质谱仪

质谱分析法主要是指利用对被测样品离子的质荷比的测定分析物质的组成与结构的分析方法。其主要的分析步骤是首先将样品离子化(带上电荷)，然后利用不同离子在电磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比(m/z)分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性、定量结果，是唯一可以确定分子量、确定分子式的方法，对化合物的结构鉴定至关重要。质谱仪是一类高端分析仪器，采用测量带电粒子质量的方法来对物质进行定性与定量分析。简单来说，质谱仪是“灵敏度极高的天平”，能够利用质谱分析获取到无机/有机与生物分子的分子量和分子结构，从而定量/定性分析多种复杂混合物的各种成分。质谱仪凭借高灵敏、高分辨、高通量等特性在各行各业有着广泛应用，如生命科学、半导体等领域。质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测器和记录系统组成，核心是离子质量分析器。

20世纪20年代：1912年英国物理学家Joseph John Thomson成功研制出世界上第一台质谱仪。质谱仪早期主要应用于测量原子质量、同位素相对丰度。

20世纪40年代：高分辨率质谱仪出现，质谱技术开始应用于有机化合物分析。

20世纪60年代：气相色谱-质谱联用仪出现，成为有机混合物分离分析的重要仪器。质谱技术促进天然有机化合物结构分析的发展。

20世纪80年代：出现了一系列的质谱新技术。John Fenn博士发明了电喷雾技术，Koichi Tanaka博士发明了软激光解吸技术，两人因此获得了2002年的诺贝尔化学奖。同时期还出现了：大气压化学电离源、液相色谱-质谱联用仪、感应耦合等离子体质谱仪等。这一系列新技术的出现，使得质谱更适合用于分析生物大分子聚合物，由此开拓了质谱技术在生物医学领域的应用。

质谱仪一般由以下部分组成：

1)进样系统—按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位；

2)离子源—用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束；

3)质量分析器—利用电磁场(包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等)的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离；

4)检测器—用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源(10-6～10-8mmHg)，离子化后由质量分析器分离再检测；计算机系统对仪器进行控制、采集和处理数据，并可将质谱图与数据库中的谱图进行比较。

5)数据系统：将检测器的信号转化为质谱图

根据《质谱仪通用规范》(标准号：GB/T33864-2017)，质谱仪根据核心部件质量分析器的不同，可以分为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、离子回旋共振质谱仪、磁质谱仪等类型。

(1)离子阱质谱仪(IonTrap Mass Spectrometry，IT-MS)是最简单的串联质谱，体积一般较小，重量轻，成本低廉，具备多级串级能力，可与其他的质谱联用，如线性离子阱质谱与飞行时间质谱联用(LIT-TOF)，将两者优点结合。IT-MS适合于分子结构的定性研究，能够给出分子局部的结构信息，具有局部高分辨模式；定量能力低于四极杆质谱仪。离子阱质谱仪是便携式质谱首选的技术方案，具有广泛的环境适应性和较低的使用成本。生物医药领域占比约为53%，公共事业领域(含环境监测)占比约为32%，科学应用领域占比约为12%，工业过程分析领域占比约为4%。

(2)四级杆质谱仪(Quadrupole Mass Spectrometry，QMS)定量能力强，是多数检测标准中采用的仪器设备，结构和电路简单，体积小，具有较高的灵敏度，维护简单，成本相对低廉，产品价格低。定性能力不足，质量分辨率较低，存在同位素和其他质荷比近似的离子干扰，分析速度慢，质量上限低。四极杆质谱仪由于技术结构和电路较为简单，体积小，成本相对低廉，目前应用最为广泛。生物医药领域占比约为35%，公共事业领域(含环境监测)占比约为21%，科学应用领域占比约为32%，工业过程分析领域占比约为12%。

(3)三重四级杆质谱仪(Triple Quadrupole Mass Spectrometry，QQQ-MS)是QMS的升级版，提供了串级功能，加强了质谱的定性能力，检测标准中常作为QMS的确认检测手段，另外还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失等功能，对特征基团的结构研究有很大帮助；分辨力不足，仍容易受m/z近似离子干扰。

(4)飞行时间质谱仪(Time Of Flight，TOF-MS)是速度最快的质谱仪，分析速度最快，分辨能力好，有助于定性和质荷比近似离子的区别，定性能力好，质量上限高。产品价格较四极杆质谱价格高，结构较精密，维护成本较高。飞行时间质谱仪不必采用高强电场或磁场，理论上对测定对象没有质量范围限制，拥有极快的响应速度以及较高的灵敏度，在快速检测方面拥有较强的优势。生物医药领域占比约为50%，公共事业领域(含环境监测)占比约为25%，科学应用领域占比约为20%，工业过程分析领域占比约为5%。

