分析測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)新概念
——無(wú)柱分離的討論
劉虎威
10 多年前，我們做實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜（DART-MS）的應(yīng)用研究時(shí)，無(wú)需色譜分離，即可快速檢測(cè)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(cè)某些食品中的 4 種蘇丹紅 和水中 5 種三嗪類(lèi)農(nóng)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(nèi)固相微萃 取（IT-SPME）結(jié)合 DART-MS可在無(wú)需色譜分離情況下定量檢測(cè)水中 6 種三嗪類(lèi)農(nóng)藥。等離子體輔助 激光解析離子化質(zhì)譜（PALDI-MS）具有更高的檢測(cè)靈敏度，結(jié)合探頭微萃取技術(shù)從水中提取殘留農(nóng) 藥，無(wú)需色譜分離，即可快速定量檢測(cè)水中 7 種三嗪類(lèi)農(nóng)藥。當(dāng)時(shí)我們認(rèn)為，樣品處理技術(shù)和質(zhì)譜技 術(shù)的發(fā)展，使得色譜分離在一定程度上成為多余 。也就是說(shuō)，在分析測(cè)試領(lǐng)域原來(lái)要用色譜-質(zhì)譜聯(lián) 用技術(shù)解決的某些問(wèn)題，現(xiàn)在可以拋棄色譜分離了 。當(dāng)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(huán)境新污染物篩查 、非靶向代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)，更不包括制備分離。
近年來(lái)，在與臨床檢測(cè)的專(zhuān)業(yè)人員交流過(guò)程中了解到，他們普遍認(rèn)為色譜-質(zhì)譜（GC-MS 、GC-MS/MS和LC-MS、LC-MS/MS）分析中的色譜分離時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且色譜柱性能的變化會(huì)顯著影響分析重復(fù)性（保留時(shí)間）。因此，他們認(rèn)為非常有必要建立“無(wú)柱分離 ”的檢測(cè)技術(shù)， 即無(wú)需色譜分離的 MS 技術(shù)。這是很好理解的，在遵循法規(guī)的分析實(shí)驗(yàn)室，尤其是臨床檢驗(yàn)中，對(duì)分析方法的重復(fù)性和重現(xiàn)性有很高要求，而且需快速得到分析結(jié)果。然而大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室人員并非色譜專(zhuān)家，這就給實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性 判斷帶來(lái)了不確定性 。如果無(wú)需色譜分離就能實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜檢測(cè)，既節(jié)省了時(shí)間，又減低了成本，這當(dāng)然是分析工作者所追求的，也是客戶（如醫(yī)生和患者）所需要的。其實(shí)，基質(zhì)輔助激光解析（MALDI）-MS 就是一種不用色譜分離的方法（事實(shí)上 MALDI-MS 很難與色譜在線聯(lián)用）， 只不過(guò)其分離能力有限罷了。在臨床檢驗(yàn)中，MALDI-MS在蛋白質(zhì)鑒定，特別是微生物鑒定方面發(fā)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(fā)表的文章“Chromatography Free：It ’s Closer Than You Think”（不用色譜： 比你想象來(lái)得更快）。他提出在復(fù)雜而先進(jìn)的離子遷移譜（或離子淌度譜，IMS）時(shí)代，難道我們不應(yīng)該完全拋棄色譜嗎？有道理，但這還不是那么簡(jiǎn)單。
對(duì)于質(zhì)量控制和更簡(jiǎn)單的分析，HPLC-UV或GC-FID等傳統(tǒng)方法無(wú)疑是很有用的。然而，在非靶向分析領(lǐng)域，特別是對(duì)于復(fù)雜樣品，MS一般要與色譜分離聯(lián)用，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分析。事實(shí)上，GC-MS 和 LC- MS 一直是非靶向分析的標(biāo)準(zhǔn)方法，但隨著 MS 技術(shù)的發(fā)展，我們有必要問(wèn)：這些方法是否仍然為必須？
