科學(xué)界對(duì)“ppm”的幾種糊涂認(rèn)識(shí)

發(fā)表人：孫二虎，何洪英，劉東渝

   
科學(xué)界對(duì)“ppm”的幾種糊涂認(rèn)識(shí)


孫二虎，何洪英，劉東渝
（中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所《應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)》編輯部）


摘  要  對(duì)包括編輯學(xué)界在內(nèi)的科學(xué)界中至今仍有人把ppm作為單位來使用的原因進(jìn)行了歸納和分析。認(rèn)為4種糊涂認(rèn)識(shí)是導(dǎo)致ppm繼續(xù)存在于科學(xué)文獻(xiàn)中的主要原因：一是對(duì)ppm的語言學(xué)缺陷問題無認(rèn)識(shí)；二是對(duì)量綱一的量的性質(zhì)認(rèn)識(shí)有誤；三是不了解習(xí)慣上將B的質(zhì)量濃度單位“mg·L-1”寫作ppm的特定條件；四是對(duì)國(guó)際科學(xué)界取締ppm的要求不了解，誤以為“不用ppm”的規(guī)定是中國(guó)的“土政策”。


關(guān)鍵詞  ppm；科學(xué)文獻(xiàn)；質(zhì)量濃度單位；計(jì)量單位


——發(fā)表于《編輯學(xué)報(bào)》2003，15（1）：26~28




    “ppm”（或“PPM”）作為貫徹我國(guó)計(jì)量法過程中的一個(gè)問題提出至少已經(jīng)十年[1]；若從世界范圍看, 對(duì)ppm這個(gè)英文縮寫詞的國(guó)際通用性提出質(zhì)疑的時(shí)間可能更早（上世紀(jì)70年代初[2]？）。盡管科學(xué)界（包括編輯界）為取締科學(xué)單位中的ppm等非法表達(dá)方式費(fèi)了不知多少口舌，但至今仍有一些編輯或作者（中外都有）對(duì)ppm有些戀戀不舍；甚至還有人不同意科學(xué)界取締ppm作單位符號(hào)的規(guī)定，認(rèn)為“在科技刊物中使用ppm是很自然的事，不應(yīng)受到任何責(zé)難”[3]。有的論文作者知道“ppm”已經(jīng)非法，但不知何以這個(gè)國(guó)際上使用很久的單位突然不準(zhǔn)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(jīng)常要一個(gè)有責(zé)任心的編輯去花費(fèi)時(shí)間向作者、讀者作反復(fù)的說明。因此，我們感到有必要在這里再啃一次這個(gè)ppm的酸果，對(duì)科學(xué)界（不僅僅是編輯界，且不僅僅是中國(guó)科學(xué)界）關(guān)于ppm的4種糊涂認(rèn)識(shí)進(jìn)行必要的剖析。


第一：對(duì)ppm這一縮寫詞的語言學(xué)缺陷問題缺少了解，認(rèn)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(shí)并非如此。

    “ppm是英語parts per million前3個(gè)字母的縮寫（引者按：原話如此），表示每百萬份中所占的份數(shù)，……是包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)科學(xué)技術(shù)界廣泛用以表示低濃度的一種方式，多年來一直為科學(xué)技術(shù)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(xué)意義并非這么確切無疑。
    請(qǐng)看David R. Lide 主編的CRC Handbook of Chemistry and Physics（78th Edition）（《CRC化學(xué)物理手冊(cè)》第78版）[4]中在“Basic Constants, Units, and Conversion Factors”（基本常數(shù)、單位和換算因數(shù)）部分有“Designation of large numbers”（大數(shù)據(jù)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?cè)诒碇刑砑永ㄌ?hào)內(nèi)容以表示這些大數(shù)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(guó)代表10-9，在其它國(guó)家則代表10-12；同為ppt，在美國(guó)代表10-12，在其它國(guó)家則代表10-18。實(shí)際上，文獻(xiàn)[4]用“USA”和“other countries”劃分是不確切的，這些大數(shù)字的意義在歐洲也不盡相同，現(xiàn)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(guó)語言中是極不一致的，即便million似在各國(guó)都無分歧，但因“ppm”可以是“10-6”，也可以是“10-9”，有的國(guó)家甚至說milliard就是billion，于是把“ppb”也扯進(jìn)“ppm”里來，由此“株連”下去，從10-6到10-30都可能與ppm發(fā)生混淆。順便指出，“million”一詞在華人文化圈內(nèi)的理解雖無分歧，但表達(dá)方法卻有極大差別，中國(guó)大陸的“兆赫（MHz）”之“兆”，在漢語大數(shù)詞中為十億（109）或萬億（1012），“今算術(shù)書多以萬萬為億，萬億為兆”[7]；據(jù)了解，在大陸之外的華人圈中對(duì)“兆”的理解并不一致。但目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)既然已將詞頭“M”的中文名稱規(guī)范為“兆”，也就不會(huì)出現(xiàn)像ppm那樣無法可依的狀況了。


