跨界中国质谱发展的新思路.docx

跨界中国质谱发展的新思路.docx

《跨界中国质谱发展的新思路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《跨界中国质谱发展的新思路.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

跨界中国质谱发展的新思路

跨界：

中国质谱发展的新思路

——禾信在线气溶胶飞行时间质谱仪中标记

2011年7月27日，中国科学院过程工程研究所科研仪器设备采购项目中标公告发布，令人特别振奋的一个消息是：

昆山禾信质谱技术有限公司，以320万元中标第6包气溶胶飞行时间质谱仪。

喜讯传来，分析测试百科网记者采访了禾信的董事长周振和研发人员。

昆山禾信质谱技术有限公司董事长周振博士

禾信中标的是个什么产品？

在线气溶胶质谱仪

名称叫做：

在线气溶胶质谱仪（SingleParticleAerosolMassSpectrometer，SPAMS），质谱分析器是飞行时间（TOF）。

如果单看质谱的指标，很多质谱专家估计要跳起来了，这算什么TOF指标？

周振（注：

禾信董事长，归国博士，掌握TOF核心技术），你不是号称“可以做出分辨率100-10000”的TOF质谱么？

这台TOF分辨率、质量范围、采集速度，没一样好啊！

SPAMS的TOF指标：

分辨率：

优于500FWHM；质量范围：

1~500amu；颗粒化学成分全成分检测速度：

最快5谱/秒......

目前进口的高端TOF，最高分辨率：

60,000FWHM，质量范围最高到20,000amu，采集速度：

最快达100谱/秒......

且慢，进口的高端TOF，能对单颗粒进行检测么？

比如：

BrukerDaltonics、ABSCIEX、Agilent、Shimadzu这些做TOF的公司，还有刚进入的PerkinElmer。

对，这些统统不行！

所以，SPAMS是一个跨界产品，一个用户愿意花钱买的产品。

SPAMS＝粒径测量＋质谱＋实时在线！

跨界领域的对手情况

那么，在线气溶胶质谱领域，禾信有没有其它的商业竞争对手？

据笔者了解，目前可以进行粒径和成分分析的商品化仪器有TSI公司的ATOFMS-3800，和美国Aerodyne公司的AMS，其中SPAMS与ATOFMS-3800的原理一样。

对比见下表：

SPAMS

ATOFMS-3800

AMS*

测定颗粒物粒径

200~2000nm，可根据需要调整至100~5000nm

3800-030型：

30~300nm

3800-100型：

100~3000nm

40~1000nm

分析物质

可完成化学成分检测、颗粒物分类、颗粒物粒径分布、颗粒物来源解析、正负离子同时检测、颗粒物化学成分的瞬时变化、颗粒物的混合状态等功能；其中化学成分包括水溶性阳离子、重金属元素、元素碳、有机碳、酸根离子、有机酸、有机胺、PAHs、左旋葡聚糖、尼古丁等。

只能分析熔点低于900℃气溶胶颗粒粒径及化学组分，如硫酸根、硝酸根、铵根、有机物等。

目前按照几大类对有机物进行定量分析，不能具体到单一物种；不能检测金属元素（铁、锌、铅、汞等），炭黑、核素。

质量范围（Da）

1~500，如果做生物气溶胶可达到2000

1~800

1~300

分辨率FWHM

500

500

300

离子化方式

266nm解析激光

266nm解析激光

EI源电离

质量分析器

Z型双极TOF

双极TOF

四极杆，单质量分析器

气体进样流量（mL/min）

标准75，可达100

100

85

软件

采集软件功能强大，可实时在线显示颗粒物浓度变化趋势并添加在线质谱库，采用汉化软件，方便中国用户。

后期数据处理繁琐

售价（RMB）

320万

>400万

300万起

在国内的服务

维护方便，价格便宜，使用成本低，耗材少。

85%以上配件国产，国内用户72小时现场维护。

国内无技术支持，安装和维护要国外工程师来。

国内无技术支持，安装和维护要国外工程师来。

重量

小于300kg

400kg以上

*注：

AMS另有一种基于高分辨TOF的，但测定的物质同样存在上述限制，且售价达550万。

由上表可知，SPAMS的所有性能相当或优于ATOFMS-3800；而使用在线的AMS，若完成同样的检测项目，仍要再购置在线黑碳仪、在线粒径分布测定仪，并配合离线的重金属测定仪器（如ICP-MS），数据统计和处理还会更繁琐。

