质谱仪：科研仪器皇冠上的明珠

质谱分析是先将物质离子化，再按离子的质荷比将其分离，然后测量各种离子的谱峰强度而实现分析的一种分析方法。质量是物质的固有特性之一，不同的物质有不同的质量谱—质谱，利用这一特性，可以进行定性分析；谱峰强度又与它代表的化合物含量有关，利用这一点，可以进行定量分析。由于检测质荷比的特性，质谱仪可以确定化合物的质量进而确定化合物的分子式。并且，根据中间产物的性质，质谱仪甚至可以唯一地确定某些化合物的结构式，测出浓度，因而被广泛用于临床医学、工业检测、环境科学等多个领域中。

质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测器等四部分构成，其中，离子源和质量分析器是质谱仪的核心技术。根据不同进样系统、离子源和质量分析器的组合，质谱仪分为多个种类，但工作原理大体相同。样品由进样系统导入质谱仪，在离子源中电离成具有不同质量的分子离子和碎片离子。这些离子在加速电场中获得动能后形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中具有不同质荷比的离子会从时间或空间上分离。检测器可将离子转换为电信号储存在电脑中，再以各种方式形成质谱图。

从上图可以看到有多种不同的离子源，目前最常用的离子化方法包括电子轰击电离，化学电离，电喷雾电离，大气压化学电离、大气压光致电离、基质辅助激光解吸电离以及激光解析电离等等。上述几种离子化方法最常被使用的主要原因在于，这些方法除了有宽广的样品适用范围与高灵敏度之外，如样品基质太过复杂时还可以与色谱分离方法联用来降低样品基质干扰，完成样品的分析。

这些不同的离子源适用于不同的分析物，没有一种离子源可以用于所有种类的物质分析。比如电子轰击电离适用于挥发性样品，分子量低于 1000 的样品以及沸点低化合物，常用于气相质谱仪。基质辅助激光解吸电离适用于非挥发性固态或液态样品，生物分子（DNA、蛋白质、糖类）以及有机大分子（聚合物）。所以不同的离子源决定了不同的应用领域，比如医疗，环境监测，化工等等。

常用的质谱仪名称实际上是根据质量分析器的不同而命名的，如磁式单\双聚焦质谱仪、飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、离子回旋共振质谱仪、磁质谱仪等类型。还有一种分类命名方法是根据用途来区分，分为有机质谱仪、无机质谱仪、同位素质谱仪、气体分析质谱仪四类。

各种质谱仪的优缺点如下表。

质量范围和分辨率是质量分析器的两个主要性能指标。质量范围指质谱仪所能测定的质荷比的范围；分辨率表示质谱仪分辨相邻的、质量差异很小的峰的能力。高分辨率的质量分析器能够将两个质荷比十分相近的被分析物离子信号区分开来。

目前，质谱仪也可以利用串联质谱技术（质谱-质谱联用）更有效地鉴定化合物的分子结构。当样品复杂度很高时，可在样品进样区前串联液相色谱（LC）或气相色谱（GC）组成联用系统；帮助样品预分离以提高质谱分析效率。也就是说，目前的质谱仪是以各种各样的联用方式工作的。

质谱仪目前主要的应用领域在环境监测、医疗健康、食品安全、工业过程分析。

环境监测主要是PM2.5、VOCs以及水体和土壤重金属的在线分析。医疗健康分成临床检验和生物医药。临床检验包括微生物鉴定、新生儿疾病筛查、维生素检测、核酸检测等领域。生物医药应用在应用在药物代谢研究、药物分析、毒品与管制药品分析。食品安全领域应用于食品中有毒有害物质及非法添加物质分析、转基因食品检测、食品安全快速检测等。工业过程分析包括钢铁、石化化工、水泥等传统领域以及半导体等新兴领域。这几个领域里面医疗健康是相关公司重点布局的赛道。下图是医疗健康领域质谱仪相关应用。

相关上市公司一览：

安图生物

安图生物是国内临床诊断领域龙头企业之一，专注于体外诊断试剂和仪器的研发、制造、整合及服务，产品涵盖免疫诊断、微生物检测、生化诊断等领域，能够为医学实验室提供全面的产品解决方案和整体服务。2017年9月，推出基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF MS），主要用于细菌、酵母样菌、丝状真菌和分枝杆菌等检测。公司市值320亿左右，2020年营收30个亿。

聚光科技

聚光科技是一家以高端分析仪器产品技术为核心的高科技平台型企业。公司业务涵盖智慧工业、智慧环境、智慧实验室、生命科学与诊断等领域。在半导体行业推出了三重四极杆ICP-MS晶元杂质成分检测专用质谱仪器。针对临床医学领域，推出了电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和三重四极杆串联质谱仪（LC-MS/MS）。

博晖创新

博晖创新是一家集研发、生产、销售及售后服务为一体的生物医疗高新技术企业。2015年博晖公司全资收购Advion，聚焦质谱分析在生命科学领域中的应用，研发推出了ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪器。此外，公司产品还涉及液相色谱系统等接口技术以及离子源。

天瑞仪器

天瑞仪器从事光谱、色谱、质谱等分析测试仪器及其软件的研发、生产和销售。公司有气相色谱质谱联用仪GC-MS、3种飞行时间质谱联用仪，也有液相色谱质谱联用仪LC-MS，电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS。

禾信仪器

禾信仪器向环境监测、气象、工业生产、医药等多领域提供质谱仪器产品及技术服务，包括在线单颗粒监测系统、在线VOCs及恶臭气体监测系统、在线气相色谱质谱联用系统、环境污染源在线溯源系统等质谱仪器产品。在生物医药方面，禾信仪器有大气压电离飞行时间质谱仪（API-TOFMS）和微生物鉴定质谱仪两款。API-TOFMS可用于食品、药物、蛋白质分析等领域；基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF MS）特别适用于生物混合样品，可以直接对蛋白、多肽、DNA等生物大分子进行分析。

莱伯泰科

莱伯泰科专注于科学仪器设备的研发，为环境检测、食品安全、医疗卫生、疾病控制、材料研究等众多基础科学及行业应用提供实用可靠的实验室设备和整体解决方案。现已推出电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）用于半导体领域。

钢研纳克

公司是专业从事金属材料检测技术的研究、开发和应用的创新型企业。目前公司提供的主要服务或产品包括第三方检测服务、检测分析仪器、标准物质/标准样品、能力验证服务、腐蚀防护工程与产品，以及其他检测延伸服务。现有电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）可广泛用于环境、食品、药品、化妆品、轻工玩具、材料等行业。

归纳下上市公司的产品，安图生物/禾信仪器生产基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF MS），可应用于生物医药领域。聚光科技/博晖创新/天瑞仪器/莱伯泰科/钢研纳克生产电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），可用于医疗领域以及半导体领域的元素分析。聚光独家有三重四极杆液相色谱串联质谱仪（LC-MS/MS），禾信仪器独家有大气压电离飞行时间质谱仪（API-TOFMS）。

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