質譜江湖風云錄之門派篇：主要廠商及特色產品（中）

　　 【導語】上回我們提到了質譜江湖中Agilent及Sciex兩大廠商，今期我們就來聊聊握有Orbitrap利器的Thermo Fisher及色譜大牛Waters的那些故事。　　

賽默飛：Orbitrap是明星，擁有數不清的質譜品類

　　 說到質譜商界歷史，最早要追溯到全球三大專業質譜公司：英國質譜公司VG、美國質譜公司Finnigan和德國質譜公司MAT。后兩家先被Thermo收購（Thermo吞并Fisher后就成了今天的賽默飛），第一家被Thermo收購到一半時被啟動了反壟斷法，VG的后一半人間飄落了一陣后演變成Micromass，后被Waters收購。

　　所以，說到質譜的專業性，不管是昨天、今天還是明天，賽默飛的確是根紅苗正。

　　首先，德國MAT工廠的產品是最早打動中國客戶的，因為它有一系列的高分辨磁質譜和同位素質譜，對于中國最早開展質譜分析的地質、礦產和核工業部門來說，MAT工廠提供了專家們所需要的各種產品。后來，質譜的應用從無機大幅擴展到有機和生物領域，了解MAT工廠無機同位素產品的只是一些質譜專家。但賽默飛的Orbitrap、磁質譜都是在德國制造的，不斷證明了MAT工廠在高端質譜領域的精深造詣。

　　其次，賽默飛掌握了離子阱技術的幾乎所有精髓。大家知道，1985年，質譜界的離子阱技術獲得了Nobel獎。離子阱的奧妙在于：它充分體現了“人定勝天”的思想，科學家們通過操控一個能被置于手掌心的小巧分析器，就能變化出各種工作狀態，比如需要獲得結構剖析的MSn多級質譜，非離子阱莫屬。而離子阱由于有儲存能力，在定性需要的全掃描靈敏度上，也遠高于四極桿質譜。賽默飛后來提供了氣質離子阱、液質離子阱等一系列產品，在ESI源成功商品化，尤其是需要大規模定性的蛋白質組學興起后，LCQ液質離子阱一度風靡全球。最新的技術是2003年后出現的線性離子阱LTQ系列。不過離子阱的市場目前已經萎縮了，因為其倚仗的組學市場已經走向高分辨和定量。

　　2005年出現的Orbitrap技術目前風頭正勁，它的意義不僅是提供了一種全新的“理想”質量分析器，為科學家提供了新的探索可能，而且Orbitrap維持的高售價體系，把所有質譜廠商的熱情也調動了起來。這些競爭者為已經有多年技術停滯的Q-TOF技術注入了新的活力，可以說，Orbitrap的出現直接刺激了Q-TOF技術的進化，為高端質譜打開了廣闊的市場。Orbitrap出現前，實驗室花50萬美元以上買一臺液質聯用的概率很小，而在Orbitrap出現后，這種現象層出不窮。所以，從這個角度來說，所有質譜生產廠家，需要感謝Orbitrap。不過，2011年后，等市場養大了養肥了，賽默飛突然“殺”出了Q-Exactive，著實給玩兒得興起的Q-TOF廠家一記重錘。現在賽默飛一家大力宣講今后都用Q-Exactive來做定量，但只有它一家玩兒的市場能有多大呢？

　　正所謂“成也蕭何，敗也蕭何”，賽默飛內部太重視那些獨創性的技術，在競爭充分的市場上，從未拿到過“前兩位”，比如：單四極桿/串聯四極桿氣質，單四極桿/串聯四極桿液質，這些定量的市場，比定性市場大得多，賽默飛常把原因歸咎于“氣相液相沒做好”，其實內部的不重視是最重要的原因。

　　如果賽默飛專門組建一支從研發到營銷的獨立團隊，只做GC、LC、四極桿類GC-MS、GC-MS/MS、LC-MS和LC-MS/MS，或許局面會好得多。因為以業績來考核，人們只愿意做那些好做的事情，諸如Orbitrap、離子色譜這樣好經營的產品在手上，團隊的人怎么會悉心經營那些競爭激烈的產品？也許，資源永遠是有限的，對創新和更高技術的追求是賽默飛的文化，對有些市場可能只能拱手相讓。

　　賽默飛受技術太多所累，也曾放棄過很多產品，比如賽默飛很早推出過MALDI-TOF，也曾推出過FTICR。如果賽默飛哪天決定把內部一直不重視的GC-MS生產線賣了，中國的廠家們一定要想辦法接住。

