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小型质谱的未来发展方向
小型质谱的未来发展方向
[导读]&近年来小型质谱在国内外受到质谱研发及应用专家的广泛关注，也不断有仪器公司推出小型、便携式质谱仪。小型质谱在大气和水体监测、食品安全检验检疫、产品源头质量控制、血液中药品和毒品等物质的快检等领域具有较为广阔的应用市场。
从质谱技术进展与应用热点看小型质谱的未来
& &质谱在30年之前就进入了药物研究。从应用方面看，现在使用质谱最多的地方还是药物代谢的定量，传统的三重四极杆技术已经把这个问题解决了，而现在三重四极杆性能的改进仍然是商用质谱仪器产品发展的一个主要方面。
　　这些年质谱一直在向推进蛋白组学研究的方向发展，而由于组学的复杂程度之高，对生物过程的理解及生物标记物的寻找不是仅仅靠提高灵敏度、分辨率或质量范围就可以解决的。除了药物代谢、蛋白质组学、环境监测、食品安全检测这些应用之外，仪器厂商都在通过现有仪器产品探索新的应用方向。生物医学逐渐进入了质谱研发科学家的视线，成为更加前沿的研究方向。
　　　　小型化质谱的前端甩开复杂的样品处理，后端甩开繁重的仪器，对它的性能定义不再是传统质谱的灵敏度、准确性和分辨率，而是能不能快速的给普通
&&&&&&&&小型质谱已解决复杂样品单一成分的快速分析
　　小型化质谱研究之初，大家都在关注把分析器做小，出现了小型化的离子阱、四极杆及飞行时间等质量分析器。离子阱具有多级串联质谱分析功能，其结构的简化及电场的优化曾是这一阶段的一个主要研究方向。然而分析器小型化只是质谱小型化的考虑因素之一，质谱的进样及真空系统也非常重要。　　
使样品在质谱仪器外部形成离子传输到分析器中对于小真空系统来说非常困难。间断式离子传输技术的发明使样品产生的离子在较高气压情况下实现传输与贮存，并在低气压进行离子裂解和质量分析，全过程仅需要几百毫秒。离子阱的结构对常压离子传输及质量分析具有重要影响。”从第二代小型质谱开始，原位电离与小型质谱结合，进样方式为纸喷雾(Paper Spray)技术、低温等离子体离子化(LTPI)技术等原位电离方法。原位进样不经过样品前处理，所以需要串联质谱去除复杂基质的化学噪声。串联质谱能将待测物分离、打碎再分析，显著地提高了信噪比，还能区分复杂待测物的同分异构体。
　　根据直接采样和分析复杂化合物的需要，选择发展能实现时间串联的离子阱分析器。离子传输和分析器电场及气流场的优化技术非常重要。在国际上普遍认为大型离子阱质谱仪发展已过其黄金时代的时候，小型质谱给离子阱技术提供了一个崭新的发展方向。
　　从台式质谱仪到第一代及第二代小型质谱仪，质谱小型化经过了一个由繁入简的历程，产生了一个全新而又及其简化的质谱系统仪器平台。这样的平台能够分析挥发性、非挥发性化合物以及复杂生物物质。　
生物医学分析、床边检测和手术指导是小型质谱的新应用方向
　　第二代小型质谱实现产业化的应用方向主要分两大类：一类是量大面广的单一目标化合物检测，这类应用在食品安全、药品打假、缉毒、产品质量控制等方面都具有很好的发展空间，并已在如牛奶中抗生素检测、血液中毒品、尼古丁检测的具体项目上有成熟的应用例如，牛奶中抗生素检测需要在奶源处通过简单的分析立即获知是否抗生素超标，灵活易用的小型质谱正好满足这一应用。　　　　　　　
小型质谱在以上两种生物医疗研究的应用方向比大型质谱具有不可替代的优越性。第二代的小型质谱已经能够胜任多种药物分析和伴随诊断，第三代的未来小型质谱应用领域将是快速、准确的生物医学分析、床边检测(POC)和手术指导。
　　　在第三代可能做到M/Z 990范围的磷酸磷脂，以后再发展很可能可以测定多肽和大蛋白。现在小型质谱受到的关注越来越多，未来的小型质谱将是医院、药店甚至家里都能见到的常用仪器。而其研发理念是做成实用性强的工具，不以追求高分辨率、高灵敏度、高质量范围等仪器性能为目标。小型、快速和操作简便是一个很好的研发方向。使用原位分析、试剂盒反应、串联质谱和简便的操作界面是欧阳证团队打造的专用小质谱应用平台的四大特点。