除此之外，进口仪器不仅价格贵，外国工程师来安装培训要另收高额的费用，到货期长，今后的维护维修和费用都是问题。

禾信的SPAMS对中国用户最有吸引力的是：

到货时间有保障，将来的维护有保障，维护维修费用更低。

仪器的原理用途

这台仪器可以干什么？

最大的应用就是在线环境监测，包括大气里面气溶胶颗粒的成分、粒径、所包含的重金属等。

除此之外，还可以用于烟草、军工、医药等领域。

这次的买主中科院过程工程所，希望使用SPAMS来在线研究气溶胶的物理化学性质。

过程工程所用户先是打听了进口仪器的代理商，到货时间、维护、成本都有问题，而后来打听到的禾信，完全解决了他的问题。

据了解，国内已有几家著名单位采购了SPAMS，比如中科院广州地球化学研究所，用SPAMS做珠三角地区的环境监测及珠三角地区的大气研究；广东省环境监测站，做大气监测；复旦大学，世博会期间用SPAMS做上海的空气质量监测、污染物监测；在广州亚运会期间监测广东周边地区的空气质量。

在复旦大学、北京大学等单位以前购置的进口仪器进行比对后，事实证明SPAMS数据可靠、性能稳定、适合长期室外大气环境监测。

原理

利用空气动力学透镜作为颗粒物接口；利用双光束测径原理进行单颗粒气溶胶计数；激光电离，利用双极有网飞行时间质谱测定气溶胶颗粒的分子量，从而确定其化学成分；利用Art-2a方法进行颗粒物分类；实现了单颗粒气溶胶化学成分和粒径的同步检测。

（注：

其中用了两个飞行时间质量分析器）

在线功能的实现

仪器采样口直接连接采样管道，采样管道伸到外界大气环境中，以100ml/min的流速进入SPAMS，SPAMS每秒可检测10个颗粒物，并同时获得其正、负谱图信息和粒径信息；每五分钟获得一个有效的统计数据，同时包含该时间点检测到的总颗粒物数目、分类、粒径分布情况等；不必像离线采样那样，需通过采样膜长时间收集颗粒物（12或24小时），经过预处理之后再利用离子色谱、气质联用仪、液质联用仪等仪器进行颗粒物的成分测定。

市场和应用前景：

国际上当前先进的测试方法中国刚起步

测定大气气溶胶物理和化学性质的必要性

我们先来看看SPAMS的主要应用：

大气污染监测。

在所有的环境污染（大气、水、土壤等）中，对人类威胁最大的就是大气污染。

大气污染监测的目的在于识别大气中的污染物质，掌握其分布与扩散规律，监视大气污染源的排放和控制情况。

大气污染物一种是气溶胶状态的污染物，另一种是气体状态的污染物（相对容易测定），大气污染监测必检气溶胶。

气溶胶是指固体和液体悬浮在空气中形成的多相分散体系，其粒径范围从10nm~10um以上，化学组成非常复杂；气溶胶的来源广泛，并在空气中发生各种复杂的反应，导致单个颗粒之间的物理、化学性质相差很大。

