一、质谱技术简介
质谱是一种研究气相离子结构、性质及反应行为的科学。它不仅能够帮助人们探究化合物的结构,并能将混合物的组成部分进一步的定量。凭借其灵敏、快速、特异以及化学计量这四大特性,质谱技术被广泛的应用在化学、生物学、医学、药学、环境、物理、材料、能源等多种领域中。
质谱仪是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪按应用范围分为有机质谱仪、无机质谱仪和同位素质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态仪器和动态仪器。有机质谱仪的基本工作原理为以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化,形成各种质荷比(m/e)的离子,然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度,从而确定被测物质的分子量和结构。
有机质谱仪主要用于有机化合物的结构鉴定,它能提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。无机质谱仪是以电感耦合高频放电 (ICP)或其他的方式使被测物质离子化。同位素质谱仪采用同位素示踪分析法能精确测定元素的同位素比值。
质谱仪属于一种精密的分析仪器设备,其制造涉及机械超精加工、电气自动控制、分析软件编程以及设备设计集成等多种专业技术,不仅需要有强大的机械、电子工业基础,而且需要有理论研究基础深厚的科学仪器研制专家的设计指导,因此目前制造技术主要集中掌握在国际知名的几家科研仪器制造公司。
二、质谱行业的市场分析
根据 Persistence's Research Team 的研究报告,2012 年全球质谱技术市场容量为 31.747亿美元,2013 年全球质谱市场产值为 39 亿美元,预计到 2017 年将达到 48.4 亿美元。从2013 年到 2017 年,复合年增长率达到 8.8 %。而据一份 2016 年的国外市场调研报告显示,全球质谱市场 2015 年已经实现了 49.483 亿美元的产值,并将在 2020 年达到 72.79 亿美元的市场规模。
目前世界市场上,美国研制生产的质谱仪器约占 80%以上,日本约占 10%以上。在国内市场,进口质谱仪产品更是几乎垄断了市场。国内质谱仪生产厂商在市场夹缝中为自己的质谱产品寻找着空间。自 2006 年北京东西分析仪器有限公司推出商品化 GC-MS 3100 色谱-质谱联用仪产品开始,仅仅 5-6 年时间,国内数种质谱仪产品己实现了商品化,并开始小批量生产和销售。有效对科研成果进行产品转化,必将会推动质谱展业迅速发展。
同时,质谱仪器正逐渐向小型化方面发展。出现便携式质谱仪。伴随着小型质谱仪的生产,无论是国内还是国外都会有一个很大的市场。先前,质谱的分析工作大都需要专业人员在实验室操作,不仅价格十分昂贵,分析样品的程序也十分的复杂、所需时间比较长。如何将质谱仪做的更加便携、使用方便、价格又适宜普及将成为质谱学研究最核心的竞争点。
就地域而言,北美仍为质谱的最大市场,预计 2017 年依然维持这样的局面,尽管这一地区的增长率不如新兴地区如亚太,拉丁美洲和世界其他地区。而依赖于中国和印度,亚洲将成为全球质谱增长最快区域。全球主要的质谱供应商包括安捷伦科技、丹纳赫(AB SCIEX)、珀金埃尔默、赛默飞世尔、布鲁克、沃特世、日本岛津等。
1. 国内市场分析
中国在质谱方面发展迅速,由于质谱市场起步太晚,尽管中国质谱仪市场从 2003 年至今已经实现了十余倍的增长,市场占有率仍然不到世界质谱仪市场的一成,也不到中国分析仪器市场的一成。这一现象也从侧面说明了国产质谱潜力极大,随着我国不断加大对食品安全和环境监测等方面的投入,以及进出口贸易等领域检测需求的快速增加,使得质谱仪的需