　　（1）Orbitrap系列產品，目前最熱的是Q-Exactive

　　在本網訪問Orbitrap發明人Makarov的文章“Orbitrap的過去、現在和未來”中，對Orbitrap技術有詳細的描述。2005~2013年的8年來，Orbitrap幾乎年年有新產品、新技術推出。下圖時間軸左側是新技術，右側是商品化的里程碑。幾項突破性的技術分別為：僅使用Orbitrap單分析器的Exactive、串聯了四極桿的Q-Exactive，ETD/ECD/HCD多種裂解技術、雙壓阱、S-lens、增強傅里葉變換性能的高場Orbitrap Elite和三合一的Orbitrap Fusion。2014年，賽默飛把Q-Exactive分化成了Q-Exactive HF和Q-Exactive Focus兩種型號。今年，賽默飛將迎來Orbitrap推出后的第10個年頭，Orbitrap的第一個專利保護期也將到期。如果有更多的廠家進入Orbitrap的市場，Orbitrap的品類有可能更大更強。

2005-2013年賽默飛在Orbitrap上的創新圖

　　目前Orbitrap的產品線包括：LTQ Orbitrap XL（最高分辨率為6萬）、Orbitrap Velos Pro（最高分辨率為10萬）、Orbitrap Elite（最高分辨率為24萬）、Orbitrap Fusion（最高分辨率為45萬）、Exactive Plus和Exactive Plus EMR（最高分辨率為14萬）、Q Exactive HF（最高分辨率為24萬）和Q Exactive Focus（最高分辨率為7萬）。

　　2014賽默飛推出的Q Exactive HF和Q Exactive Focus LC/MS系統

　　賽默飛Orbitrap Fusion Tribrid 三合一質譜儀

　　（2）離子阱系列液質聯用儀：以MSn、穩定易用著稱的定性質譜

　　 離子阱原是賽默飛的看家本領，LCQ是最經典的離子阱質譜，在鼎盛時期，每年的銷售高達數千套。從傳統三維離子阱來說，賽默飛最后的一款“收官之作”是LCQ Fleet，已經集成了傳統三維離子阱可以具有的所有優勢性能：多級質譜，比較高的靈敏度，極其穩定的性能，適用于一般的定性定量。如果一個實驗室購買第一臺質譜，買臺簡單的離子阱是不錯的，穩定可靠，簡單易用，對操作者的要求很少。2003年后，賽默飛推出新一代線性離子阱LTQ系列，目前的型號有LTQ XL和LTQ Velos Pro，后者是雙壓的線性離子阱，具有更多的工作模式。在蛋白質組學要求高通量“發現”的時代，LTQ占盡了風頭，因為它靈敏度高、穩定可靠、可同多維納/微升色譜無縫地銜接，高通量的工作，在獲取大量數據為先的時代，是最優秀的質譜儀。但后來，隨著蛋白質組學追求更準確的標志物、定量、翻譯后修飾等新的方向，僅有LTQ顯得力不從心，LTQ Orbitrap、串聯四極桿等是更好的選擇。

　　（3）TSQ 系列三重四極桿液質聯用儀

　　 1980年，賽默飛就已經推出了業界首款商品化的三重四極桿質譜儀TSQ。歷經多代發展，2013年推出的最新型號為TSQ Quantiva和TSQ Endura三重四極桿液質聯用儀。除了高靈敏度和極佳的定量分析性能，賽默飛的三重四極桿液質聯用儀的一大賣點是：具有業界較高的分辨率（Quantiva最高為0.2 FWHM；Endura最高為0.4 FWHM），而Endura的m/z范圍可到3400 Da。總體來看，這兩款最新TSQ的指標都非常高，比如TSQ Quantiva的靈敏度高達1pg利血平信噪比為100,000:1（TSQ Endura為10,000:1）。另外還有兩款早期的產品：TSQ Quantum Ultra和TSQ Quantum Access MAX。但四極桿具有“高分辨”的性能有悖大多數人的長期認知，在三重四極桿已經形成的大量定量方法中，“高分辨”也顯得不是用戶需要的性能，而只是賽默飛自己強調的一個賣點而已。所以，TSQ并不是定位非常成功的三重四極桿產品。安捷倫、島津等推出三重四極桿后，它的市場占有率在已被擠出前三位。

