質譜儀

質譜分析法主要是指利用對被測樣品離子的質荷比的測定分析物質的組成與結構的分析方法。其主要的分析步驟是首先將樣品離子化(帶上電荷)，然后利用不同離子在電磁場的運動行為的不同，把離子按質荷比(m/z)分開而得到質譜，通過樣品的質譜和相關信息，可以得到樣品的定性、定量結果，是唯一可以確定分子量、確定分子式的方法，對化合物的結構鑒定至關重要。質譜儀是一類高端分析儀器，采用測量帶電粒子質量的方法來對物質進行定性與定量分析。簡單來說，質譜儀是“靈敏度極高的天平”，能夠利用質譜分析獲取到無機/有機與生物分子的分子量和分子結構，從而定量/定性分析多種復雜混合物的各種成分。質譜儀憑借高靈敏、高分辨、高通量等特性在各行各業有著廣泛應用，如生命科學、半導體等領域。質譜儀一般由進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器和記錄系統組成，核心是離子質量分析器。

20世紀20年代：1912年英國物理學家Joseph John Thomson成功研制出世界上第一臺質譜儀。質譜儀早期主要應用于測量原子質量、同位素相對豐度。

20世紀40年代：高分辨率質譜儀出現，質譜技術開始應用于有機化合物分析。

20世紀60年代：氣相色譜-質譜聯用儀出現，成為有機混合物分離分析的重要儀器。質譜技術促進天然有機化合物結構分析的發展。

20世紀80年代：出現了一系列的質譜新技術。John Fenn博士發明了電噴霧技術，Koichi Tanaka博士發明了軟激光解吸技術，兩人因此獲得了2002年的諾貝爾化學獎。同時期還出現了：大氣壓化學電離源、液相色譜-質譜聯用儀、感應耦合等離子體質譜儀等。這一系列新技術的出現，使得質譜更適合用于分析生物大分子聚合物，由此開拓了質譜技術在生物醫學領域的應用。

質譜儀一般由以下部分組成：

1)進樣系統—按電離方式的需要，將樣品送入離子源的適當部位；

2)離子源—用來使樣品分子電離生成離子，并使生成的離子會聚成有一定能量和幾何形狀的離子束；

3)質量分析器—利用電磁場(包括磁場、磁場和電場的組合、高頻電場、和高頻脈沖電場等)的作用將來自離子源的離子束中不同質荷比的離子按空間位置，時間先后或運動軌道穩定與否等形式進行分離；

4)檢測器—用來接受、檢測和記錄被分離后的離子信號。一般情況下，進樣系統將待測物在不破壞系統真空的情況下導入離子源(10-6～10-8mmHg)，離子化后由質量分析器分離再檢測；計算機系統對儀器進行控制、采集和處理數據，并可將質譜圖與數據庫中的譜圖進行比較。

5)數據系統：將檢測器的信號轉化為質譜圖

根據《質譜儀通用規范》(標準號：GB/T33864-2017)，質譜儀根據核心部件質量分析器的不同，可以分為飛行時間質譜儀、四極桿質譜儀、離子阱質譜儀、離子回旋共振質譜儀、磁質譜儀等類型。

(1)離子阱質譜儀(IonTrap Mass Spectrometry，IT-MS)是最簡單的串聯質譜，體積一般較小，重量輕，成本低廉，具備多級串級能力，可與其他的質譜聯用，如線性離子阱質譜與飛行時間質譜聯用(LIT-TOF)，將兩者優點結合。IT-MS適合于分子結構的定性研究，能夠給出分子局部的結構信息，具有局部高分辨模式；定量能力低于四極桿質譜儀。離子阱質譜儀是便攜式質譜首選的技術方案，具有廣泛的環境適應性和較低的使用成本。生物醫藥領域占比約為53%，公共事業領域(含環境監測)占比約為32%，科學應用領域占比約為12%，工業過程分析領域占比約為4%。

