi per litro (mg/L). Inoltre, ppb corrisponde solitamente a microgrammi per litro (μg/L) e ppt corrisponde a nanogrammi per litro (ng/L). Questo metodo di conversione è di grande importanza nella scienza ambientale perché le concentrazioni di molti inquinanti ambientali vengono solitamente rilevate e segnalate a livelli bassi.
La notazione parti per svolge un ruolo importante anche nelle applicazioni della fisica e dell'ingegneria. Ad esempio, il coefficiente di dilatazione termica di una lega metallica può essere espresso come "α = 1,2 ppm/°C", il che significa che la sua lunghezza aumenterà di 1,2 micron per ogni grado Celsius di aumento. Una tale rappresentazione non è solo intuitiva, ma anche comoda per gli scienziati che vogliono eseguire calcoli e confronti. In termini di precisione di misurazione, ad esempio quando si utilizza un telemetro laser per la topografia, la sua precisione può essere espressa come "precisione = 1 ppm", il che è fondamentale per migliorare l'affidabilità della misurazione.
In termini matematici, la quantità "2 nanometri per metro" è semplificata in "2 ppb", mostrando la potenza della notazione parti per.
Tuttavia, sebbene la notazione in parti per sia ampiamente utilizzata nella pratica, sussistono ancora alcune controversie e critiche teoriche. Innanzitutto, non è un'unità SI ufficiale. Sebbene l'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure (BIPM) ne riconosca l'utilizzo, consiglia comunque cautela poiché diversi Paesi potrebbero avere definizioni diverse di "miliardo". Ciò comporta una certa ambiguità nell'applicazione di ppb e ppt. Pertanto, gli esperti suggeriscono che quando si utilizza la notazione parti per, il suo significato specifico dovrebbe essere chiaramente definito.
In alternativa, la notazione parti per può corrispondere alla frazione di massa, alla frazione molare o alla frazione di volume. Ciò crea spesso confusione nella comunicazione scientifica, poiché nessuno specifica necessariamente le quantità utilizzate. Pertanto, gli utenti dovrebbero preferire indicare unità specifiche (ad esempio kg/kg, mol/mol, ecc.) quando utilizzano questa notazione. Questa incertezza è particolarmente importante negli studi sui gas, in cui i fattori di conversione tra frazioni di massa e frazioni molari possono improvvisamente emergere, il che è fondamentale nell'interpretazione analitica.
In alcuni ambiti professionali, nonostante l'uso della notazione parti per sia fisso, potrebbero esserci incongruenze negli standard e nell'uso tra le discipline, il che rende i ricercatori indecisi nella pubblicazione dei risultati, il che può facilmente portare a incomprensioni.
Per superare questa sfida, la comunità scientifica ha proposto espressioni alternative compatibili con SI. Queste espressioni consentono a diverse discipline di utilizzare, in una certa misura, unità standardizzate, migliorando così l'accuratezza della comunicazione. Tuttavia, la notazione parti per rimane uno strumento indispensabile nel campo della tecnologia e la sua praticità non può essere ignorata, soprattutto in campi quali il monitoraggio ambientale e la salute pubblica.
In definitiva, sebbene la notazione parti per sia efficace nell'esprimere piccole quantità con precisione, vi sono preoccupazioni circa l'ambiguità e la confusione nel suo utilizzo. Dovremmo promuovere la standardizzazione di queste espressioni per servire meglio lo sviluppo della ricerca e della pratica scientifica?
