利用物态(气、液、固)分类使用“含量”概念相关的常用量名

周 婧

（海洋出版社《海洋学报》编辑部，北京 100161）

近年来，已有论文对“浓度”和“含量”及其相关概念的量名称和单位在科技期刊论文中的一些误用现象进行了分析与纠正。“含量”是一个笼统的概念，表示一种混合物中所包含的某种成分的数量，不是物理量名。《物理化学和分子物理学的量和单位》（GB 3102.8—1993）（后简称标准）已定义的“含量”概念相关物理量名称有：浓度（物质的量浓度）cB，质量浓度ρB，质量摩尔浓度bB、mB，摩尔分数xB（yB），质量分数ωB，体积分数φB 等。其中，“浓度”常被误用于替代其他量名，而当用不同的物理量名表示同一成分含量时，含义是不同的，甚至有时数值是也不同的。因此，清晰地标明量名，标准化说明信息，是科技期刊应有的严谨。然而，一些作者在写作过程中常以行业内已发表的文章、外文期刊文章直译的方式，或行业惯例为依据使用，导致编辑对各细分学科领域的具体使用情境把握起来有一定的难度，造成有标准但不能被完全执行，出现了用“浓度”一词一锅端“含量”概念相关量名的现象普遍存在的问题。

含量的测量与表述实际上与物质存在的状态及其使用目的有非常紧密的关系，比如气体和液体介质易于测量体积，液体和固体介质易于测量质量，物质的量能够更明确地表述化学反应过程中反应粒子参与的数量，这些都与量名及相应单位的选择直接相关。因此文章结合实例，从物态角度出发，讨论常用的“含量”概念相关量名适用范围。由此，编辑和作者可根据阐述对象的物态进行选择，清晰规范地表达含量数据。

需要说明的是，文章阐述的气-气混合物（组分物态-介质物态，后同）、液-液混合物、固-固混合物中包括了溶液状态。面向全球华人学习的工具书《现代汉语词典》第七版（后简称词典）中“溶液”的释义为“两种或两种以上的不同物质，以分子、原子或离子形式组成的均匀、稳定的混合物。有固态的，如合金；有液态的，如糖水；有气态的，如空气。通常指液态溶液”。因此，可以将溶液包括在混合物的范围里，属于均匀、稳定的混合物；关于溶液的气体、液体和固体物态，就不另做分类了。

1 不同物态条件下常用的量名及实例分析

1.1 (物质的量)浓度cB

（物质的量）浓度cB 在标准中的定义为B 物质的量除以混合物的体积，单位为mol/m3，mol/L。常用于气-气混合物、气-液混合物、液-液混合物、固-液混合物、固-固混合物。

例1 在27 ℃条件下，在该密闭舱内甲醛的实测浓度分布值为0.8×10-6～2×10-6mol/m3。

例2 养殖塘水体中CH4浓度均值为176.34 nmol/L，主要受气温、水温和溶解氧的影响。

例3 溶解无机氮浓度与西沙海域夏季（6 月）表层海水溶解无机氮浓度（0.99 μmol/L）相近。

例4 该海区颗粒氮浓度为0.75～27.42 μmol/L，平均值为5.39 μmol/L。

例5 DDT 在土壤和沉积物中的浓度分别为2.47×10-3mol/m3和3.16×10-5mol/m3。

浓度常被误用于替代各“含量”量名，但根据标准其只能是物质的量浓度的简称。然而由于气体和液体的体积容易受到温度和压力的影响，体积发生变化，会造成浓度数值的变化。因此，在需要精确计算时，须使用质量摩尔浓度。

1.2 溶质B 的质量摩尔浓度bB、mB

溶质B 的质量摩尔浓度bB、mB 在标准中的定义为溶液中溶质B 的物质的量除以溶剂的质量，单位为mol/kg。要注意，其分母位置为溶剂质量，而非溶液质量。常用于液-液混合物。

例6 采用分子动力学模拟研究了质量摩尔浓度为5.55 mol/kg 氯化钙溶液的微观结构特征。

1.3 质量浓度ρB

质量浓度ρB 在标准中的定义为B 的质量除以混合物的体积，单位为kg/m3、kg/L。常用于固-气混合物、气-液混合物、液-液混合物、固-液混合物。

例7 2 月份PM10、PM2.5 的月均质量浓度分别为175.1 μg/m3、101.0 μg/m3。

例8 海域中溶解氧质量浓度为3.98～9.36 mg/L，主要分布特征为远岸高、近岸低。

例9 在土壤盐结皮实验中，设置灌溉水初始盐溶液质量浓度为40 g/L NaCl 溶液。

例10 T3-T4 期间水体平均悬沙质量浓度为0.10 kg/m3，最大可以达到0.40 kg/m3。

根据质量浓度定义，可将其作为混合物中B 组分的密度。将混合物中各组分的质量浓度相加可以得到整个混合物的密度。

标准中，“含量”相关概念量名，除了“溶质B的质量摩尔浓度”明确地提到溶质一词，即说明是均匀、稳定的溶液，其余均仅使用“混合物”而没有加修饰限定词。但词典中浓度定义为“一定量溶液中所含溶质的量，通常用所含溶质质量占全部溶液质量的百分比来表示”。这说明，标准中使用“混合物”，比词典对“浓度”的定义包含的范围更广，例如不仅溶液可以使用（物质的量）浓度、质量浓度等来表述，气体和液体中含有固体颗粒物，例如PM2.5 和河流中悬浮泥沙含量的量名也可以使用质量浓度一词。可见，标准中“浓度”的含义目前已经在大众生活中开始普及。