求不断提升。与此同时,也让大家看到了国产质谱巨大的发展空间,因为国产质谱仪不仅在自身价格方面很有优势,而且由于质谱仪的调试维护需要密集的服务,国产仪器在维护服务成本方面要显著低于国外同类型产品,进而可以通过性价比高的服务打开市场。

由于质谱仪的生产制造工艺较为机密复杂,国产质谱大多是从零开始搞研发,相当不易, 自力更生固然是很好,想买技术可能也买不到,但时间和费用等方面的代价实在太大了。因此国内生产企业较为集中,市场集中度较高,属于寡头市场。
我国质谱行业想要获得发展,一定要扩大本来的优势。首先就是价格,虽然质谱仪的应用越来越广泛,正在逐渐成为主流分析仪器,但高昂的价格,始终还是质谱仪普及的最主要障碍之一。虽然分析检测要求的提高,采用质谱的标准和方法越来越多,使得业内人士普遍认为,质谱不但会出现新的用户,一些原本采用或计划采用色谱和光谱类仪器的用户也可能转而采用质谱。但现实却是,质谱仪的价格普遍远高于光谱和色谱类仪器,而且是至少数倍的差距,即使有着质谱仪的应用需求和意愿,但是普遍超过百万元甚至超过千万元的进口质谱仪对企业用户来说也是个负担。
同时,作为精密仪器,质谱仪的调试维护等需要密集的服务。国外知名仪器厂商的服务是不错的,但往往需要支付较高的费用,国产仪器在服务费用上很大优势。而且国内知名仪器厂商的服务很多都能做到召之即来,网点也多,在服务响应上的确还是有优势的。国产仪器在服务上的优势,可以抵消一部分进口仪器在质量上的优势,也可以争取一些用户体验上的优势。坚持或扩大在服务上的优势,会为国产质谱仪取得不少加分。
三、质谱产品分析
1. 气相质谱(GC/MS)
GC/MS 在中国市场是体量最大的一类质谱仪,广泛应用在环境监测、食品检验、石化等领域,近几年的销售额稳定在前三的位置。其中,Agilent 在 GC/MS 领域拥有绝对的领导地位,每年占据极高的市场份额,平均市场占有率高达 65%。2014 年 6 月,Agilent 推出 7010 三重四极杆 GC/MS 系统,将该类质谱仪的灵敏度首次提升到阿克级,对 GC/MS 产品的更新换代取得了巨大的进展。据该产品的介绍说明,灵敏度的大幅提升主要归功于全新的高效 EI 源——可以产生比目前 EI 源多 20 倍的离子,实现了对定量下限低一个数量级的优化。
截止目前 Agilent 共推出一款 GC/Q-TOF、两款三重四极杆 GC/MS 和一款单四极杆GC/MSD 仪器。GC/MS 也是我国厂商热衷的一块市场,生产厂家包括:东西、普析、天瑞、聚光(离子阱 GC-MS)等,目前单级四极杆 GC/MS 设备的技术普及度较高,售价已基本控制在较低的水平、利润较低,研究重心已移至三重四极杆 GC/MS 上。
2. 液相质谱(LC/MS)
三重四极杆 LC/MS 一直是各大厂商在质谱仪市场上的竞争热门,不管是制药、食品安全、临床还是蛋白质组学的定量分析,都要用三重四极杆。近几年,无论是全球市场还是国内市场,三重四极杆LC/MS 的销售额一直在前两位。
2014 年,Waters 发布新品 Xevo TQ-S micro 质谱仪。该质谱仪为“全球最小的超高性能串联四极杆质谱仪”。凭借全新的 Xtended Dynamic Range™技术,XevoTQ-S micro 质谱仪实现了可达到六个数量级的线性动态范围,对于各种分析物浓度差异较大的样品的化合物定量分析十分重要。
3. 其它产品
除了上述提到的 GC/MS 及 LC/MS 之外,还涌现了一批综合技术的质谱产品。如:完美结合三重四极杆技术与线性加速离子阱技术、同时满足定量与定性分析需求的 Qtrap 质谱仪,集成四极杆、Orbitrap 和线性离子阱三种质量分析器于一身的 Orbitrap Fusion Tribrid LC/MS 产品等。