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多維色譜最早起源于平面色譜，在研究紙色譜進行液-液分配，發現可以使用不同的洗脫劑在不同的方向上進行洗脫，因而Kirchner等早在上世紀50年代首先研究了二維薄層色譜，這一工作早于對薄層色譜的基礎性研究。有各種色譜-電泳技術的聯用，但是最重要的平面電泳分離是二維凝膠電泳，是O’Farrell于1975年報道的，用這種方法，即一個方向使用等電聚焦，另一個方向使用十二烷激硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳，可以從細菌培養液中分離出1000個蛋白質來，到目前二維凝膠電泳仍然用于蛋白質和DNA分離中。
在過去20年的發展中，更多地研究適合于自動化和進行定量分析的多柱色譜柱系統，1978年發表的一篇二維GC，近年有了更新，并在1991年Liu 和 Phillips 對全二維GC進行的進一步的開發，Grob 開發并推進了HPLC-GC 的聯用。
目前較成熟的技術是全二維氣相色譜(Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography，GC´GC)，是上世紀90年代初出現的新方法。目前各大儀器公司基本實現了GC´GC儀器的商品化，已經處于實用階段。目前正在發展中的多維分離技術還有LC´LC，LC´CE，CE´CE，LC´GC等。商品化的多維制備液相色譜儀如Sepbox5000，一次最多可以處理5000 mg天然產物提取物，可以在24小時內得到576個餾分，許多餾分含有純度為90%到99%(ELSD)的單個組分。工業上廣泛使用的模擬移動床也是多維分離的典型應用。本質上來說，多維色譜就是簡單的一維色譜加復雜的閥切換技術。
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