跨界：中國質譜發展的新思路

——禾信在線氣溶膠飛行時間質譜儀中標記

　　 2011年7月27日，中國科學院過程工程研究所科研儀器設備采購項目中標公告發布，令人特別振奮的一個消息是：昆山禾信質譜技術有限公司，以320萬元中標第6包氣溶膠飛行時間質譜儀。喜訊傳來，分析測試百科網記者采訪了禾信的董事長周振和研發人員。

昆山禾信質譜技術有限公司董事長 周振博士

　　禾信中標的是個什么產品？

在線氣溶膠質譜儀

　　 名稱叫做：在線氣溶膠質譜儀（Single Particle Aerosol Mass Spectrometer，SPAMS )，質譜分析器是飛行時間（TOF）。

　　 如果單看質譜的指標，很多質譜專家估計要跳起來了，這算什么TOF指標？周振（注：禾信董事長，歸國博士，掌握TOF核心技術），你不是號稱“可以做出分辨率100-10000”的TOF質譜么？這臺TOF分辨率、質量范圍、采集速度，沒一樣好啊！

　　 SPAMS的TOF指標：分辨率：優于500 FWHM；質量范圍：1~500amu；顆粒化學成分全成分檢測速度：最快5譜/秒......

　　 目前進口的高端TOF，最高分辨率：60,000 FWHM，質量范圍最高到20,000 amu，采集速度：最快達100譜/秒......

　　 且慢，進口的高端TOF，能對單顆粒進行檢測么？比如：Bruker Daltonics、AB SCIEX、Agilent、Shimadzu這些做TOF的公司，還有剛進入的PerkinElmer。

　　 對，這些統統不行！

　　 所以，SPAMS 是一個跨界產品，一個用戶愿意花錢買的產品。

　　SPAMS＝粒徑測量＋質譜＋實時在線！

　   跨界領域的對手情況

　　那么，在線氣溶膠質譜領域，禾信有沒有其它的商業競爭對手？

　　據筆者了解，目前可以進行粒徑和成分分析的商品化儀器有TSI公司的ATOFMS-3800，和美國Aerodyne公司的AMS，其中SPAMS與ATOFMS-3800的原理一樣。對比見下表：

　　*注：AMS另有一種基于高分辨TOF的，但測定的物質同樣存在上述限制，且售價達550萬。

　　由上表可知，SPAMS的所有性能相當或優于ATOFMS-3800；而使用在線的AMS，若完成同樣的檢測項目，仍要再購置在線黑碳儀、在線粒徑分布測定儀，并配合離線的重金屬測定儀器（如ICP-MS），數據統計和處理還會更繁瑣。

　　除此之外，進口儀器不僅價格貴，外國工程師來安裝培訓要另收高額的費用，到貨期長，今后的維護維修和費用都是問題。禾信的SPAMS對中國用戶最有吸引力的是：到貨時間有保障，將來的維護有保障，維護維修費用更低。

　　儀器的原理用途

　　這臺儀器可以干什么？最大的應用就是在線環境監測，包括大氣里面氣溶膠顆粒的成分、粒徑、所包含的重金屬等。除此之外，還可以用于煙草、軍工、醫藥等領域。這次的買主中科院過程工程所，希望使用SPAMS來在線研究氣溶膠的物理化學性質。過程工程所用戶先是打聽了進口儀器的代理商，到貨時間、維護、成本都有問題，而后來打聽到的禾信，完全解決了他的問題。

　　據了解，國內已有幾家著名單位采購了SPAMS，比如中科院廣州地球化學研究所，用SPAMS做珠三角地區的環境監測及珠三角地區的大氣研究；廣東省環境監測站，做大氣監測；復旦大學，世博會期間用SPAMS做上海的空氣質量監測、污染物監測；在廣州亞運會期間監測廣東周邊地區的空氣質量。在復旦大學、北京大學等單位以前購置的進口儀器進行比對后，事實證明SPAMS數據可靠、性能穩定、適合長期室外大氣環境監測。

　　原理

　　利用空氣動力學透鏡作為顆粒物接口；利用雙光束測徑原理進行單顆粒氣溶膠計數；激光電離，利用雙極有網飛行時間質譜測定氣溶膠顆粒的分子量，從而確定其化學成分；利用Art-2a方法進行顆粒物分類；實現了單顆粒氣溶膠化學成分和粒徑的同步檢測。（注：其中用了兩個飛行時間質量分析器）

