¿Qué son las partes por notación y cómo se utilizan en la ciencia?

En el ámbito de la ciencia y la ingeniería, el concepto conocido como partes por notación agrupa un conjunto de pseudo-unidades empleadas para describir valores reducidos de cantidades adimensionales, tales como la fracción molar o la fracción de masa. Al tratarse de mediciones de una cantidad respecto a otra de su misma especie, corresponden a números puros sin unidades físicas fijas asociadas. Entre las expresiones más comunes se encuentran el ppm (partes por millón), el ppb (partes por millardo o mil millones), el ppt (partes por billón) y el ppq (partes por billardo).

¿Cómo se definen y aplican las partes por millón y otras escalas similares en química?

Las partes por notación se emplean frecuentemente en química para caracterizar soluciones diluidas, tales como la concentración de minerales disueltos o contaminantes en muestras líquidas. Una magnitud de 1 ppm equivale a una fracción de masa en la que un contaminante se halla presente en una millonésima parte de un gramo por cada gramo de solución. En disoluciones acuosas, debido a que la densidad del agua se aproxima a 1,00 g/mL, resulta común equiparar un kilogramo de agua con un litro, lo que permite traducir 1 ppm directamente a 1 mg/L y 1 ppb a 1 μg/L. Esta simplicidad operativa facilita su uso cotidiano en la caracterización de recursos hídricos y calidad ambiental.

De qué manera se emplean estas notaciones en la física y la ingeniería?

Fuera del terreno químico, la física y la ingeniería recurren a estas expresiones para cuantificar fenómenos proporcionales, variaciones dimensionales o incertidumbres metrológicas. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica de una aleación metálica especial puede expresarse en micras de expansión por metro de longitud y por grado Celsius, escribiéndose como unidades de ppm/°C. De igual manera, en la topografía mediante telémetros láser, la precisión instrumental se describe a veces indicando una tolerancia de milímetros por kilómetro recorrido, expresada formalmente bajo esta misma convención numérica.

Por qué se utiliza la notación en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear?

En el campo específico de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), el desplazamiento químico se expresa habitualmente en ppm. Dicho valor representa la diferencia de una frecuencia medida respecto a una frecuencia de referencia, dividida por esta última. Dado que los cambios químicos de interés se sitúan por lo general a corta distancia de la frecuencia base, el uso de ppm simplifica los cálculos al ofrecer un valor adimensional que no depende de la intensidad del campo magnético del instrumento analítico empleado.

Cuáles son las principales críticas y ambigüedades de las partes por notación?

A pesar de su amplia difusión en disciplinas técnicas, el uso de estas expresiones ha sido objeto de críticas por parte de organismos metrológicos internacionales como la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM). Uno de los inconvenientes principales radica en la ambigüedad de las escalas largas y cortas para denominar a los billones o millardos según el idioma o la región geográfica. Asimismo, términos como ppt pueden interpretarse de forma equívoca como partes por billón o partes por mil. A esto se suma la confusión frecuente entre fracción de masa, fracción molar y fracción de volumen, magnitudes que difieren considerablemente al analizar gases.

Qué alternativas propone el Sistema Internacional de Unidades?

Para subsanar las imprecisiones derivadas del uso de pseudo-unidades, las organizaciones internacionales de estandarización recomiendan el empleo de cocientes directos expresados con unidades coherentes del Sistema Internacional (SI). Entre estas alternativas figuran expresiones como mol/mol para fracciones molares, kg/kg para fracciones de masa o m³/m³ para fracciones volumétricas. Aunque el BIPM tolera el uso de símbolos como el porcentaje (%) para denotar cantidades adimensionales bajo condiciones estrictas, desaconseja el empleo de abreviaturas ambiguas como ppb o ppt en publicaciones científicas formales rigurosas.

Sources & Further Reading

BIPM. Stating values of dimensionless quantities, or quantities of dimension one. Bureau International des Poids et Mesures. Disponible en: http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/section5-3-7.html

NIST. Rules and Style Conventions for Expressing Values of Quantities. National Institute of Standards and Technology. Disponible en: https://physics.nist.gov/Pubs/SP811/sec07.html#7.10.3

Schwartz, S. E.; Warneck, P. Units for use in atmospheric chemistry (IUPAC Recommendations 1995). Pure and Applied Chemistry, 1995.