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2024年11月16日上午，第九屆中國分析儀器學(xué)術(shù)大會（ACAIC 2024）——探索未來，下一代質(zhì)譜技術(shù)創(chuàng)新與突破論壇在廣東省深圳市登喜路國際大酒店召開，本次分論壇由廣東省麥思科學(xué)儀器創(chuàng)新研究院、寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院、暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院組織，廣州禾信儀器股份有限公司是本次論壇的支持單位。

論壇現(xiàn)場

寧波大學(xué)丁傳凡教授、廣州禾信儀器股份有限公司曹昶總監(jiān)為本場論壇分別致辭。  

寧波大學(xué)丁傳凡教授致辭

廣州禾信儀器股份有限公司曹昶總監(jiān)致辭

質(zhì)譜技術(shù)，作為分析科學(xué)的關(guān)鍵支柱，正處于一個創(chuàng)新和突破的新時代，在化學(xué)、生物、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等各個領(lǐng)域具有不可替代的作用。隨著科技的進(jìn)步，我們也將面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，下一代的科學(xué)儀器必須更加靈敏、準(zhǔn)確、快速，同時還將兼?zhèn)洳僮鞯暮啽阈院统杀镜目煽匦浴?span style="text-indent:2em;">新技術(shù)和新需求將有力推動傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的革新，更將拓展全新的應(yīng)用前景。該論壇旨在提供一個多維度的交流平臺，探索質(zhì)譜技術(shù)的未來發(fā)展路徑，激發(fā)創(chuàng)新思維，促進(jìn)技術(shù)突破，共同開啟質(zhì)譜技術(shù)的新篇章。

本論壇精心組織8場報告，詳細(xì)介紹了質(zhì)譜技術(shù)在燃燒與能源、呼氣代謝組學(xué)、超高分辨質(zhì)量分析器、空間探測等領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用。

報告嘉賓：上海交通大學(xué) 周忠岳副教授

報告題目：《基于光電離質(zhì)譜的燃燒與能源研究》

燃燒仍是當(dāng)今世界的主要能源來源，超過80%的全球一次能源來自于化石燃料的燃燒，在工業(yè)、交通、國防等領(lǐng)域仍發(fā)揮不可替代的作用。真空紫外光電離質(zhì)譜技術(shù)已發(fā)展有20多年，其在燃燒機(jī)能源研究中有廣泛的應(yīng)用，可以測量火焰中H、O、OH等自由基及烯醇、過氧化物等活潑中間體，應(yīng)用于燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型的發(fā)展。

針對燃燒或能源轉(zhuǎn)化過程中的均相或非均相多種過程，基于質(zhì)譜建立在線測量方法，一是基于同步輻射建立分子束質(zhì)譜技術(shù)，在此基礎(chǔ)上拓展了壓力和測量范圍；另外，針對非均相反應(yīng)，將光電質(zhì)譜結(jié)合進(jìn)來，進(jìn)一步結(jié)合高分辨質(zhì)譜提升壓力和測量范圍?？紤]下一代質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，在燃燒方面，以前同步輻射多是在理想條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際情況其實(shí)很復(fù)雜，如航空發(fā)動機(jī)中的燃燒是在高壓狀態(tài)下，需要設(shè)計不同裝置實(shí)現(xiàn)高壓取樣；針對燃燒變化快的問題，需要提高時間分辨和靈敏度。對于液相反應(yīng)，如有機(jī)合成、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、煤液化等，需要高分辨質(zhì)譜，這些都給質(zhì)譜技術(shù)技術(shù)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。

報告嘉賓：中國科學(xué)院化學(xué)研究所 何圣貴研究員

報告題目：《離子分子反應(yīng)質(zhì)譜研制與應(yīng)用》

離子分子反應(yīng)研究對認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、實(shí)現(xiàn)痕量物種檢測等具有重要意義。質(zhì)譜是研究離子分子反應(yīng)的核心技術(shù)。何圣貴課題組在中科院項(xiàng)目支持下研制了可制備團(tuán)簇（如氧化物團(tuán)簇）并研究其與小分子反應(yīng)的儀器--納米尺寸團(tuán)簇質(zhì)量分析器。用飛行時間質(zhì)譜測量質(zhì)量，在質(zhì)譜的二級聚焦點(diǎn)讓團(tuán)簇與光相互作用，產(chǎn)生電子可測光電能譜，發(fā)生光反應(yīng)解離可測中性產(chǎn)物質(zhì)量。在設(shè)計中，使用大口徑離子光學(xué)系統(tǒng)解決了大質(zhì)量傳統(tǒng)機(jī)制豐度低的問題，該儀器獲得領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可。