做研发靠创新，做产业化靠市场
小型质谱还在发展，在质谱界是创新的技术。相关研究平台的技术能力是市场大战的保障。小型质谱商品是对传统质谱仪市场的一个颠覆，但预期的阻力也不可低估。国内的食品、药品、环境领域和快速发展的医疗行业应该可以为小仪器提供一个即时的市场。当然，还需要小质谱的技术的不断发展来维护这个市场,我们国内的平台将是一个巨大的优势。
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格图在线实验室仪器商城2017国产质谱新品不断 发展潜力不容小觑
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　　【中国仪器网 本网原创】前段时间，据国外媒体的深入调查和分析，市场价值在2022年将达到52.7亿美元。制药、生物技术产业的增长以及质谱技术进步等关键因素正在推动全球质谱市场的增长，质谱在新兴市场的应用越来越广泛。&　　虽然相比于北美及欧洲市场，中国质谱市场起步较晚，但也意味着发展潜力更大。不同于一些已经可以和进口仪器分庭抗礼的国产仪器，质谱还是国产仪器的薄弱环节。国产质谱虽然实现了从无到有，并且缩小了差距，但未来一段时间国产质谱仍将是后来的追赶者角色。在过去的2017年，国产质谱仪逐渐展露自身优势和特色，涌现出一批颇具看点的新品。&　　安图生物发布&微生物质谱Autof ms1000&&　　9月20日，郑州安图生物工程股份有限公司新产品发布会在杭州海外海皇冠大酒店举行。发布会以&创新&制造&整合&服务&为主题，正式发布了&实验室全自动化流水线Autolas&与&微生物质谱Autof ms1000&两款产品。&　　历经十几年的不断践行积累和技术创新，安图生物&微生物质谱Autof ms1000&盛装亮相本次新品发布会。微生物质谱Autof ms1000，拥有完全自主知识产权，超过26项创新专利，同时具有中国本土微生物数据库，简单实用的中英文操作界面，更符合中国用户。它是一款速度更快、鉴定更准、使用更稳定、耗材性价比更高、更可靠的微生物质谱鉴定系统。它(Autof ms1000)的到来，为微生物检测带来质的飞跃，并定义质谱微生物检测新标准。&　　清谱科技质谱新品亮相BCEIA 2017&　　日，在BCEIA2017召开期间，由清华精仪系教授、国家&千人计划&专家、全球小型化质谱领域的顶尖学者欧阳证等创办的北京清谱科技有限公司首次参加了BCEIA展会，并召开了Mini&小型质谱、MS Mate 质谱伴侣新产品发布会。&　　Mini &小型质谱分析系统是由北京清谱科技有限公司的研发团队在清华大学和美国普渡大学的深度合作下研发、设计、制造的质谱产品，旨在为终端用户提供简单快速的原位化学分析方案。该产品是两所大学近百名科研人员历经十余年质谱仪器理论探索和研发工作的结晶，产品采用的两大核心技术&&原位电离技术和质谱小型化技术均源自清华大学精密仪器系系主任欧阳证教授和普渡大学杰出教授、美国科学院院士R.Graham Cooks研发团队的原始创新。&　　Mini & 小型质谱分析系统由PCS原位电离试剂盒和Mini & 小型质谱分析仪组成，传统质谱仪所需的进样系统、质量分析系统、数字控制系统、射频控制系统、真空系统已全部压缩集成在了55cm(长)&24cm(宽)&31cm(高)的空间中，体积仅和台式电脑主机相当。&　　而MS Mate质谱伴侣用在传统大型质谱仪上，可取代HPLC的分离，直接进行原位离子化，连接到传统大型质谱仪上即可进行检测。PCS原位采样试剂盒再加一个特殊设计的适配模块，就能用于MS Mate质谱伴侣。MS Mate的优点为：无需分离得到分析结果；强大的分析能力从容应对各种场景；出众的兼容性适应各种质谱仪；量身定制的全套质谱分析解决方案。&　　东西分析携多款质谱产品强势来袭&　　近年来，中国市场对质谱仪的需求日趋旺盛，使用范围也在不断扩大。作为中国知名分析仪器企业，东分析始终聚焦技术创新，引领行业发展趋势，并在不断深耕技术领域的同时，引进世界一流仪器，共同助推中国仪器行业可持续发展。