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科学や工学において、parts-per表記は、モル分率や質量分率などのさまざまな無次元量の小さな値を記述するための擬似単位のセットです。
これらの分数は量対量の尺度であるため、測定単位が関連付けられていない純粋な数値です。一般的に使用されるのは
この表記法は国際単位系（SI単位系）の一部ではなく、その意味は曖昧です。化学においては、部分単位表記法がモル分率と質量分率の両方を指すために使用できるため、曖昧さが生じます。これらの値は物質のモル質量によって異なるためです。
化学では、希薄溶液を表す際に、例えば水中 の溶解した鉱物や汚染物質の相対的な存在量を表す場合などに、ppm表記がよく用いられます。試料溶液1グラムあたり、水中の汚染物質が100万分の1グラム存在する場合、 「1 ppm」という量を質量分率として用いることができます。水溶液を扱う場合、水の密度は1.00 g/mLであると仮定するのが一般的です。そのため、1キログラムの水は1リットルの水に 相当すると考えるのが一般的です。したがって、1 ppmは1 mg/Lに、1 ppbは1 μg/Lに相当します。
同様に、部分率表記は物理学や工学においても、さまざまな比例現象の値を表すために使用されます。たとえば、特殊な金属合金は、摂氏1度ごとに長さ1メートルあたり1.2マイクロメートル膨張する可能性があり、これは「α = 1.2 ppm/°C」と表されます。部分率表記は、測定値の変化、安定性、または不確かさを表すためにも使用されます。たとえば、レーザー距離計を使用した測量距離測定の精度は、距離1キロメートルあたり1ミリメートルである可能性があり、これは「精度= 1 ppm」と表すことができます。 [ a ]
ppb表記はすべて無次元量です。数式では、測定単位は常に相殺されます。「2 ナノメートル毎メートル」(2 nm/m = 2 × 10 −9 = 2 ppb = 2 ×0.000 000 001 )なので、商は1以下の正の値を持つ純数係数です。パーセント 記号 (%)を含む部分単位表記が通常の散文 (数式とは対照的に) で使用される場合、それらは依然として純数の無次元量です。ただし、一般的には比較比の文字通りの「部分」の意味をとります (たとえば、「2ppb」は一般的に「10億分の2」と解釈されます)。 [ 1 ]
部分単位表記は、同じ尺度の任意の単位で表すことができます。たとえば、ある真鍮合金の膨張係数α = 18.7 ppm/°C は、 18.7 ( μm / m )/°C または 18.7 (μ in / in )/°Cと表すことができます。相対比率を表す数値は、長さの単位が異なっても変わりません。[ b ] 同様に、微量化学物質を比例流量Q p = 12 ppmで主プロセスラインに注入する計量ポンプは、 125 μ L / L、125 μ gal / gal、 125 cm 3 / m 3など、さまざまな体積単位で表すことができる速度で注入しています。
核磁気共鳴分光法（NMR）では、化学シフトは通常ppmで表されます。これは、測定された周波数と基準周波数との差を百万分率で表したものです。基準周波数は、装置の磁場と測定対象の元素に依存します。通常はMHzで表されます。典型的な化学シフトは基準周波数から数百Hzを超えることはほとんどないため、化学シフトはppm（Hz /MHz）で表すのが便利です。ppm表記は、装置の磁場強度に依存しない無次元量を与えます。
国際度量衡局（フランス語の頭文字BIPMとしても知られる国際標準化機関）は、parts-per表記の使用を認めていますが、正式には国際単位系（SI）の一部ではありません。[ 1 ]なお、「パーセント」（%）は正式にはSIの一部ではありませんが、BIPMと国際標準化機構（ISO）はともに、「数学的表現において、国際的に認められた記号 %（パーセント）は、無次元量の場合、0.01を表すためにSIとともに使用できる」という立場をとっています。[ 1 ] [ 4 ] IUPAPによると、「単位の厳密主義者にとって、パーセント、ppm、ppb、pptの使用が続いていることは、長年にわたり悩みの種となっている」とのことです。[ 5 ] [ 6 ] SIに準拠した表現を代替として使用すべきですが、parts-per表記は技術分野で依然として広く使用されています。parts-per表記の主な問題点を以下に示します。
「10億」で始まる数値は国によって値が異なるため、BIPMは誤解を防ぐために「ppb」や「ppt」の使用を避けることを推奨しています。米国国立標準技術研究所（NIST）はより厳格な立場を取り、「言語に依存する用語は、SIで量の値を表すために使用することは認められない」と述べています。[ 7 ]
「ppt」は通常「1兆分の1」を意味しますが、時として「1000分の1」を意味することもあります。「ppt」の意味が明示的に定義されていない限り、文脈から判断する必要があります。[ 6 ]
部分単位表記のもう 1 つの問題は、それが質量分率、モル分率、または体積分率を指す可能性があることです。通常、どの量が使用されているかは明記されていないため、すべて無次元であっても、kg/kg、mol/mol、または m 3 /m 3などの単位を書き出す方が良いです。 [ 6 ]気体を扱う場合、その違いはかなり大きく、どの量が使用されているかを指定することが非常に重要です。たとえば、空気中の温室効果ガスCFC-11の場合、1 ppb の質量分率と 1 ppb のモル分率の間の変換係数は約 4.7 です(CFC-11 のモル質量 / 空気の平均モル質量 = 137.368 / 28.97 = 4.74)。
体積分率の場合、部分単位表記に接尾辞Vまたはvが付加されることがあります (例: ppmV、ppbv、pptv)。 [ 8 ]質量分率を体積分率またはモル分率と区別するために、略語に文字m (質量を表すが、モル分率と曖昧になる) またはw (重量を表す) が追加されることがあります (例: ppmw、ppbw)。[ 6 ] 「体積による百万分の一」や「質量による百万分の一」などの表現が使用されることがあります。
代替として使用できるSI準拠の単位を以下の表に示します。BIPMがSIで無次元量を表すのに適切ではないと明示的に認めていない式には、!が付いています。
上記の「SI単位」欄の表記は、ほとんどが無次元量で あることに注意してください。つまり、「1 nm/m」（1 nm/m = 1 × 10 −9）のような式では測定単位が除外されるため、比率は1未満の値を持つ純粋な数値係数になります。
SI ガイドラインに従って特定の無次元量を表現するのが煩雑なため、国際純粋応用物理学連合(IUPAP) は 1999 年に、無次元量で 1 を表す特別な名前「uno」（記号: U）を採用することを提案しました。[ 5 ] 2004 年に国際度量衡委員会(CIPM)への報告書では、uno の提案に対する反応は「ほぼ完全に否定的」であり、主要な提案者は「そのアイデアを断念することを推奨した」と述べています。[ 10 ]現在まで、uno はどの標準化団体にも採用されていません。
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