而大气过程中的这种气溶胶反应非常迅速，导致气溶胶颗粒的物理化学性质发生变化。

研究表明，气溶胶对气候、环境、人类健康等方面有非常重要的影响，所以要研究它的物理和化学性质。

实时在线vs离线法：

一台SPAMS顶多台仪器测定更准确提高分析速度

以前研究气溶胶的物理化学性质，都是离线法来做。

下面来对比两种方法：

离线法：

通过采样膜长时间收集颗粒物（12或24小时），经过预处理之后再利用离子色谱、气质联用仪、液质联用仪等仪器进行颗粒物的成分测定。

离线法采样时间长，气溶胶样品在采集、储存、运输等过程中还会发生反应，所以不能还原大气的真实状况。

SPAMS在线法：

实时在线，完成化学成分检测、颗粒物分类、颗粒物粒径分布、颗粒物来源解析、正负离子同时检测、颗粒物化学成分的瞬时变化、颗粒物的混合状态等功能；其中化学成分包括水溶性阳离子、重金属元素、元素碳、有机碳、酸根离子、有机酸、有机胺、PAHs、左旋葡聚糖、尼古丁等。

另外，在实时在线分析气溶胶中重金属、矿尘、和黑炭方面，SPAMS是目前市场上唯一的解决方案。

1）重金属分析：

目前国际上通用的方法是离线分析，颗粒物经过消化之后利用原子吸收光谱法、电感耦合等离子-质谱法（ICP-MS）及电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）、原子荧光法、极谱法等离线方法进行质量浓度的测定，但每种方法多需要连续采集12小时以上才能检测到重金属。

这些方法不仅时间分辨率低，而且样品前处理步骤繁琐，分析费用高，以ICP-MS为例，每个样品分析费用1000元，以每四小时采集一个样品计，每天采集六个样品，仅分析费用就高达6000元。

对于粒径的测定可结合粒径谱仪进行在线分析，或者利用SEM和X射线进行离线分析，但SEM和X射线不具有统计意义；

2）水溶性离子分析：

目前国际上有离线和在线两种方法。

其中在线方法采用的仪器有aerodyen公司的AMS、瑞士万通公司的Marga和美国戴安公司的URG。

Marga和URG只能检测水溶性离子的质量浓度，每台仪器价格要200多万人民币，但也没法实现对水溶性离子粒径分布情况的测定，需借助粒径谱仪或其它仪器。

那家AMS可同时检测水溶性离子的浓度和粒径分布，但检测离子种类少，仅能检测NH4+，Cl-，SO42-，NO3-，且粒径范围仅能到1.0μm，且分辨率仅为300（四极杆）的就要300多万人民币，分辨率为2000（TOF式）的则价格更贵，要550万人民币。

3）黑炭气溶胶：

美国Magee公司的在线黑碳仪，只能对颗粒物中黑炭气溶胶的质量浓度进行在线分析，无法分析黑炭颗粒物粒径分布情况，仍需借助其他仪器。

以上所有测定，一台SPAMS全搞定！

实时、在线、真实反映大气中颗粒物的物理和化学性质。

事实上，查阅近两年的论文可以了解到，北京大学环境学院、复旦大学环境学院等国内著名的学者，正在从事大气中在线气溶胶物理和化学性质的研究，来探索气溶胶的迁移转化规律。

