來(lái)源：實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理 ISSN 1002-4956,CN 11-2034/T

作者：楊麗¹、岳琦²、類淑霞³、王晉²（1.北京市科學(xué)技術(shù)研究院  創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究所，北京 100089；2.國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)中心，北京 100083；3.北京市科學(xué)技術(shù)研究院  科技情報(bào)研究所，北京 100089）

基金：國(guó)家科技基礎(chǔ)條件專項(xiàng)課題（2023WT10）;

摘要

質(zhì)譜儀器是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域不可或缺的高效工具，也是科學(xué)突破與技術(shù)創(chuàng)新的有力工具和必備條件。隨著我國(guó)科學(xué)研究的高質(zhì)量發(fā)展，質(zhì)譜儀器快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，與質(zhì)譜儀器自主研發(fā)生產(chǎn)較低水平的供給現(xiàn)狀形成的結(jié)構(gòu)性矛盾日漸凸顯。基于對(duì)質(zhì)譜儀器技術(shù)發(fā)展和我國(guó)質(zhì)譜儀器產(chǎn)業(yè)格局的梳理，結(jié)合高校院所質(zhì)譜儀器的現(xiàn)狀，分析我國(guó)質(zhì)譜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的困境，提出保持政策支持力度、加強(qiáng)示范應(yīng)用頂層設(shè)計(jì)、推動(dòng)良好產(chǎn)業(yè)生態(tài)的完善、促進(jìn)科研端與產(chǎn)業(yè)端協(xié)同發(fā)力，以加速國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜技術(shù)的迭代升級(jí)，提高國(guó)產(chǎn)化替代水平和應(yīng)用規(guī)模的對(duì)策建議。

質(zhì)譜儀器具有精準(zhǔn)的定性、定量分析能力，是獲取物質(zhì)成分、確定成分質(zhì)量，認(rèn)識(shí)和探索客觀規(guī)律，進(jìn)行基礎(chǔ)研究不可或缺的高效工具。質(zhì)譜儀器應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋了約60%以上的國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，屬于國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，質(zhì)譜儀器不斷地升級(jí)迭代，并以其高特異性、高精準(zhǔn)性、高通量的特點(diǎn)，成為科學(xué)突破與技術(shù)創(chuàng)新的必備條件，是從源頭和底層解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，加強(qiáng)我國(guó)基礎(chǔ)研究的重要手段[1]。工信部制定的《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南》，明確將質(zhì)譜分析檢測(cè)技術(shù)列為具有應(yīng)用基礎(chǔ)性特點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)。

隨著我國(guó)科學(xué)研究的高質(zhì)量發(fā)展，質(zhì)譜儀器快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，與研發(fā)生產(chǎn)較低水平的供給現(xiàn)狀，產(chǎn)生了較大的結(jié)構(gòu)性矛盾，高端質(zhì)譜儀器嚴(yán)重依賴進(jìn)口，面臨著“卡脖子”的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)產(chǎn)替代和自主可控，成為我國(guó)質(zhì)譜儀器創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局《關(guān)于計(jì)量促進(jìn)儀器儀表產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，到2035年，國(guó)產(chǎn)儀器儀表的計(jì)量性能和技術(shù)指標(biāo)要達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，突破一批關(guān)鍵技術(shù)，涌現(xiàn)一批具有領(lǐng)先測(cè)量水平和研發(fā)設(shè)計(jì)能力的儀器儀表創(chuàng)新企業(yè)。

近年來(lái)，針對(duì)質(zhì)譜類典型儀器技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用研究層出不窮[2]。如傅里葉變換離子回旋質(zhì)譜[3,4]、二次離子質(zhì)譜[5]、離子阱質(zhì)譜[6]、四極桿質(zhì)譜[7]、飛行時(shí)間質(zhì)譜[8]等儀器的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。本文將在概述質(zhì)譜儀器發(fā)展歷程和產(chǎn)業(yè)布局的基礎(chǔ)上，分析我國(guó)高校和科研院所質(zhì)譜儀器配置現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的困境，并針對(duì)質(zhì)譜儀器自主研發(fā)提出策略和建議。

