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     本期推出的文章为本刊副主编刘虎威教授撰写的《分析测试领域的一个新概念——无柱分离的讨论》。

 分析测试领域的一个新概念

——无柱分离的讨论

刘虎威

   10 多年前，我们做实时直接分析质谱（DART-MS）的应用研究时，无需色谱分离，即可快速检测中 药保健品中非法掺杂的西药，采用固相萃取（SPE）处理样品就可直接检测某些食品中的 4 种苏丹红 和水中 5 种三嗪类农药，采用单液滴萃取即可快速筛查果汁中的 6 种植物激素。采用管内固相微萃 取（IT-SPME）结合 DART-MS可在无需色谱分离情况下定量检测水中 6 种三嗪类农药。等离子体辅助 激光解析离子化质谱（PALDI-MS）具有更高的检测灵敏度，结合探头微萃取技术从水中提取残留农 药，无需色谱分离，即可快速定量检测水中 7 种三嗪类农药。当时我们认为，样品处理技术和质谱技 术的发展，使得色谱分离在一定程度上成为多余 。也就是说，在分析测试领域原来要用色谱-质谱联 用技术解决的某些问题，现在可以抛弃色谱分离了 。当然，这是指某些靶向分析方法，不包括非靶向 方法，如中药成分分析 、环境新污染物筛查 、非靶向代谢组学和蛋白组学，更不包括制备分离。

    近年来，在与临床检测的专业人员交流过程中了解到，他们普遍认为色谱-质谱（GC-MS 、GC-MS/MS和LC-MS、LC-MS/MS）分析中的色谱分离时间过长，且色谱柱性能的变化会显著影响分析重复性（保留时间）。因此，他们认为非常有必要建立“无柱分离 ”的检测技术， 即无需色谱分离的 MS 技术。这是很好理解的，在遵循法规的分析实验室，尤其是临床检验中，对分析方法的重复性和重现性有很高要求，而且需快速得到分析结果。然而大多数实验室人员并非色谱专家，这就给实验结果的准确性  判断带来了不确定性 。如果无需色谱分离就能实现质谱检测，既节省了时间，又减低了成本，这当然是分析工作者所追求的，也是客户（如医生和患者）所需要的。其实，基质辅助激光解析（MALDI）-MS  就是一种不用色谱分离的方法（事实上 MALDI-MS 很难与色谱在线联用）， 只不过其分离能力有限罢了。在临床检验中，MALDI-MS在蛋白质鉴定，特别是微生物鉴定方面发挥着非常重要的作用。

  最近看到University of Duisburg-Essen的Oliver J. Schmitz 教授2025 年 1 月 6 日在Analytical Scientists上发表的文章“Chromatography Free：It ’s Closer Than You Think”（不用色谱： 比你想象来得更快）。他提出在复杂而先进的离子迁移谱（或离子淌度谱，IMS）时代，难道我们不应该完全抛弃色谱吗？有道理，但这还不是那么简单。

    对于质量控制和更简单的分析，HPLC-UV或GC-FID等传统方法无疑是很有用的。然而，在非靶向分析领域，特别是对于复杂样品，MS一般要与色谱分离联用，以实现目标分析。事实上，GC-MS 和 LC- MS 一直是非靶向分析的标准方法，但随着 MS 技术的发展，我们有必要问：这些方法是否仍然为必须？

    非靶向分析需要严格确认化合物结构。虽然 MS 可以提供丰富信息，但其在复杂样品的分析中通常难以达到这样的鉴定水平，除非引入色谱分离。因此，尽管存在分离费时及重复性等问题，但色谱分离对于复杂的非靶向分析仍然是必不可少的。因为有些化合物（如旋光异构体）单靠质谱难以实现完全分离，而色谱-质谱联用不仅能提供 MS 数据，还能提供色谱保留性能的数据 。二者配合才有可能实现准确鉴定 。另一方面，超高分辨 MS，如轨道阱（Orbitraps）或傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR- MS），虽然可实现超高分离度，但其速度仍然欠佳，不能与快速色谱分离相匹配。

   除了我们提到的应用先进的样品处理技术外，MS新技术的出现也许能解决“无柱分离 ”问题 。特斯拉的 FT-ICR-MS等创新技术配备了动态协调的FT-ICR单元，可提供卓越的分辨率和数据精度。 并已证明，在长瞬态长度下，质量分辨率可达80000000 FWHM。但在实践中仍然存在局限性，特别 是典型色谱峰宽度限制了MS采集的数据点数量，这也是其广泛应用所面临的主要挑战。

另一种有潜力的方法是将四极杆飞行时间质谱（qTOF-MS）与IMS相结合。尽管 qTOF 的分辨率低于 FT-ICR-MS，但与 IMS 联用后，通过确定碰撞截面（CCS）可提供额外的分离维度。这种二维分离技 术有效地补偿了 qTOF 在较低质量端的分辨率，并可明显地提高鉴定准确性。

   Schmitz 教授的文章是对布鲁克公司应用质谱高级副总裁 Jeffrey Zonderman 在此前一天发表的观点的补充或回应。Zonderman 先生的访谈题目是“The End of Chromatography？”（色谱的终结？）［9］。他认为  在某些领域，如蛋白质分析，我们已经看到不用色谱分离，MS 也可以非常有效 。例如，在临床 MS 中， 不用色谱可以简化分析流程并减少对实验人员的专业知识要求 。虽然色谱分析对于某些应用仍然至关重要，但可能在不需要色谱分离的情况下，高通量定量分析存在着巨大的市场 。关键是要为其应用找到合适的技术。典型 LC-MS 系统的分析通量是有限的，如果不用色谱，我们就可以把一台MS的分析通量提高至少10倍 。采用无色谱的MS检测可以显著加快药物滥用检测的速度， 目前使用LC-MS每天可分析100~ 200 个样品，用无色谱的 MS 检测有可能分析1 500个样品，从每个样品需要几分钟的方法转变为需要几秒钟的方法。当然，这是指目标分析或靶向分析。

    总之，在可以预见的未来，完全放弃色谱还不可能 。但随着技术的进步，我们正在逐步消除传统色谱技术的缺点，向着无需色谱分离的分析流程迈进 。当然，这仍然需要对质谱离子源进行研发，提高离子化效率，克服基质效应的影响。近年来电荷检测质谱（CDMS）的发展， 已经可以分离检测超大 质量的蛋白质 、纳米颗粒 、病毒和细菌，显示了巨大的应用潜力。同时还需要新的自动化高效样品处理方法增加分析通量。我们认为，至少在靶向或目标分析领域，实现无需色谱的质谱定性定量分析是完全可能的。

     本文获国家自然科学基金委面上项目资助（22174100），相关成果发表在相关成果发表于《分析测试学报》2025年第4期。

刘虎威.分析测试领域的一个新概念[J].分析测试学报,2025,44(04):571-572.