【前沿銳評】欄目
本刊副主編劉虎威教授：分析測試領域的一個新概念——無柱分離的討論
為及時追蹤分析測試領域的前沿動態，促進學術觀點的交流與融合，《分析測試學報》自2025年4期起特推出 “前沿銳評” 欄目。本欄目致力于匯聚前沿思想、鼓勵多元觀點碰撞，以精煉的篇幅為讀者呈現分析測試領域的最新動態、關鍵問題和未來走向，為科研人員提供具有深度和前瞻性的學術指引。
本欄目歡迎不同學術視角和研究思路的爭鳴，并以簡潔明了的文字確保讀者能夠高效獲取關鍵信息，快速把握前沿熱點與發展趨勢，歡迎賜稿。
本期推出的文章為本刊副主編劉虎威教授撰寫的《分析測試領域的一個新概念——無柱分離的討論》。
分析測試領域的一個新概念
——無柱分離的討論
劉虎威
10 多年前，我們做實時直接分析質譜（DART-MS）的應用研究時，無需色譜分離，即可快速檢測中 藥保健品中非法摻雜的西藥，采用固相萃取（SPE）處理樣品就可直接檢測某些食品中的 4 種蘇丹紅 和水中 5 種三嗪類農藥，采用單液滴萃取即可快速篩查果汁中的 6 種植物激素。采用管內固相微萃 取（IT-SPME）結合 DART-MS可在無需色譜分離情況下定量檢測水中 6 種三嗪類農藥。等離子體輔助 激光解析離子化質譜（PALDI-MS）具有更高的檢測靈敏度，結合探頭微萃取技術從水中提取殘留農 藥，無需色譜分離，即可快速定量檢測水中 7 種三嗪類農藥。當時我們認為，樣品處理技術和質譜技 術的發展，使得色譜分離在一定程度上成為多余 。也就是說，在分析測試領域原來要用色譜-質譜聯 用技術解決的某些問題，現在可以拋棄色譜分離了 。當然，這是指某些靶向分析方法，不包括非靶向 方法，如中藥成分分析 、環境新污染物篩查 、非靶向代謝組學和蛋白組學，更不包括制備分離。
近年來，在與臨床檢測的專業人員交流過程中了解到，他們普遍認為色譜-質譜（GC-MS 、GC-MS/MS和LC-MS、LC-MS/MS）分析中的色譜分離時間過長，且色譜柱性能的變化會顯著影響分析重復性（保留時間）。因此，他們認為非常有必要建立“無柱分離 ”的檢測技術， 即無需色譜分離的 MS 技術。這是很好理解的，在遵循法規的分析實驗室，尤其是臨床檢驗中，對分析方法的重復性和重現性有很高要求，而且需快速得到分析結果。然而大多數實驗室人員并非色譜專家，這就給實驗結果的準確性 判斷帶來了不確定性 。如果無需色譜分離就能實現質譜檢測，既節省了時間，又減低了成本，這當然是分析工作者所追求的，也是客戶（如醫生和患者）所需要的。其實，基質輔助激光解析（MALDI）-MS 就是一種不用色譜分離的方法（事實上 MALDI-MS 很難與色譜在線聯用）， 只不過其分離能力有限罷了。在臨床檢驗中，MALDI-MS在蛋白質鑒定，特別是微生物鑒定方面發揮著非常重要的作用。
最近看到University of Duisburg-Essen的Oliver J. Schmitz 教授2025 年 1 月 6 日在Analytical Scientists上發表的文章“Chromatography Free：It ’s Closer Than You Think”（不用色譜： 比你想象來得更快）。他提出在復雜而先進的離子遷移譜（或離子淌度譜，IMS）時代，難道我們不應該完全拋棄色譜嗎？有道理，但這還不是那么簡單。
對于質量控制和更簡單的分析，HPLC-UV或GC-FID等傳統方法無疑是很有用的。然而，在非靶向分析領域，特別是對于復雜樣品，MS一般要與色譜分離聯用，以實現目標分析。事實上，GC-MS 和 LC- MS 一直是非靶向分析的標準方法，但隨著 MS 技術的發展，我們有必要問：這些方法是否仍然為必須？