1 質(zhì)譜儀器概況

1.1 質(zhì)譜儀器發(fā)展概況

質(zhì)譜儀器的基本工作原理是將樣品分子或原子電離為帶電離子，檢測(cè)后得到質(zhì)荷比（m/z）與相對(duì)強(qiáng)度質(zhì)譜圖，對(duì)分析物進(jìn)行定性和定量的分析。同位素的發(fā)現(xiàn)、原子量的精確測(cè)定、元素和分子結(jié)構(gòu)特性的確立等重要成果發(fā)現(xiàn)均離不開(kāi)質(zhì)譜儀器。近百年來(lái)，已有十余位科學(xué)家因其在質(zhì)譜儀器原理及應(yīng)用方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)（表1）。

表1 與質(zhì)譜原理及技術(shù)發(fā)展相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)

1.2 質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)及技術(shù)發(fā)展

質(zhì)譜儀器一般由進(jìn)樣系統(tǒng)（Inlet System）、離子源（Ion Source）、質(zhì)量分析器（Mass Analyzer）、檢測(cè)器（Ion Detector）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Computer）五部分構(gòu)成（圖1）。分析物通過(guò)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)入到離子源離子化，產(chǎn)生帶電的物質(zhì)離子，然后進(jìn)入質(zhì)量分析器，按照離子的質(zhì)荷比依次到達(dá)離子檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，最后形成分析物的圖譜[9]。其中，離子源、質(zhì)量分析器是整臺(tái)儀器的核心部件。

圖1 質(zhì)譜儀器的主要結(jié)構(gòu)組成

1.2.1 離子源及其技術(shù)發(fā)展

離子源將樣品中的分子或原子離子化，為質(zhì)譜分析的核心過(guò)程提供關(guān)鍵離子來(lái)源。20世紀(jì)初，A.J. Dempster發(fā)明了電子轟擊源（EI），這一技術(shù)被視為離子源領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性突破。1966年，產(chǎn)生了化學(xué)電離（CI）方法，上世紀(jì)八十年代，電噴霧電離（ESI）技術(shù)以及基質(zhì)輔助激光解吸電離[10]（MALDI）技術(shù)發(fā)明，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和生物質(zhì)譜學(xué)領(lǐng)域，引領(lǐng)了質(zhì)譜技術(shù)的新發(fā)展方向。大氣壓光學(xué)電離源（APPI）技術(shù)為難溶解或揮發(fā)性較低的樣品提供了有效的離子化方法，實(shí)時(shí)直接電離源（DART）[11]的問(wèn)世使得質(zhì)譜分析更加快速便捷。2009年，快速蒸發(fā)電離源（REIMS）技術(shù)的發(fā)明，進(jìn)一步提高了樣品的分析速度和準(zhǔn)確性，為臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變革（表2）。總之，離子源技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)為質(zhì)譜技術(shù)提供了更廣泛的應(yīng)用選擇。

表2 離子源主要類型

1.2.2 質(zhì)量分析器及其技術(shù)發(fā)展

質(zhì)量分析器用于測(cè)量離子的質(zhì)量和電荷比（m/z），是質(zhì)譜儀器最為關(guān)鍵的組件。扇形磁場(chǎng)式質(zhì)量分析器于1918年問(wèn)世。1953年，四極桿質(zhì)量分析器（Quadrupole）發(fā)明，并迅速成為廣泛應(yīng)用于各類質(zhì)譜儀的核心組件之一。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（TOF），使離子飛行時(shí)間成為測(cè)定質(zhì)量的有效手段，在高分辨率和高精確度的質(zhì)譜分析中扮演著重要角色。1974年，傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器（FT-ICR）發(fā)明，質(zhì)譜分析達(dá)到了歷史最高的分辨率水平。1979年，離子阱裝置出現(xiàn)，它具有捕獲、存儲(chǔ)和操控離子的能力。2000年，軌道阱質(zhì)量分析器（Orbitrap）技術(shù)問(wèn)世，引領(lǐng)了質(zhì)譜儀器領(lǐng)域新的發(fā)展（表3）。