在高氣壓船閘式離子漏斗阱研制方面，對質(zhì)譜來說在真空中實(shí)現(xiàn) 1000 帕有較大難度，因?yàn)橘|(zhì)譜分析器氣壓低，反應(yīng)區(qū)氣壓高的話會使離子損耗變大。此前離子分子反應(yīng)器氣壓低，離子從低壓區(qū)到高壓區(qū)再到低壓區(qū)的過程中離子易損失，提高氣壓離子可能都無法穿過。受到三峽船閘渡船方式的啟發(fā)，設(shè)計船閘式離子分子反應(yīng)器，離子在低壓（如 10 帕）注入，通過快速閥關(guān)門后注入脈沖氣體使氣壓達(dá) 1000 帕，反應(yīng)后釋放氣體再將離子從下游釋放，實(shí)現(xiàn)高氣壓反應(yīng)、低氣壓拋出和注入，整個過程脈沖式氣體用量少，對質(zhì)譜負(fù)載較小。

在大氣污染檢測中，空氣中活性自由基、含氧有機(jī)物等濃度低且隨光照變化，檢測靈敏度要求較高。該課題組利用質(zhì)譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于傳統(tǒng)商用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜的電子貼附電離方法，可對乙二醛、甲基氧醛等產(chǎn)生的負(fù)離子進(jìn)行檢測，檢測線好于 100ppt且有實(shí)際的應(yīng)用潛力。

在離子分子反應(yīng)構(gòu)效關(guān)系研究方面，此前質(zhì)譜獲取數(shù)據(jù)量少，但通過機(jī)器學(xué)習(xí)認(rèn)識大量離子的反應(yīng)，可使儀器每天獲得較多數(shù)據(jù)，目前已獲得 6000 多個反應(yīng)數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)找到影響反應(yīng)的關(guān)鍵因素，建立模型預(yù)測反應(yīng)速率。后續(xù)還會加入更多的模型特征來獲得大量數(shù)據(jù)。

報告嘉賓：廣州禾信儀器股份有限公司 王斌高級工程師

報告題目：《高分辨大氣壓電離快檢質(zhì)譜的應(yīng)用探索》

質(zhì)譜儀器是測量物質(zhì)的關(guān)鍵工具，堪稱分析儀器的 “皇冠”，其結(jié)構(gòu)包括樣品引入、核心結(jié)構(gòu)（離子化、傳輸分辨分析、檢測和軟件分析）等部分，離子源對分析影響重大。大氣壓電離技術(shù)應(yīng)用廣泛，有快速、對樣品前處理要求低且能與多種質(zhì)量分析器聯(lián)用的特點(diǎn)，可分為電噴霧、低溫等離子體、激光電離三類。質(zhì)量分析器主流技術(shù)多樣，基于低溫等離子體大氣壓電離技術(shù)和高分辨飛行時間技術(shù)等，我們開發(fā)了快檢質(zhì)譜產(chǎn)品——快速篩查質(zhì)譜儀，它由熱輔助低溫等離子體源、全自動計量系統(tǒng)、樣品前處理系統(tǒng)和軟件工作站等構(gòu)成，還有專用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，涵蓋 300 多種化合物（如農(nóng)藥殘留、毒品毒物）信息，支持本地擴(kuò)展，產(chǎn)品具有流程簡單、成本低、抗震可車載等特點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，該產(chǎn)品在食品安全農(nóng)殘快檢方面表現(xiàn)出色，可同次進(jìn)樣多次分析不同化合物，結(jié)合高分辨質(zhì)譜能快速給出精準(zhǔn)結(jié)果。基于農(nóng)殘快檢流程開發(fā)的系統(tǒng)分析時間短，在 6000 批次樣品檢測中能有效篩查出陽性樣品。此外，產(chǎn)品在毒品現(xiàn)場快檢、藥物非法添加成分和有效成分分析等方面也有廣泛應(yīng)用。

對于下一代分析儀器，在自主技術(shù)層面，高性能是永恒追求，該公司開發(fā)了國內(nèi)首款商用四極桿飛行時間質(zhì)譜儀，在高分辨或超高分辨設(shè)備方面也有諸多成果。在應(yīng)用層面，我們致力于創(chuàng)新性集成和自動化解決方案，包括快檢質(zhì)譜儀、水中有機(jī)物監(jiān)測系統(tǒng)，也關(guān)注如羅氏臨床一體機(jī)系統(tǒng)這樣的質(zhì)譜集成和自動化產(chǎn)品。