　　賽默飛TSQ Quantiva三重四極桿質譜儀

　　 （4）ISQ和ITQ氣質聯用儀，以及MSQ液質聯用儀

　　 賽默飛從不缺質譜，ISQ是單四極桿GC-MS，ITQ是離子阱GC-MSn，MSQ plus是單四極桿LC-MS。幾款儀器性能指標都很高，也有一些賣點，比如在更換氣質聯用的離子源方面，ISQ、ITQ都可以不停真空，利用真空鎖裝置快速更換離子源。但賽默飛本身不重視這種“小儀器”。另外，在標準化、大量應用的市場上，賽默飛的產品缺乏明確的定位。強調指標好，在競爭激烈的市場上沒有用。比如靈敏度，目前的狀態下，用戶根本無法分清誰家的靈敏度更高；真空鎖定裝置，并不是用戶需要的核心要求。而安捷倫初始定位自己是易于使用的GC-MSD（氣相的質譜檢測器），現在再定位自己是全球賣得最多的氣質聯用儀，是誰都能聽懂的定位。既然大家都爭著說靈敏度，用戶已無從分辨，島津就定位自己是“超快”的質譜，而“快”是用戶需要的核心性能，島津就能成功地在競爭激烈的市場上占據優勢地位。至于離子阱GC-MSn，由于缺乏競爭，也沒有和標準部門好好合作形成標準，所以現在基本不能形成一個市場。MSQ plus就更是乏善可陳，賽默飛也多年沒有更新了。

　　 （5）TSQ 8000 EVO三重四極桿氣質聯用儀

　　賽默飛幾乎是最早推出三重四極桿氣質聯用儀的，2005年就推出了TSQ Quantum GC，目前最新款是TSQ 8000 EVO。在競爭稀少的市場上，曾經取得過不錯的戰績，尤其是當TSQ 8000推出時，體積做得非常小。結合了T-SRM技術可以快速建立定量方法，靈敏度已達到100 fg八氟萘的SRM信噪比優于12,000:1。但當安捷倫、島津、布魯克都開始進入這個市場時，賽默飛的TSQ 8000 EVO將會面臨更大的挑戰。尤其是安捷倫提出了IDL（檢出限），并達到0.5 fg的驗收指標后，賽默飛是否跟隨還是個未知數。

賽默飛TSQ 8000 EVO 三重四極桿GC-MS/MS

　　（6）iCAP? Q 四極桿ICP-MS和高分辨ICP-MS

　　賽默飛1981年發明ICP-MS，1984年推出全球第一臺商品化ICP-MS，目前的ICP-MS分兩種，四極桿的最新型號為2012年推出的iCAP Q，高分辨磁式包括ELEMENT2、ELEMENT XR單接收ICP-MS以及NEPTUNE Plus多接收等離子質譜儀。

　　iCAP Q的特點是：獨家采用立式結構，是體積最小的ICP-MS。在降低干擾方面，在離子傳輸部分，采用RAPID透鏡技術形成90度偏轉離子光路，從接口中提取的離子被加速通過初級離子透鏡進入RAPID透鏡，使分析的離子進入QCell之前有效偏轉90度。分析部分使用專利的Qcell池，采用Flatapole技術、業已驗證的氦KED（動能歧視效應）干擾消除、獨特的低質量數剔除功能，來保證碰撞次模式分析的可靠性。在維護方面，iCAP Q拆卸采樣錐和截取錐都非常方便，易使用、易維護。賽默飛的ICP-MS守住了市場的前三位。

賽默飛iCAP Q四極桿ICP-MS

　　ELEMENT2/XR高分辨磁式ICP-MS和NEPTUNE Plus多接收等離子質譜儀非常昂貴，競爭者很少，對于追求極限分析能力的環境監測、核科學、地球科學和材料科學有用。其中NEPTUNE Plus第一次整合了高靈敏度、靈活多接收檢測器、動態變焦調節和多接收離子計數能力，適用于高精度同位素比值測量。

賽默飛NEPTUNE Plus多接收等離子質譜儀

　　（7）有機磁質譜和無機同位素質譜

　　有機磁質譜歷史悠久，在低質量數時分辨率極高，目前僅用在二噁英和興奮劑的終檢中。在三家競爭中，賽默飛的DFS更容易使用，并建立了雙氣相的方法，用戶數最多。

　　在無機同位素的高端分析領域，賽默飛提供包括DELTA V Advantage氣體同位素質譜儀、MAT 253穩定同位素比質譜儀、Ultra高分辨率同位素比質譜儀、ELEMENT GD Plus雙聚焦輝光放電質譜儀、NEPTUNE Plus多接收等離子質譜儀、TRITON Plus熱電離質譜儀、ARGUS VI靜態真空質譜儀、HELIX MC Plus稀有氣體質譜儀和HELIX SFT稀有氣體質譜儀等極限產品，幾乎是眾多用戶唯一的品牌選擇。

