近日，國際知名分析儀器智庫SDI公司研究報(bào)告顯示，位于羊城東部的廣州禾信儀器股份有限公司（以下簡稱“禾信”）是國內(nèi)唯一得到國際關(guān)注的國產(chǎn)質(zhì)譜公司，在國際便攜質(zhì)譜市場份額占比為6%。

“這意味著在國際質(zhì)譜儀研發(fā)領(lǐng)域，有了中國企業(yè)的一席之地?！?/p>

禾信自主研發(fā)的質(zhì)譜儀產(chǎn)品。

一、質(zhì)譜儀的來歷

19世紀(jì)末，物理學(xué)家E.Goldstein在一次低壓放電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了正電荷粒子，隨后W.Wein觀察到帶電粒子束會(huì)在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是物理學(xué)中電磁偏轉(zhuǎn)問題的前身，這些觀察結(jié)果為質(zhì)譜提供了充足的準(zhǔn)備。1912年，世界上第一臺(tái)質(zhì)譜儀由英國物理學(xué)家約瑟夫· 約翰·湯姆遜研制成功。后來質(zhì)譜儀被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，由于質(zhì)譜儀種類非常多，工作原理和應(yīng)用范圍也有很大的不同。目前主要用于進(jìn)行物質(zhì)分析，尤其是生物質(zhì)譜，已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)前沿的熱點(diǎn)之一。

二、質(zhì)譜技術(shù)的原理

質(zhì)譜技術(shù)是建立在原子、分子電離以及離子光學(xué)理論基礎(chǔ)之上的應(yīng)用技術(shù)，通過質(zhì)譜分析可以獲得無機(jī)、有機(jī)和生物分子的分子量和分子結(jié)構(gòu)，能對(duì)多種復(fù)雜混合物的各種成分進(jìn)行定量或者定性分析。

質(zhì)譜技術(shù)其實(shí)就是高中物理課本上經(jīng)典的“帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)”問題的應(yīng)用。簡單來說，就是把復(fù)雜的混合物放在質(zhì)譜體系中，將其分解為原子、分子，然后將電離注入到電磁場中。由于不同的帶電粒子的質(zhì)量和電荷比例不同，偏轉(zhuǎn)時(shí)間也不同，質(zhì)譜儀可以將這些時(shí)間、位置信息轉(zhuǎn)換為光學(xué)數(shù)據(jù)，以質(zhì)譜圖的形式展現(xiàn)出來，復(fù)雜混合物的各種組分就得以被直觀地觀察到。

氣體原子和分子受陰極射線電子的激烈撞擊后，會(huì)形成陽離子，幾乎所有原子，甚至包括惰性氣體，都可以利用低壓放電方式變?yōu)闅鈶B(tài)陽離子，這些陽離子組成了陽射線。具有特定運(yùn)動(dòng)初速度的陽離子射線經(jīng)兩個(gè)狹縫進(jìn)入電場中，不同速度的陽離子在電場中的偏轉(zhuǎn)程度不同，速度小的偏轉(zhuǎn)程度大，反之，速度大的偏轉(zhuǎn)程度小；陽離子射出電場進(jìn)入磁場后也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以偏轉(zhuǎn)程度由運(yùn)動(dòng)的陽離子的質(zhì)量和電荷比共同決定，即質(zhì)荷比。質(zhì)荷比相同的陽離子聚集在照相底片上形成一條短直線影像，不同質(zhì)荷比陽離子在底片的不同位置留下短直線影像，類似光譜線。又因?yàn)檫@些影像與它們的質(zhì)量有關(guān)，所以被稱為質(zhì)譜，這種檢測儀器就叫質(zhì)譜儀。

三、質(zhì)譜儀的用途

隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展，如今功能更加強(qiáng)大的質(zhì)譜儀已經(jīng)是涉及數(shù)學(xué)、電子、光學(xué)、化學(xué)、納米、物理、環(huán)境等十幾門學(xué)科的綜合儀器。

質(zhì)譜儀之所以能在“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”中大顯身手，主要是它被用作環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，能夠在幾秒內(nèi)測量出空氣中的幾百種污染物，幾小時(shí)便可獲得某監(jiān)測點(diǎn)PM2.5中的汽車尾氣占比。如果將這種質(zhì)譜儀放在一輛車上進(jìn)行巡航，就能快速繪制出城市污染情況的“地圖”。