在此次第十届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会上，东西分析展示了ptr-ms3500 型质子转移反应质谱和MAX300系列在线质谱仪(Extrel)两款质谱产品。&　　ptr-ms3500 型质子转移反应质谱是一款主要用于挥发性有机化合物(vocs)检测的仪器，是科技部国家重大项目成果。其主要特点有：低气压微辉光放电离子源，电子密度大，效率高，抗污染易维护；高质量四极杆质谱系统，确保数据稳定可靠；最低检测限可达到pptv级；快速简单分析样品，无需样品浓缩处理；快速在线实时分析vocs；结构紧凑，可用于野外监测。&　　MAX300系列在线质谱仪是艾科特里尔公司(Extrel)高性能四极杆质谱家族中最新成员。通过选择多通道旋转进样阀，可以检测从一路到一百多路循环在线检测，它高灵敏度，高分辨率和灵活性的设计，能满足各种研究和生产的需求。&　　&你方唱罢我登场& 禾信仪器推出多款质谱新品&　　作为一家集质谱仪器研发、制造、销售及技术服务为一体的国家级火炬计划重点高新技术企业和国家&千人计划&创业企业，禾信仪器始终坚持&做中国人的质谱仪器&理念，不断发展创新，拥有质谱核心技术、全套装配工艺和独立生产线，在国内率先实现质谱仪器产品自主正向开发。在过去的2017年，禾信仪器相继推出多款质谱新品，再次刷新国产质谱的上限。&　　8月，禾信仪器率先推出一款&测霾神器&&&在线单颗粒气溶胶质谱仪，用于监测空气质量，分析污染来源，精准提供对策，助力蓝天重现。一款重要科学工具的生产研发，彼时在国内却是一片空白。没有质谱仪之前，国内检测空气的PM2.5污染源，不仅耗费巨资，而且时间长。如今，通过在线单颗粒气溶胶质谱仪分析污染物特性，1小时内就能精确地捕捉到空气中的污染源，从而精准施策。这款在线单颗粒气溶胶质谱仪成功应用于100座城市，用于监测空气中的PM2.5污染源，为国家治理环境节约上百亿元。&　　10月中旬，禾信仪器出席北京分析测试学术报告会暨展览会，隆重发布了微生物鉴定质谱仪新品CMI-1600，宣布进军微生物鉴定领域。这款微生物鉴定质谱仪新品CMI-1600是禾信公司12位科研和工程人员，用1000个日日夜夜，从&原理分析、理论研究、模拟设计、调试验证、实验应用&一步步走来，是真正意义上具有完整自主知识产权的国产质谱仪器，在技术指标上完全可以媲美国外同类质谱仪。CMI-1600微生物鉴定质谱仪不仅适用于微生物鉴定，还可应用于核酸、多聚物等大分子检测。&　　仅仅一个多月后，禾信仪器再度独立研制开发出一款可用于食品、药物、蛋白质分析等领域的金属有机复合物质谱仪(MOC-TOFMS)。该仪器具有完全自主知识产权，可用于食品、药物、蛋白质分析等领域。仪器可直接分析热不稳定化合物，包含金属有机复合物、自组装超分子化合物、短链双链DAN等。仪器融合了大气压接口、四极杆离子传输装置、垂直引入反射式飞行时间分析器、高速数据采集以及高频高压电源等多项关键技术，整机性能已达国内领先水平。&　　小结：禾信仪器、安图生物、清谱科技、东西分析&&正是这一批致力于国产质谱研发的企业，为国产质谱仪器在市场上支起一片天。从2017年涌现的一批新品可见，国内已刮起了一阵小型质谱、微生物质谱的热潮，与进口产品之间的拉锯战也愈演愈烈。随着未来质谱仪器在食品安全、环境监测、生命科学等领域的进一步运用，我国质谱仪器的市场需求量将会有更大的增长。基于市场需求，高等院校、科研院所、留学归国及老一辈的质谱人才已承担起研发国产质谱仪器的重任，再一次发起了向质谱产业化进军的号角。相信不久的将来，我国国产质谱将会焕发出更强的生命力和竞争力！
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有机质谱2015答案.ppt 131页
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实验室：科学楼317/319室
电
ymhu@fudan.edu.cn
gxsong@fudan.edu.