(2)四級桿質譜儀(Quadrupole Mass Spectrometry，QMS)定量能力強，是多數檢測標準中采用的儀器設備，結構和電路簡單，體積小，具有較高的靈敏度，維護簡單，成本相對低廉，產品價格低。定性能力不足，質量分辨率較低，存在同位素和其他質荷比近似的離子干擾，分析速度慢，質量上限低。四極桿質譜儀由于技術結構和電路較為簡單，體積小，成本相對低廉，目前應用最為廣泛。生物醫藥領域占比約為35%，公共事業領域(含環境監測)占比約為21%，科學應用領域占比約為32%，工業過程分析領域占比約為12%。

(3)三重四級桿質譜儀(Triple Quadrupole Mass Spectrometry，QQQ-MS)是QMS的升級版，提供了串級功能，加強了質譜的定性能力，檢測標準中常作為QMS的確認檢測手段，另外還具有SRM、MRM、母離子掃描、中性丟失等功能，對特征基團的結構研究有很大幫助；分辨力不足，仍容易受m/z近似離子干擾。

(4)飛行時間質譜儀(Time Of Flight，TOF-MS)是速度最快的質譜儀，分析速度最快，分辨能力好，有助于定性和質荷比近似離子的區別，定性能力好，質量上限高。產品價格較四極桿質譜價格高，結構較精密，維護成本較高。飛行時間質譜儀不必采用高強電場或磁場，理論上對測定對象沒有質量范圍限制，擁有極快的響應速度以及較高的靈敏度，在快速檢測方面擁有較強的優勢。生物醫藥領域占比約為50%，公共事業領域(含環境監測)占比約為25%，科學應用領域占比約為20%，工業過程分析領域占比約為5%。

(5)離子回旋共振質譜儀：分辨率最高，定性能力好，靈敏度高，常作為高端科學研究的必備裝備，可以有不同的電離源聯用實現對不同極性的化合物進行檢測。體積重量大，售價極高，掃描速度較慢，維護成本極高。離子回旋共振質譜儀質量分辨率最高，價格昂貴，常作為高端科學研究的裝備，可對化合物同位素精細結構進行深入分析，獲得確認元素組成的詳細信息。

(6)磁質譜儀：定量能力最強，分辨率高，靈敏度高，在高精度同位素分析(核科學)中具有其他質譜儀難以超越的優越性。應用范圍較窄，售價較高，維護復雜，功率大，耗電量高。磁質譜儀應用范圍窄，技術難度大，集中于高端特殊領域，主要用于核磁共振、地質元素分析和宇宙射線研究等特殊領域。生物醫藥領域占比約為5%，公共事業領域(含環境監測)占比約為52%，科學應用領域占比約為37%

按進樣方式或電離方式分類

(1)ICP-MS：全稱電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)，將ICP的高溫電離特性與質譜儀的靈敏快速掃描相結合，可進行定量、半定量、定性分析同位素比測定，地質、環保、生物醫藥追蹤研究

(2)GD-MS：輝光放電質譜法，利用輝光放電源作為離子源與質譜儀器聯接進行質譜測定的分析方法，適用于無機固體材料，尤其是高純材料雜質成分分析

(3)LA-ICPMS：激光剝蝕-等離子體質譜儀，近20年來迅速發展起來的原位、微區、微量元素分析技術，適用于稀土元素、PGEs、同位素分析等

(4)GC-MS氣相色譜和質譜聯用，GC分離，MS檢測主要用于分析小分子、易揮發、熱穩定、能氣化的化合物

(5)LC-MS/MS：液相色譜-二級質譜，色譜分離后，將經過第一次質譜檢測的離子以某種方式碎裂后再進行質譜檢測，不揮發性化合物、極性化合物、熱不穩定化合物、大分子量化合物的分析測定

