2024年11月16日上午，第九屆中國(guó)分析儀器學(xué)術(shù)大會(huì)（ACAIC 2024）——探索未來(lái)，下一代質(zhì)譜技術(shù)創(chuàng)新與突破論壇在廣東省深圳市登喜路國(guó)際大酒店召開，本次分論壇由廣東省麥思科學(xué)儀器創(chuàng)新研究院、寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院、暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院組織，廣州禾信儀器股份有限公司是本次論壇的支持單位。
論壇現(xiàn)場(chǎng)
寧波大學(xué)丁傳凡教授、廣州禾信儀器股份有限公司曹昶總監(jiān)為本場(chǎng)論壇分別致辭。
寧波大學(xué)丁傳凡教授致辭
廣州禾信儀器股份有限公司曹昶總監(jiān)致辭
質(zhì)譜技術(shù)，作為分析科學(xué)的關(guān)鍵支柱，正處于一個(gè)創(chuàng)新和突破的新時(shí)代，在化學(xué)、生物、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域具有不可替代的作用。隨著科技的進(jìn)步，我們也將面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，下一代的科學(xué)儀器必須更加靈敏、準(zhǔn)確、快速，同時(shí)還將兼?zhèn)洳僮鞯暮?jiǎn)便性和成本的可控性。新技術(shù)和新需求將有力推動(dòng)傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的革新，更將拓展全新的應(yīng)用前景。該論壇旨在提供一個(gè)多維度的交流平臺(tái)，探索質(zhì)譜技術(shù)的未來(lái)發(fā)展路徑，激發(fā)創(chuàng)新思維，促進(jìn)技術(shù)突破，共同開啟質(zhì)譜技術(shù)的新篇章。
本論壇精心組織8場(chǎng)報(bào)告，詳細(xì)介紹了質(zhì)譜技術(shù)在燃燒與能源、呼氣代謝組學(xué)、超高分辨質(zhì)量分析器、空間探測(cè)等領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用。
報(bào)告嘉賓：上海交通大學(xué) 周忠岳副教授
報(bào)告題目：《基于光電離質(zhì)譜的燃燒與能源研究》
燃燒仍是當(dāng)今世界的主要能源來(lái)源，超過(guò)80%的全球一次能源來(lái)自于化石燃料的燃燒，在工業(yè)、交通、國(guó)防等領(lǐng)域仍發(fā)揮不可替代的作用。真空紫外光電離質(zhì)譜技術(shù)已發(fā)展有20多年，其在燃燒機(jī)能源研究中有廣泛的應(yīng)用，可以測(cè)量火焰中H、O、OH等自由基及烯醇、過(guò)氧化物等活潑中間體，應(yīng)用于燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的發(fā)展。
針對(duì)燃燒或能源轉(zhuǎn)化過(guò)程中的均相或非均相多種過(guò)程，基于質(zhì)譜建立在線測(cè)量方法，一是基于同步輻射建立分子束質(zhì)譜技術(shù)，在此基礎(chǔ)上拓展了壓力和測(cè)量范圍；另外，針對(duì)非均相反應(yīng)，將光電質(zhì)譜結(jié)合進(jìn)來(lái)，進(jìn)一步結(jié)合高分辨質(zhì)譜提升壓力和測(cè)量范圍?？紤]下一代質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，在燃燒方面，以前同步輻射多是在理想條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際情況其實(shí)很復(fù)雜，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒是在高壓狀態(tài)下，需要設(shè)計(jì)不同裝置實(shí)現(xiàn)高壓取樣；針對(duì)燃燒變化快的問(wèn)題，需要提高時(shí)間分辨和靈敏度。對(duì)于液相反應(yīng)，如有機(jī)合成、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、煤液化等，需要高分辨質(zhì)譜，這些都給質(zhì)譜技術(shù)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
報(bào)告嘉賓：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所 何圣貴研究員
