به طور کلی پذیرفته شده است که هر اندازه‌گیری باید به صورت ترکیبی از یک عدد و یک واحد بیان شود (همچنین بهتر است میزان عدم قطعیت اندازه‌گیری هم مشخص شود، اما این موضوع خارج از بحث این گزارش است). سیستم بین‌المللی واحدها (SI) تنها سیستم جامع و هماهنگ در جهان برای اندازه‌گیری است.
برای درک بهتر و بیان ساده‌تر، معمولاً توصیه می‌شود که مقدار عددی بین ۱ تا ۱۰۰ باشد. این اعداد را می‌توان مقیاس انسانی نامید، زیرا فهم و ارتباط آن‌ها برای افراد آسان‌تر است. برای رسیدن به این هدف SI از پیشوندهایی استفاده می‌کند؛ مثلاً به‌جای نوشتن ۲۳۰۰ متر، می‌توان ۲.۳ کیلومتر را به کار برد. همچنین می‌توان از نمادگذاری علمی استفاده کرد، مثلاً ۳/۲ ۱۰۳ متر، اما این روش خوانایی کمتری دارد. اگر از این استانداردها پیروی نشود، ممکن است در انتقال نتایج اندازه‌گیری ابهام و سردرگمی ایجاد شود. این مقاله، واحدها و کمیت‌های SI را که در شیمی تجزیه کاربرد دارند، معرفی کرده و توضیح می‌دهد که در صورت استفاده از روش‌های جایگزین، چه نکاتی باید رعایت شوند.
یک اصل کلیدی که همیشه باید مدنظر باشد این است که:
برای جلوگیری از ابهام، کمیتی که اندازه‌گیری شده باید همیشه به‌صورت شفاف و دقیق در کنار عدد و واحد آن بیان شود.
شیمی تجزیه عمدتاً به تعیین ترکیب مخلوط‌ها می‌پردازد. نتیجه‌ی یک تجزیه برای یک جزء در یک مخلوط باید شامل یک عدد و یک واحد باشد تا مقدار کمیتی که اندازه‌گیری شده، به‌درستی بیان شود (و البته میزان عدم قطعیت نیز بهتر است مشخص گردد). سیستم بین‌المللی واحدها (SI) تنها سیستم جامع و کاربردی در سطح جهانی برای این منظور است. در شیمی تجزیه، کمیتی به نام “مقدار ماده” (که اغلب به‌اختصار “مقدار” گفته می‌شود) برای توصیف تعداد واحدهای شیمیایی به کار می‌رود، اما معمولاً به‌طور مستقیم اندازه‌گیری نمی‌شود. در عمل، مقدار، جرم یا حجم یک ماده (که همگی کمیت‌های مقداری هستند—یعنی مقدار آن‌ها متناسب با اندازه‌ی سیستم است) معمولاً با مقدار، جرم یا حجم کل مخلوط ترکیب می‌شود (که باز هم کمیت‌های مقداری محسوب می‌شوند) تا در نهایت، کمیت‌هایی به دست آیند که ترکیب مخلوط‌ها را بیان کنند. این کمیت‌ها شدتی هستند—یعنی مقدار آن‌ها مستقل از اندازه‌ی سیستم است. از آنجایی که این کمیت‌ها تفاوت‌های جزئی اما مهمی دارند، درک مزایا و محدودیت‌های هر یک از آن‌ها می‌تواند مفید باشد. از آنجایی که این کمیت‌ها تفاوت‌های جزئی اما مهمی دارند، درک مزایا و محدودیت‌های هر یک از آن‌ها می‌تواند مفید باشد.
کمیت‌ها
جدول ۱ شامل نه کمیت است که معمولاً برای توصیف ترکیب مخلوط‌ها به کار می‌روند. اگرچه این کمیت‌ها از طریق روابط ساده‌ای مانند چگالی و جرم مولکولی نسبی به هم مرتبط هستند، اما در نحوه‌ی دقیق تعریف ترکیب تفاوت‌های مهمی دارند.