　　在線功能的實現

　　儀器采樣口直接連接采樣管道，采樣管道伸到外界大氣環境中，以100 ml/min的流速進入SPAMS，SPAMS每秒可檢測10個顆粒物，并同時獲得其正、負譜圖信息和粒徑信息；每五分鐘獲得一個有效的統計數據，同時包含該時間點檢測到的總顆粒物數目、分類、粒徑分布情況等；不必像離線采樣那樣，需通過采樣膜長時間收集顆粒物（12或24小時），經過預處理之后再利用離子色譜、氣質聯用儀、液質聯用儀等儀器進行顆粒物的成分測定。

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　　市場和應用前景：國際上當前先進的測試方法 中國剛起步

　　測定大氣氣溶膠物理和化學性質的必要性

　　我們先來看看SPAMS的主要應用：大氣污染監測。在所有的環境污染（大氣、水、土壤等）中，對人類威脅最大的就是大氣污染。大氣污染監測的目的在于識別大氣中的污染物質，掌握其分布與擴散規律，監視大氣污染源的排放和控制情況。

　　大氣污染物一種是氣溶膠狀態的污染物，另一種是氣體狀態的污染物（相對容易測定），大氣污染監測必檢氣溶膠。氣溶膠是指固體和液體懸浮在空氣中形成的多相分散體系，其粒徑范圍從10nm ~10 um以上，化學組成非常復雜；氣溶膠的來源廣泛，并在空氣中發生各種復雜的反應，導致單個顆粒之間的物理、化學性質相差很大。而大氣過程中的這種氣溶膠反應非常迅速，導致氣溶膠顆粒的物理化學性質發生變化。研究表明，氣溶膠對氣候、環境、人類健康等方面有非常重要的影響，所以要研究它的物理和化學性質。

　　實時在線 vs 離線法：一臺SPAMS頂多臺儀器 測定更準確 提高分析速度

　　以前研究氣溶膠的物理化學性質，都是離線法來做。下面來對比兩種方法：

　　離線法：通過采樣膜長時間收集顆粒物（12或24小時），經過預處理之后再利用離子色譜、氣質聯用儀、液質聯用儀等儀器進行顆粒物的成分測定。離線法采樣時間長，氣溶膠樣品在采集、儲存、運輸等過程中還會發生反應，所以不能還原大氣的真實狀況。

　　SPAMS在線法：實時在線，完成化學成分檢測、顆粒物分類、顆粒物粒徑分布、顆粒物來源解析、正負離子同時檢測、顆粒物化學成分的瞬時變化、顆粒物的混合狀態等功能；其中化學成分包括水溶性陽離子、重金屬元素、元素碳、有機碳、酸根離子、有機酸、有機胺、PAHs、左旋葡聚糖、尼古丁等。另外，在實時在線分析氣溶膠中重金屬、礦塵、和黑炭方面，SPAMS是目前市場上唯一的解決方案。

　　1）重金屬分析：目前國際上通用的方法是離線分析，顆粒物經過消化之后利用原子吸收光譜法、電感耦合等離子-質譜法(ICP-MS)及電感耦合等離子發射光譜法(ICP-AES)、原子熒光法、極譜法等離線方法進行質量濃度的測定，但每種方法多需要連續采集12小時以上才能檢測到重金屬。這些方法不僅時間分辨率低，而且樣品前處理步驟繁瑣，分析費用高，以ICP-MS為例，每個樣品分析費用1000元，以每四小時采集一個樣品計，每天采集六個樣品，僅分析費用就高達6000元。

　　對于粒徑的測定可結合粒徑譜儀進行在線分析，或者利用SEM和X射線進行離線分析，但SEM和X射線不具有統計意義；

　　2）水溶性離子分析：目前國際上有離線和在線兩種方法。其中在線方法采用的儀器有aerodyen公司的AMS、瑞士萬通公司的Marga和美國戴安公司的URG。Marga和URG只能檢測水溶性離子的質量濃度，每臺儀器價格要200多萬人民幣，但也沒法實現對水溶性離子粒徑分布情況的測定，需借助粒徑譜儀或其它儀器。那家AMS可同時檢測水溶性離子的濃度和粒徑分布，但檢測離子種類少，僅能檢測NH4+，Cl-，SO42-，NO3-，且粒徑范圍僅能到1.0 μm，且分辨率僅為300（四極桿）的就要300多萬人民幣，分辨率為2000（TOF式）的則價格更貴，要550萬人民幣。

　　3）黑炭氣溶膠：美國Magee公司的在線黑碳儀，只能對顆粒物中黑炭氣溶膠的質量濃度進行在線分析，無法分析黑炭顆粒物粒徑分布情況，仍需借助其他儀器。

　　以上所有測定，一臺SPAMS全搞定！

　　實時、在線、真實反映大氣中顆粒物的物理和化學性質。

　　事實上，查閱近兩年的論文可以了解到，北京大學環境學院、復旦大學環境學院等國內著名的學者，正在從事大氣中在線氣溶膠物理和化學性質的研究，來探索氣溶膠的遷移轉化規律。所以，在線氣溶膠質譜儀未來的市場將非常廣闊，據禾信研發人員估計，中國市場將至少有100套的需求量。

