科學界對“ppm”的幾種糊涂認識

發表人：孫二虎，何洪英，劉東渝

   
科學界對“ppm”的幾種糊涂認識


孫二虎，何洪英，劉東渝
（中國科學院成都生物研究所《應用與環境生物學報》編輯部）


摘  要  對包括編輯學界在內的科學界中至今仍有人把ppm作為單位來使用的原因進行了歸納和分析。認為4種糊涂認識是導致ppm繼續存在于科學文獻中的主要原因：一是對ppm的語言學缺陷問題無認識；二是對量綱一的量的性質認識有誤；三是不了解習慣上將B的質量濃度單位“mg·L-1”寫作ppm的特定條件；四是對國際科學界取締ppm的要求不了解，誤以為“不用ppm”的規定是中國的“土政策”。


關鍵詞  ppm；科學文獻；質量濃度單位；計量單位


——發表于《編輯學報》2003，15（1）：26~28




    “ppm”（或“PPM”）作為貫徹我國計量法過程中的一個問題提出至少已經十年[1]；若從世界范圍看, 對ppm這個英文縮寫詞的國際通用性提出質疑的時間可能更早（上世紀70年代初[2]？）。盡管科學界（包括編輯界）為取締科學單位中的ppm等非法表達方式費了不知多少口舌，但至今仍有一些編輯或作者（中外都有）對ppm有些戀戀不舍；甚至還有人不同意科學界取締ppm作單位符號的規定，認為“在科技刊物中使用ppm是很自然的事，不應受到任何責難”[3]。有的論文作者知道“ppm”已經非法，但不知何以這個國際上使用很久的單位突然不準用了？若不用ppm又用什么取代？怎樣取代？這些看起來已不成問題的問題經常要一個有責任心的編輯去花費時間向作者、讀者作反復的說明。因此，我們感到有必要在這里再啃一次這個ppm的酸果，對科學界（不僅僅是編輯界，且不僅僅是中國科學界）關于ppm的4種糊涂認識進行必要的剖析。


第一：對ppm這一縮寫詞的語言學缺陷問題缺少了解，認定ppm就是10，10-6便是ppm，其含義十分清楚，科技界誰都明白。但事實并非如此。

    “ppm是英語parts per million前3個字母的縮寫（引者按：原話如此），表示每百萬份中所占的份數，……是包括中國在內的世界各國科學技術界廣泛用以表示低濃度的一種方式，多年來一直為科學技術界所普遍接受和采用，其含義是十分清楚的，科技界誰都明白ppm是什么。”[3]
    但是ppm的語言學意義并非這么確切無疑。
    請看David R. Lide 主編的CRC Handbook of Chemistry and Physics（78th Edition）（《CRC化學物理手冊》第78版）[4]中在“Basic Constants, Units, and Conversion Factors”（基本常數、單位和換算因數）部分有“Designation of large numbers”（大數據的定義）：

10n U.S.A.（10-n） Other countries（10-n）
106 million（ppm） million（ppm）
109 billion（ppb） milliard（ppm）
1012 trillion（ppt）  billion（ppb）
1015 quadrillion（ppq） billiard（ppb）
1018 quintrillion（ppq） trillion（ppt）

    為了全文論述方便，我們在表中添加括號內容以表示這些大數字的“10-n”縮寫形式。從中可看出，ppm可以是“parts per million”，也可以是“parts per milliard”；ppb可以是“parts per billion”，也可以是“parts per billiard”；ppq可以是“parts per quadrillion”，也可以是“parts per quintrillion”。而且，同為ppb，在美國代表10-9，在其它國家則代表10-12；同為ppt，在美國代表10-12，在其它國家則代表10-18。實際上，文獻[4]用“USA”和“other countries”劃分是不確切的，這些大數字的意義在歐洲也不盡相同，現列下表示之[5, 6]：

10n 美、法（10-n） 英、德（10-n） 俄（10-n）
106 million（ppm） million（ppm） million（миллион, ppm）
109 billion（ppb） milliard（ppm） milliard（миллиард, ppm）
1012 trillion（ppt）  billion（ppb） billion=milliard（биллион=миллиард, ppb=ppm）
1015 quadrillion（ppq） billiard（ppb）   trillion（триллион, ppt）
1018 quintillion（ppq） trillion（ppt）   quadrillion（квадриллион, ppq）
1024 quadrillion（ppq）
1030 quintillion（ppq）
    可以看出，“ppm”之類縮寫的意義在歐美各國語言中是極不一致的，即便million似在各國都無分歧，但因“ppm”可以是“10-6”，也可以是“10-9”，有的國家甚至說milliard就是billion，于是把“ppb”也扯進“ppm”里來，由此“株連”下去，從10-6到10-30都可能與ppm發生混淆。順便指出，“million”一詞在華人文化圈內的理解雖無分歧，但表達方法卻有極大差別，中國大陸的“兆赫（MHz）”之“兆”，在漢語大數詞中為十億（109）或萬億（1012），“今算術書多以萬萬為億，萬億為兆”[7]；據了解，在大陸之外的華人圈中對“兆”的理解并不一致。但目前國家標準既然已將詞頭“M”的中文名稱規范為“兆”，也就不會出現像ppm那樣無法可依的狀況了。


