气相色谱-质谱联用技术在血清代谢组学中的应用与优化

气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）已成为代谢组学研究中的重要工具，尤其在血清等复杂生物基质的分析中表现卓越。该技术能够实现对极性与非极性代谢物的高效分离与鉴定，适用于多种生物样本，具备高灵敏度、高稳定性及良好的定量能力，非常符合现代临床实验室对高通量、高精度检测的需求。

为什么选择GC-MS进行代谢组学研究？

在代谢组学研究中，常用的分析平台包括核磁共振（NMR）、液相色谱-质谱（LC-MS）和气相色谱-质谱（GC-MS）。每种技术各有优劣，但GC-MS因其较高的分辨率、较好的重现性以及相对较低的运营成本，在中小分子代谢物鉴定中表现尤为出色。

与1H-NMR相比，GC-MS设备体积较小，无需特殊磁场防护设施，更容易在常规临床环境中部署。而与LC-MS相比，GC-MS在信噪比和数据稳定性方面通常更具优势，有利于构建可靠的代谢物表达模型。

GC-MS的工作机制与优势

在气相色谱-质谱分析过程中，样品中的化合物会依据其物理化学性质在色谱柱中实现分离，并按不同的保留时间依次洗脱。随后，流动相将分离后的组分送入质谱仪，进行离子化并按质荷比（m/z）进一步分离。最终通过保留时间与质谱图的匹配，实现代谢物的定性与定量。

常用的质谱仪包括四极杆和飞行时间质谱仪（TOF-MS）。其中，GC-TOF-MS因具备更快扫描速度和更高分辨率，在高通量代谢组学应用中逐渐成为主流。

图1. 标准7-烷烃溶液的色谱图，用于保留时间归一化和保留指数的生成。^[1]

如何提高GC-MS数据的准确性与重现性？

尽管GC-MS本身是半定量技术，但通过引入内标法，尤其是稳定同位素标记策略（如氘标记代谢物），可显著提高定量准确性。该方法能够有效消除仪器偏差和批次间误差，扩展动态检测范围，并提升低丰度代谢物的检出能力。

此外，合理的实验设计也至关重要。建议在样本序列中插入质量控制样品（QC），并在一开始就设定合适的内标物，以监控整个分析过程的稳定性。

图2. 代谢物检测器中RI标准溶液中七种烷烃化合物的分配程序的截图。^[1]

结论

气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）在血清代谢组学中兼具高灵敏度、强鲁棒性与良好的临床适用性。通过优化样品前处理、引入内标与质控策略，研究人员能够更准确地识别和定量差异代谢物，从而在疾病生物标志物发现、药理机制研究等领域发挥重要作用。

参考文献：[1] Rattner, J., Farshidfar, F., Bathe, O.F. (2019). Gas Chromatography-Mass Spectrometry and Analysis of the Serum Metabolomic Profile Through Extraction and Derivatization of Polar Metabolites. In: Haznadar, M. (eds) Cancer Metabolism. Methods in Molecular Biology, vol 1928.

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