　　而且，在線氣溶膠質譜儀還可用在煙草、國防安全、制藥等行業……

　　本網收錄相關產品鏈接：在線氣溶膠質譜儀

　　廣州禾信分析儀器有限公司 銷售部

　　聯系人：

　　傅忠 020-82071906 email:fuzhongx@yahoo.com.cn

　　劉丹 020-82071910-8017 email:ld20051277@yahoo.com.cn

　　禾信網址：http://www.tofms.net/

　　【記者觀察】

　　禾信公司規模不大，幾年前回國的周振是國內目前有名的、專注于質譜制造的研究人員。用專注和執著來形容周振再合適不過。回國后，他把幾乎所有的時間都花在質譜相關的研發制造上，不管是在學校里科研授課，還是創辦運營禾信公司，研發制造并把質譜產業化，是他唯一做的事。大家平時見到的周振，跟其它的董事長和教授完全不同，好像沒有見到他輕松的時刻。

　　用一般研究人員的眼光看來，周振似乎把自己已經逼到了沒有退路。因為憑他的學識，他可以發表更多研究級的文章，拓展更多的應用領域，爭取更多的國家科研經費。但是他只是一門心思要做出產業化、讓用戶真正能用起來的質譜。國內做質譜研究制造產業化的，算下來也只有周振能這樣“置之死地而后生”。有理由相信，周振已經把所有TOF相關的應用領域和市場想了一溜遍，最后做出來的這些跨界產品都是“用戶真正需要的、愿意花錢買的產品”。事實上，2009年禾信和納克公司已經聯合推出基于TOF質譜的金屬原位分析儀，不僅獲得了當年的BCEIA金獎，還在鋼鐵領域得到了應用。

　　在有了技術，有了用戶之后，希望周振的團隊能快速地培育和打開這種跨界質譜的應用市場。因為：自己培育的市場，才更可能是自己的。

　　【多寫一點感想：中國質譜發展的困境】

　　 先來看看背景：國家支持7年、多家國內名企大筆投入的質譜項目，目前的產業化要么處于“正在進行時”，要么處于“客戶不買賬”的狀態。國家很多部門在呼吁用國產的儀器，但在到了客戶那里時，歸根結底買的不是“民族情結”而是性價比。比如大家熟知的一個業內故事是，第一個生產出國產四極桿氣質聯用的東西分析儀器，到某公安部門投標一個十幾臺氣質聯用的項目，本想以“喚起客戶的民族情結”以及“價格更優惠”來贏單，不料進口儀器投標價更低，而且顯然其性能經多年驗證、遠比國產的可靠。如果您是客戶，您選哪家？

　　 這一場出師之戰，是建立在東西分析儀器已經投了上千萬的基礎上；它把當時很多國產質譜廠家的心都澆得有點兒冷（以至后來推出商品化儀器變得異常謹慎）。雖然中國有人工便宜、場地便宜、政府支持等等優勢，但是質譜核心的很多技術（比如四極桿的精密加工和裝配等）繞不過去，自己做不了；而買進口的結果，就是整機成本比進口的還高！要知道，這還是幾十萬人民幣量級的初級產品。

　　放眼望去，質譜發展道路的前方還有各種應用于生物、藥物、食品安全的高端質譜，每臺售價幾百萬到上千萬，那些研發幾十年質譜技術的外企們正虎視眈眈，加緊研發和ZL保護；并且有理由相信，他們手中已經掌握的，不僅僅是當下推出的產品，他們將一年一年慢慢地推出自己的儲備型產品。有些原來不生產高端質譜的跨國企業，也通過收購等各種方式來獲取ZL，并躋身質譜市場。聽聞中國廠家還試過和國外質譜工廠談收購，最后鎩羽而歸；因為國外那些行業巨鱷們早已設立專門的收購部門，對只要擁有ZL或新技術的公司，不管上不上市，一律來輪番跟你談收購。中國廠家去的時候，估計根本就入不了圍。

　　 所有這些，歸因為近年來質譜技術發展得太快，并向各個領域快速滲透。中國每年購置價值幾十億人民幣的進口質譜，近年來還有越買越多的趨勢；國際上質譜也被熱捧，很多科學家預言并正努力著，爭取在幾年內讓質譜技術廣泛進入醫院臨床診斷領域，屆時質譜的需求市場將會更快地增長。