表3 質(zhì)量分析器類型及發(fā)展

1.3 質(zhì)譜儀器類型與技術(shù)應(yīng)用

質(zhì)譜儀器按質(zhì)量分析器的不同，分為磁質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜、離子阱質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜、軌道阱質(zhì)譜[12]。從其分辨率來(lái)看，正向雙聚焦磁質(zhì)譜最高分辨率可達(dá)4萬(wàn)（FWHM），飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)速度最快，最高分辨率突破60萬(wàn)（FWHM）。傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜，測(cè)量精度最高，分辨率可達(dá)數(shù)百萬(wàn)甚至更高。靜電場(chǎng)軌道阱最高分辨率可達(dá)100萬(wàn)（FWHM）[13]。目前，我國(guó)高校院所中，四級(jí)桿質(zhì)譜儀和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀占據(jù)了主流，磁質(zhì)譜儀的數(shù)量較少（表4）。

表4 截至2021年底高校院所部分類型質(zhì)譜儀器數(shù)量

數(shù)據(jù)來(lái)源：根據(jù)國(guó)家科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查大型科研儀器數(shù)據(jù)整理。

質(zhì)譜技術(shù)與各類分離技術(shù)聯(lián)用能夠顯著提高分析性能。質(zhì)譜技術(shù)與氣液技術(shù)結(jié)合使用形成氣相色譜質(zhì)譜法（GC-MS）與液相色譜質(zhì)譜法（LC-MS），化學(xué)交聯(lián)與質(zhì)譜分析形成交聯(lián)質(zhì)譜（XL-MS）[14]，主要用于蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)解析以及蛋白質(zhì)相互作用研究。氫氘交換質(zhì)譜技術(shù)（HDX-MS）、電離質(zhì)譜成像（MALDI-MSI）[15]等在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、分子成像研究中發(fā)揮著重要作用。

多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω叻直?、高精度質(zhì)譜儀器的需求促使質(zhì)譜技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新。在地質(zhì)科學(xué)中，地質(zhì)礦產(chǎn)中伴生元素分析和痕量檢測(cè)需要高端質(zhì)譜儀器；核工業(yè)領(lǐng)域需要精密的磁質(zhì)譜，但一直受到國(guó)外的技術(shù)封鎖[16]。生命科學(xué)方面，高端質(zhì)譜儀器成為蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、藥物研發(fā)、臨床檢驗(yàn)[17,18,19]必不可少的利器。

2 我國(guó)大型科研質(zhì)譜儀器分布與利用

根據(jù)國(guó)家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器國(guó)家網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)調(diào)查數(shù)據(jù)，我國(guó)高校院所擁有的大型科研儀器中1，質(zhì)譜儀器數(shù)量占比近8%。2011年-2021年，價(jià)值在50萬(wàn)元以上的質(zhì)譜儀器規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2.1 大型質(zhì)譜儀器呈現(xiàn)區(qū)域聚集態(tài)勢(shì)，儀器質(zhì)量不斷增強(qiáng)

截至2021年底，我國(guó)高校院所擁有1.07萬(wàn)臺(tái)（套）質(zhì)譜儀器，原值總額為207.5億元。近一半的大型質(zhì)譜儀器分布在北京、上海、江蘇、廣東、山東、浙江6省市。其中北京、上海大型質(zhì)譜儀器數(shù)量均超過(guò)1000臺(tái)（套），分別占質(zhì)譜儀器總量的15.3%、10.5%。其他4省市的質(zhì)譜儀器數(shù)量在500~1000臺(tái)（套）之間，這一地域分布特征與我國(guó)目前的科技資源配置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及創(chuàng)新發(fā)展需求相關(guān)。青海、新疆、寧夏等西部地區(qū)的數(shù)量較少,成為制約當(dāng)?shù)乜萍紕?chuàng)新發(fā)展的因素之一。

