代谢组学里程碑：27 国联合制定 GC-MS 质控规范

在代谢组学研究中，气相色谱-质谱（GC-MS）因其强大的分离能力和标准化的离子源技术而被视为“金标准”。然而，一个令同行深感不安的现状是：即使是相同的样本，在不同实验室间产出的结果往往难以重现。这种“重现性迷局”不仅浪费了大量科研经费，更阻碍了代谢标志物的临床转化。

为了诊断这一行业顽疾，代谢组学质量保障与质量控制联盟（mQACC）对来自27个国家的85家实验室进行了一场深度调研。这份覆盖全球的“体检报告”揭示了实验室日常操作中许多鲜为人知的细节，其核心目标是为全球研究者建立一套“证据驱动型”的最佳实践建议。接下来的发现，或许会打破你对GC-MS实验室“严谨性”的滤镜。

面向27 个国家、85 家实验室开展 GC‑MS/GC×GC‑MS 代谢组学 QA/QC 国际问卷调查。

欧洲（39%）、北美（27%）占主导；亚洲（尤其中国）代表性明显不足，原因是问卷投放依赖 LinkedIn、Google Forms，国内难以触达。

大部分来自学术 / 医院 / 政府实验室，工业界较少，整体反映主流科研圈实践。

调研维度覆盖：使用频率、分析类型、仪器配置、进样方式、色谱柱选择、质谱类型、QA/QC 措施、仪器维护、数据处理、物质注释、报告规范、定量策略等。

基于调研数据，归纳全球共性做法、差异点、薄弱环节，并提炼GC‑MS 代谢组学最低 QA/QC 最佳实践清单。

• 高频用户：大多数受访者（43.5%）表示每年开展超过两个GC-MS项目，其中18.8% 每年 >50 个项目，接近日常运行。

• 低频用户：56.5% 每年 <10 个项目，多为共享平台 / 核心设施。

• 并非所有代谢组学项目都用 GC‑MS：15.3% 的代谢组项目完全不用 GC‑MS，更依赖 LC‑MS 或 NMR。

• 非靶向为主流（约79%），但靶向也非常普遍（60%）。

• 两者兼做（约44%）是最健康的组合模式。

• 同位素示踪（17.6%）较少，多与靶向 / 非靶向结合开展。

一维VS全二维

• 一维 GC‑MS：74.1% 独占，20% 一维全二维混合使用。

• 全二维优势：峰容量、分离度（色谱分辨率）、全谱灵敏度更高，适合复杂代谢组。

进样、衍生、衬管、保护柱

• 不分流进样（84.7%）> 分流（78.8%）

• 挥发性样品：SPME > 顶空（包含静态、动态）。

• 衍生：三甲基硅烷化（TMS）最为常用

• 衬管：带玻璃毛衬管 84.7%。

• 保护柱：61% 不用—— 文章明确建议：复杂样品强烈推荐保护柱 （或使用无涂层的毛细管柱作为保留间隙），以延长柱寿命、减少污染，代价是微小的峰展宽，可用短柱 + 低死体积接头抵消。

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色谱柱类型

“-5”相柱（5% 苯基，95%二甲基聚硅氧烷（或聚硅苯醚））：66.7%，被称为 “通用标准柱”：

• 稳定、耐用；

• 保留指数库最完善；

• 仪器出厂标配。

其次为Wax（聚乙二醇）柱，极性更强:占比13.5%

GC×GC 常用组合：一维 -5 + 二维 50% 苯基 / Wax / 三氟丙基

常用尺寸：25–30 m × 0.25 mm × 0.25 μm 标准配置

质谱平台分布

• 四极杆（单 / 三重）：41.1%：靶向主力
  

• 飞行时间质谱TOF：27%：非靶向主力，扫描速度快、适合复杂基质、窄峰。谱内动态范围宽，全质量范围采集灵敏度最高，可定性峰数最多。

• Orbitrap：9.4%：高分辨、高精度，用于靶向高置信注释。

• 其他：离子阱、离子迁移、磁扇形等占比较小。

核心共识实践（>90% 实验室执行）

• 使用内标开展质量控制（含天然 / 同位素标记内标）

• 定期进行仪器检漏

• 常规更换进样组件：色谱柱（更换 / 切割）、衬管、进样针、隔垫。

常规质控监测（>50% 实验室执行）

• 空白实验（试剂 / 仪器空白）、峰形评估

• 系统监测强度漂移、残留污染、背景干扰

• 用标准混合液（如 Grob 测试液）监控峰形与强度

数据质控措施

• 100% 实验室使用至少一种空白实验；
  

• 90% 标记强度漂移样本、过滤不合格峰

• 常用过滤维度：峰形、信噪比、重现性阈值；近半数不剔除质控混合样本中未检出的峰

• 必做：空白 + 标准混合液监控峰形 / 强度
  

相比 LC‑MS，GC‑MS 数据处理争议少、成熟度高

原因如下：

• EI 电离稳定、离子抑制弱
  

• 峰形好、重现性高

• 碎片丰富、适合解卷积（LECO公司的ChromaTOF软件成熟、专业的质谱解卷积技术，已有近30年的历史）

• LECO GC×GC‑TOFMS：扫描速度200 Hz

四极杆质谱在数据采集速度上慢于飞行时间质谱（TOFMS），一次仅扫描一种离子。因此，四极杆质谱对窄峰容易出现采样不足，尤其是在对共洗脱色谱峰进行质谱解卷积时。与之相反，飞行时间质谱TOFMS等高速数据采集仪器能提供连续质谱信号：离子束在离子源内形成后，被引出并几乎瞬时完成分析。

文章建议：只要条件允许，建议优先采用高灵敏度、高通量、高精度质谱，提升代谢物推定鉴定的可靠性；标称质量难以准确识别含多杂原子的碎片，而精确质量可有效降低非靶向代谢组学分析中的假阳性与假阴性。

所有实验室都会使用方法空白、样品空白、试剂空白、混合质控样，用来筛查背景干扰、污染和残留，避免假阳性。

数据整理主流做法（>90% 实验室）

• 标记或剔除总强度漂移、进样失败的样品

• 过滤峰形差、信噪比不足、重复性差的峰

• 按 QC 阈值剔除不合格数据

特殊处理：样品有、QC 池无的峰

约半数实验室不会剔除这类峰（原因：混合质控样会稀释低浓度代谢物，不一定代表污染）

GC-MS 特有质控手段

• 硅氧烷去除：来自色谱柱、衍生试剂、SPME 涂层的背景干扰

• 碎片离子比核查：判断共洗脱峰是否被正确解卷积（比 LC-MS 更常用）

报告标准差异

• 法医领域最严格：任何 QC 失败，整批数据全部重测，不剔除单个峰

• 普通代谢组：灵活过滤，优先保证数据质量，兼顾数据完整性