報(bào)告題目：《離子分子反應(yīng)質(zhì)譜研制與應(yīng)用》
離子分子反應(yīng)研究對(duì)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、實(shí)現(xiàn)痕量物種檢測(cè)等具有重要意義。質(zhì)譜是研究離子分子反應(yīng)的核心技術(shù)。何圣貴課題組在中科院項(xiàng)目支持下研制了可制備團(tuán)簇（如氧化物團(tuán)簇）并研究其與小分子反應(yīng)的儀器--納米尺寸團(tuán)簇質(zhì)量分析器。用飛行時(shí)間質(zhì)譜測(cè)量質(zhì)量，在質(zhì)譜的二級(jí)聚焦點(diǎn)讓團(tuán)簇與光相互作用，產(chǎn)生電子可測(cè)光電能譜，發(fā)生光反應(yīng)解離可測(cè)中性產(chǎn)物質(zhì)量。在設(shè)計(jì)中，使用大口徑離子光學(xué)系統(tǒng)解決了大質(zhì)量傳統(tǒng)機(jī)制豐度低的問(wèn)題，該儀器獲得領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可。
在高氣壓船閘式離子漏斗阱研制方面，對(duì)質(zhì)譜來(lái)說(shuō)在真空中實(shí)現(xiàn) 1000 帕有較大難度，因?yàn)橘|(zhì)譜分析器氣壓低，反應(yīng)區(qū)氣壓高的話會(huì)使離子損耗變大。此前離子分子反應(yīng)器氣壓低，離子從低壓區(qū)到高壓區(qū)再到低壓區(qū)的過(guò)程中離子易損失，提高氣壓離子可能都無(wú)法穿過(guò)。受到三峽船閘渡船方式的啟發(fā)，設(shè)計(jì)船閘式離子分子反應(yīng)器，離子在低壓（如 10 帕）注入，通過(guò)快速閥關(guān)門后注入脈沖氣體使氣壓達(dá) 1000 帕，反應(yīng)后釋放氣體再將離子從下游釋放，實(shí)現(xiàn)高氣壓反應(yīng)、低氣壓拋出和注入，整個(gè)過(guò)程脈沖式氣體用量少，對(duì)質(zhì)譜負(fù)載較小。
在大氣污染檢測(cè)中，空氣中活性自由基、含氧有機(jī)物等濃度低且隨光照變化，檢測(cè)靈敏度要求較高。該課題組利用質(zhì)譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于傳統(tǒng)商用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜的電子貼附電離方法，可對(duì)乙二醛、甲基氧醛等產(chǎn)生的負(fù)離子進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)線好于 100ppt且有實(shí)際的應(yīng)用潛力。
在離子分子反應(yīng)構(gòu)效關(guān)系研究方面，此前質(zhì)譜獲取數(shù)據(jù)量少，但通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)大量離子的反應(yīng)，可使儀器每天獲得較多數(shù)據(jù)，目前已獲得 6000 多個(gè)反應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)找到影響反應(yīng)的關(guān)鍵因素，建立模型預(yù)測(cè)反應(yīng)速率。后續(xù)還會(huì)加入更多的模型特征來(lái)獲得大量數(shù)據(jù)。
報(bào)告嘉賓：廣州禾信儀器股份有限公司 王斌高級(jí)工程師
報(bào)告題目：《高分辨大氣壓電離快檢質(zhì)譜的應(yīng)用探索》
質(zhì)譜儀器是測(cè)量物質(zhì)的關(guān)鍵工具，堪稱分析儀器的 “皇冠”，其結(jié)構(gòu)包括樣品引入、核心結(jié)構(gòu)（離子化、傳輸分辨分析、檢測(cè)和軟件分析）等部分，離子源對(duì)分析影響重大。大氣壓電離技術(shù)應(yīng)用廣泛，有快速、對(duì)樣品前處理要求低且能與多種質(zhì)量分析器聯(lián)用的特點(diǎn)，可分為電噴霧、低溫等離子體、激光電離三類。質(zhì)量分析器主流技術(shù)多樣，基于低溫等離子體大氣壓電離技術(shù)和高分辨飛行時(shí)間技術(shù)等，我們開發(fā)了快檢質(zhì)譜產(chǎn)品——快速篩查質(zhì)譜儀，它由熱輔助低溫等離子體源、全自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)、樣品前處理系統(tǒng)和軟件工作站等構(gòu)成，還有專用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，涵蓋 300 多種化合物（如農(nóng)藥殘留、毒品毒物）信息，支持本地?cái)U(kuò)展，產(chǎn)品具有流程簡(jiǎn)單、成本低、抗震可車載等特點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，該產(chǎn)品在食品安全農(nóng)殘快檢方面表現(xiàn)出色，可同次進(jìn)樣多次分析不同化合物，結(jié)合高分辨質(zhì)譜能快速給出精準(zhǔn)結(jié)果?