第二：對量綱一的量的性質認識不足。

    對于SI制而言，所謂量綱一的量（過去曾不準確地稱為“無量綱量”或“無因次量”），即其量綱可以用SI的七個基本量的量綱積表達，并且該量綱積等于1的量。用SI制量綱公式表達：
    dim Q = LαMβTγIδΘεNζJη=1
這個量Q就是“量綱一的量”。可以看出，雖然量綱一量的SI量綱積都同為1，但它們并不一定是同一類量，而是一大批具有不同性質的量的類群，而且它們可以有著各自不同的量綱積形式，例如：
    dim w = M1M-1 =1（質量分數，單位為1或kg kg-1及它們的十進分、倍數），
    dimφ=L3L-3 =1（體積分數，單位為1或m3 m-3以及其十進分、倍數），
    dim d = M1L-3M-1L3 =1（相對密度，單位為1（kg m-3 kg-1m3）及其分、倍數），
    dim V= dim（K/Km）= dim（ΦvΦe-1Φeλ-1Φvλ）
= L3L-3M1M-1T2T-2J1J-1 =1〔光視效率，單位為1（lm lm-1 W W-1）〕，等等。
    這些隱藏在“量綱1”中的上述豐富內容，絕不是一個簡單的純數值單位（1及其十進分、倍數）所能表達的。換句話說，當我們用某一純數字（如1，%，10-6等）作為某量的單位時，讀者有權要求、我們也有義務在文章中明確表達這個量綱一量的量綱積形式，即應當清楚交待該量的性質。例如我們說“某天然氣中的H2S氣體的含量為100 ppm”時，讀者合理的疑問是：什么樣的“含量”？是指φ（H2S）（H2S的體積分數），還是σ(H2S)（H2S的體積濃度）？是w（H2S）（H2S的質量分數），還是x（H2S）（H2S的摩爾分數）？回答這些問題的最科學方法就是使用量符號，而不能僅靠一個純數值的單位（如%，10-6）。由此可見，即便ppm是一個毫無歧義的純數，也不能成為“科學界誰都明白”的量綱一量的合法單位。
    實際上，在ppm尚未被明文取締的時候，學術界已發現它的弊病，出于無可奈何，有人對其加以修飾說明補充，如在后面附加一些信息如“m/m”，“V/V”等，甚至寫成莫名其妙的“ppmm”，“ppmv”的形式[8]。包括為ppm鳴不平的文獻（如[3]）在內，一邊說ppm“人人都明白”，一邊又用“PPM（W）”、“PPM（V）”之類的符號進行區別。這些做法不僅沒有實現“簡單明了”的愿望，而且還違背了“絕不能對單位符號進行修飾”這一計量單位國際化的重要原則[8]。

第三：不了解過去習慣上把B的質量濃度單位“mg L-1”看作ppm的特定條件，把某些條件下可以把ppm改為“mg L-1”的特殊規范措施誤解為“國家編輯規范卻禁止用ppm表示濃度，而是要求用單位體積所含的溶質的質量來表示”。

    在實驗操作中，人們在配置低濃度水溶液時，特別是在實驗條件要求不是很高的情況下（如生物學常規實驗中的培養基制備、低濃度溶液配制等），常常在實驗中忽略不計固體溶質對溶液總體積的影響，并常用一個純分數單位如“%”、“‰”等表達某溶質的質量濃度，故而產生諸如“NaCl 3%”，“1% CuSO4”之類的說法。如上所說，科技工作者也自覺不自覺地感到這種表達的不準確或不完備性，因而產生諸如“重量體積百分數”或“%（W/V）”之類說明。如“3% NaCl”的實質是“ρ（NaCl）=3 g /（100 mL）”。同樣，100 mg/L NaCl水溶液，由于近似于100 mg/kg，因而常常被寫作“100 ppm的NaCl”。因此，當科學編輯者在遇到這種情況下的ppm時，可以直接用“mg/L”代替[9]。我們知道，科學實驗方法的如實報道是獲得科學共同體認可的基本要求，怎樣操作怎樣寫是最為科學的態度，正如“3 g/mL”的NaCl水溶液，規范的操作應使用3 g NaCl用水定容至100 mL，而實際中我們常常見一些青年科技工作者的方法卻是“稱3 g NaCl丟入100 mL水中”。對于編輯者來說，如果實驗已完成，就不必再去追究這后一種方法是否合理的問題，而科學的做法是讓作者在論文中如實寫出自己的操作。至于取締用“3%”、“ppm”之類的量綱一單位代替非量綱一單位的表達方法，則必須加以修改。我們特別要指出的是，有些作者的“ppm”所代表的“mg/L”單位已被濫用到極不合理的地步，例如發酵液， 土壤溶液或混懸液，其密度與純水溶液相差極大，此時再用ppm取代“mg/L”，其間可說是“差之千里”！有人用天然氣H2S的ppm例子證明不能將ppm直接改為“mg/L”，這是非常正確的，但說國家編輯規范“要求用單位體積所含質量來表示”[3]（這些話里的不準確概念姑且不論）卻是無根據的道聽途說。


