色谱、光谱、质谱三者究竟有什么不同？

奋斗的小鸟

如题

原文地址：https://www.zhihu.com/question/577087382

卡卡

第一、波段数不同
多光谱图像通常指3到10个波段；高光谱图像可能有数百或数千个波段。
第二、光谱分辨率差异。多光谱的光谱分辨率较差，由于波段较宽，能够捕获的数量也相对较少；而高光谱由更窄的波段（10-20 nm）组成，具有较高的光谱分辨率，可以检测物体的光谱特效，可提供更多无形的数据。
第三、信息量差别。多光谱图像的信息含量较低是阻碍其持续发展的一大原因，高光谱信息量丰富，具有较大的应用开发空间。
第四、复杂程度不同。由于波段数量的限制，多光谱复杂性较低，更容易理解和应用，而高光谱则需要较多工作来处理。
第五、图像特征不同。高光谱可以呈现每个波段的数百个点，可以观察更多的细节，而多光谱则没办法实现。
第六、相机差异。高光谱相机可以测各种不同波长，覆盖红外线、紫外线区域的部分，而多光谱只能分离特定波长。
第七、成本不同。多光谱只需要收集几个光谱带，技术并不复杂，购买和维护成本较低，而高光谱的技术特性就要求更好、更多的技术来支持，成本较高。
第八、像素合成差异。多光谱是离散的样本光谱，每个像素可能有4到20个数据点而已，而高光谱的每个像素都是一个连续或者完整的光谱。
第九、处理方式不同。多光谱处理有限的图像，而高光谱处理的是光谱和图像，能够呈现更多维度。



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大力水手

在检测领域，有四大名谱，分别为色谱、光谱、质谱、波谱，四大名谱都有各自的优缺点，为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的最大优势，可将两种或三种仪器进行联用来分析样品，联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷。是未来分析仪器发展的趋势所在。
四大名谱简介

质谱：分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。色谱：是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。光谱：定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。波谱：通常指四大波谱，核磁共振（NMR）,物质粒子的质量谱-质谱（MS）,振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman）,电子跃迁-紫外（UV）。
一、光谱分析法






光谱法的优缺点
（1）分析速度较快：原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
（2）操作简便：有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。
（3）不需纯样品：只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点。
（4）可同时测定多种元素或化合物　省去复杂的分离操作。
（5）选择性好：可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具。
（6）灵敏度高：可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g。
（7）样品损坏少：可用于古物以及刑事侦察等领域。随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析。局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。
二、质谱分析法



质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：

有机质谱仪：
由于应用特点不同又分为：


① 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)
在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱 质谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。


② 液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)
同样，有液相色谱-四级杆质谱仪，液相色谱-离子阱质谱仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。


③　其他有机质谱仪，主要有：

基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪(MALDI-TOFMS)，傅里叶变换质谱仪(FT-MS)





无机质谱仪，包括：
① 火花源双聚焦质谱仪。
② 感应耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。
③ 二次离子质谱仪(SIMS) 但以上的分类并不十分严谨。因为有些仪器带有不同附件，具有不同功能。例如，一台气相色谱-双聚焦质谱仪，如果改用快原子轰击电离源，就不再是气相色谱-质谱联用仪，而称为快原子轰击质谱仪(FAB MS)。另外，有的质谱仪既可以和气相色谱相连，又可以和液相色谱相连，因此也不好归于某一类。在以上各类质谱仪中，数量最多，用途最广的是有机质谱仪。
除上述分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同，把质谱仪分为双聚焦质谱仪，四级杆质谱仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅立叶变换质谱仪等。




三、色谱分析法







四、波谱分析法


通常所说的四大名谱：



紫外：四个吸收带，产生、波长范围、吸光系数 。

红外：特征峰，吸收峰影响因素、不同化合物图谱联系与区别 。

核磁：N+1率，化学位移影响因素，各类化合物化学位移 。

质谱：特征离子、重排、各化合物质谱特点（如:有无分子离子峰等）。

波谱分析的特点：





四种波谱分析的特定功能如下


四大名谱，各有优劣，但联合在一起，就无敌了，相互之间配合的默契，才能发挥最大的作用。

队长是我

色谱、光谱、质谱都有各自的优缺点，为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的最大优势，可将两种或三种仪器进行联用来分析样品，联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷。是未来分析仪器发展的趋势所在。