第二：對(duì)量綱一的量的性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。

    對(duì)于SI制而言，所謂量綱一的量（過去曾不準(zhǔn)確地稱為“無量綱量”或“無因次量”），即其量綱可以用SI的七個(gè)基本量的量綱積表達(dá)，并且該量綱積等于1的量。用SI制量綱公式表達(dá)：
    dim Q = LαMβTγIδΘεNζJη=1
這個(gè)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(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為1或kg kg-1及它們的十進(jìn)分、倍數(shù)），
    dimφ=L3L-3 =1（體積分?jǐn)?shù)，單位為1或m3 m-3以及其十進(jìn)分、倍數(shù)），
    dim d = M1L-3M-1L3 =1（相對(duì)密度，單位為1（kg m-3 kg-1m3）及其分、倍數(shù)），
    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(nèi)容，絕不是一個(gè)簡(jiǎn)單的純數(shù)值單位（1及其十進(jìn)分、倍數(shù)）所能表達(dá)的。換句話說，當(dāng)我們用某一純數(shù)字（如1，%，10-6等）作為某量的單位時(shí)，讀者有權(quán)要求、我們也有義務(wù)在文章中明確表達(dá)這個(gè)量綱一量的量綱積形式，即應(yīng)當(dāng)清楚交待該量的性質(zhì)。例如我們說“某天然氣中的H2S氣體的含量為100 ppm”時(shí)，讀者合理的疑問是：什么樣的“含量”？是指φ（H2S）（H2S的體積分?jǐn)?shù)），還是σ(H2S)（H2S的體積濃度）？是w（H2S）（H2S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），還是x（H2S）（H2S的摩爾分?jǐn)?shù)）？回答這些問題的最科學(xué)方法就是使用量符號(hào)，而不能僅靠一個(gè)純數(shù)值的單位（如%，10-6）。由此可見，即便ppm是一個(gè)毫無歧義的純數(shù)，也不能成為“科學(xué)界誰都明白”的量綱一量的合法單位。
    實(shí)際上，在ppm尚未被明文取締的時(shí)候，學(xué)術(shù)界已發(fā)現(xiàn)它的弊病，出于無可奈何，有人對(duì)其加以修飾說明補(bǔ)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(xiàn)（如[3]）在內(nèi)，一邊說ppm“人人都明白”，一邊又用“PPM（W）”、“PPM（V）”之類的符號(hào)進(jìn)行區(qū)別。這些做法不僅沒有實(shí)現(xiàn)“簡(jiǎn)單明了”的愿望，而且還違背了“絕不能對(duì)單位符號(hào)進(jìn)行修飾”這一計(jì)量單位國(guó)際化的重要原則[8]。

第三：不了解過去習(xí)慣上把B的質(zhì)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(guī)范措施誤解為“國(guó)家編輯規(guī)范卻禁止用ppm表示濃度，而是要求用單位體積所含的溶質(zhì)的質(zhì)量來表示”。

    在實(shí)驗(yàn)操作中，人們?cè)谂渲玫蜐舛人芤簳r(shí)，特別是在實(shí)驗(yàn)條件要求不是很高的情況下（如生物學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的培養(yǎng)基制備、低濃度溶液配制等），常常在實(shí)驗(yàn)中忽略不計(jì)固體溶質(zhì)對(duì)溶液總體積的影響，并常用一個(gè)純分?jǐn)?shù)單位如“%”、“‰”等表達(dá)某溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，故而產(chǎn)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(dá)的不準(zhǔn)確或不完備性，因而產(chǎn)生諸如“重量體積百分?jǐn)?shù)”或“%（W/V）”之類說明。如“3% NaCl”的實(shí)質(zhì)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(dāng)科學(xué)編輯者在遇到這種情況下的ppm時(shí)，可以直接用“mg/L”代替[9]。我們知道，科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的如實(shí)報(bào)道是獲得科學(xué)共同體認(rèn)可的基本要求，怎樣操作怎樣寫是最為科學(xué)的態(tài)度，正如“3 g/mL”的NaCl水溶液，規(guī)范的操作應(yīng)使用3 g NaCl用水定容至100 mL，而實(shí)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(duì)于編輯者來說，如果實(shí)驗(yàn)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(xué)的做法是讓作者在論文中如實(shí)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(dá)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(fā)酵液， 土壤溶液或混懸液，其密度與純水溶液相差極大，此時(shí)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(guó)家編輯規(guī)范“要求用單位體積所含質(zhì)量來表示”[3]（這些話里的不準(zhǔn)確概念姑且不論）卻是無根據(jù)的道聽途說。


