1.3　联用分析技术在分析科学领域的优势

1.3.1　新技术的应用及其优势

随着分析仪器的不断更新，联用分析技术也得到了迅速发展。在20世纪初先后出现整体柱、超高压液相色谱（UPLC）及串联质谱等分析技术，其中整体柱可以降低柱压，提高色谱柱的渗透性，能够在高流速下进行液相色谱分析，尤其在全二维液相色谱中得到了很好的应用，提高了全二维液相色谱的分析速度。

20世纪初Waters公司首先推出了超高压液相色谱仪，超高压液相色谱的出现成为液相色谱分离技术的一次重要革新。在超高压液相色谱分离中采用小粒度固定相（1.8μm），在高压情况下大大提高了色谱分析速度，可实现样品的高通量分析。尽管常规高效液相色谱在分离分析领域获得了广泛的应用，但是随着近十几年的发展，超高压液相色谱已经成为一种完善的色谱分离技术，无论是在科学研究还是在日常分析中，已成为很多分析实验室的常规仪器分离技术。与常规高效液相色谱相比，超高压液相色谱具有其独特的优势，例如流动相消耗量低、分析速度快及样品通量高等，尤其与串联质谱联用在农兽药残留分析中发挥了重要作用。超高压液相色谱在LC×LC联用领域也有很好的应用前景，作为第二维分离可以减少梯度洗脱时间，而且采用短柱的超高压液相色谱在提高分离效能及有效色谱峰容量方面具有显著优势。

串联质谱的出现解决了色谱与单级质谱联用中出现的背景噪声高、目标组分信号较弱、组分定性及定量误差较大等劣势，在环境污染物检测及确证方面具有明显优势，目前已成为国际上农药残留、兽药残留、环境污染物检测及农产品和食品安全方面的标准方法。如GB 23200.14—2016采用液相色谱-串联质谱法测定果蔬汁和果酒中512种农药及相关化学品残留、GB 23200.8—2016采用气相色谱-质谱法测定水果和蔬菜中500种农药及相关化学品残留，这两个标准目前已成为我国强制性检测标准。

1.3.2　联用分析技术在代谢组学研究中的优势

代谢是生物体化学反应的总和，可以在很多方面进行研究，例如从单一的生化反应到代谢途径，再到细胞、多细胞、组织、生物体和种群规模的分析。作为功能基因组的一部分，代谢分析揭示了基因、转录组和蛋白质组向表型的翻译，以及环境对这一过程的影响。外部或内部因素都可能引起代谢体的变化，因此代谢组学研究对于理解生物体的生长发育、疾病、饮食、毒素、药物、压力、微生物群等因素是至关重要的。例如，代谢组学研究数据在发现新的药物靶点和诊断生物标志物、生产发酵食品和饮料以及开发新的生物合成途径和生物修复策略方面起着核心作用。

正如Fiehn[4]在2002年发表的有关代谢组学研究的开创性综述中所定义的那样，通常根据所鉴别的代谢物的数量和代谢物被识别的程度，将代谢组学研究归纳为以下几方面：①靶标物分析，测量酶或酶组的底物或产物；②代谢物分析，确定和／或量化一类代谢物，如脂肪酸甲酯（FAMEs）；③代谢指纹图谱分析，快速分类待测样品，不必识别单个代谢物；④代谢组学分析，综合分析代谢组，包括识别和定量单个代谢物。

研究代谢组学的目的是检测、表征和量化生物系统中的所有代谢物，但在所有的“组学方法”（即基因组学、转录组学、蛋白质组学）中，代谢组学研究是最具挑战性的分析。与蛋白质一样，代谢物可以在不同的浓度下存在。与核酸和蛋白质不同的是，它们分别由4个和22个化学基团组成，而代谢物含有数千到数十万种独特的化学物种，没有一个单一的分析技术能够分离和检测样本中的所有代谢物。而且到目前为止，即使在经过广泛研究的人类代谢物中，预计总代谢物将超过114000种，80%以上的代谢物仍有待检测。推动代谢组学研究的关键是开发检测、识别和量化未知代谢产物的分析平台以及处理大量原始代谢组学数据的软件和从数据中提取信息的化学计量工具。

鉴于此，联用分析技术成为代谢组学研究的重要分析平台，从20世纪初出现的GC-MS/MS或LC-MS/MS（如Q-TOF MS/MS，傅里叶变换离子回旋共振质谱等）到HPLC-NMR及HPLC-NMR-MS等联用技术在代谢组学研究中提供了高灵敏度、高选择性及高通量的分析平台，为研究生物体代谢标志物、代谢指纹图谱及代谢机理等发挥了重要作用，这是单一分析技术无法实现的。

在分析仪器的联用技术发展过程中，先后出现了不同分离技术的联用，以及分离技术与检测技术的联用。而随着科技的不断进步，制造技术的不断革新，联用分析技术已经向商品化、实用化、微型化及高通量等方面发展，这将大大拓宽其应用领域和范围。联用分析技术已经在当前越来越繁杂的分析任务中发挥着不可替代的作用，这势必进一步推动新的联用分析技术的出现与发展。