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小数量的惊人影响：为什么parts-per notation对环境科学如此重要？
在科学和工程领域，parts-per notation（每部分数据标记法）是用来描述小数值的伪单位，这些数值通常是无量纲数量，例如摩尔分数或质量分数。这些分数是量与量的比率度量，因此它们是纯数字，没有相应的单位。常用的parts-per notation有百万分之一（ppm，10−6）、十亿分之一（ppb，10−9）、兆分之一（ppt，10−12）和千兆分之一（ppq，10−15）。尽管这些标记并不属于国际单位制（SI），但其在环境科学和许多其他技术领域的应用却是广泛而重要的。
Parts-per notation是描述稀溶液中溶解矿物质或污染物的相对丰度的有效方法。
在化学中，parts-per notation常用于描述溶液中的稀释情况。例如，当我们说某种水中污染物的浓度为「1 ppm」时，这表示每克水中有一百万分之一克的污染物。在水溶液中，常假设水的密度为1.00 g/mL，这样的假设使得ppm可以轻松转换为毫克每升（mg/L）的单位。进一步的说，ppb通常对应于微克每升（μg/L）而ppt对应于纳克每升（ng/L）。这种转换方式在环境科学中相当重要，因为很多环境污染物的浓度通常在低量级下被检测和报导。
在物理和工程应用中，parts-per notation同样扮演重要角色。例如，某种金属合金的热膨胀系数可以表达为「α = 1.2 ppm/°C」，表示每升高一度Celsius，其长度会膨胀1.2微米。这样的表示不仅直观而且方便科学家们进行计算与比较。在测量精度方面，例如当用激光测距仪进行土地勘测时，其精度可以用「准确度 = 1 ppm」来表述，这一点对于提高测量的可靠性至关重要。
在数学表达中，「2纳米每米」的量被简化为「2 ppb」，显示出 parts-per notation的强大之处。
然而，尽管parts-per notation在实践中被广泛使用，仍然存在一些理论上的争议和批评。首先，它不属于正式的SI单位。国际计量局（BIPM）虽然承认其使用，但仍建议谨慎对待，因为不同国家对于「十亿」的定义可能不同。这导致了在应用ppb和ppt时的一些歧义。因此专家们提议在确定使用parts-per notation的时候，应明确定义其所指的具体含义。
此外，parts-per notation可能会对应于质量分数、摩尔分数或体积分数。由于谁也未必会明确标明所用的数量，这在科学交流中经常造成混淆。因此，使用者应当在使用此标记时更倾向于明确表示具体的单位（如kg/kg、mol/mol等）。这个不确定性在气体研究中特别重要，因为质量分数与摩尔分数之间的转化因子可能会突然显现出来，这在分析解释中至关重要。
在一些专业领域中，parts-per notation的使用虽然固定，但各学科之间的标准和用法却可能存在不一致，这使得研究者在发表结果时未定义其用法，容易引起误解。
为了克服这一挑战，科学界提出了SI兼容的替代表达方式。这些表达方式使得不同的学科能够在一定程度上使用标准化的单位，以提升交流的准确性。然而，至今parts-per notation仍是技术领域中不可或缺的工具，它的实用性无法被忽视，尤其是在环境监测和公共健康等领域。
最终，虽然parts-per notation在表达小数量的精确性方面具有强大的功能，但其使用中的歧义和混淆让人担忧。我们是否该推动对这些表达方式的标准化，以更好地服务于科学研究与实践的发展?