质谱是什么?;　　质谱是一种测定各种物质的原子、分子质量的分析方法。
　　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，利用这一性质，可以进行定性分析；
质谱谱峰的强度也与它代表的化合物的含量有关，利用这一点，可以进行定量分析。;　　质谱分析法是化学领域中非常重要的一种分析方法，这是一项测量离子质量和强度的技术，它通过测定分子质量和相应的离子电荷（质荷比m/z）实现样品中分子结构的分析。
　　英国物理学家J.J.Thomson（1906年诺贝尔物理学奖获得者）在上世纪初即开展了正电荷离子束的物理学研究，并于1910年研制了世界上第一台质谱仪。　　Thomson利用低压放电离子源所产生的具有高速度的正电荷离子束，通过一组电场和磁场，这时不同质荷比的正电荷离子按不同质量发生曲率不同的抛物线轨道偏转，依次到达检测器，在感光干板上被记录下来，从而发明了质谱法。
;　　质谱分析法发展到今天，已在许多科学研究及生产领域发挥十分重要的作用。
　　根据发展历程和使用的学科领域不同，可把质谱分成：
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱等几大类
　　;;　　早期的质谱分析工作集中于元素的天然同位素发现及丰度测定。这方面的数据积累为确立目前通用的以12C为基准的原子质量单位体系提供了基础。这是质谱对物理学和化学的一大贡献。
　　目前这方面的分析、研究工作已基本结束，同位素分析集中到特定环境下的同位素含量测定上。
质谱是同位素地质学研究的重要工具，通过测定地质样品（岩石、矿物、化石等）中某些同位素的含量，可确定其形成年代，为地质学及考古工作提供可靠的信息。
　　用质谱分析同位素标记化合物也是研究有机反应历程以及生物体的新陈代谢机理，特别是人体内的代谢过程的有效方法。;无机质谱
　　包括无机物的定性、定量及材料的表面分析等。用火花源质谱分析法，原则上可测定周期表上从氢到铀的全部元素，检测灵敏度可达(10-12~10-13)g (pg级)。
　　无机质谱分析的一个重要领域是对固体样品进行“立体”分析，包括微区分析、表面分析、纵深分析、逐层分析等。 ;有机质谱
　　它是针对有机物的质谱分析方法，与核磁共振谱、红外光谱、紫外光谱一起被称为有机结构分析的“四大谱”。
　　有机质谱研究的真正兴起是在上世纪50年代以后，主要朝着两方面发展，其一是研究有机物离子裂解机理，另一方面是运用质谱推导有机分子结构。 ;　　有机质谱分析虽起步较晚，但发展十分迅速，它已成为当前质谱学研究中的主要分支，是有机化合物结构和成分分析的主要工具。
　　与其它“三大谱”相比，它提供了有机化合物最直观的特征信息，即分子量及官能团碎片结构信息。在某些情况下，这些信息足以确定一个有机化合物的结构。;;　　在有机质谱应用方面，1985年英国萨塞克斯大学(University of Sussex)的波谱学家H.W.Kroto与美国莱斯大 学(Rice University)两名教授R.E.Smalley和R.F.Curl合作研究，利用质谱仪发现碳元素可以形成由60个或70个 碳原子构成的有笼状结构的C60和C70分子，这一发现引起 科学界特别是物理学和化学界的强烈反响，成为上世纪后半叶的重大科学发现之一。11年后，三位科学家因为发现C60并提出其分子结构模型而荣获1996年诺贝尔化学奖。
“石墨烯概念”;生物质谱
　　 随着科学技术的进步，特别是1988年以后，科学家们研究出了电喷雾电离质谱(ESI)和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)，开创了有机质谱分析研究生物大分子的新领域。
　　2002年诺贝尔化学奖分别表彰了两项成果，一项是美国科学家约翰·芬恩与日本科学家田中耕一&发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法&和&发明了对生物大分子的质谱分析法&，他们两人共享2002年诺贝尔化学奖一半的奖金；另一项是瑞士科学家库尔特· 维特里希&发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法&，他获得了2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。;　　用质谱技术分析研究糖、核酸、多肽、蛋白质，这方面的许多成功的研究工作都标志着质谱作为一种生化分析方法将占据重要的地位， 有机质谱已跨出了近代结构化学和分析化学领域而进入了生命科学的范畴，生物质谱正在成为质谱研究中的一个热点。
;　　同位素质谱和无机质谱是质谱中的小分支，前者主要
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