1.4 质量分数ωB

质量分数ωB 在标准中的定义为B 的质量与混合物的质量之比，单位为1，μg/g。常用于液-液混合物、固-固混合物。

例11 以f/2 培养基（NaCl 质量分数为3%）为基础，设置NaCl 质量分数为1.5%、3%、6%、9%和12%，对硅藻进行培养并开展相关试验。

例12 六种植被类型土壤C 质量分数范围为14.19～57.00 g/kg。

如1.3 节所述，词典中将“浓度”的定义指向了质量分数。这是导致质量分数在科技期刊中常被误用为浓度的一个重要原因。科技期刊论文中量名的使用应按照国家标准。例如，实验分别在肥沃（添加3 g/kg NPK 控释肥）和贫瘠（未施肥）两种土壤养分环境下，模拟3 种浓度（0 g/kg、3 g/kg 和6 g/kg）的钙添加对柏木家系苗木生长及根系发育的影响。这里的浓度就应当改为质量分数。

1.5 摩尔分数xB (yB)

摩尔分数xB（yB）在标准中的定义为B 的物质的量与混合物的物质的量之比，1，mmol/mol。常用于气-气混合物，液-液混合物、固-固混合物。

例13 分别模拟研究CO2摩尔分数为700 μmol/mol 和350 μmol/mol 情景下桐花树湿地系统中碳、氮质量浓度的变化。

例14 最佳聚合条件为：三烯丙基氯化铵、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐和丙烯酰胺占丙烯酸的摩尔分数依次是0.09%、0.03%、40%。

例15 Eu3+掺杂量不同，粉体荧光强度不同，Eu3+摩尔分数为1.5%时荧光强度最大，而为2.5%时荧光强度最低，这是因为稀土的荧光猝灭现象。

摩尔分数的使用容易与物质的量浓度出现混淆。例如，本研究最终制备出物质的量浓度为SO2（50 μmol/mol）、NO（50 μmol/mol）、CO（2 000 μmol/mol）的3 组分混合气体标准样品。这里根据单位μmol/mol，推断应将物质的量浓度改为摩尔分数。

1.6 体积分数φB

体积分数φB 在标准中的定义为B 的体积与混合物的全部物质体积之比，单位为1，mL/m3。常用于气-气混合物、液-液混合物和固-固混合物。

例16 第30 号废弃油井已提前采取了封井措施，测定结果为H2S 气体体积分数全部为0 mL/m3，CO2、CO 气体体积分数均为0 mL/m3，O2体积分数在20%，其中4 个钻孔CH4体积分数在0.8%～1%。

例17 固相萃取柱用含5%（体积分数）氨水的甲醇溶液3 mL 淋洗，然后以含2%（体积分数）甲酸的甲醇溶液4 mL 洗脱。

例18 研究区变质岩岩石体积分数的从高至低依次为片麻岩（58.4%）、碎裂岩（26.9%）、混合岩（9.1%）、角闪岩（9.1%）、糜棱岩（5.6%）。

著述中经常会遇到单位为百分号（%）时，对应量名误用浓度，造成物理量意义表示不清的情况。例如，监测的7 条线路列车车厢CO2瞬时浓度中位数为0.132%，范围为0.059%～0.295%。CO2含量一般使用体积分数，但从这句话的表述中，看不出是质量分数、摩尔分数、还是体积分数。

上述例子中，质量分数、摩尔分数和体积分数量纲为1。百分号（%）可视为量纲1 的分数单位。但要尽量避免ppm （parts per million）、ppb （parts per billion）和ppt （parts per trillion），这类“a 每b”的形式的符号作为单位。例如：天津市城区CO2浓度呈现明显下降趋势，由2012 年的398 ppm 下降为2014 年的361 ppm。应更正为，天津市城区CO2浓度呈现明显下降趋势，由2012 年的398×10-6下降为2014 年的361×10-6。 并且ppm、ppb 和ppt 在美国、英国、德国和法国所代表的数值是不同的，如出现在外文文献中，需要核查清楚，或者询问作者其准确含义。

综上所述，各物态常用的量名分类如下：①气-气混合物常用量名为（物质的量）浓度cB，摩尔分数xB（yB），体积分数φB；②固-气混合物常用量名为质量浓度ρB；③气-液混合物常用量名为（物质的量）浓度cB，质量浓度ρB；④液-液混合物（溶液，乳浊液）常用量名为（物质的量）浓度cB，质量摩尔浓度bB、mB，质量浓度ρB，质量分数ωB，摩尔分数xB （yB），体积分数φ；⑤固-液混合物（悬浊液）常用量名为（物质的量）浓度cB，质量浓度ρB；⑥固-固混合物常用量名为（物质的量）浓度cB，质量分数ωB，摩尔分数xB （yB），体积分数φ。

2 结束语

在标准中已经明确地定义了“含量”概念相关的物理量名及其相关单位，然而在许多刊物和作者来稿中经常出现“浓度”一词代替各种量名、量名与单位不匹配或者量纲为1 的数据没有说明量名导致物理意义表述不清的情况。在鼓励作者和编辑更多地学习标准的同时，文章通过阐述“含量”相关的常见量名所对应的物态性状，提供实例演示，以期将各“含量”量名的概念细节化，为编辑和作者使用“含量”概念量名时，根据阐述对象的物态进行选择，清晰规范地表达含量数据，提供依据。