報告嘉賓：復(fù)旦大學(xué) 屠秉晟副教授

報告題目：《基于潘寧離子阱的質(zhì)譜分析技術(shù)》

潘寧離子阱是通過靜態(tài)電磁場囚禁帶電粒子進(jìn)而開展精密質(zhì)譜分析的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。近年來，潘寧阱的質(zhì)量(電荷質(zhì)量比)測量精度已經(jīng)可以達(dá)到10^-11。在此基礎(chǔ)上，可以開展基本粒子質(zhì)量標(biāo)定、量子電動力學(xué)檢驗(yàn)、正反物質(zhì)對稱性研究、搜索暗物質(zhì)等，是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。

質(zhì)譜的分辨率和質(zhì)量精度不同，分辨率高不意味著質(zhì)量精度高，掃描速度、動態(tài)范圍、成本也是質(zhì)譜的重要指標(biāo)，不同類型質(zhì)譜各有優(yōu)劣，如四極桿質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、磁質(zhì)譜。潘寧阱由漢斯·德默爾特教授研發(fā)，原理源于潘寧設(shè)計，用于囚禁帶電離子，其與離子阱、四極桿質(zhì)譜儀驅(qū)動離子方式不同，通過靜磁場和靜電場囚禁離子，離子在電磁場疊加場下有多種運(yùn)動形式，可據(jù)此計算質(zhì)荷比。

潘寧阱與 FT - ICR 原理相同但應(yīng)用方向不同，不同研究領(lǐng)域?qū)|(zhì)量精度要求各異，潘寧阱是精度最高的質(zhì)量分析裝置，更關(guān)注單次測量精度，其精度高是因可單粒子測量，且在高精度潘寧阱中有低溫、高均勻磁場和高真空環(huán)境，避免了干擾。潘寧阱測量方法包括基于定向電荷測量，通過超導(dǎo)諧振器等處理信號，還有引出法和測相位法用于特殊情況的測量。儀器研發(fā)方面，22 年開始，因國外禁運(yùn)所以便開始國內(nèi)制作，已完成小型潘寧阱測試結(jié)構(gòu)，正合作制作高精度磁場體系及配套系統(tǒng)，2025 年上半年完成設(shè)備建設(shè)，多種關(guān)鍵部件是課題組自主研發(fā)制造。未來還將計劃做橫置型潘寧阱用于核科學(xué)實(shí)驗(yàn)和光譜質(zhì)譜聯(lián)動實(shí)驗(yàn)。

報告嘉賓：暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院 李雪研究員/副處長

報告題目：《高性能呼氣質(zhì)譜實(shí)時檢測技術(shù)及應(yīng)用》

呼氣樣本具有基質(zhì)簡單、采樣無創(chuàng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，但受分析技術(shù)所限，呼氣代謝組學(xué)相比血、尿代謝組學(xué)仍在起步階段，極大限制了呼氣樣本的實(shí)際應(yīng)用。李雪研究員課題組十余年聚焦二次電噴霧電離技術(shù)，突破了“氣動-電動”力學(xué)復(fù)合聚焦進(jìn)樣及高效離子化技術(shù)、高壓微弱電噴霧電流信號高精度采樣技術(shù)、高精度硅烷化鍍膜金屬表面惰性處理工藝等關(guān)鍵技術(shù)與工藝，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、低背景噪音的呼氣質(zhì)譜離子源。通過與暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院、中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院、巴塞爾大學(xué)附屬兒童醫(yī)院等國內(nèi)外高水平醫(yī)院合作，開展疾病無創(chuàng)診斷、治療藥物無創(chuàng)監(jiān)測的概念驗(yàn)證研究；通過蘇炳添速度研究與訓(xùn)練中心合作，開展訓(xùn)練、康復(fù)等過程呼氣生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、違禁藥物監(jiān)測等轉(zhuǎn)化研究。

報告嘉賓：廣東省麥思科學(xué)儀器創(chuàng)新研究院 李磊副院長

報告題目：《超高分辨質(zhì)量分析儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展》

超高分辨質(zhì)譜儀是精確測定分子和離子質(zhì)量的關(guān)鍵工具，在科研和工業(yè)中至關(guān)重要。2022年全球超高分辨質(zhì)譜市場規(guī)模約58.3億元，占全球質(zhì)譜市場的14.6%，比20219年提升1.5%；2023年中國超高分辨質(zhì)譜市場規(guī)模14.3億元，比2020年翻番，占整體市場的份額從2020年的8.6%提升至12%。超高分辨質(zhì)譜市場規(guī)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，國內(nèi)增速更快。