کسری جرمی یک ویژگی مهم دارد: می‌توان از آن برای توصیف ترکیب یک جزء در یک مخلوط استفاده کرد، حتی زمانی که تنها اطلاعات موجود، جرم کل نمونه و جرم جزء موردنظر باشد. در مقابل، محتوای مقداری و مولالیته (که برابر است با مقدار جزء موردنظر تقسیم بر جرم حلال) علاوه بر این اطلاعات، به شناخت هویت جزء موردنظر و جرم مولی آن نیز نیاز دارند. یکی از مزایای این کمیت‌ها این است که به ترکیب سایر اجزای مخلوط وابسته نیستند و همچنین تحت تأثیر دما و فشار قرار نمی‌گیرند. به همین دلیل، این کمیت‌ها برای استفاده‌های روتین در توصیف مقدار یک آنالیت در یک نمونه ناشناخته، گزینه‌های مناسبی محسوب می‌شوند. در مقابل، کمیت‌هایی که “مقدار ماده” را در مخرج دارند، نیازمند شناخت دقیق تمام اجزای مخلوط هستند. بنابراین، این کمیت‌ها زمانی مناسب‌ترند که ترکیب مخلوط به‌طور کامل مشخص شده باشد؛ برای مثال، در استانداردهای کالیبراسیونی که توسط یک تحلیل‌گر و از مواد با خلوص مشخص تهیه شده‌اند.
کمیت‌هایی که بر حجم مبتنی هستند، محدودیت بیشتری در کاربرد دارند؛ زیرا مقدار آن‌ها به دما و (در مورد مخلوط‌های گازی) فشار وابسته است. به همین دلیل، هنگام استفاده از غلظت جرمی و غلظت مقداری، اغلب لازم است مشخص شود که مقدار ارائه‌شده در چه دما و فشاری معتبر است. در واقع، استفاده از کسری حجمی و غلظت حجمی بدون ذکر دقیق مفهوم موردنظر توصیه نمی‌شود، زیرا در تعاریف مختلف، ممکن است حجم کل مخلوط قبل یا بعد از اختلاط اجزا اندازه‌گیری شده باشد. تنها زمانی می‌توان اصطلاح “غلظت” را به‌تنهایی به کار برد که موضوع موردبحث به‌وضوح مشخص باشد و خطر ابهام یا سوءتفاهم وجود نداشته باشد؛ مثلاً زمانی که کمیت موردنظر قبلاً به‌طور دقیق تعریف شده باشد.
واحدها
جدول ۱ واحدهای SI متداول برای توصیف ترکیب شیمیایی را نشان می‌دهد. برخی از این کمیت‌ها، مانند کسری مقداری، کسری جرمی و کسری حجمی، به‌ترتیب با واحدهای mol/mol، kg/kg و m³/m³ بیان می‌شوند. ازآنجایی‌که این واحدها در نسبت‌ها حذف می‌شوند و مقدارشان به یک ساده می‌شود (مثلاً mol/mol = 1)، این کمیت‌ها را معمولاً بی‌بُعد یا طبق بروشور فعلی SI، کمیت‌هایی با واحد یک می‌نامند. در بسیاری از موارد، به‌جای استفاده از واحدهای SI، از عباراتی مانند: ppm (قسمت در میلیون)، ppb (قسمت در میلیارد)، ppt (قسمت در تریلیون)، پرمیل (‰)، درصد (%) برای بیان کسری جرمی، حجمی یا مقداری استفاده می‌شود. این اصطلاحات به‌طور دقیق واحد نیستند، بلکه ضریب‌های عددی مانند ۱۰⁻⁶، ۱۰⁻⁹، ۱۰⁻³ و ۱۰⁻² را نشان می‌دهند. از دیگر انواع رایج این اصطلاحات می‌توان به ٪ (v/v)، ٪ (m/m)، ppmv، ppbv، wt٪، w/w٪، vol٪، w/v٪، atom٪، mol٪ و غیره اشاره کرد که بهتر است از آن‌ها پرهیز شود؛ زیرا معانی آن‌ها به اندازه واحدهای استاندارد واضح و مشخص نیست و همچنین با اصل کلی که بیان کمیت نباید با واحد آن مخلوط شود، مغایرت دارد. برای مثال، به‌جای ارائه یک اندازه‌گیری کسری جرمی (با نماد w) به صورت w = 0.5% (m/m)، بهتر است بنویسیم w = 0.5% یا حتی بهتر از آن، w = 5 g/kg.
