抽丝剥茧之空白，本底，噪声，信噪比

抽丝剥茧之空白，本底，噪声，信噪比

分析化学发展到今天，作为化学的一个重要分支，越来越多的融入科技创新，大数据，高端制造等等各个领域。从化学领域分离出来自成一个体系，分析化学走过了上百年的历史。特别是从经典的容量分析化学发展到近代仪器分析，越来越多的概念，原理以及仪器方法集成到学科中来，下面我按照自己的理解谈一下空白，本底，噪声，信噪比的概念。

1、 空白：通常意义下空白指的是综合了实验过程中除去样品的所有因素综合反映，能够体现出器皿，试剂，以及仪器本底值的污染情况；特别是最常见的光谱和色谱分析过程，涉及到整个实验过程中所有的试剂，器具，仪器本底值的叠加。好的空白能够反映出实验室管理的科学与否，比如光谱分析中的器皿，不同含量的测试所用的器皿混用，结果必然是交叉污染带来空白偏高，结果很难保证低浓度的样品测试准确性。

2、 本底：我的理解是仪器在待机或者平衡状态下采集记录的响应值，理论上不管是那种检测器或者传感器在仪器设计制造的过程中都会有一个类似的暗电流或者称之为静态电路噪声，这个值比较难单独测量，因为仪器给出的是综合了所有器件的本底值。厂家在制造过程中控制每一个器件的本底，当仪器完成调试的时候需要根据设计的需要调整综合本底，保证整台仪器的性能满足设计要求和计量特性。

3、 噪声：通常我们所说的噪声是指仪器给出的响应记录曲线中比较平直的部分代表的值，特别是信噪比的计算更是具体规定了噪声的选取时间段和范围。其实准确来讲，噪声与本底值有着密切的关系，本底值越高的仪器，噪声自然越高，反之亦然。或者从另外的角度理解，没有物质的量进入仪器而产生的一切仪器响应都可以称之为噪声，因为空白理论上也不应该含有目标物，所以空白值接近于噪声水平而不能等同于噪声；本底值也类似，极少数时候可以等同于噪声，但是本底值绝大多数反映的是仪器所使用耗材，试剂的洁净程度，而不单单是噪声。

4、 信噪比：简单来讲就是特定仪器响应与噪声的比值，通常我们把它与灵敏度等同理解，也就是信噪比越高，仪器方法的灵敏度也越高。如果提高仪器的检测能力（术语称之为增益），不单单是提高了仪器信号的响应，也同时提高了噪声的响应，所以信噪比不会显著改善或提高，在一定条件下使用有着合理性。有些仪器设计或者软件数据采集使用了平滑技术，企图减小噪声的响应，表面上提高了仪器的信噪比，其实往往是掩耳盗铃，自欺欺人。根据一般电路的设计，平滑的设计类似于实验中的过滤，经过滤波电路后，对于噪声和信号都有一定程度上的减小，所以数据表面看起来信噪比略有改善，真正的仪器响应绝对值不会显著提高。

综上所述，空白可以多种多样，最真实反映实验过程的污染情况，本底值则是更多局限在仪器响应本身，这两者在做标准曲线的时候，软件给出了仪器的响应绝对值，转做样品测试的时候，自动计算出空白对应的浓度值（越小越好）。噪声则是整个测试过程中无处不在，不同的测试时间点或者空间点有着不同的噪声水平，特别是色谱分析中的多项目同时测试，每个项目的噪声肯定不会完全相同，甚至在某些区域（保留时间）或者某些波段(光谱波长)存在着巨大差异。

最常见的实例就是采用气相色谱电子俘获检测器测试拟除虫菊酯类农药残留（GC-ECD），联苯菊酯和甲氰菊酯保留时间很接近，但是仪器的信噪比差异非常大，最后采用一齐法处理样品的方法检出限也就天壤之别了。这个实例中还有关于空白的区别，根据农药残留检测技术规范和实验室质量管理体系要求，对于样品提取使用的乙腈浓缩100倍后直接转换成正己烷或者乙酸乙酯进样测试，得到的色谱图不应该出现明显的色谱峰或者在测试的目标保留时间段不出现干扰峰，这个过程称作购买的试剂或者服务进行验收，对于实验过程来说可以叫做试剂空白。使用纯水代替样品全流程处理得到的就是样品空白，包含了提取溶剂、试管污染、以及固相萃取带来的干扰。对于未检出目标农药的实际样品称之为基质空白，由于各种基质中所含有的物质各不相同，含量也差异很大，所以仪器响应也各不相同，与目标物的相互作用也千姿百态，就是我们常说的“基质效应”。

在仪器待机（不接色谱柱，检测器堵死）状态下，手动启动仪器的采集模式，记录一张色谱图，理论上就是检测器综合了仪器电路噪声的本底值。接上色谱柱（已预先老化完成）后不进样采集记录的本底值增加了色谱柱流失导致的检测器响应值。单进溶剂（正己烷或者乙酸乙酯）采集记录的本底值叠加了色谱柱流失和溶剂对色谱柱固定液冲刷导致的检测器响应值。这个过程对于检测器污染以及清洗以及色谱柱老化等有着非常直观的理解效果,特别是把色谱图叠加以后可以清晰地看到不同状态之间的差异。

林林总总说了很多概念，术语以及定义，不当之处敬请大家批评指正。