目前我國(guó)高校院所擁有的質(zhì)譜儀器單臺(tái)原值主要集中在50~200萬(wàn)元之間，數(shù)量為7179臺(tái)（套），原值總額為80.7億元；單臺(tái)原值超過(guò)200萬(wàn)元的質(zhì)譜儀器數(shù)量占比34.2%，原值占比則為61.7%。每年新購(gòu)置儀器中，高端質(zhì)譜儀器原值總額所占比重逐年升高。以500~1000萬(wàn)元原值儀器數(shù)量為例，2011年占比僅為6.7%，而2021年則高達(dá)22.4%。這充分反映了高校院所對(duì)高精尖儀器的旺盛需求與國(guó)家財(cái)政資金的巨大投入（圖2）。

圖2 不同原值區(qū)間質(zhì)譜儀器數(shù)量（左、臺(tái)/套）與原值（右、億元）分布

2.2 大型質(zhì)譜儀器有力支撐前沿領(lǐng)域科學(xué)研究，帶動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展

我國(guó)高校院所質(zhì)譜儀器主要分布在化學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境及資源科學(xué)以及食品科學(xué)領(lǐng)域，其中化學(xué)領(lǐng)域儀器數(shù)量占比超過(guò)1/4，數(shù)量約為0.29萬(wàn)（臺(tái)/套），原值為47.8億元；生物學(xué)領(lǐng)域質(zhì)譜儀器數(shù)量約為0.17萬(wàn)（臺(tái)/套），原值為39.0億元（圖3）。中國(guó)科學(xué)院建立了質(zhì)譜與功能組學(xué)平臺(tái)、清華大學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)平臺(tái)等聚集了一批高端質(zhì)譜儀器支撐前沿科學(xué)研究。質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步和質(zhì)譜儀器的發(fā)明改進(jìn)，都會(huì)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)追蹤2004年誕生的直接電離快速質(zhì)譜分析技術(shù)，發(fā)明了介質(zhì)阻擋放電直接電離離子化技術(shù)。其市場(chǎng)化產(chǎn)品便攜式毒品篩查質(zhì)譜儀，應(yīng)用于快速篩查毛發(fā)、體液等生物樣本中的毒品成分，靈敏度達(dá)到0.2ppb以下，為國(guó)際首創(chuàng)。其成果應(yīng)用報(bào)告評(píng)價(jià)道：“便攜式質(zhì)譜儀分析時(shí)間小于30秒，操作簡(jiǎn)便、科學(xué)有效，能夠滿足實(shí)際辦案的需要，具有出色的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用價(jià)值?！?/span>

圖3 不同學(xué)科領(lǐng)域質(zhì)譜儀器數(shù)量分布圖

2.3 大型質(zhì)譜儀器的利用水平逐步提升

我國(guó)高校院所大型質(zhì)譜儀器，除涉密儀器外，均已納入重大科研設(shè)施和大型科研儀器國(guó)家網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放共享。2021年，全國(guó)高校院所大型質(zhì)譜儀器年平均年有效工作機(jī)時(shí)1406小時(shí)，平均每臺(tái)（套）對(duì)外部用戶提供服務(wù)372小時(shí)。1000萬(wàn)元及以上的大型質(zhì)譜儀器的年平均有效工作機(jī)時(shí)3138小時(shí)，年平均對(duì)外服務(wù)機(jī)時(shí)達(dá)到891小時(shí)，明顯于其他原值區(qū)間的質(zhì)譜儀器（圖4）。這不僅提高了精密儀器的利用效率，也有助于降低其他科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)成本。

圖4 不同原值區(qū)間質(zhì)譜儀器儀器利用與服務(wù)情況

3 我國(guó)質(zhì)譜儀器的產(chǎn)業(yè)格局

3.1 國(guó)外企業(yè)在質(zhì)譜儀器市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位