(5)离子回旋共振质谱仪：分辨率最高，定性能力好，灵敏度高，常作为高端科学研究的必备装备，可以有不同的电离源联用实现对不同极性的化合物进行检测。体积重量大，售价极高，扫描速度较慢，维护成本极高。离子回旋共振质谱仪质量分辨率最高，价格昂贵，常作为高端科学研究的装备，可对化合物同位素精细结构进行深入分析，获得确认元素组成的详细信息。

(6)磁质谱仪：定量能力最强，分辨率高，灵敏度高，在高精度同位素分析(核科学)中具有其他质谱仪难以超越的优越性。应用范围较窄，售价较高，维护复杂，功率大，耗电量高。磁质谱仪应用范围窄，技术难度大，集中于高端特殊领域，主要用于核磁共振、地质元素分析和宇宙射线研究等特殊领域。生物医药领域占比约为5%，公共事业领域(含环境监测)占比约为52%，科学应用领域占比约为37%

按进样方式或电离方式分类

(1)ICP-MS：全称电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)，将ICP的高温电离特性与质谱仪的灵敏快速扫描相结合，可进行定量、半定量、定性分析同位素比测定，地质、环保、生物医药追踪研究

(2)GD-MS：辉光放电质谱法，利用辉光放电源作为离子源与质谱仪器联接进行质谱测定的分析方法，适用于无机固体材料，尤其是高纯材料杂质成分分析

(3)LA-ICPMS：激光剥蚀-等离子体质谱仪，近20年来迅速发展起来的原位、微区、微量元素分析技术，适用于稀土元素、PGEs、同位素分析等

(4)GC-MS气相色谱和质谱联用，GC分离，MS检测主要用于分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物

(5)LC-MS/MS：液相色谱-二级质谱，色谱分离后，将经过第一次质谱检测的离子以某种方式碎裂后再进行质谱检测，不挥发性化合物、极性化合物、热不稳定化合物、大分子量化合物的分析测定

(6)PTR-TOF：质子转移反应质谱，实时监测痕量挥发性有机物，与速度快的TOF质谱联用，气态样品直接进样，在线实时监测成千上百种挥发性有机物VOCs

在大气环境监测领域，质谱仪可广泛用于 VOCs、PM2.5 等污染物的在线实时监 测和来源解析，主要驱动力是环境保护政策

质谱技术在医疗领域主要应用于临床检验，作为在医疗上支持诊断 的重要工具。从SDI报告中对质谱仪应用领域的统计，生物医学领域（包括制药、医 疗、生物科技及部分相关学术研究）是质谱最大的应用领域，约占总体的 40%-50%， 也是国外主要仪器企业所聚焦的方向。

另外，质谱技术还可广泛应用于食品中有毒有害物质及非法添加物质分析、转 基因食品检测、食品安全快速检测等领域。

Transparency Market Research 测算，2018-2026 年全球质谱仪市场的年均复合增长率将达到7.70%，2020年市场规模72亿美元，对应约460亿元。根据智研咨询， 2012-2020 年国内质谱仪市场的年均复合增长率为 16.1%，快于全球增速。2020 年国内质谱仪市场规模约占全球的 30%。

(1)安捷伦：美国，分析实验室技术领域的全球领导者，在质谱领域积累了40多年的专业经验，产品主要有气质联用(GC/MS)系统和液质联用(LC/MS)系统。

(2)赛默飞世尔：美国，产品线丰富，如LC-MS、GC-MS、ICP-MS等，其拥有专利离子阱质量分析器(俄罗斯科学家Makarov发明，后被赛默飞收购)，适合生物大分子(多肽、蛋白、未知物)的测定。

(3)梅里埃：法国，MALDI-TOFMS市场一直被生物梅里埃和布鲁克两家所占据，其开发的VITEKMS全自动微生物质谱检测系统，利用MALDI-TOF技术可以在几分钟内实现对细菌准确到种水平的鉴定，包含15，000株菌株的数据库和高级图谱分类算法为临床提供准确的诊断级报告

(4)SCIEX：美国，潜心尖端仪器、工作流程解决方案和支持创新40年，在串联质谱领域处于领导地位。其液相色谱串联质谱检测系统已获CFDA批准。

(5)岛津：日本。著名的测试仪器、医疗器械及工业设备的制造厂商，近年来不断加大质谱市场投入，连续推出四级杆飞行时间质谱LCMS-9030、高灵敏度三重四极杆型GCMS-TQ8050、电感耦合等离子质谱ICPMS-2030等多款UFMS系列质谱新品。与梅里埃开展战略合作(岛津提供仪器技术，梅里埃提供微生物菌种库)。2018年，其高效液相色谱串联质谱检测系统获得CFDA批准。