第四：認為取締ppm是中國自搞一套的土政策。

    堅持認為中國推行法定計量單位是“不與國際接軌”的土政策的人目前怕是不多了。但一遇具體問題，有些編輯同行又常懷疑GB 3100～3102－93這一法規性標準的國際性特征。例如“如果我國編輯學界堅決不準用ppm表示濃度，那就必須根據……換算”，“但國家編輯規范卻禁止用ppm表示濃度”這些話就明顯表露了這種懷疑。對此，我們只準備說3點：① 取締ppm絕不是中國人的發明，而是20世紀80年代中期以來國際科學界的普遍要求，至遲在90年代初SI規范就明確作出了“Abbreviations such as ppm, pphm and ppb shall not be used”（不能使用ppm, pphm和ppb這類縮寫）[10]的規定。② 對取締ppm規范的國際性的懷疑態度產生根源，除了未認真學習、掌握有關計量規范的原因外，還有受來自于國外行業期刊影響的原因。我們曾著文論及某些國際期刊輕視SI規范的荒謬做法[11]。這里還想再強調的是：我們不能因為有的外國文獻現在還有ppm（包括本文引證的文獻[4]在內）之類的非法計量單位出現，就懷疑國家計量規范的國際性，正如我們不能因為中央電視臺“畝”“斤”不斷，就懷疑GB3100～3102－93的法規性一樣。③ 取締ppm作量綱一量的單位符號是國際學術界且首先是國際自然科學界的要求，而與是否“人文刊物”無關，因而“科技刊物不是人文刊物，不能用人文刊物的標準來進行統一”[3]之類的說法不能成為ppm作為計量單位的合理性理由。


參考文獻

[1]  GB 3100～3102－93：量和單位
[2]  陳浩元，劉天和. 辯《ppm辯》. 編輯學報，1996，8（4）：223～224
[3]  王協琴. 科技刊物中的PPM應用及換算. 科技報刊研究（四川）， 2001（2）：21
[4]  Lide DR. Handbook of Chemistry and Physics. 78 ed. Boca Raton，New York: CRC Press，1997
[5]  上海譯文出版社編. 新英漢字典. 上海：上海譯文出版社，2000
[6]  劉澤榮編. 俄漢大字典. 北京：商務印書館，1961
[7]  中華大字典. 北京：中華書局，1978（據1935版重印）
[8]  陳浩元主編. 科技書刊標準化18講. 北京：北京師范大學出版社，1998
[9]  李壽星. ppm應如何改為法定單位. 中國科技期刊研究，1999，10（2）：153
[10]  ISO 31-0：1992（E）.Quantities and units ——Part 0：General principles：2.3.3
[11]  張浙川，劉雪梅，孫二虎. 進一步增強我國科技期刊編輯界計量法官年的幾點意見. 中國科技期刊研究，2000，11（4）：263～265

我們這里將ppm用作計算數量的單位，例如在表示不合格品率的時候用每百萬有多少個不合格品：50ppm表示每百萬有50個不合格品

ppm是英文parts permillion的縮寫，譯意是每百萬分中的一部分，即表示百萬分之（幾），或稱百萬分率。如1ppm即一百萬千克的溶液中含有1千克溶質。ppm與百分率（％）所表示的內容一樣，只是它的比例數比百分率大而已。

注意以下文字：“可以看出，“ppm”之類縮寫的意義在歐美各國語言中是極不一致的，即便million似在各國都無分歧，但因“ppm”可以是“10-6”，也可以是“10-9”，有的國家甚至說milliard就是billion，于是把“ppb”也扯進“ppm”里來，由此“株連”下去，從10-6到10-30都可能與ppm發生混淆。”

可見ppm并不是一個確切的、讓所有人不產生誤解的記號。而且它本身也不是單位，正如%也不是單位一樣。

無論是ppm,ppb都是相對概念，沒有給出準確的物理單位，是ug/g，是mg/kg或者其他都是不知道的，沒有辦法去評價，所以應當把這樣的單位剔除。

不對，我們可以很容易看出ppm是相對濃度比值，由于分子、分母的單位可以是一致的，這時就沒有了單位標識，表達的是一個相對的單位濃度。
若分子、分母的單位不一致（常見是某溶劑中含有某溶質，兩者稱量單位在稱取時不一致），這時就有了計量麻煩存在。國際組織取消ppm單位，也有一定的道理。我國取消一直沿用的這種單位，也有一定的道理。

在物理上也使用PPM， 主要是對信號源的偏移在一段時間內進行定義