；谵r(nóng)殘快檢流程開發(fā)的系統(tǒng)分析時(shí)間短，在 6000 批次樣品檢測(cè)中能有效篩查出陽(yáng)性樣品。此外，產(chǎn)品在毒品現(xiàn)場(chǎng)快檢、藥物非法添加成分和有效成分分析等方面也有廣泛應(yīng)用。
對(duì)于下一代分析儀器，在自主技術(shù)層面，高性能是永恒追求，該公司開發(fā)了國(guó)內(nèi)首款商用四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，在高分辨或超高分辨設(shè)備方面也有諸多成果。在應(yīng)用層面，我們致力于創(chuàng)新性集成和自動(dòng)化解決方案，包括快檢質(zhì)譜儀、水中有機(jī)物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也關(guān)注如羅氏臨床一體機(jī)系統(tǒng)這樣的質(zhì)譜集成和自動(dòng)化產(chǎn)品。
報(bào)告嘉賓：復(fù)旦大學(xué) 屠秉晟副教授
報(bào)告題目：《基于潘寧離子阱的質(zhì)譜分析技術(shù)》
潘寧離子阱是通過(guò)靜態(tài)電磁場(chǎng)囚禁帶電粒子進(jìn)而開展精密質(zhì)譜分析的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。近年來(lái)，潘寧阱的質(zhì)量(電荷質(zhì)量比)測(cè)量精度已經(jīng)可以達(dá)到10-11。在此基礎(chǔ)上，可以開展基本粒子質(zhì)量標(biāo)定、量子電動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)、正反物質(zhì)對(duì)稱性研究、搜索暗物質(zhì)等，是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。
質(zhì)譜的分辨率和質(zhì)量精度不同，分辨率高不意味著質(zhì)量精度高，掃描速度、動(dòng)態(tài)范圍、成本也是質(zhì)譜的重要指標(biāo)，不同類型質(zhì)譜各有優(yōu)劣，如四極桿質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜、磁質(zhì)譜。潘寧阱由漢斯·德默爾特教授研發(fā)，原理源于潘寧設(shè)計(jì)，用于囚禁帶電離子，其與離子阱、四極桿質(zhì)譜儀驅(qū)動(dòng)離子方式不同，通過(guò)靜磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)囚禁離子，離子在電磁場(chǎng)疊加場(chǎng)下有多種運(yùn)動(dòng)形式，可據(jù)此計(jì)算質(zhì)荷比。
潘寧阱與 FT - ICR 原理相同但應(yīng)用方向不同，不同研究領(lǐng)域?qū)|(zhì)量精度要求各異，潘寧阱是精度最高的質(zhì)量分析裝置，更關(guān)注單次測(cè)量精度，其精度高是因可單粒子測(cè)量，且在高精度潘寧阱中有低溫、高均勻磁場(chǎng)和高真空環(huán)境，避免了干擾。潘寧阱測(cè)量方法包括基于定向電荷測(cè)量，通過(guò)超導(dǎo)諧振器等處理信號(hào)，還有引出法和測(cè)相位法用于特殊情況的測(cè)量。儀器研發(fā)方面，22 年開始，因國(guó)外禁運(yùn)所以便開始國(guó)內(nèi)制作，已完成小型潘寧阱測(cè)試結(jié)構(gòu)，正合作制作高精度磁場(chǎng)體系及配套系統(tǒng)，2025 年上半年完成設(shè)備建設(shè)，多種關(guān)鍵部件是課題組自主研發(fā)制造。未來(lái)還將計(jì)劃做橫置型潘寧阱用于核科學(xué)實(shí)驗(yàn)和光譜質(zhì)譜聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。
報(bào)告嘉賓：暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院 李雪研究員/副處長(zhǎng)
報(bào)告題目：《高性能呼氣質(zhì)譜實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》