　　 前景如此美好，但目前的中國，按照國際質譜大鱷已經規定好的發展路線，初級產品還完全沒有競爭力；將來更會遭遇各種質譜相關的ZL大山、高精尖技術的壁壘，投入多少才可能贏利？比拼速度？有可能么？剩下的唯一做法，只能呼吁國家政策干預。但是質譜是痕量檢測和科學研究的工具，這個工具能不能檢出那些FDA/歐盟/日本規定的限量，決定著中國幾千萬家出口企業的命運；這個工具還決定著中國的科學家是不是可以發出高水平的文章！即使，針對于國內檢測的機構，有人建議國家可政策干預；還有人建議，國家給每個買國產質譜的單位，每買一臺就補貼一些，不，干脆國家買單，直接“發放”給各個單位。但風險是，既然進口的更好用，這些單位一定會再找經費花錢買進口的，國產質譜預期只好躺在那里睡大覺。

　　 綜上所述，在純粹的質譜技術和質譜已經發展的應用市場上，近期，中國基本沒可能建立競爭力。技術是人家發明的、并發展了幾十年，應用的市場也是人家培育和打開的。中國人憑什么來爭奪人家打開的市場？技術不領先，成本不占優！

　　 有的朋友們說，科學儀器，還是投資一些目前跨國外企還沒發展成熟的領域吧，或許未來會增長。不過這種預期有點像“撞大運”，據了解，跨國外企很多正在研究那些未發布的、面向未來十年的產品，就算“撞大運”，別人撞上的概率一定會比中國企業大吧。

　　 所以，中國人不做質譜，顯然是不可能的；除非發誓永遠不做。早一天做，也許就能早一天找到機會。目前的關鍵是：從哪里尋找突破口？

　　禾信剛給出了第一種答案。誰來再給第二種答案？而中國隱含的最可怕的現象是：在自己的市場大部分還被外企霸占時，就自己打自己，直到打得完全沒利潤、打得更沒有研發經費、打得把儀器的服務費都減掉了、打得降低儀器成本和性能、打得傷了用戶、打得把最后的一點市場又拱手讓給了外國企業。

　　衷心希望，中國的質譜產業界，千萬不要再發生類似現象。

　　參考介紹：

　　 在線氣溶膠質譜儀（Single Particle Aerosol Mass Spectrometer，SPAMS )，融合了國際上氣溶膠真空采集、 粒徑測量及質譜分析檢測的最新技術，實現單顆粒氣溶膠化學成分和粒徑尺寸的同步檢測，開拓了一個全新的氣溶膠研究方向。可廣泛應用于環境監測、全球氣候變化、煙霧箱模擬試驗、國防軍備、發動機排放、煙草行業、工業過程監測、氣溶膠藥物釋放研究、吸入毒理學研究等多個領域，是功能強大而且精確的新型分析測試工具。本儀器獲國家863專項資金支持，入選“十一五”國家重大科技成就展。

　　功能包括：

　　? 顆粒分類：可以分別根據顆粒物質譜特征進行化學組成表征、顆粒物的空氣動力學直徑對顆粒物進行分類；也可以同時對顆粒的大小與顆粒化學成分組合進行分類；建立主要化學成分和顆粒粒徑之間的對應關系；

　　? 數濃度變化：分析顆粒物數濃度隨時間的變化；可以分別分析在檢測范圍內，不同顆粒直徑范圍的數濃度隨時間變化；

　　? 化學成分分析及隨時間變化：分析某種化學成分隨時間的變化，根據其變化趨勢可以準確反映出某一時間內發生的特殊變化；特別重要的是可實現顆粒物中重金屬的實時在線分析，是目前不可替代的方法。

　　? 源解析: 根據顆粒物的分類及時間變化，判斷其可能的來源；

　　? 顆粒物的演變過程及機理研究：根據不同顆粒物隨時間的演變趨勢，推斷可能的形成機理；

　　? 揭示氣溶膠的瞬時變化。

　　應用領域

　　環境監測：污染物的在線監測、污染源解析、氣溶膠在大氣中的混合和轉化、特殊污染天氣監測及機理研究（灰霾形成機制、沙塵暴長程遷移等）、重金屬的在線監測；

　　氣候變化：氣溶膠濃度、粒徑、光學特性對區域氣候的影響；

　　國防軍備：化學戰劑在線監測，核工業過程中放射性元素檢測；

　　工業生產：發動機排放測量、煙草行業中顆粒物分析；

　　醫藥領域：氣溶膠藥物-釋放研究、吸入毒理學研究。

　　儀器的穩定性、和長時間運行

　　1、儀器經過長時間運行的測試驗證，包括散熱、抗震、防塵等；

　　2、儀器自動控制系統完善，囊括儀器各部分，包括真空、電子、光學等，提供儀器狀態監控、故障保護、報警、記錄等；

　　3、部分功能需要定期校正。