目前高分辨質譜的技術發(fā)展概況
業(yè)內通常把分辨率在10000(FWHM)以上的質譜稱為高分辨質譜,主要包括雙聚焦磁質譜、飛行時間質譜、軌道阱質譜及傅里葉變換離子回旋共振質譜。
用于高分辨質譜的四種質量分析器
①雙聚焦磁質譜
同位素定量能力最準。正向雙聚焦磁質譜最高分辨率可以達到40,000(FWHM),反向雙聚焦磁質譜最高分辨率可達到100,000(FWHM)。
②飛行時間質譜
檢測速度最快。隨著多次/圈離子反射技術的引入,飛行時間質譜的最高分辨率已經突破600,000(FWHM)。
③傅里葉變換離子回旋共振質譜
質量測量精度最高。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軌道阱質譜
靜電場軌道阱是一種全新商品化的質量分析器,最高分辨率可達1,000,000(FWHM),比FTICR稍遜一些,但無需復雜的冷卻裝置。
我國高分辨質譜的應用需求情況
月球研究、地質科學、生命科學、核工業(yè)、材料科學等領域對高分辨質譜的需求日益旺盛,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,需要把質譜儀送到月球上探測地外生命,希望質譜儀的分辨率更高、靈敏度更高、體積更小、質量更輕。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,希望二次離子質譜的分辨率進一步提升。
②地質礦產
地質礦產中的伴生元素比較復雜,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譜。
③生命科學
目前生命科學研究已經發(fā)展到了干細胞范疇,軌道阱質譜也成為了蛋白質組學、代謝組學、脂質組學研究的必備利器,生命科學、藥物開發(fā)、臨床質譜的未來發(fā)展,必然離不開高分辨質譜。
④核工業(yè)
核工業(yè)必需的磁質譜一直遭受國外禁運和技術封鎖,而核工業(yè)的高質量發(fā)展急需發(fā)展自主高分辨磁質譜。
⑤材料科學
“上天入地”科技的飛速發(fā)展,地礦、半導體、高溫合金等領域對材料純凈度的高精度檢測需求增多,因材料基體比較復雜,某些痕量或超痕量元素的測量需要高分辨質譜。
當前高分辨質譜的市場壟斷格局
近年來,我國質譜儀器市場需求日漸旺盛,同時,多個國產質譜機種實現(xiàn)了商品化,并有了小批量生產和銷售。然而,國產高端質譜儀的發(fā)展仍處于起步期,特別是高技術含量的高分辨質譜產品至今空白,國內市場長期依賴進口。
2020年中國質譜儀器市場需求情況
①全球最大質譜市場在中國
我國是全球最大的質譜市場,卻也是國產占比最低的分析儀器市場。2020年我國進口質譜儀器13889臺/套,銷售總額約105億元,占比92%,國產質譜銷售額僅占8%。
②磁質譜受國外禁運嚴重
磁質譜市場規(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%高分辨質譜都是磁質譜。
③FTICR獨家供應商:布魯克
傅里葉變換離子回旋共振質譜(FTICR MS)的最高售價超過1000萬,是目前最貴的高分辨質譜,并且全球只有一家生產商——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譜Orbitrap。目前Orbitrap幾乎成了軌道阱質譜的代名詞,并對FTICR、TOF等高分辨質譜產生了替代或刺激作用,市場存在一定壟斷態(tài)勢。
⑤二次離子質譜開啟國產化之路
原來全球只有法國CAMECA和澳大利亞ASI生產大型二次離子質譜。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,形成了技術壟斷。ASI是澳大利亞國立大學的校辦企業(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及ASI簽署技術轉讓協(xié)議,因此獲得部分核心技術。目前全球大型二次離子質譜裝機量約50臺,今年我國預計安裝3-4臺,還有2-3臺在咨詢階段。