呼氣樣本具有基質(zhì)簡(jiǎn)單、采樣無(wú)創(chuàng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，但受分析技術(shù)所限，呼氣代謝組學(xué)相比血、尿代謝組學(xué)仍在起步階段，極大限制了呼氣樣本的實(shí)際應(yīng)用。李雪研究員課題組十余年聚焦二次電噴霧電離技術(shù)，突破了“氣動(dòng)-電動(dòng)”力學(xué)復(fù)合聚焦進(jìn)樣及高效離子化技術(shù)、高壓微弱電噴霧電流信號(hào)高精度采樣技術(shù)、高精度硅烷化鍍膜金屬表面惰性處理工藝等關(guān)鍵技術(shù)與工藝，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、低背景噪音的呼氣質(zhì)譜離子源。通過(guò)與暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院、中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院、巴塞爾大學(xué)附屬兒童醫(yī)院等國(guó)內(nèi)外高水平醫(yī)院合作，開展疾病無(wú)創(chuàng)診斷、治療藥物無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)的概念驗(yàn)證研究；通過(guò)蘇炳添速度研究與訓(xùn)練中心合作，開展訓(xùn)練、康復(fù)等過(guò)程呼氣生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、違禁藥物監(jiān)測(cè)等轉(zhuǎn)化研究。
報(bào)告嘉賓：廣東省麥思科學(xué)儀器創(chuàng)新研究院 李磊副院長(zhǎng)
報(bào)告題目：《超高分辨質(zhì)量分析儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展》
超高分辨質(zhì)譜儀是精確測(cè)定分子和離子質(zhì)量的關(guān)鍵工具，在科研和工業(yè)中至關(guān)重要。2022年全球超高分辨質(zhì)譜市場(chǎng)規(guī)模約58.3億元，占全球質(zhì)譜市場(chǎng)的14.6%，比20219年提升1.5%；2023年中國(guó)超高分辨質(zhì)譜市場(chǎng)規(guī)模14.3億元，比2020年翻番，占整體市場(chǎng)的份額從2020年的8.6%提升至12%。超高分辨質(zhì)譜市場(chǎng)規(guī)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)增速更快。
主流的超高分辨質(zhì)量分析器技術(shù)主要有傅里葉變換質(zhì)譜（FT-MS）和多次反射飛行時(shí)間質(zhì)譜（MR-TOFMS）。FT-MS儀器已有多款商業(yè)化產(chǎn)品，特別是賽默飛的軌道阱超高分辨質(zhì)譜儀在全世界范圍廣泛應(yīng)用。但FT-MS的整體分析速度較慢，難以滿足一些超快速檢測(cè)的應(yīng)用需求。MR-TOFMS具備快速分析能力，但離子容量普遍較低。近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，更高水平的FT-MS和MR-TOFMS產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，促進(jìn)了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。麥思研究院專注于高端質(zhì)譜儀研發(fā)，已研制出基質(zhì)輔助激光解吸電離靜電離子阱質(zhì)譜儀（MADLI-HHT）和大氣壓電離多次反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（API-MRTOF），實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)高端質(zhì)譜技術(shù)新突破。
報(bào)告嘉賓：衡昇質(zhì)譜（北京）儀器有限公司市場(chǎng)總監(jiān) 馮旭
報(bào)告題目：《開啟創(chuàng)新引擎，從消解到ICPMS的全自動(dòng)元素分析系統(tǒng)》