استفاده از ppm و ppb و مشابه آن‌ها در شیمی تجزیه بسیار رایج است، به‌ویژه زمانی که واحدهای صحیح ذکر نمی‌شوند، زیرا کمیتی که بیان می‌شود یک کسری است که واحدهای آن می‌توانند به یک ساده شوند. هنگام استفاده از این اصطلاحات، ضروری است که توصیف کاملی از کمیتی که اندازه‌گیری می‌شود ارائه شود تا از ابهام در تفسیر نتایج اندازه‌گیری جلوگیری شود (زیرا “ppm” می‌تواند هر نوع کسری را نشان دهد) و همچنین معنای اصطلاحات استفاده‌شده باید توضیح داده شود (برای مثال، معانی مختلفی برای “میلیارد” و “تریلیون” در کشورهای مختلف وجود دارد). استفاده از ppm و ppb در شرایط خاص می‌تواند مزایایی داشته باشد: وقتی برای بیان کسری مقداری استفاده می‌شوند، این اصطلاحات برای مستندسازی حدود مواجهه شغلی در سراسر جهان اصلی‌ترین روش هستند و معمولاً مقادیر گردتر و به‌یادماندنی‌تری نسبت به معادل عددی آن‌ها که به‌عنوان غلظت جرمی به صورت mg/m³ بیان می‌شود، دارند. با این حال، هر زمان که ممکن باشد، بهتر است از این اصطلاحات برای بیان غلظت‌ها استفاده نشود. طبق تعریف (در جدول ۱)، یک غلظت واحدهایی ندارد که به یک ساده شوند (مگر برای کمیت‌های مبهمی مثل غلظت حجمی). استفاده از ppm و ppb همچنین ممکن است باعث شود که بیان واحدهای پیچیده ساده‌تر شود. برای مثال، نرخ جذب نمونه‌بردارهای گازی نفوذی می‌تواند به‌جای (ng (mmol/mol)⁻¹) min⁻¹، به صورت (ng ppm⁻¹) min⁻¹ بیان شود.
بیان نتیجه اندازه‌گیری
به طور ایده‌آل، توصیف کمیتی که بیان می‌شود باید همیشه به‌طور غیر مبهم و با استفاده از کلمات به عنوان بخشی از ارائه نتیجه بیان شود. این کار باعث وضوح می‌شود و از ابهام جلوگیری می‌کند (خصوصاً بین کمیت‌هایی مانند مولالیته و محتوای مقدار، یا بین کسری جرمی و کسری مقداری). برای کسری‌های مقدار، جرم، و حجم که کمیت‌های بی‌بُعد هستند، بهتر است از واحدهای مشخص استفاده شود تا از سردرگمی جلوگیری کرده و حداکثر اطلاعات در مورد کمیتی که بیان می‌شود، ارائه گردد. برای مثال، بهتر است به‌طور واضح بیان شود که:
کسر مقداری کلسیم: x(Ca)=2.3×۱۰-۶ mol mol-1 یا
کسر مقداری کلسیم: x(Ca)=2.3 µmol mol-1 یا
مسلماً بیان اینکه:
کسر مقداری کلسیم: x(Ca)=2.3×۱۰-۶ یا
کسر مقداری کلسیم: x(Ca)=2.3 ppm یا
و این مبهم است که بگوییم:
x(Ca)=2.3 ppm
زیرا در این مثال، استفاده از ppm به‌طور غیرمبهم بین کمیت‌هایی مانند کسر جرمی، کسر مقداری، کسر حجمی و غلظت حجمی تفاوت قائل نمی‌شود. در اینجا، خواننده باید حدس بزند که آیا نماد x برای کسر مقداری استفاده شده یا خیر. این Technical Brief از دیدگاه SI، واحدها و کمیت‌های مورد توافق بین‌المللی را برای بیان نتایج اندازه‌گیری در شیمی تجزیه معرفی کرده و رهنمودهای بهترین شیوه‌ها را ارائه داده است. همچنین به این نکته اشاره کرده است که برخی واحدها باید با دقت بیشتری استفاده شوند، زیرا مقادیر عددی آن‌ها تحت تأثیر شرایط محیطی قرار دارند. علاوه بر این، استفاده از عبارات رایج دیگری نیز در این متن توضیح داده شده است که باید هنگام استفاده از آن‌ها دقت لازم را به‌کار برد تا از ابهام جلوگیری شود. در تمام موارد، اصل کلیدی که باید رعایت شود این است که توصیف کمیتی که بیان می‌شود باید به‌طور واضح و بدون ابهام با کلمات به عنوان بخشی از ارائه نتیجه اندازه‌گیری بیان شود.
مراجع:
Reference: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ay/d0ay90126a
مترجم : سرکار خانم مهندس نعمتی