截至2021年底，我國(guó)高校院所大型質(zhì)譜儀器中，97.9%為進(jìn)口儀器，國(guó)產(chǎn)儀器數(shù)量?jī)H230套，占比2.1%。超七成的質(zhì)譜儀器來(lái)自美國(guó)，數(shù)量達(dá)到0.75萬(wàn)（臺(tái)/套），原值總額為134.7億元。進(jìn)口自德國(guó)和日本的質(zhì)譜儀器數(shù)量也均超過(guò)1000臺(tái)（套）（圖5）。

圖5 大型質(zhì)譜儀器來(lái)源國(guó)分布

從購(gòu)置儀器原值總額排名前10位的廠商來(lái)看，美國(guó)公司6家，德國(guó)公司2家，日本公司1家。其中從賽默飛世爾與安捷倫2家公司購(gòu)置的質(zhì)譜儀器原值總額，占到進(jìn)口儀器總額的49.0%。高端質(zhì)譜儀方面，高校院所原值超過(guò)1000萬(wàn)元以上的全部為進(jìn)口儀器（表5）。原值在500-1000萬(wàn)的質(zhì)譜儀器中，僅1臺(tái)為國(guó)產(chǎn)儀器。500萬(wàn)元以下質(zhì)譜儀器中，國(guó)產(chǎn)儀器只占有2%左右的份額。

表5 購(gòu)置儀器原值總額排名前十位的廠商

3.2 近年來(lái)國(guó)內(nèi)進(jìn)口質(zhì)譜儀器的主要類型

科學(xué)儀器行業(yè)本身是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，發(fā)達(dá)國(guó)家儀器行業(yè)產(chǎn)值通常占GDP的5%左右[20]。2021年國(guó)內(nèi)質(zhì)譜儀市場(chǎng)大約150億元，約占全球市場(chǎng)的30%[21]。當(dāng)前，我國(guó)進(jìn)口的質(zhì)譜儀器主要類型為廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究中的氣相/液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀器（GC/LC-MS），據(jù)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)海關(guān)監(jiān)管數(shù)據(jù)，2021年海關(guān)進(jìn)口大型質(zhì)譜儀器約半數(shù)為氣相/液相質(zhì)譜聯(lián)用儀，其次為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器，數(shù)量占比24.6%；進(jìn)口的二次離子質(zhì)譜儀器數(shù)量?jī)H有15臺(tái)（套），但原值達(dá)到2.2億元（表6）。

表6 2021年海關(guān)進(jìn)口不同類型質(zhì)譜儀器數(shù)量

3.3我國(guó)質(zhì)譜儀器的自主研發(fā)歷程

我國(guó)質(zhì)譜儀器研究始于20世紀(jì)50年代。1963年研制成了ZhT-1301同位素質(zhì)譜儀[22]。上世紀(jì)70-80年代，質(zhì)譜儀器研發(fā)與生產(chǎn)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，生產(chǎn)廠商及產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。80年代末到90年代，國(guó)外質(zhì)譜儀器進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，一定程度上導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的“斷檔”。

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家開(kāi)始大力支持科研儀器的研發(fā)應(yīng)用?？萍疾?/span>2011年設(shè)立國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)，支持高端質(zhì)譜整機(jī)和關(guān)鍵零部件的研發(fā)、工程化及產(chǎn)業(yè)化?！笆濉迸c“十三五”，共安排了三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜系統(tǒng)研制、新型高分辨雜化質(zhì)譜儀器的研制與應(yīng)用開(kāi)發(fā)等14項(xiàng)高端質(zhì)譜儀器研究項(xiàng)目。國(guó)家自然科學(xué)基金自2012年起設(shè)立國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目,2022年資助金額達(dá)到10.5億元。