在實(shí)驗(yàn)室元素分析領(lǐng)域，衡昇質(zhì)譜的iQuad 2300P全自動(dòng)元素分析系統(tǒng)自動(dòng)化程度達(dá)到了新的高度，改變了元素分析的整個(gè)工作流程，實(shí)現(xiàn)了全流程控制，全自動(dòng)分析。通過(guò)緊湊一體化的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)員僅需稱樣，iQuad 2300P即可完成樣品從消解到ICP-MS進(jìn)樣分析的全流程自動(dòng)化分析。包括樣品加酸、混勻，加蓋、微波消解、降溫、開蓋、定容樣品，以及自動(dòng)進(jìn)行ICP-MS分析。無(wú)論是通量還是自動(dòng)化程度，都邁了一大步。解決了傳統(tǒng)元素分析高污染的風(fēng)險(xiǎn)，避免了人為誤差，提升了檢測(cè)效率。
報(bào)告嘉賓：中國(guó)航天科技集團(tuán)航天五院 任正宜高級(jí)工程師
報(bào)告題目：《空間探測(cè)質(zhì)譜計(jì)及應(yīng)用》
質(zhì)譜計(jì)是用于直接獲取物質(zhì)成分信息的儀器，各形態(tài)樣品利用不同原理的電離方式形成帶電離子，之后借助不同類型的質(zhì)量分析器，按照質(zhì)荷比的不同區(qū)分不同的離子，從而得到被測(cè)樣品的成分信息。
近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)譜計(jì)在小型化、環(huán)境適應(yīng)性、性能指標(biāo)三個(gè)方面取得了突破，使得質(zhì)譜計(jì)實(shí)現(xiàn)了空間應(yīng)用。自20世紀(jì)50年代末，質(zhì)譜計(jì)首次應(yīng)用到空間探測(cè)任務(wù)中以來(lái)，質(zhì)譜計(jì)在空間探測(cè)工程中得到了廣泛應(yīng)用，尤其在深空探測(cè)任務(wù)中成為不可或缺的科學(xué)載荷。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)在“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器、“羅塞塔”彗星探測(cè)器上得到應(yīng)用。其中，憑借雙聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)高同位素分辨本領(lǐng)，羅塞塔測(cè)量出67P彗星上水中的D/H比是地球上水D/H比的兩倍，表明地球上的水主要來(lái)源不是木星族彗星。搭載在美國(guó)好奇號(hào)探測(cè)器上的雙曲面型四極桿檢測(cè)到火星上有復(fù)雜有機(jī)化合物；美國(guó)月球大氣月塵環(huán)境探測(cè)器上的四極桿質(zhì)譜計(jì)在月球大氣中檢測(cè)到質(zhì)量數(shù)為12和28的物質(zhì)。離子阱質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)也在空間探測(cè)中發(fā)揮作用。
未來(lái)兩年，美國(guó)和俄羅斯還將計(jì)劃采用質(zhì)譜計(jì)對(duì)月球水冰及資源分布開展探測(cè)。而截止目前，我國(guó)應(yīng)用于空間探測(cè)的質(zhì)譜計(jì)只有科學(xué)院空間中心研制的四極質(zhì)譜計(jì)和510所研制的小型磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)。510所自1964年研制了我國(guó)第一臺(tái)高靈敏磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜檢漏儀以來(lái)，對(duì)質(zhì)譜計(jì)的研發(fā)從未停止。2012年研制完成小型磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了空間探測(cè)，2021年完成了CE-7水分子分析儀立項(xiàng)，2024年完成正樣件的研制及交付。
MEMS技術(shù)、質(zhì)譜聯(lián)用儀器開發(fā)將是空間質(zhì)譜計(jì)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。小型化是航天產(chǎn)品永恒的主題，使用MEMS技術(shù)可以對(duì)質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行大幅小型化，但這項(xiàng)工作現(xiàn)階段主要集中在高校和研究機(jī)構(gòu)，還沒有工業(yè)品。色譜-質(zhì)譜、光譜-質(zhì)譜、質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用已在空間探測(cè)中廣泛應(yīng)用，但通常是兩臺(tái)儀器獨(dú)立工作，為了小型化需求，質(zhì)譜聯(lián)用儀器開發(fā)是未來(lái)空間探測(cè)載荷研發(fā)的趨勢(shì)。