所以，在线气溶胶质谱仪未来的市场将非常广阔，据禾信研发人员估计，中国市场将至少有100套的需求量。

而且，在线气溶胶质谱仪还可用在烟草、国防安全、制药等行业……

禾信网址：

【记者观察】

禾信公司规模不大，几年前回国的周振是国内目前有名的、专注于质谱制造的研究人员。

用专注和执着来形容周振再合适不过。

回国后，他把几乎所有的时间都花在质谱相关的研发制造上，不管是在学校里科研授课，还是创办运营禾信公司，研发制造并把质谱产业化，是他唯一做的事。

大家平时见到的周振，跟其它的董事长和教授完全不同，好像没有见到他轻松的时刻。

用一般研究人员的眼光看来，周振似乎把自己已经逼到了没有退路。

因为凭他的学识，他可以发表更多研究级的文章，拓展更多的应用领域，争取更多的国家科研经费。

但是他只是一门心思要做出产业化、让用户真正能用起来的质谱。

国内做质谱研究制造产业化的，算下来也只有周振能这样“置之死地而后生”。

有理由相信，周振已经把所有TOF相关的应用领域和市场想了一溜遍，最后做出来的这些跨界产品都是“用户真正需要的、愿意花钱买的产品”。

事实上，2009年禾信和纳克公司已经联合推出基于TOF质谱的金属原位分析仪，不仅获得了当年的BCEIA金奖，还在钢铁领域得到了应用。

在有了技术，有了用户之后，希望周振的团队能快速地培育和打开这种跨界质谱的应用市场。

因为：

自己培育的市场，才更可能是自己的。

【多写一点感想：

中国质谱发展的困境】

先来看看背景：

国家支持7年、多家国内名企大笔投入的质谱项目，目前的产业化要么处于“正在进行时”，要么处于“客户不买账”的状态。

国家很多部门在呼吁用国产的仪器，但在到了客户那里时，归根结底买的不是“民族情结”而是性价比。

比如大家熟知的一个业内故事是，第一个生产出国产四极杆气质联用的东西分析仪器，到某公安部门投标一个十几台气质联用的项目，本想以“唤起客户的民族情结”以及“价格更优惠”来赢单，不料进口仪器投标价更低，而且显然其性能经多年验证、远比国产的可靠。

如果您是客户，您选哪家？

这一场出师之战，是建立在东西分析仪器已经投了上千万的基础上；它把当时很多国产质谱厂家的心都浇得有点儿冷（以至后来推出商品化仪器变得异常谨慎）。

虽然中国有人工便宜、场地便宜、政府支持等等优势，但是质谱核心的很多技术（比如四极杆的精密加工和装配等）绕不过去，自己做不了；而买进口的结果，就是整机成本比进口的还高！

要知道，这还是几十万人民币量级的初级产品。

放眼望去，质谱发展道路的前方还有各种应用于生物、药物、食品安全的高端质谱，每台售价几百万到上千万，那些研发几十年质谱技术的外企们正虎视眈眈，加紧研发和专利保护；并且有理由相信，他们手中已经掌握的，不仅仅是当下推出的产品，他们将一年一年慢慢地推出自己的储备型产品。

有些原来不生产高端质谱的跨国企业，也通过收购等各种方式来获取专利，并跻身质谱市场。

听闻中国厂家还试过和国外质谱工厂谈收购，最后铩羽而归；因为国外那些行业巨鳄们早已设立专门的收购部门，对只要拥有专利或新技术的公司，不管上不上市，一律来轮番跟你谈收购。

中国厂家去的时候，估计根本就入不了围。

所有这些，归因为近年来质谱技术发展得太快，并向各个领域快速渗透。

中国每年购置价值几十亿人民币的进口质谱，近年来还有越买越多的趋势；国际上质谱也被热捧，很多科学家预言并正努力着，争取在几年内让质谱技术广泛进入医院临床诊断领域，届时质谱的需求市场将会更快地增长。

前景如此美好，但目前的中国，按照国际质谱大鳄已经规定好的发展路线，初级产品还完全没有竞争力；将来更会遭遇各种质谱相关的专利大山、高精尖技术的壁垒，投入多少才可能赢利？

比拼速度？

有可能么？

剩下的唯一做法，只能呼吁国家政策干预。

但是质谱是痕量检测和科学研究的工具，这个工具能不能检出那些FDA/欧盟/日本规定的限量，决定着中国几千万家出口企业的命运；这个工具还决定着中国的科学家是不是可以发出高水平的文章！