質(zhì)譜儀的使用，為人類生活帶來了積極的影響，并且隨著該領(lǐng)域的不斷發(fā)展進(jìn)步，在不久的將來，質(zhì)譜儀一定會(huì)進(jìn)一步走入人們的視野，為人類做貢獻(xiàn)。

四、“做中國人的質(zhì)譜儀”

科學(xué)儀器行業(yè)是典型的高附加值、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，涵蓋光譜儀、質(zhì)譜儀、材料測試儀等。其中，質(zhì)譜儀作為實(shí)驗(yàn)分析儀器的重要分支，是測量物質(zhì)原子量、分子量的唯一工具，被譽(yù)為“科學(xué)儀器皇冠上的明珠”。

要制造質(zhì)譜儀，涉及多項(xiàng)技術(shù)和多個(gè)學(xué)科，難度大、周期長、投入多。以前，質(zhì)譜儀研發(fā)是一個(gè)“無人區(qū)”，國產(chǎn)化更是一場“持久戰(zhàn)”。

2000年代初，我國質(zhì)譜儀幾乎全依賴進(jìn)口，年進(jìn)口額達(dá)上百億元人民幣。

經(jīng)過多年攻關(guān)，2013年，禾信迎來突破性一刻，打磨了近10年的PM2.5在線源解析質(zhì)譜監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品面世。

這套系統(tǒng)在全球首次實(shí)現(xiàn)PM2.5在線源解析，解決了快速弄清PM2.5污染物來源這一業(yè)界難題，它能把解析PM2.5來源的時(shí)間從3個(gè)多月縮至1小時(shí)內(nèi)。目前，該監(jiān)測系統(tǒng)已技術(shù)迭代4次，在我國200多個(gè)城市應(yīng)用。

2017年，禾信研發(fā)的在線揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)譜儀及單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，分別于7月和11月參與南北極地科考，是“雪龍”號(hào)上唯一的大型國產(chǎn)高端科學(xué)儀器。

“在整個(gè)航程觀測期間，儀器性能穩(wěn)定，檢測靈敏度高，操作便捷，數(shù)據(jù)還可以自動(dòng)處理和存儲(chǔ)。根據(jù)獲取數(shù)據(jù)所形成的研究成果，已在多個(gè)國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。”第34次南極科學(xué)考察隊(duì)對(duì)儀器予以極高評(píng)價(jià)。

更令人振奮的是，“中國制造”高端科學(xué)儀器首次實(shí)現(xiàn)出口歐美。2017年，一家美國科研機(jī)構(gòu)想采購在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀。全球僅有3家企業(yè)研制出該儀器，而實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的只有禾信。憑借卓越性能，禾信拿下了訂單。

6年前，禾信內(nèi)部實(shí)施了“揭榜掛帥”制，組建起核心技術(shù)攻關(guān)小組。

四極桿飛行時(shí)間串級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用儀，是生命科學(xué)、生物制藥等領(lǐng)域不可或缺的分析儀器，但此前其國產(chǎn)化率為0。

這款儀器的研發(fā)極其復(fù)雜，涉及機(jī)械、電子、軟件、真空等多學(xué)科，零部件數(shù)上千，且加工精度要控制在0.03毫米以內(nèi)、裝配精度要控制在0.05毫米以內(nèi)，還要編寫上百萬行的代碼，才可實(shí)現(xiàn)整機(jī)高效控制與采集。

禾信研制出“中國人的質(zhì)譜儀”。

“攔路虎”不斷出現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)逐一化解。歷經(jīng)多個(gè)版本迭代、上萬次數(shù)據(jù)測試，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)整機(jī)關(guān)鍵核心部件全部自主可控。今年5月，首臺(tái)自主研發(fā)的四極桿飛行時(shí)間液質(zhì)聯(lián)用儀LC-QTOF 7000面世。

該儀器是研究生物系統(tǒng)與生命萬象結(jié)構(gòu)、功能的物質(zhì)基礎(chǔ)——蛋白質(zhì)組的重要利器。

從最初研發(fā)兩三款產(chǎn)品，到如今每年在研產(chǎn)品多達(dá)10余款，涉及環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)藥、食品安全等領(lǐng)域，禾信的高端科技儀器設(shè)備國產(chǎn)化之路越走越寬。

從0提高到6%，打破了依賴進(jìn)口的局面。但要推動(dòng)國產(chǎn)質(zhì)譜儀器行業(yè)良性發(fā)展，需要幾代人努力。

來源：科普中國綜合科技日報(bào)

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