Waters：分離優勢和收購Micromass的英明決定

　　Waters的質譜來源于VG（英國質譜公司），去年Waters還在英國曼徹斯特慶祝了新的質譜工廠的落成，并邀請全球客戶到曼徹斯特去感受質譜百年的歷史，希望產生對Waters質譜“歷史悠久”的種種聯想。曼徹斯特這個老牌的工業基地也是質譜的主要發源地，比如我們熟知的Dalton——這個表示質譜質量的基本單位，正是為了紀念曼徹斯特大學的道爾頓。

　　Waters的液相色譜和分離材料永遠走在創新的最前端，但隨著液相色譜的更加普及，Waters的液相色譜市場正在被廣泛地蠶食，液質聯用無疑是Waters未來的重要增長點。

　　Waters最關注的是應用市場，最早從制藥市場中獲益，后來快速擴展到食品安全、環境、化工材料和健康科學等領域。Waters在質譜上的突出貢獻是“工程學做得好，用起來比較爽”。因此，關注應用和工程精簡的設計理念，使Waters的質譜在各個細分品類都獲了得較高的市場份額。

　　在質譜創新方面，Waters公司質譜部的前身Micromass公司于1996年推出世界上首臺Q-TOF質譜儀，這個品類后來越做越大。2006年開始，Waters推出了Synapt HDMS（高清晰度質譜），最早將離子淌度技術用于質譜，并獲得2007年的Pittcon金獎。迄今為止，SYNAPT還在繼續探索離子淌度分離技術，也引發了Agilent在6560上的跟隨。

　　談到歷史上的“不爽”，在三重四極桿LC-MS/MS和Q-TOF上，Waters曾經在離子傳輸技術上輸掉了官司，導致很長一段時間在北美不能銷售，被Sciex公司占了先機。吃一塹長一智，Waters后來不斷在離子傳輸上下功夫，每代新產品中，都以離子傳輸部分的改進為重要賣點，比如ScanWave、StepWave、T-Wave技術等。

　　（1）SYNAPT系列高清晰度質譜：第三個維度的分離

　　色譜出身的Waters永遠不忘“分離”的主旋律。2006年，Waters推出了SYNAPT質譜，主打“提供了除色譜、質量以外，第三種維度的分離”。它將專利的T-WAVE離子淌度分離和Q-TOF結合，提出分子碰撞截面積（CCS）測量的方法，再將其與色譜保留時間、質譜m/z的所有信息相結合，為研究者帶來強大的分析應用，帶來了空前的信息量，和單獨用質量、色譜分離分析無法獲得的高可信度。其最新的型號是2013年推出的SYNAPT G2-Si/SYNAPT G2-Si HDMS，采用StepWave離子光學技術，分辨率最高達到50,000 FWHM，其中HDMS是配置了T-Wave離子淌度分離的高清晰度質譜。SYNAPT G2-Si質譜還提供MALDI源的配置應用。

　　增加了一個維度的分離，就意味著能看到以前看不到的物質。SYNAPT潛在的應用極其廣泛，包括蛋白質組學、生物標記物發現、脂質組學、結構解析、代謝組學/代謝物鑒定、生物制藥、結構生物學、聚合物、石油表征、成像、納米顆粒和食品研究等。

　　SYNAPT G2-Si系統能夠分離單一異構體、構象異構體以及同量異位素化合物，幫助確定生物轉化位置，研究生理濃度時的結構，全面鑒定復雜混合物，以及在篩選實驗中最高限度地減少假陽性與假陰性。

　　從定位上來說，SYNAPT也成功地推出了一個細分的Q-TOF新品類——帶離子淌度分離的Q-TOF，并且定位于50萬美元以上量級的高端應用。

　　2015年Pittcon會議，Waters在SYNAPT的基礎上，推出“全譜圖分子影像”，實現集基質輔助激光解吸電離（MALDI）、解吸電噴霧電離（DESI）和離子淌度分離（IMS）三種技術的單一質譜平臺，并獲得2015年Pittcon撰稿人銀獎。

Waters SYNAPT G2-Si HDMS

Waters提出的“全譜圖分子影像”

　　（2）三重四極桿LC-MS/MS

　　在三重四極桿LC-MS/MS方面，Waters結合自己液相色譜的強大優勢，以及關注應用領域的優勢，不斷推出全系列的產品。目前的產品線包括：ACQUITY TQD、Xevo TQD、Xevo TQD-S和Xevo TQD-S Micro。