(6)PTR-TOF：質子轉移反應質譜，實時監測痕量揮發性有機物，與速度快的TOF質譜聯用，氣態樣品直接進樣，在線實時監測成千上百種揮發性有機物VOCs

在大氣環境監測領域，質譜儀可廣泛用于 VOCs、PM2.5 等污染物的在線實時監 測和來源解析，主要驅動力是環境保護政策

質譜技術在醫療領域主要應用于臨床檢驗，作為在醫療上支持診斷 的重要工具。從SDI報告中對質譜儀應用領域的統計，生物醫學領域（包括制藥、醫 療、生物科技及部分相關學術研究）是質譜最大的應用領域，約占總體的 40%-50%， 也是國外主要儀器企業所聚焦的方向。

另外，質譜技術還可廣泛應用于食品中有毒有害物質及非法添加物質分析、轉 基因食品檢測、食品安全快速檢測等領域。

Transparency Market Research 測算，2018-2026 年全球質譜儀市場的年均復合增長率將達到7.70%，2020年市場規模72億美元，對應約460億元。根據智研咨詢， 2012-2020 年國內質譜儀市場的年均復合增長率為 16.1%，快于全球增速。2020 年國內質譜儀市場規模約占全球的 30%。

(1)安捷倫：美國，分析實驗室技術領域的全球領導者，在質譜領域積累了40多年的專業經驗，產品主要有氣質聯用(GC/MS)系統和液質聯用(LC/MS)系統。

(2)賽默飛世爾：美國，產品線豐富，如LC-MS、GC-MS、ICP-MS等，其擁有專利離子阱質量分析器(俄羅斯科學家Makarov發明，后被賽默飛收購)，適合生物大分子(多肽、蛋白、未知物)的測定。

(3)梅里埃：法國，MALDI-TOFMS市場一直被生物梅里埃和布魯克兩家所占據，其開發的VITEKMS全自動微生物質譜檢測系統，利用MALDI-TOF技術可以在幾分鐘內實現對細菌準確到種水平的鑒定，包含15，000株菌株的數據庫和高級圖譜分類算法為臨床提供準確的診斷級報告

(4)SCIEX：美國，潛心尖端儀器、工作流程解決方案和支持創新40年，在串聯質譜領域處于領導地位。其液相色譜串聯質譜檢測系統已獲CFDA批準。

(5)島津：日本。著名的測試儀器、醫療器械及工業設備的制造廠商，近年來不斷加大質譜市場投入，連續推出四級桿飛行時間質譜LCMS-9030、高靈敏度三重四極桿型GCMS-TQ8050、電感耦合等離子質譜ICPMS-2030等多款UFMS系列質譜新品。與梅里埃開展戰略合作(島津提供儀器技術，梅里埃提供微生物菌種庫)。2018年，其高效液相色譜串聯質譜檢測系統獲得CFDA批準。

(6)WATERS：美國，液相色譜和質譜產品備受全球科學家青睞，進駐行業50余年，目前已成為分析儀器行業規模最大的公司之一。其3款超高效液相色譜串聯質譜系統均獲CFDA批準。

(7)布魯克:美國，全球領先的分析儀器公司之一，1992年推出第一臺商用MALDI-TOF 質譜儀。布魯克公司最新推出的MALDI-TOF and TOF/TOFMS質譜儀，是作為蛋白質深度分析的方法而建立的一款強大的串聯質譜，以其超高性能、穩定性和創新設計而享譽業界。2018年，其全自動生物質譜檢測系統IVD MALDI Biotyper System 獲得CFDA批準。

(8)Agena Bioscience:美國，專注于Mass ARRAY?DNA質譜遺傳分析系統及配套試劑的開發和生產。2014年6月，Mass ARRAY系統的初始型號(IMPAC TDx)通過了美國FDA510K認證，成為世界上首臺獲批用于臨床檢測的DNA質譜平臺。核酸質譜是SNP檢測的金標準，2014年4月FDA認可用質譜進行NGS驗證。Mass ARRAY?系統是一個基于質譜分析的平臺，高度靈敏且經濟高效，被廣泛應用于全球各地的不同領域中，例如實體瘤和液體活組織標本的癌癥分析、遺傳病檢測、藥物遺傳學、農業基因組學和臨床研究。