简单来说三者的定义：
质谱：定性、定量，可以推测物质的组成；色谱：定量，可分辨样品中的不同物质；光谱：定性，确定样品中主要基团，确定物质类别。
光谱法和色谱法的区别
1、分析速度较快原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
2、操作简便有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。
3、不需纯样品只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点。
4、可同时测定多种元素或化合物省去复杂的分离操作。
5、选择性好可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具。
6、灵敏度高可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g。
7、样品损坏少可用于古物以及刑事侦察等领域。
随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析。
色谱法与光谱、质谱相比
1、光谱、质谱用于物质定性鉴定，色谱法定性功能差。2、色谱法最主要特点是适于多组分复杂混合物分离分析。3、色谱仪价格比分子光谱、质谱仪低得多，适用范围广。
4、色谱检测器比分子光谱法灵敏度更高，比质谱灵敏度低。
光谱定量的局限性
局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。
光谱分析的优缺点
光谱分析法分类有哪些？概括的说，就是下图了。


光谱法依据物质与辐射相互作用的性质，一般分为发射光谱法、吸收光谱法、拉曼散射光谱法三种类型。
光谱分析仪的优点：
1. 采样方式灵活，对于稀有和贵重金属的检测和分析可以节约取样带来的损耗。2. 测试速率高，可设定多通道瞬间多点采集，并通过计算器实时输出。3. 对于一些机械零件可以做到无损检测，而不破坏样品，便于进行无损检测。4. 分析速度较快，比较适用做炉前分析或现场分析，从而达到快速检测。5. 分析结果的准确性是建立在化学分析标样的基础上。
光谱分析仪的缺点：
1. 对于非金属和界于金属和非金属之间的元素很难做到准确检测。2. 不是原始方法，不能作为仲裁分析方法，检测结果不能做为国家认证依据。3. 受各企业产品相对垄断的因素，购买和维护成本都比较高，性价比较低。4. 需要大量代表性样品进行化学分析建模，对于小批量样品检测显然不切实际。5. 模型需要不断更新，在仪器发生变化或者标准样品发生变化时，模型也要变化。6. 建模成本很高，测试成本也就比较大了，当然对于大量样品检测时，测试成本会下降。7. 易受光学系统参数等外部或内部因素影响，经常出现曲线非线性问题，对检测结果的准确度影响较大。
质谱的优缺点
质谱法特点：唯一可以确定分子量的方法，特别是现代生物质谱，适用于生物大分子分子量（数十万）定；具有极高灵敏度，检测限达10-14g。
定性分析
标准谱图检索定性∶EI（70eV）标准谱库∶书库、数据库、网络检索
相对分子质量测定∶根据电离方式、测试条件和化合物分子结构特点，获得分子量
未知化合物的结构分析
分子量的确定分子离子峰的识别分子式的确定∶高分辨质谱法和同位素丰度法
分子结构的确定∶计算不饱和度，特征离子和特征碎片丢失定量分析
质谱直接定量分析∶应用少
复杂混合物定量分析∶GC-MS、LC-MS、CE-MS……
质谱法应用


质谱仪的种类有很多，从分析对象来看，可分为原子质谱和分子质谱法。质谱最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2／3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。质谱方法还可用于有机化学分析，特别是微量杂质分析，测量分子的分子量，为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据。由于化合物有着像指纹一样的独特质谱，质谱仪在工业生产中也得到广泛应用。附：波谱法特点
1、样品用量少，一般来说2~3mg即可（最低可少到<1mg）；
2、除质谱外，其它方法无样品消耗，可回收再使用；
3、省时、简便
4、配合元素分析（或高分辨质谱），可以准确地确定化合物的结构
小结
色谱、光谱、质谱都有各自的优缺点，为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的最大优势，可将两种或三种仪器进行联用来分析样品，联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷。是未来分析仪器发展的趋势所在