非靶向分析需要嚴(yán)格確認(rèn)化合物結(jié)構(gòu)。雖然 MS 可以提供豐富信息，但其在復(fù)雜樣品的分析中通常難以達(dá)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(fèi)時(shí)及重復(fù)性等問(wèn)題，但色譜分離對(duì)于復(fù)雜的非靶向分析仍然是必不可少的。因?yàn)橛行┗衔铮ㄈ缧猱悩?gòu)體）單靠質(zhì)譜難以實(shí)現(xiàn)完全分離，而色譜-質(zhì)譜聯(lián)用不僅能提供 MS 數(shù)據(jù)，還能提供色譜保留性能的數(shù)據(jù) 。二者配合才有可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(zhì)譜（FT-ICR- MS），雖然可實(shí)現(xiàn)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(yīng)用先進(jìn)的樣品處理技術(shù)外，MS新技術(shù)的出現(xiàn)也許能解決“無(wú)柱分離 ”問(wèn)題 。特斯拉的 FT-ICR-MS等創(chuàng)新技術(shù)配備了動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)的FT-ICR單元，可提供卓越的分辨率和數(shù)據(jù)精度。 并已證明，在長(zhǎng)瞬態(tài)長(zhǎng)度下，質(zhì)量分辨率可達(dá)80000000 FWHM。但在實(shí)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(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量，這也是其廣泛應(yīng)用所面臨的主要挑戰(zhàn)。
另一種有潛力的方法是將四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜（qTOF-MS）與IMS相結(jié)合。盡管 qTOF 的分辨率低于 FT-ICR-MS，但與 IMS 聯(lián)用后，通過(guò)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(shù)有效地補(bǔ)償了 qTOF 在較低質(zhì)量端的分辨率，并可明顯地提高鑒定準(zhǔn)確性。
Schmitz 教授的文章是對(duì)布魯克公司應(yīng)用質(zhì)譜高級(jí)副總裁 Jeffrey Zonderman 在此前一天發(fā)表的觀點(diǎn)的補(bǔ)充或回應(yīng)。Zonderman 先生的訪談?lì)}目是“The End of Chromatography？”（色譜的終結(jié)？）［9］。他認(rèn)為 在某些領(lǐng)域，如蛋白質(zhì)分析，我們已經(jīng)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(jiǎn)化分析流程并減少對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求 。雖然色譜分析對(duì)于某些應(yīng)用仍然至關(guān)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(chǎng) 。關(guān)鍵是要為其應(yīng)用找到合適的技術(shù)。典型 LC-MS 系統(tǒng)的分析通量是有限的，如果不用色譜，我們就可以把一臺(tái)MS的分析通量提高至少10倍 。采用無(wú)色譜的MS檢測(cè)可以顯著加快藥物濫用檢測(cè)的速度， 目前使用LC-MS每天可分析100~ 200 個(gè)樣品，用無(wú)色譜的 MS 檢測(cè)有可能分析1 500個(gè)樣品，從每個(gè)樣品需要幾分鐘的方法轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰獛酌腌姷姆椒ā．?dāng)然，這是指目標(biāo)分析或靶向分析。
總之，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，完全放棄色譜還不可能 。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們正在逐步消除傳統(tǒng)色譜技術(shù)的缺點(diǎn)，向著無(wú)需色譜分離的分析流程邁進(jìn) 。當(dāng)然，這仍然需要對(duì)質(zhì)譜離子源進(jìn)行研發(fā)，提高離子化效率，克服基質(zhì)效應(yīng)的影響。近年來(lái)電荷檢測(cè)質(zhì)譜（CDMS）的發(fā)展， 已經(jīng)可以分離檢測(cè)超大 質(zhì)量的蛋白質(zhì) 、納米顆粒 、病毒和細(xì)菌，顯示了巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)還需要新的自動(dòng)化高效樣品處理方法增加分析通量。我們認(rèn)為，至少在靶向或目標(biāo)分析領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)無(wú)需色譜的質(zhì)譜定性定量分析是完全可能的。