　　Xevo平臺的核心特點包括：工程精簡（Engineered Simplicity），用盡可能最簡單的方法提供相關研究信息，可使科學家們更快、更精確地將數據轉換成業務關鍵信息；為UPLC/MS/MS應用而設計，關注速度、靈敏度和精確度；體積非常緊湊、小巧。

　　2014年推出的Xevo TQD-S Micro，是全球體積最小的三重四極桿LC-MS/MS，同時具有很高的靈敏度、高達6個數量級的動態范圍，價格更是讓人心動。

　　Waters Xevo TQD-S Micro三重四極桿LC-MS/MS

　　（3）Xevo系列Q-TOF

　　Micromass于1996年推出全球第一臺Q-TOF，此后Waters不斷推陳出新，直到現在的Xevo平臺。2014年推出的最新型號是Xevo G2-XS QTOF，分辨率最高達到40,000 FWHM。結合最新XS碰撞池技術以及Tof-MRM、StepWave?和QuanTof?技術，具有高靈敏度和選擇性。

　　針對目標定量分析，相比全掃描模式，Tof-MRM模式下信噪比提高10倍，具備更低的定量分析檢測下限。針對非目標物分析，專利的MSE數據采集方法可在單次分析中，獲得復雜樣品的全部信息，是和SCIEX的SWATH競爭的技術。

　　Waters Xevo G2-XS Q-TOF質譜儀

　　（4） 單級四極桿LC-MS

　　作為液相色譜的領先者，Waters從來都想把質譜做成液相色譜的檢測器。目前在單級四極桿方面有兩款型號：SQ Detector 2和QDa。尤其是QDa，體積已經真正縮小到一個二極管陣列檢測器的大小，并具有快速抽真空，達到較高質譜性能的水平，QDa的價位也足夠震撼。

　　QDa解決了客戶一直以來關注的易用性、體積和成本問題。用戶只要會用液相，就會用QDa；只要配置液相色譜，就不妨配一個QDa檢測器。QDa的出現，有可能把質譜采購的水平提升到液相色譜的量級，具有極其廣闊的市場前景，必將引起一批質譜企業的“跟風”。

　　Waters ACQUITY QDa質譜檢測器

　　（5） 離子源方面的創新

　　近幾年離子化技術的研究非常活躍，Waters也擁有幾項特色的專利技術。

　　（a）大氣壓固體分析探頭（ASAP），這是一種利用大氣壓電離快速直接地分析揮發性和半揮發性、固體和液體樣品的有效工具。ASAP技術采用加熱的氮氣脫溶劑使樣品汽化，然后利用電暈放電實現樣品電離。因此，可對ESI無法電離的低極性化合物進行高靈敏度的電離。此外，無需任何樣品制備步驟，即可分析復雜混合物。

Waters ASAP大氣壓固體分析探頭

　　（b）ionKey/MS，將UPLC分離集成入質譜儀的離子源中，即插即用，代替了色譜柱和接頭，使用戶操作更為簡潔，并可獲得高可靠性和更高的性能，等同或優于 2.1 mm內徑的UPLC級色譜性能。不必再使用色譜柱，只需將ionKey/MS連接在UPLC和質譜（如Xevo TQ-S）之間，就可以開始進行高效分析。優點是：提升靈敏度、簡潔的用戶操作、用有限的樣品執行多個分析、分析較少量的樣品和減少溶劑消耗。

　　Waters ionKey/MS

　　（c）大氣壓氣相色譜電離源（APGC），如果要把Waters的Xevo或SYNAPT連接氣相色譜，就用APGC。

　　（d）在直接樣品離子化方面，Waters一直加強投入。Waters于2014年7月收購了MediMass的REIMS（快速蒸發電離質譜）技術，可在臨床手術上實現“智能刀”，具有廣闊的應用前景。另外，Waters還與Prosolia簽訂了DESI技術在臨床應用的獨家代理協議。

　　（6）AutoSpec Premier磁質譜

　　Waters也提供分析二噁英的磁質譜，型號為AutoSpec Premier。它融合了沃特世獨特的三場EBE、雙聚焦超寬狹縫磁場，在磁場技術上的創新可獲得更高的靈敏度、分辨率（極限分辨率可達到80,000）和低背景噪音，但這臺儀器沒有拿到興奮劑檢測的市場。在二噁英檢測中，這臺儀器過于“傻大笨”，沒有雙氣相的配置，操控體驗上不如賽默飛的DFS。

　　各位讀者，今期的質譜江湖風云錄之門派篇：主要廠商及特色產品（中）就到這里了，欲知更多故事，請您繼續關注后續內容……