【摘要】 深入探讨毛细管LC-MS、纳米LC-MS等小型化液质联用技术发展历程、核心优势（高灵敏度、低消耗）、关键组件（微流泵、纳喷源）与技术挑战，解析其在组学、环境、生物医学等领域的应用前景及未来走向常规化趋势。了解微型化LCMS如何提升分析效能。

自毛细管气相色谱(GC)问世以来，发展出与之匹敌的小型化液相色谱(LC)​技术，追求更高的分析速度、效率和灵敏度，一直是科学家们的目标。早在20世纪60年代，Giddings就预言，使用毛细管的LC将能实现比GC高出1000倍的分离效率，这直接推动了早期毛细管LC系统的实验探索。

​微型化LC的早期探索​

  • ​1967年里程碑：​​ Horváth团队率先开发出小型化LC系统，采用高压进样和灵敏紫外检测器，用于快速分析非挥发性有机物，他们使用了开放的毛细管柱和填充玻璃珠的微孔柱。
  • ​后续发展：​​ 石井和竹内、Scott和Kucera、Tijssen、Novotny和Tsuda、Guiochon等科学家在随后的几年里，持续推进了LC小型化的技术边界。

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质谱联用的革命：微/纳电喷雾的崛起​

  • ​关键转折点：​​ 1980年代末，​电喷雾离子化质谱(ESI-MS)​的出现，以其卓越的检测能力，迅速成为与LC联用的首选技术。
  • ​灵敏度飞跃：​​ 1990年代中期，Wilm和Mann开发的微电喷雾发射器​（内径缩小至1-20μm）显著提升了灵敏度。Emmett、Davis和Gatlin在纳升尺度的电喷雾源小型化上也取得了类似的检测能力突破。
  • ​新挑战：​​ 然而，这些微/纳电喷雾(ESI-MS)​发射器无法兼容传统LC仪器的高流速特性。这成为了微型化LC-MS联用技术普及的关键瓶颈。

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突破瓶颈：毛细管/纳米LC-MS平台的成熟​

为了克服上述挑战，过去的几十年见证了仪器技术的重大革新，最终催生了性能卓越、灵敏度极高的毛细管LC-MS和纳米LC-MS平台。这需要对整个系统进行重新设计和适配：

  • ​核心组件革新：​​ 泵、管路、接头、进样器、检测器以及离子化源都必须实现小型化和优化设计。
  • ​核心优势体现：​​ 如今，微型化LC（纳米/微升流速）与现代质谱技术的完美兼容性，是其最显著的分析优势。这种联用技术（LC-MS）在非靶向和靶向分析中提供了前所未有的检测灵敏度，成为现代分析化学中不可或缺的强大工具。
  • ​现状与局限：​​ 尽管市面上已有不少商用微/纳米LC-MS仪器，但其应用仍主要集中在专业研究领域，尚未成为常规分析的主流选择。

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未来方向：小型化LC-MS走向常规化​

可以预见，与MS联用的小型化LC技术将持续发展，目标直指常规化应用。毛细管和纳米LC-MS仪器在未来数年仍将是研究热点。目前两大互补趋势主导该领域：

1.​色谱柱及仪器进一步小型化：​​ 追求更小体积、更高效率。

2.​集成化芯片分离设备：​​ 开发高度集成、一体化的微流控分离芯片平台。

 

​微型化LC-MS的广泛应用与核心优势​

毛细管LC-MS和纳米LC-MS已成为众多关键科学领域的核心分析技术，覆盖组学分析（蛋白质组学、代谢组学等）​、食品安全检测、环境污染物监测以及生物医学研究等。其蓬勃发展的驱动力在于显著的优势：

  • ​经济环保：​​ 大幅降低试剂和样品消耗量。
  • ​分析性能提升：​​ 获得更优异的色谱分离效率。
  • ​质谱灵敏度增强：​​ ​LC-MS联用带来更高的离子化效率和检测灵敏度。
  • ​技术成熟：​​ 近年来仪器技术取得重大进展，应用范围不断扩大。

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微型化LC-MS系统的关键组件与技术要点​

目前，市场上已有多种不同配置的小型LC仪器，或处于内部开发阶段。理解其系统构成至关重要：

  • ​核心模块：​​ 包括微流泵​（提供精确的低流速）、纳升/微升级自动进样器​（精确引入微量样品）、微型检测器​（如UV或MS本身）以及专用的微管路和连接器​（减小死体积和扩散）。这些组件在实现高性能的同时，也面临着制造精度、系统密封性等挑战。
  • ​离子化技术：​​ ​大气压离子化(API)​源（如ESI, APCI）因其与低流速微型化LC的高度兼容性，成为绝对主流。这种兼容性带来了比传统LC-MS更高的离子化效率和更优的分析结果。相比之下，电子轰击离子化(EI)在小型化LC-MS中的应用目前仍非常有限。

 

​总结​

微型化LC-MS（毛细管LC-MS​ / ​纳米LC-MS）代表了液质联用技术的先进发展方向。其核心价值在于超高的灵敏度、极低的样品/试剂消耗以及卓越的分离效率。随着仪器技术的持续突破（如更精密泵、更高效纳喷源、更集成芯片），微型化LC-MS的应用边界将不断拓展，从尖端研究逐步走向更广泛的常规分析领域，为科学研究和产业应用提供更强有力的分析工具。

 

参考文献：1.Deyber Arley Vargas Medina, Edvaldo Vasconcelos Soares Maciel, Ana Lúcia de Toffoli, Fernando Mauro Lanças, Miniaturization of liquid chromatography coupled to mass spectrometry.: 2. Achievements on modern instrumentation for miniaturized liquid chromatography coupled to mass spectrometry, TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 128, 2020, 115910, ISSN 0165-9936, https://doi.org/10.1016/j.trac.2020.115910.

 

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