基于此，中國(guó)質(zhì)譜領(lǐng)域研究取得了顯著進(jìn)展，在線性離子阱質(zhì)量分析器、離子源等核心部件技術(shù)先后突破。2007年，介質(zhì)阻擋放電離子源技術(shù)成熟。2004-2009年，質(zhì)譜聯(lián)用儀器的研制與開(kāi)發(fā)專項(xiàng)，解決了小型四級(jí)桿、離子阱質(zhì)譜儀自主研制的技術(shù)瓶頸。2015年，PCB離子阱和離子阱陣列技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，四極離子阱的質(zhì)譜性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[23]。2011-2019年，基于高精度同位素豐度分析的TOF-SIMS新技術(shù)，研制出用于穩(wěn)定同位素分析和稀土元素分析的TOF-SIMS-SI和TOF-SIMS-REE儀器。

從事質(zhì)譜產(chǎn)品生產(chǎn)的廠家應(yīng)運(yùn)而生，蓬勃發(fā)展。禾信儀器分別在2015、2016、2018年獲得EI、ESI MALDI的自研專利技術(shù)，縮短了與國(guó)外離子源領(lǐng)域的研發(fā)差距。2006年，商業(yè)化四極桿氣質(zhì)聯(lián)用儀GC-MS3100推出。2010年，氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀SPAMS05推出。2012年，商品化的MALDI-TOFMS和等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS推出。2021年，EXPEC7350三重四極桿ICP-MS推出。2022年，LC-TQ5200完成了高效離子化器、三重四極桿、高壓射頻電源等關(guān)鍵核心部件的國(guó)產(chǎn)化。

但在核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)上，渦輪分子泵（真空系統(tǒng)）、光電倍增器、高精密質(zhì)量分析器以及特殊精密傳感器等核心部件尚未攻克。高端質(zhì)量分析器領(lǐng)域還存在產(chǎn)品空白。靜電離子阱、傅立葉變換回旋質(zhì)譜儀、離子淌度四級(jí)桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜、串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜、等離子飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用等還未實(shí)現(xiàn)突破。（表7）

表7 國(guó)內(nèi)外質(zhì)譜儀器產(chǎn)品類型對(duì)比

注：√表示可以生產(chǎn)，○表示即將突破，×表示不能生產(chǎn)。根據(jù)公開(kāi)資料整理。

3.4質(zhì)譜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的困境

目前，中國(guó)質(zhì)譜儀器市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)儀器占比約為整體的10%，個(gè)別產(chǎn)品甚至超過(guò)50%。但高端的高分辨質(zhì)譜儀器，國(guó)產(chǎn)占有率甚微。我國(guó)質(zhì)譜技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。

（1）技術(shù)領(lǐng)域存在“卡脖子”難題。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)質(zhì)譜研究的基礎(chǔ)原理沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)廠商的研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)不足，核心技術(shù)專利處于劣勢(shì)[24],在高端性能與創(chuàng)新性、穩(wěn)定性與可靠性、軟件和數(shù)據(jù)處理等方面仍需要時(shí)間來(lái)縮小差距。同時(shí)，國(guó)際上的技術(shù)封鎖和出口管制，也對(duì)我國(guó)質(zhì)譜領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步構(gòu)成了障礙。

（2）市場(chǎng)層面存在“用不起來(lái)”的困擾。國(guó)內(nèi)用戶長(zhǎng)期以來(lái)形成了進(jìn)口儀器依賴心理，對(duì)于國(guó)產(chǎn)高端科學(xué)儀器的接受度較低，調(diào)研顯示，90%以上的研究人員更愿意選擇進(jìn)口儀器。國(guó)產(chǎn)儀器廠商與用戶之間的品質(zhì)信任關(guān)系建立緩慢，也導(dǎo)致了企業(yè)難以完成需求挖掘、價(jià)值創(chuàng)造和利益兌現(xiàn)。

（3）產(chǎn)業(yè)生態(tài)層面體系建設(shè)不完善。國(guó)內(nèi)在材料、工藝設(shè)計(jì)、精密加工、品質(zhì)控制等方面水平相對(duì)有限，導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性和易用性需要進(jìn)一步提高。高精度元器件和核心器件的加工制造，只能靠廠商自身摸索，甚至需要從零研發(fā)，增加了研發(fā)成果的轉(zhuǎn)化與落地周期。