(6)WATERS：美国，液相色谱和质谱产品备受全球科学家青睐，进驻行业50余年，目前已成为分析仪器行业规模最大的公司之一。其3款超高效液相色谱串联质谱系统均获CFDA批准。

(7)布鲁克:美国，全球领先的分析仪器公司之一，1992年推出第一台商用MALDI-TOF 质谱仪。布鲁克公司最新推出的MALDI-TOF and TOF/TOFMS质谱仪，是作为蛋白质深度分析的方法而建立的一款强大的串联质谱，以其超高性能、稳定性和创新设计而享誉业界。2018年，其全自动生物质谱检测系统IVD MALDI Biotyper System 获得CFDA批准。

(8)Agena Bioscience:美国，专注于Mass ARRAY®DNA质谱遗传分析系统及配套试剂的开发和生产。2014年6月，Mass ARRAY系统的初始型号(IMPAC TDx)通过了美国FDA510K认证，成为世界上首台获批用于临床检测的DNA质谱平台。核酸质谱是SNP检测的金标准，2014年4月FDA认可用质谱进行NGS验证。Mass ARRAY®系统是一个基于质谱分析的平台，高度灵敏且经济高效，被广泛应用于全球各地的不同领域中，例如实体瘤和液体活组织标本的癌症分析、遗传病检测、药物遗传学、农业基因组学和临床研究。

(1)天瑞仪器：天瑞仪器主要从事X射线荧光光谱仪、能量色散、波长色散系列产品的研发、生产和销售，主要产品为EDXRF光谱仪、WDXRF光谱仪、原子光谱仪、分子光谱仪、质谱仪、色谱仪等。产品主要应用于环境保护与安全(电子、电气、玩具等各类消费品行业、食品安全、空气、土壕、水质污染检测等)、工业生产质量控制(冶金、建材、石油、化工、贵金属、医疗器械等)、矿产与资源(地质、采矿)、商品检验、质量检验、人体微量元素检验等领域。

(2)聚光科技：聚光科技的主营业务是研发、生产和销售应用于环境监测、工业过程分析、实验室仪器等领域的仪器仪表，主营业务类别主要有环境监测系统、环境修复及运维、咨询服务、工业过程分析系统、实验室分析仪器、水利水务智能化系统等。其质谱仪产品主要包括电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、重金属分析系统(ICP-MS)、便携式气相色谱-质谱联用仪(便携GC-MS)、大气VOCs双通道走航质谱分析系统(走航GC-MS)、环境空气VOCs在绶质谱分析系统(在线GC-MS)、水中VOCs在线质谱分析系统(在线GC-MS)、三重四极杆串联质谱

仪(LC-MS/MS)、气相/液相色谱-三重四极杆质谱联用仪(GCZLC-TQMS)、水中有机污染物在线分析系统(LC-MS/MS)等。

(3)钢研纳克：钢研纳克主要从事第三方检测服务及检测分析仪器的研发、生产和销售，主要产品包括原子光谱仪、X射线荧光光谱仪、质谱仪、气体元素分析仪等。产品主要应用于金属材料检测、环境监测、食品药品检测等应用领域。其质谱仪产品主要为PlasmaMS300电感耦合等高子体(ICP-MS)质谱仪。

(4)上海舜宇恒平科学仪器有限公司：主要从事各类科学仪器的研发、制造和销售，多次承担国家重大科学仪器专项及上海市科学仪器攻关项目，是上海质谱仪器工程技术研充中心和《质谱仪通用规范》的负责起草单位。其质谱仪产品主要为MSQ8100气相色谱-质谱联用仪。

(5)北京东西分析仪器有限公司:主要从事色谱、光谱、质谱、快速检测仪器及相关配套产品的研发、生产和销售，2007年推出国内首台自主研发的商品化气相色谱-质谱联用仪GC-MS3100。其质谱仪产品主要包括气相色谱-质谱联用仪、等离子体飞行时间质谱仪等。

(6)北京普析通用仪器有限责任公司：主要从事光谱仪、色谱仪、质谱仪等科学分析仪器的研发、生产和销售，其质谱仪产品主要为L600系列高效液相色谱-质谱联用仪。

参考资料：

禾信仪器-环境医疗多产品布局质谱国产化空间大-211103（24页）.pdf

聚光科技-公司深度报告：中国高端科研仪器领军者质谱迎来爆发期-211108（24页）.pdf

N禾信-“专精特新”小巨人做中国人的质谱仪器-210914（30页）.pdf

莱伯泰科-首次覆盖报告：世界级实验分析仪器企业质谱仪促使公司进入发展新阶段-20211123（38页）.pdf

医疗器械行业：临床质谱检测，诊断领域中的另一个“基因测序”（22页）.pdf