随着人们对环境保护、食品安全等问题的日益重视,质谱仪市场需求越来越多,越来越迫切。然而,由于国产质谱仪存在较多技术瓶颈,只能满足小部分市场需求,国内质谱仪市场大多被国外知名质谱仪制造商所占据(如安捷伦、赛默飞、沃特世等)。
根据智研咨询发布的统计数据显示,2018年我国质谱仪产量为20004台,进口数量为12617台,出口数量为6949台,全国质谱仪需求量为25672台。
近日,中美贸易战持续升温,双方均已表明态度。作为仪器仪表行业中的一员,小编也将目光对准了600亿美元美国进口商品中的各类仪器仪表及相关产品。
其中,以质谱联用仪(海关编号:90278012)为代表的质谱仪器在加征关税的税率中被划为5%最低档。但是作为一种高端精密分析仪器,并且是我国进口的主要仪器,质谱产品以其技术含量高、应用范围广、价格昂贵而备受国内外相关仪器厂商的关注。
此次,美国开启贸易战,中国已表明立场。在5月13日的央视新闻联播中,主持人康辉播报了一篇题为《中国已做好全面应对的准备》的国际锐评,引起了人们的极大关注。贸易战的开启势必会对中国的质谱行业产生影响,国内仪器企业只有不断加强技术创新和进口替代,才能在这场“贸易战”中减少影响。
质谱仪的简介:
质谱仪又称质谱计。分离和检测不同同位素的仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪。按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子,按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器,采集放大离子信号,经计算机处理,绘制成质谱图。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
质谱仪是一种能够直接测量物质原子量或分子量的仪器,是目前最尖端的科学仪器之一。
质谱仪的用法:
分离和检测不同同位素的仪器。仪器的主要装置放在真空中。将物质气化、电离成离子束,经电压加速和聚焦,然后通过磁场电场区,不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同,聚焦在不同的位置,从而获得不同同位素的质量谱。质谱方法最早于1913年由J.J.汤姆孙确定,以后经F.W.阿斯顿等人改进完善。现代质谱仪经过不断改进,仍然利用电磁学原理,使离子束按荷质比分离。质谱仪的性能指标是它的分辨率,如果质谱仪恰能分辨质量m和m+Δm,分辨率定义为m/Δm。现代质谱仪的分辨率达105~106量级,可测量原子质量精确到小数点后7位数字。
质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。测定原子质量的精度超过化学测量方法,大约2/3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。由于质量和能量的当量关系,由此可得到有关核结构与核结合能的知识。对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量,可确定矿石的地质年代。质谱方法还可用于有机化学分析,特别是微量杂质分析,测量分子的分子量,为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据。由于化合物有着像指纹一样的独特质谱,质谱仪在工业生产中也得到广泛应用。
固体火花源质谱:对高纯材料进行杂质分析。可应用于半导体材料有色金属、建材部门;气体同位素质谱:对稳定同位素C、H、N、O、S及放射性同位素Rb、Sr、U、Pb、K、Ar测定,可应用于地质石油、医学、环保、农业等部门。
质谱仪的分类:
有机质谱仪:
有机质谱仪,主要用于有机化合物的结构鉴定,提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。有机质谱仪可以分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。有机质谱仪基本工作原理:以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化,形成各种质荷比(m/e)的离子,然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度,从而确定被测物质的分子量和结构。有机质谱仪广泛应用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析方面。
有机质谱仪,主要用于有机化合物的结构鉴定,提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。有机质谱仪可以分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。有机质谱仪基本工作原理:以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化,形成各种质荷比(m/e)的离子,然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度,从而确定被测物质的分子量和结构。有机质谱仪广泛应用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析方面。
无机质谱仪:
无机质谱仪,主要用于无机元素微量分析和同位素分析等方面,它与有机质谱仪工作原理不同的是物质离子化的方式不一样:无机质谱仪是以电感耦合高频放电(ICP)或其他的方式使被测物质离子化。无机质谱仪可以分为火花源质谱仪、离子探针质谱仪、激光探针质谱仪、辉光放电质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪。无机质谱仪测试速度快,结果精确。无机质谱仪广泛用于地质学、矿物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析方面。
同位素质谱仪:
同位素质谱仪,化学分析仪器,有独特的分析平台与固定结合离子光学组件,配置灵活,可适用于不同领域的使用要求。
灵敏度——DELTA同位素比质谱仪系列具有前所未有的高灵敏度
可扩展性——最完善、最全面的外围样品前处理设备:元素分析仪、气相色谱仪、液相色谱仪、多用途样品制备装置、痕量气体分析仪、专门氢装置、专门碳酸盐装置,满足不同行业不同用户的需要。
多功能性——最多可配置10个检测器---最灵活多样的接收器排列——更宽的质量范围——在线氢分析-DELTAVAdvantage可现场升级到DELTAVPlus。
坚固而可靠——所有离子光学组成都有固定排列的单片分析器——集成信号扩大器和数字转换器-所有的离子光学组成都是固定的:安装或维护时不需要调整位置——最优化的真空排气设计——自动诊断的完整系统Productive,ReliableandEasy-to-Use。
紧凑而方便——占地面积小-上盖可放置在线外围设备——双路进样,微量进样和多向进样内置——从前部面板开关连续流接口——所有真空泵内置-低噪音设计。
离子探针:
离子探针是指利用气体产生的离子轰击样品表面,对激发出的二次离子进行化学元素及同位素成分分析的仪器。从氯到铀的元素均可用离子探针进行分析,补充了电子探针元素分析范围有限及灵敏度偏低的不足。离子探针可进行表面分析、近浅表面的深度分析、体积分析和图象分析,但定量的精度不如电子探针。
国产质谱仪的产生与发展
第一台国产质谱仪
上个世纪六十年代,我国生产出第一台质谱仪。但由于一些历史原因,我国质谱仪的研发和生产工作没能延续,与国际水平存在较大差距,在国际质谱仪市场占有率极低,在国内质谱仪市场也只能参与低端产品的竞争。
随着我国经济的不断发展,环境污染、食品安全等问题日益突出,对发展高端科学仪器提出了迫切需求。中国作为全球质谱仪重要的需求市场越来越受到仪器厂商的关注,国内仪器厂商也在致力于打造国产高端质谱仪。
比如,十年前禾信仪器只有一台不能工作的样机,十年后的2018年禾信仪器已经做到了国内行业领军。禾信仪器已经全面掌握具有完全自主知识产权的飞行时间质谱核心技术和全套装配工艺,多项质谱技术及产品填补了国内甚至国际质谱领域与高端环保仪器行业的空白。
目前,禾信仪器的技术已经在国内200多个城市得到了应用,并且出口到美国和德国,创造了中国大型尖端科学仪器首次出口欧美的历史。
禾信仪器董事长周振说,质谱仪器对于一个国家和民族很重要,禾信仪器自己花了10年时间做到了全国领先,但也必须承认和国外的差距还很大。
因此,我国要尽快加强对质谱仪技术的重视程度,制定合理、有效的发展计划,加大研发投入和支持力度,加快推进产业化进程,从而缩短我国与质谱技术领先国家之间的差距。
中美贸易战已打响。苏轼·《留侯论》有句话说的好:“天下有大勇者,卒然临之而不惊,无故加之而不怒。此其所挟持者甚大,而其志甚远也”。中国或许就是苏轼所指代的大勇者吧!