主流的超高分辨質(zhì)量分析器技術(shù)主要有傅里葉變換質(zhì)譜（FT-MS）和多次反射飛行時間質(zhì)譜（MR-TOFMS）。FT-MS儀器已有多款商業(yè)化產(chǎn)品，特別是賽默飛的軌道阱超高分辨質(zhì)譜儀在全世界范圍廣泛應(yīng)用。但FT-MS的整體分析速度較慢，難以滿足一些超快速檢測的應(yīng)用需求。MR-TOFMS具備快速分析能力，但離子容量普遍較低。近年來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，更高水平的FT-MS和MR-TOFMS產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，促進(jìn)了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。麥思研究院專注于高端質(zhì)譜儀研發(fā)，已研制出基質(zhì)輔助激光解吸電離靜電離子阱質(zhì)譜儀（MADLI-HHT）和大氣壓電離多次反射飛行時間質(zhì)譜儀（API-MRTOF），實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)高端質(zhì)譜技術(shù)新突破。

報告嘉賓：衡昇質(zhì)譜（北京）儀器有限公司市場總監(jiān) 馮旭

報告題目：《開啟創(chuàng)新引擎，從消解到ICPMS的全自動元素分析系統(tǒng)》

在實(shí)驗(yàn)室元素分析領(lǐng)域，衡昇質(zhì)譜的iQuad 2300P全自動元素分析系統(tǒng)自動化程度達(dá)到了新的高度，改變了元素分析的整個工作流程，實(shí)現(xiàn)了全流程控制，全自動分析。通過緊湊一體化的設(shè)計，實(shí)驗(yàn)員僅需稱樣，iQuad 2300P即可完成樣品從消解到ICP-MS進(jìn)樣分析的全流程自動化分析。包括樣品加酸、混勻，加蓋、微波消解、降溫、開蓋、定容樣品，以及自動進(jìn)行ICP-MS分析。無論是通量還是自動化程度，都邁了一大步。解決了傳統(tǒng)元素分析高污染的風(fēng)險，避免了人為誤差，提升了檢測效率。

報告嘉賓：中國航天科技集團(tuán)航天五院 任正宜高級工程師

報告題目：《空間探測質(zhì)譜計及應(yīng)用》

質(zhì)譜計是用于直接獲取物質(zhì)成分信息的儀器，各形態(tài)樣品利用不同原理的電離方式形成帶電離子，之后借助不同類型的質(zhì)量分析器，按照質(zhì)荷比的不同區(qū)分不同的離子，從而得到被測樣品的成分信息。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)譜計在小型化、環(huán)境適應(yīng)性、性能指標(biāo)三個方面取得了突破，使得質(zhì)譜計實(shí)現(xiàn)了空間應(yīng)用。自20世紀(jì)50年代末，質(zhì)譜計首次應(yīng)用到空間探測任務(wù)中以來，質(zhì)譜計在空間探測工程中得到了廣泛應(yīng)用，尤其在深空探測任務(wù)中成為不可或缺的科學(xué)載荷。磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計在“鳳凰”號火星探測器、“羅塞塔”彗星探測器上得到應(yīng)用。其中，憑借雙聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計高同位素分辨本領(lǐng)，羅塞塔測量出67P彗星上水中的D/H比是地球上水D/H比的兩倍，表明地球上的水主要來源不是木星族彗星。搭載在美國好奇號探測器上的雙曲面型四極桿檢測到火星上有復(fù)雜有機(jī)化合物；美國月球大氣月塵環(huán)境探測器上的四極桿質(zhì)譜計在月球大氣中檢測到質(zhì)量數(shù)為12和28的物質(zhì)。離子阱質(zhì)譜計、飛行時間質(zhì)譜計也在空間探測中發(fā)揮作用。
未來兩年，美國和俄羅斯還將計劃采用質(zhì)譜計對月球水冰及資源分布開展探測。而截止目前，我國應(yīng)用于空間探測的質(zhì)譜計只有科學(xué)院空間中心研制的四極質(zhì)譜計和510所研制的小型磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計。510所自1964年研制了我國第一臺高靈敏磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜檢漏儀以來，對質(zhì)譜計的研發(fā)從未停止。2012年研制完成小型磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計，并實(shí)現(xiàn)了空間探測，2021年完成了CE-7水分子分析儀立項(xiàng)，2024年完成正樣件的研制及交付。

MEMS技術(shù)、質(zhì)譜聯(lián)用儀器開發(fā)將是空間質(zhì)譜計的未來發(fā)展趨勢。小型化是航天產(chǎn)品永恒的主題，使用MEMS技術(shù)可以對質(zhì)譜計進(jìn)行大幅小型化，但這項(xiàng)工作現(xiàn)階段主要集中在高校和研究機(jī)構(gòu)，還沒有工業(yè)品。色譜-質(zhì)譜、光譜-質(zhì)譜、質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用已在空間探測中廣泛應(yīng)用，但通常是兩臺儀器獨(dú)立工作，為了小型化需求，質(zhì)譜聯(lián)用儀器開發(fā)是未來空間探測載荷研發(fā)的趨勢。