第四：認(rèn)為取締ppm是中國(guó)自搞一套的土政策。

    堅(jiān)持認(rèn)為中國(guó)推行法定計(jì)量單位是“不與國(guó)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(guī)性標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際性特征。例如“如果我國(guó)編輯學(xué)界堅(jiān)決不準(zhǔn)用ppm表示濃度，那就必須根據(jù)……換算”，“但國(guó)家編輯規(guī)范卻禁止用ppm表示濃度”這些話就明顯表露了這種懷疑。對(duì)此，我們只準(zhǔn)備說3點(diǎn)：① 取締ppm絕不是中國(guó)人的發(fā)明，而是20世紀(jì)80年代中期以來國(guó)際科學(xué)界的普遍要求，至遲在90年代初SI規(guī)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(guī)定。② 對(duì)取締ppm規(guī)范的國(guó)際性的懷疑態(tài)度產(chǎn)生根源，除了未認(rèn)真學(xué)習(xí)、掌握有關(guān)計(jì)量規(guī)范的原因外，還有受來自于國(guó)外行業(yè)期刊影響的原因。我們?cè)恼摷澳承﹪?guó)際期刊輕視SI規(guī)范的荒謬做法[11]。這里還想再?gòu)?qiáng)調(diào)的是：我們不能因?yàn)橛械耐鈬?guó)文獻(xiàn)現(xiàn)在還有ppm（包括本文引證的文獻(xiàn)[4]在內(nèi)）之類的非法計(jì)量單位出現(xiàn)，就懷疑國(guó)家計(jì)量規(guī)范的國(guó)際性，正如我們不能因?yàn)橹醒腚娨暸_(tái)“畝”“斤”不斷，就懷疑GB3100～3102－93的法規(guī)性一樣。③ 取締ppm作量綱一量的單位符號(hào)是國(guó)際學(xué)術(shù)界且首先是國(guó)際自然科學(xué)界的要求，而與是否“人文刊物”無關(guān)，因而“科技刊物不是人文刊物，不能用人文刊物的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行統(tǒng)一”[3]之類的說法不能成為ppm作為計(jì)量單位的合理性理由。


參考文獻(xiàn)

[1]  GB 3100～3102－93：量和單位
[2]  陳浩元，劉天和. 辯《ppm辯》. 編輯學(xué)報(bào)，1996，8（4）：223～224
[3]  王協(xié)琴. 科技刊物中的PPM應(yīng)用及換算. 科技報(bào)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(wù)印書館，1961
[7]  中華大字典. 北京：中華書局，1978（據(jù)1935版重印）
[8]  陳浩元主編. 科技書刊標(biāo)準(zhǔn)化18講. 北京：北京師范大學(xué)出版社，1998
[9]  李壽星. ppm應(yīng)如何改為法定單位. 中國(guó)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(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)科技期刊編輯界計(jì)量法官年的幾點(diǎn)意見. 中國(guó)科技期刊研究，2000，11（4）：263～265

我們這里將ppm用作計(jì)算數(shù)量的單位，例如在表示不合格品率的時(shí)候用每百萬有多少個(gè)不合格品：50ppm表示每百萬有50個(gè)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(zhì)。ppm與百分率（％）所表示的內(nèi)容一樣，只是它的比例數(shù)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(guó)語言中是極不一致的，即便million似在各國(guó)都無分歧，但因“ppm”可以是“10-6”，也可以是“10-9”，有的國(guó)家甚至說milliard就是billion，于是把“ppb”也扯進(jìn)“ppm”里來，由此“株連”下去，從10-6到10-30都可能與ppm發(fā)生混淆。”

可見ppm并不是一個(gè)確切的、讓所有人不產(chǎn)生誤解的記號(hào)。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(duì)概念，沒有給出準(zhǔn)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(píng)價(jià)，所以應(yīng)當(dāng)把這樣的單位剔除。

不對(duì)，我們可以很容易看出ppm是相對(duì)濃度比值，由于分子、分母的單位可以是一致的，這時(shí)就沒有了單位標(biāo)識(shí)，表達(dá)的是一個(gè)相對(duì)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(zhì)，兩者稱量單位在稱取時(shí)不一致），這時(shí)就有了計(jì)量麻煩存在。國(guó)際組織取消ppm單位，也有一定的道理。我國(guó)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(duì)信號(hào)源的偏移在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行定義