(1)天瑞儀器：天瑞儀器主要從事X射線熒光光譜儀、能量色散、波長色散系列產品的研發、生產和銷售，主要產品為EDXRF光譜儀、WDXRF光譜儀、原子光譜儀、分子光譜儀、質譜儀、色譜儀等。產品主要應用于環境保護與安全(電子、電氣、玩具等各類消費品行業、食品安全、空氣、土壕、水質污染檢測等)、工業生產質量控制(冶金、建材、石油、化工、貴金屬、醫療器械等)、礦產與資源(地質、采礦)、商品檢驗、質量檢驗、人體微量元素檢驗等領域。

(2)聚光科技：聚光科技的主營業務是研發、生產和銷售應用于環境監測、工業過程分析、實驗室儀器等領域的儀器儀表，主營業務類別主要有環境監測系統、環境修復及運維、咨詢服務、工業過程分析系統、實驗室分析儀器、水利水務智能化系統等。其質譜儀產品主要包括電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)、重金屬分析系統(ICP-MS)、便攜式氣相色譜-質譜聯用儀(便攜GC-MS)、大氣VOCs雙通道走航質譜分析系統(走航GC-MS)、環境空氣VOCs在綬質譜分析系統(在線GC-MS)、水中VOCs在線質譜分析系統(在線GC-MS)、三重四極桿串聯質譜

儀(LC-MS/MS)、氣相/液相色譜-三重四極桿質譜聯用儀(GCZLC-TQMS)、水中有機污染物在線分析系統(LC-MS/MS)等。

(3)鋼研納克：鋼研納克主要從事第三方檢測服務及檢測分析儀器的研發、生產和銷售，主要產品包括原子光譜儀、X射線熒光光譜儀、質譜儀、氣體元素分析儀等。產品主要應用于金屬材料檢測、環境監測、食品藥品檢測等應用領域。其質譜儀產品主要為PlasmaMS300電感耦合等高子體(ICP-MS)質譜儀。

(4)上海舜宇恒平科學儀器有限公司：主要從事各類科學儀器的研發、制造和銷售，多次承擔國家重大科學儀器專項及上海市科學儀器攻關項目，是上海質譜儀器工程技術研充中心和《質譜儀通用規范》的負責起草單位。其質譜儀產品主要為MSQ8100氣相色譜-質譜聯用儀。

(5)北京東西分析儀器有限公司:主要從事色譜、光譜、質譜、快速檢測儀器及相關配套產品的研發、生產和銷售，2007年推出國內首臺自主研發的商品化氣相色譜-質譜聯用儀GC-MS3100。其質譜儀產品主要包括氣相色譜-質譜聯用儀、等離子體飛行時間質譜儀等。

(6)北京普析通用儀器有限責任公司：主要從事光譜儀、色譜儀、質譜儀等科學分析儀器的研發、生產和銷售，其質譜儀產品主要為L600系列高效液相色譜-質譜聯用儀。

參考資料：

禾信儀器-環境醫療多產品布局質譜國產化空間大-211103（24頁）.pdf

聚光科技-公司深度報告：中國高端科研儀器領軍者質譜迎來爆發期-211108（24頁）.pdf

N禾信-“專精特新”小巨人做中國人的質譜儀器-210914（30頁）.pdf

萊伯泰科-首次覆蓋報告：世界級實驗分析儀器企業質譜儀促使公司進入發展新階段-20211123（38頁）.pdf

醫療器械行業：臨床質譜檢測，診斷領域中的另一個“基因測序”（22頁）.pdf