即使，针对于国内检测的机构，有人建议国家可政策干预；还有人建议，国家给每个买国产质谱的单位，每买一台就补贴一些，不，干脆国家买单，直接“发放”给各个单位。

但风险是，既然进口的更好用，这些单位一定会再找经费花钱买进口的，国产质谱预期只好躺在那里睡大觉。

综上所述，在纯粹的质谱技术和质谱已经发展的应用市场上，近期，中国基本没可能建立竞争力。

技术是人家发明的、并发展了几十年，应用的市场也是人家培育和打开的。

中国人凭什么来争夺人家打开的市场？

技术不领先，成本不占优！

有的朋友们说，科学仪器，还是投资一些目前跨国外企还没发展成熟的领域吧，或许未来会增长。

不过这种预期有点像“撞大运”，据了解，跨国外企很多正在研究那些未发布的、面向未来十年的产品，就算“撞大运”，别人撞上的概率一定会比中国企业大吧。

所以，中国人不做质谱，显然是不可能的；除非发誓永远不做。

早一天做，也许就能早一天找到机会。

目前的关键是：

从哪里寻找突破口？

禾信刚给出了第一种答案。

谁来再给第二种答案？

而中国隐含的最可怕的现象是：

在自己的市场大部分还被外企霸占时，就自己打自己，直到打得完全没利润、打得更没有研发经费、打得把仪器的服务费都减掉了、打得降低仪器成本和性能、打得伤了用户、打得把最后的一点市场又拱手让给了外国企业。

衷心希望，中国的质谱产业界，千万不要再发生类似现象。

参考介绍：

在线气溶胶质谱仪（SingleParticleAerosolMassSpectrometer，SPAMS），融合了国际上气溶胶真空采集、粒径测量及质谱分析检测的最新技术，实现单颗粒气溶胶化学成分和粒径尺寸的同步检测，开拓了一个全新的气溶胶研究方向。

可广泛应用于环境监测、全球气候变化、烟雾箱模拟试验、国防军备、发动机排放、烟草行业、工业过程监测、气溶胶药物释放研究、吸入毒理学研究等多个领域，是功能强大而且精确的新型分析测试工具。

本仪器获国家863专项资金支持，入选“十一五”国家重大科技成就展。

功能包括：

•颗粒分类：

可以分别根据颗粒物质谱特征进行化学组成表征、颗粒物的空气动力学直径对颗粒物进行分类；也可以同时对颗粒的大小与颗粒化学成分组合进行分类；建立主要化学成分和颗粒粒径之间的对应关系；

•数浓度变化：

分析颗粒物数浓度随时间的变化；可以分别分析在检测范围内，不同颗粒直径范围的数浓度随时间变化；

•化学成分分析及随时间变化：

分析某种化学成分随时间的变化，根据其变化趋势可以准确反映出某一时间内发生的特殊变化；特别重要的是可实现颗粒物中重金属的实时在线分析，是目前不可替代的方法。

•源解析:

根据颗粒物的分类及时间变化，判断其可能的来源；

•颗粒物的演变过程及机理研究：

根据不同颗粒物随时间的演变趋势，推断可能的形成机理；

•揭示气溶胶的瞬时变化。

应用领域

∙环境监测：

污染物的在线监测、污染源解析、气溶胶在大气中的混合和转化、特殊污染天气监测及机理研究（灰霾形成机制、沙尘暴长程迁移等）、重金属的在线监测；

∙气候变化：

气溶胶浓度、粒径、光学特性对区域气候的影响；

∙国防军备：

化学战剂在线监测，核工业过程中放射性元素检测；

∙工业生产：

发动机排放测量、烟草行业中颗粒物分析；

∙医药领域：

气溶胶药物-释放研究、吸入毒理学研究。

仪器的稳定性、和长时间运行

1、仪器经过长时间运行的测试验证，包括散热、抗震、防尘等；

2、仪器自动控制系统完善，囊括仪器各部分，包括真空、电子、光学等，提供仪器状态监控、故障保护、报警、记录等；

3、部分功能需要定期校正。