（4）在人才方面缺乏復(fù)合型專業(yè)人才。質(zhì)譜儀器研發(fā)過(guò)程涉及多學(xué)科的理論知識(shí)、專業(yè)技術(shù)及復(fù)雜工藝，需要不同專業(yè)領(lǐng)域的人才密切合作，共同解決技術(shù)難題。目前，尚沒(méi)有專門的學(xué)科來(lái)培養(yǎng)相應(yīng)的人才。同時(shí)，我國(guó)質(zhì)譜儀器研發(fā)團(tuán)隊(duì)相經(jīng)驗(yàn)不足、學(xué)科協(xié)同不夠，這對(duì)于長(zhǎng)期發(fā)展和技術(shù)突破來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

4 思考與展望

在發(fā)展趨勢(shì)上，質(zhì)譜技術(shù)正向更高分辨率、更高精度與更高通量方向發(fā)展，以提高對(duì)復(fù)雜樣品分析的精準(zhǔn)性、定量化與高效率。支持多種質(zhì)譜模式以提供更多的分析選項(xiàng)，如質(zhì)譜/質(zhì)譜（MS/MS）和離子追蹤質(zhì)譜（ITMS）；便攜式、小型化以適應(yīng)在野外環(huán)境、環(huán)境監(jiān)測(cè)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景；數(shù)據(jù)采集和處理日益重要，人工智能技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)解釋和結(jié)果預(yù)測(cè)等。

立足于追蹤最新技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)質(zhì)譜儀器高質(zhì)量快速發(fā)展，提出以下若干思考。

（1）保持政策支持力度。提升科學(xué)儀器國(guó)產(chǎn)化替代水平和應(yīng)用規(guī)模，實(shí)現(xiàn)用自主研發(fā)的儀器設(shè)備解決重大基礎(chǔ)研究問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，是我國(guó)的既定國(guó)策。質(zhì)譜儀器研發(fā)難度大、周期長(zhǎng)、投入多，難以完全依靠初創(chuàng)企業(yè)自有資金持續(xù)進(jìn)行，政策扶持和資金支持顯得尤為重要。安益譜(蘇州)醫(yī)療科技有限公司面臨資金枯竭窘境時(shí)，當(dāng)?shù)卣皶r(shí)予以補(bǔ)助支持，使企業(yè)獲得了深入打磨產(chǎn)品的時(shí)間。2023年初，安益譜自主研發(fā)的三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀試產(chǎn)下線，拉開(kāi)了工業(yè)生產(chǎn)的序幕，打破了進(jìn)口品牌的市場(chǎng)壟斷。盡管2022年以來(lái)，國(guó)內(nèi)質(zhì)譜儀器廠商的資金需求困境已大為緩解。如，在2022年質(zhì)譜市場(chǎng)近30家融資中，億元級(jí)融資占比超過(guò)50%。但國(guó)家政策支持仍應(yīng)保持穩(wěn)定持續(xù)，以助力質(zhì)譜儀器產(chǎn)業(yè)的做大做強(qiáng)，行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

（2）加強(qiáng)示范應(yīng)用的頂層設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)質(zhì)譜儀器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)正處于穩(wěn)定上升通道。但產(chǎn)品推廣，需要高端用戶的應(yīng)用示范。因此，從頂層設(shè)計(jì)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)儀器使用單位的購(gòu)置引導(dǎo)，鼓勵(lì)采購(gòu)國(guó)產(chǎn)高端儀器，以應(yīng)用促改進(jìn)，以迭代拉近與進(jìn)口儀器的差距。要貫徹落實(shí)好《關(guān)于計(jì)量促進(jìn)儀器儀表產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》的相關(guān)要求，著手建立計(jì)量測(cè)試評(píng)價(jià)制度，設(shè)立專業(yè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)，提升國(guó)產(chǎn)儀器儀表自主品牌的認(rèn)可度。

