光谱分析方法的分类

色谱分析与光谱分析的区别

色谱分析法也叫层析法，原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。它是一种高效能的物理分离技术，将它用于分析化学并配合适当的检测手段，就成为色谱分析法。

使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。

由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。

在实际工作中，当我们拿到一个样品，我们该怎样定性和定量，建立一套完整的分析方法是关键，下面介绍一些常规的步骤：

1、样品的来源和预处理方法

GC能直接分析的样品通常是气体或液体，固体样品在分析前应当溶解在适当的溶剂中，而且还要保证样品中不含GC不能分析的组分（如无机盐），可能会损坏色谱柱的组分。这样，我们在接到一个未知样品时，就必须了解的来源，从而估计样品可能含有的组分，以及样品的沸点范围。如果样品体系简单，试样组分可汽化则可直接分析。如果样品中有不能用GC直接分析的组分，或样品浓度太低，就必须进行必要的预处理，如采用吸附、解析、萃取、浓缩、稀释、提纯、衍生化等方法处理样品。

2、确定仪器配置

所谓仪器配置就是用于分析样品的方法采用什么进样装置、什么载气、什么色谱柱以及什么检测器。

一般应首先确定检测器类型。碳氢化合物常选择FID检测器，含电负性基团（F、Cl等）较多且碳氢含量较少的物质易选择ECD检测器；对检测灵敏度要求不高，或含有非碳氢化合物组分时，可选择TCD检测器；对于含硫、磷的样品可选择FPD检测器。

对于液体样品可选择隔膜垫进样方式，气体样品可采用六通阀或吸附热解析进样方法，一般色谱仅配置隔膜垫进样方式，所以气体样品可采用吸附-溶剂解析-隔膜垫进样的方式进行分析。

高光谱图像分类方法综述

作者：雷湘琦

来源：《科学与财富》2020年第24期

摘要：过去数十年中，高光谱图像的研究与应用已经完成了从无到有、从差到优的跨越式发展。在对其研究的众多方面中，高光谱图像分类已经成为了一个最热的研究主题。研究表明空间光谱联合的分类方法可以取得比仅依赖光谱信息的逐像素分类方法更好的分类效果。本文将对众多的空间光谱联合分类方法进行归类和分析。首先介绍高光谱图像中相邻像素间的两类空间依赖性关系，因而可将现有的空谱联合分类方法分为依赖固定邻域和自适应邻域两类。

关键词：高光谱遥感;图像分类

引言

高光谱遥感（Hyperspectral Image，HSI）是20世纪以来遥感发展中十分突出的一个方面。其通过搭载在不同空间平台上的成像光谱仪和非成像光谱仪等高光谱传感器，在一定波谱范围内，以数十甚至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。与多光谱遥感影像相比，高光谱影像不仅获得地表图像信息，同时也获得光谱信息。但是，随着参与运算波段数目的增加，会出现分类精度“先增后降”的现象，即Hughes现象。本文将对空间光谱联合分类的方法进行着重介绍和总结，还将对从前经典述各类算法进行总结归纳，探讨一些其中具有代表性的方法的原理，对其进行总结，以期找出其中的联系。

1;;;; HSI图像空谱联合分类方法

高光谱图像分类的目标是依据样本特征为图像中的每个像元赋予类别标签。不同地物具有不同的光谱曲线，因此有许多利用光谱信息的方法被提出来用于高光谱图像分类，代表性方法有支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、稀疏表示分类（Sparse Representation

Classification，SRC）等。此类逐像素的分类方法有计算简单、便于拓展等特点，然而此类方法并未考虑样本的空间关联性，这会导致两个主要问题：1）在较小的样本下难以对如此高维的数据学习出一个高精度的分类器，这即是著名的休斯现象;2）高维的光谱特征往往会导致分类模型中需要估计参量的增加，这会造成过拟合以至于模型的泛化性能难以提升。

由于环境分析的对象广泛、内容多样、样品易变、一般含量极微且分析要求十分严格，所以分析化学中各种先进的方法和技术，在环境分析中都得到了广泛的应用。但从环境分析的实际应用来看，下面一些方法是更为常用的。

1、化学分析法

这是一种以化学反应为基础的分析方法。它的特点是具有很高的准确度，但灵敏度较低，因此只适于分析环境样品中的常量组分。目前在测定化学耗氧量、生物耗氧量、溶解氧等例行监测项目中，仍很重要。

2、色谱分析法

色谱分析法是一种重要的分离、分析技术，它是将待分析样品的各种组分一一加以分离，然后依次鉴定或测定各个组分。

色谱分析法按所用流动相的不同，主要分为气相色谱法与液相色谱法（包括离子色谱法）。在环境分析中，他们承担着不多数有机污染物的分析任务，也是对未知污染物作结构分析和形态分析的强而有力的工具。

气相色谱法直到今天仍然是分析环境有机污染物的主要方法，它也是美国环保局于1979年底公布的水中114中污染物分析方法的基础。但它仅适于分析易挥发性组分，对于70%以上低挥发性、大分子量、热不稳定或离子型化合物，如果不进行适当的衍生化就不能直接测定。在这方面，液相色谱法恰好可以弥补其不足。

液相色谱法的流动相是液体，它的粘度和密度都比气体大得多，为了使流动相有较快的流速，必须使用高压泵来加速流动相的输送，所以通常又将这类液相色谱法称为高效液相色谱法。它对于相对分子质量为300-2000的化合物、热不稳定化合物或离子型化合物都能进行分析，因此它的分析对象范围要宽得多。用它进行环境样品的常规分析，完成一次测定仪需一分钟，其柱后检测器的灵敏度可达皮克级，因此是目前迅速发展的一个领域。

色层分析法是一种经典的分离、分析方法，包括柱层析法和纸层析法，以及在两者基础上发展起来的薄层层析法，它们在环境分析中都有应用，而尤以后者应用更多。

光学分析法 包括许多具体的分析方法，它们都是建立在物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用的基础之上。几乎各种光学分析方法都可用于环境分析，而其中应用最广的是以下一些方法。

光谱法的分类及测定原理

光谱法是一种利用物质吸收、发射或散射光的特性来进行分析和测定的方法。根据测量原理，光谱法可以分为吸收光谱法、发射光谱法和散射光谱法。

吸收光谱法是通过测量物质对特定波长的光吸收的强度来进行分析和测定。物质吸收光的强度与物质的浓度成正比，因此可以利用吸收光谱法进行定量分析。常用的吸收光谱法有紫外可见吸收光谱法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）等。

发射光谱法是通过测量物质在受激发后发射出的光的强度来进行分析和测定。物质发射的光谱可以反映物质的组成和结构信息，因此可以利用发射光谱法进行定性和定量分析。常用的发射光谱法有火焰光谱法、原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）等。

散射光谱法是通过测量物质对入射光的散射现象来进行分析和测定。散射光谱法常用于颗粒物质的测定，可以利用散射光谱分析物质的粒径、浓度、分子量等性质。常用的散射光谱法有拉曼光谱法、光散射光谱法等。

通过光谱法的测定原理，可以利用物质对光的相互作用特性进行定性和定量分析。光谱法具有无损、快速、灵敏、选择性好等优点，被广泛应用于化学、生物、医药、环境等领域的分析和检测。