非靶向分析需要嚴格確認化合物結構。雖然 MS 可以提供豐富信息，但其在復雜樣品的分析中通常難以達到這樣的鑒定水平，除非引入色譜分離。因此，盡管存在分離費時及重復性等問題，但色譜分離對于復雜的非靶向分析仍然是必不可少的。因為有些化合物（如旋光異構體）單靠質譜難以實現完全分離，而色譜-質譜聯用不僅能提供 MS 數據，還能提供色譜保留性能的數據 。二者配合才有可能實現準確鑒定 。另一方面，超高分辨 MS，如軌道阱（Orbitraps）或傅里葉變換離子回旋共振質譜（FT-ICR- MS），雖然可實現超高分離度，但其速度仍然欠佳，不能與快速色譜分離相匹配。
除了我們提到的應用先進的樣品處理技術外，MS新技術的出現也許能解決“無柱分離 ”問題 。特斯拉的 FT-ICR-MS等創新技術配備了動態協調的FT-ICR單元，可提供卓越的分辨率和數據精度。 并已證明，在長瞬態長度下，質量分辨率可達80000000 FWHM。但在實踐中仍然存在局限性，特別 是典型色譜峰寬度限制了MS采集的數據點數量，這也是其廣泛應用所面臨的主要挑戰。
另一種有潛力的方法是將四極桿飛行時間質譜（qTOF-MS）與IMS相結合。盡管 qTOF 的分辨率低于 FT-ICR-MS，但與 IMS 聯用后，通過確定碰撞截面（CCS）可提供額外的分離維度。這種二維分離技 術有效地補償了 qTOF 在較低質量端的分辨率，并可明顯地提高鑒定準確性。
Schmitz 教授的文章是對布魯克公司應用質譜高級副總裁 Jeffrey Zonderman 在此前一天發表的觀點的補充或回應。Zonderman 先生的訪談題目是“The End of Chromatography？”（色譜的終結？）［9］。他認為 在某些領域，如蛋白質分析，我們已經看到不用色譜分離，MS 也可以非常有效 。例如，在臨床 MS 中， 不用色譜可以簡化分析流程并減少對實驗人員的專業知識要求 。雖然色譜分析對于某些應用仍然至關重要，但可能在不需要色譜分離的情況下，高通量定量分析存在著巨大的市場 。關鍵是要為其應用找到合適的技術。典型 LC-MS 系統的分析通量是有限的，如果不用色譜，我們就可以把一臺MS的分析通量提高至少10倍 。采用無色譜的MS檢測可以顯著加快藥物濫用檢測的速度， 目前使用LC-MS每天可分析100~ 200 個樣品，用無色譜的 MS 檢測有可能分析1 500個樣品，從每個樣品需要幾分鐘的方法轉變為需要幾秒鐘的方法。當然，這是指目標分析或靶向分析。
總之，在可以預見的未來，完全放棄色譜還不可能 。但隨著技術的進步，我們正在逐步消除傳統色譜技術的缺點，向著無需色譜分離的分析流程邁進 。當然，這仍然需要對質譜離子源進行研發，提高離子化效率，克服基質效應的影響。近年來電荷檢測質譜（CDMS）的發展， 已經可以分離檢測超大 質量的蛋白質 、納米顆粒 、病毒和細菌，顯示了巨大的應用潛力。同時還需要新的自動化高效樣品處理方法增加分析通量。我們認為，至少在靶向或目標分析領域，實現無需色譜的質譜定性定量分析是完全可能的。
本文獲國家自然科學基金委面上項目資助（22174100），相關成果發表在相關成果發表于《分析測試學報》2025年第4期。
劉虎威， 中國分析測試協會副理事長，北京大學化學與分子工程學院教授，博士生導師。致力于生物藥物分離與檢測方面的研究，主要包括色譜（包括毛細管電泳）-質譜聯用技術、敞開式離子化質譜技術；先后主持國家自然科學基金委國家重大科技專項、重點項目、科學儀器專項、面上項目，教育部回國人員基金項目、博士點基金項目、科技部中法先進研究計劃項目、國家科技支撐計劃項目，以及多項橫向合作和國際合作項目。
劉虎威.分析測試領域的一個新概念[J].分析測試學報,2025,44(04):571-572.
DOI：10.12452/j.fxcsxb.250321214.
馮雅嵐, 趙釗, 梁花蕾, 萬紅, 崔海容, 劉虎威. 基于表面等離子體共振在癌癥標志物檢測中的研究進展[J]. 分析測試學報, 2024, 43(12): 1986-1996.
