目前高分辨質(zhì)譜的技術(shù)發(fā)展概況
業(yè)內(nèi)通常把分辨率在10000(FWHM)以上的質(zhì)譜稱為高分辨質(zhì)譜,主要包括雙聚焦磁質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、軌道阱質(zhì)譜及傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜。
用于高分辨質(zhì)譜的四種質(zhì)量分析器
①雙聚焦磁質(zhì)譜
同位素定量能力最準。正向雙聚焦磁質(zhì)譜最高分辨率可以達到40,000(FWHM),反向雙聚焦磁質(zhì)譜最高分辨率可達到100,000(FWHM)。
②飛行時間質(zhì)譜
檢測速度最快。隨著多次/圈離子反射技術(shù)的引入,飛行時間質(zhì)譜的最高分辨率已經(jīng)突破600,000(FWHM)。
③傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜
質(zhì)量測量精度最高。分辨率可達數(shù)百萬甚至更高,價格昂貴,同時傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜需要在液氦低溫環(huán)境中運行,液氦價格高昂,操作維護成本高。
④軌道阱質(zhì)譜
靜電場軌道阱是一種全新商品化的質(zhì)量分析器,最高分辨率可達1,000,000(FWHM),比FTICR稍遜一些,但無需復(fù)雜的冷卻裝置。
我國高分辨質(zhì)譜的應(yīng)用需求情況
月球研究、地質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、核工業(yè)、材料科學(xué)等領(lǐng)域?qū)Ω叻直尜|(zhì)譜的需求日益旺盛,并且還在不斷提出更多的新要求。
嫦娥五號月球樣品研究揭示月球演化奧秘
①月球研究
我國規(guī)劃2030年前建立國際月球科研站,需要把質(zhì)譜儀送到月球上探測地外生命,希望質(zhì)譜儀的分辨率更高、靈敏度更高、體積更小、質(zhì)量更輕。此外,月球樣品中元素含量與地球的不一樣,某些元素含量變高,干擾峰變強,希望二次離子質(zhì)譜的分辨率進一步提升。
②地質(zhì)礦產(chǎn)
地質(zhì)礦產(chǎn)中的伴生元素比較復(fù)雜,而且含量比較低,伴生元素及痕量元素的檢測特別需要高分辨質(zhì)譜。
③生命科學(xué)
目前生命科學(xué)研究已經(jīng)發(fā)展到了干細胞范疇,軌道阱質(zhì)譜也成為了蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)研究的必備利器,生命科學(xué)、藥物開發(fā)、臨床質(zhì)譜的未來發(fā)展,必然離不開高分辨質(zhì)譜。
④核工業(yè)
核工業(yè)必需的磁質(zhì)譜一直遭受國外禁運和技術(shù)封鎖,而核工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展急需發(fā)展自主高分辨磁質(zhì)譜。
⑤材料科學(xué)
“上天入地”科技的飛速發(fā)展,地礦、半導(dǎo)體、高溫合金等領(lǐng)域?qū)Σ牧霞儍舳鹊母呔葯z測需求增多,因材料基體比較復(fù)雜,某些痕量或超痕量元素的測量需要高分辨質(zhì)譜。
當(dāng)前高分辨質(zhì)譜的市場壟斷格局
近年來,我國質(zhì)譜儀器市場需求日漸旺盛,同時,多個國產(chǎn)質(zhì)譜機種實現(xiàn)了商品化,并有了小批量生產(chǎn)和銷售。然而,國產(chǎn)高端質(zhì)譜儀的發(fā)展仍處于起步期,特別是高技術(shù)含量的高分辨質(zhì)譜產(chǎn)品至今空白,國內(nèi)市場長期依賴進口。
2020年中國質(zhì)譜儀器市場需求情況
①全球最大質(zhì)譜市場在中國
我國是全球最大的質(zhì)譜市場,卻也是國產(chǎn)占比最低的分析儀器市場。2020年我國進口質(zhì)譜儀器13889臺/套,銷售總額約105億元,占比92%,國產(chǎn)質(zhì)譜銷售額僅占8%。
②磁質(zhì)譜受國外禁運嚴重
磁質(zhì)譜市場規(guī)模不大,但受國外禁運最為嚴重,就目前數(shù)據(jù)來看,國外禁運的80%高分辨質(zhì)譜都是磁質(zhì)譜。
③FTICR獨家供應(yīng)商:布魯克
傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FTICR MS)的最高售價超過1000萬,是目前最貴的高分辨質(zhì)譜,并且全球只有一家生產(chǎn)商——美國布魯克·道爾頓。
④賽默飛獨家專利:Orbitrap
靜電場軌道阱技術(shù)是美國賽默飛世爾的獨家專利,并推出了商品化的高分辨質(zhì)譜Orbitrap。目前Orbitrap幾乎成了軌道阱質(zhì)譜的代名詞,并對FTICR、TOF等高分辨質(zhì)譜產(chǎn)生了替代或刺激作用,市場存在一定壟斷態(tài)勢。
⑤二次離子質(zhì)譜開啟國產(chǎn)化之路
原來全球只有法國CAMECA和澳大利亞ASI生產(chǎn)大型二次離子質(zhì)譜。后來美國AMETEK收購了法國CAMECA,儀器售價從原來2000萬元漲到4500萬元,形成了技術(shù)壟斷。ASI是澳大利亞國立大學(xué)的校辦企業(yè),2018年劉敦一教授創(chuàng)辦的敦儀科技與澳大利亞國立大學(xué)及ASI簽署技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議,因此獲得部分核心技術(shù)。目前全球大型二次離子質(zhì)譜裝機量約50臺,今年我國預(yù)計安裝3-4臺,還有2-3臺在咨詢階段。