（3）推動(dòng)良好產(chǎn)業(yè)生態(tài)的完善。我國(guó)質(zhì)譜儀器生產(chǎn)業(yè)已初步形成了一定的行業(yè)格局，但遠(yuǎn)未形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。遏制低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，嚴(yán)控低水平重復(fù)投入，抑制跨界企業(yè)入局質(zhì)譜賽道，禁止成果盲目轉(zhuǎn)化等，都是政策制定和行業(yè)管理層面需要應(yīng)對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因此，應(yīng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，運(yùn)用政策工具和管理手段，疏堵禁綜合發(fā)力，構(gòu)建良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

（4）科研端與產(chǎn)業(yè)端協(xié)同發(fā)力。在科研端，加強(qiáng)原始創(chuàng)新以基礎(chǔ)研究引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。要推動(dòng)尖端技術(shù)之間的互通和儀器研發(fā)資源的共享，統(tǒng)籌力量，力求突破；在產(chǎn)業(yè)端，持續(xù)推動(dòng)已有高端儀器研制成果的產(chǎn)業(yè)化，提升核心儀器自主化水平，提高中低端產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)，圍繞儀器發(fā)展的生態(tài)鏈，打通科研端與產(chǎn)業(yè)端的聯(lián)系通道，協(xié)同發(fā)力，完善高端質(zhì)譜儀器的“產(chǎn)學(xué)研用”發(fā)展體系，形成質(zhì)譜儀器發(fā)展的新生態(tài)。建立共性技術(shù)平臺(tái)與應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)，發(fā)揮高校院所知識(shí)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)科研儀器企業(yè)等優(yōu)勢(shì)力量參與研發(fā)鏈條，從產(chǎn)業(yè)鏈角度布局，提升關(guān)鍵部件供給能力，提升工程化和產(chǎn)業(yè)化能力，從而形成科學(xué)儀器創(chuàng)新發(fā)展的新生態(tài)環(huán)境，加速國(guó)產(chǎn)高端質(zhì)譜技術(shù)的迭代升級(jí)，提高國(guó)產(chǎn)化替代水平和應(yīng)用規(guī)模。

參考文獻(xiàn)

[1]習(xí)近平在中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào) 切實(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究 夯實(shí)科技自立自強(qiáng)根基者 .[EB/OL]. （ 2023-2-22 ）[2023-10-[2].http://cpc.people.com.cn/BIG5/n1/2023/0222/c64094-32628987.html.

[2]張兆清,趙雅平,王志強(qiáng),等.磁質(zhì)譜的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)展[J].化學(xué)分析計(jì)量,2022,第 31 卷(2):94-100.

[3]李樹(shù)奇,鮑曉迪,殷紅,等.傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀:過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)[J].大學(xué)化學(xué),2015,(4):1-10.

[4]李明,梁大鵬,李紅梅,等.傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜的最新進(jìn)展和展望[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2011,(8):1915-1920.

[5]周強(qiáng),李金英, 梁漢東, 等. 二次離子質(zhì)譜(SIMS) 分析技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 質(zhì)譜學(xué)報(bào),2004(02):113-120.

[6]李燕,梁漢東,韋妙,等.離子阱質(zhì)譜計(jì)的研究現(xiàn)狀及其進(jìn)展[J].質(zhì)譜學(xué)報(bào),2006,(4):249-256.

[7]江游,方向,黃澤建,等.大氣壓接口-單四極桿質(zhì)譜儀的研制[J].質(zhì)譜學(xué)報(bào),2010,31(6)：

337-341.

[8]何堅(jiān),楊芃原,周振,等.高分辨電噴霧離子源三級(jí)四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的研制[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2003,24(6):50-52.

[9]于承新, 王舉鐸, 黃澤建 , 等 . 便 攜 式 質(zhì) 譜 儀 的 研 究 進(jìn) 展 [J]. 分 析 試 驗(yàn)室,2021,40(12):1480-1488.

[10]KARAS M，HILLENKAMP F． Laser desorp