2024年11月16日上午，第九届中国分析仪器学术大会（ACAIC 2024）——探索未来，下一代质谱技术创新与突破论坛在广东省深圳市登喜路国际大酒店召开，本次分论坛由广东省麦思科学仪器创新研究院、宁波大学材料科学与化学工程学院、暨南大学环境与气候学院组织，广州禾信仪器股份有限公司是本次论坛的支持单位。

论坛现场

宁波大学丁传凡教授、广州禾信仪器股份有限公司曹昶总监为本场论坛分别致辞。  

宁波大学丁传凡教授致辞

广州禾信仪器股份有限公司曹昶总监致辞

质谱技术，作为分析科学的关键支柱，正处于一个创新和突破的新时代，在化学、生物、医疗、环境监测等各个领域具有不可替代的作用。随着科技的进步，我们也将面临前所未有的机遇和挑战，下一代的科学仪器必须更加灵敏、准确、快速，同时还将兼备操作的简便性和成本的可控性。新技术和新需求将有力推动传统应用领域的革新，更将拓展全新的应用前景。该论坛旨在提供一个多维度的交流平台，探索质谱技术的未来发展路径，激发创新思维，促进技术突破，共同开启质谱技术的新篇章。

本论坛精心组织8场报告，详细介绍了质谱技术在燃烧与能源、呼气代谢组学、超高分辨质量分析器、空间探测等领域的研发与应用。

报告嘉宾：上海交通大学 周忠岳副教授

报告题目：《基于光电离质谱的燃烧与能源研究》

燃烧仍是当今世界的主要能源来源，超过80%的全球一次能源来自于化石燃料的燃烧，在工业、交通、国防等领域仍发挥不可替代的作用。真空紫外光电离质谱技术已发展有20多年，其在燃烧机能源研究中有广泛的应用，可以测量火焰中H、O、OH等自由基及烯醇、过氧化物等活泼中间体，应用于燃烧反应动力学模型的发展。

针对燃烧或能源转化过程中的均相或非均相多种过程，基于质谱建立在线测量方法，一是基于同步辐射建立分子束质谱技术，在此基础上拓展了压力和测量范围；另外，针对非均相反应，将光电质谱结合进来，进一步结合高分辨质谱提升压力和测量范围。考虑下一代质谱技术的发展，在燃烧方面，以前同步辐射多是在理想条件下进行实验，实际情况其实很复杂，如航空发动机中的燃烧是在高压状态下，需要设计不同装置实现高压取样；针对燃烧变化快的问题，需要提高时间分辨和灵敏度。对于液相反应，如有机合成、生物质转化、煤液化等，需要高分辨质谱，这些都给质谱技术技术的发展带来了新的挑战。

报告嘉宾：中国科学院化学研究所 何圣贵研究员

报告题目：《离子分子反应质谱研制与应用》

离子分子反应研究对认识化学反应机制、实现痕量物种检测等具有重要意义。质谱是研究离子分子反应的核心技术。何圣贵课题组在中科院项目支持下研制了可制备团簇（如氧化物团簇）并研究其与小分子反应的仪器--纳米尺寸团簇质量分析器。用飞行时间质谱测量质量，在质谱的二级聚焦点让团簇与光相互作用，产生电子可测光电能谱，发生光反应解离可测中性产物质量。在设计中，使用大口径离子光学系统解决了大质量传统机制丰度低的问题，该仪器获得领域专家的认可。

在高气压船闸式离子漏斗阱研制方面，对质谱来说在真空中实现 1000 帕有较大难度，因为质谱分析器气压低，反应区气压高的话会使离子损耗变大。此前离子分子反应器气压低，离子从低压区到高压区再到低压区的过程中离子易损失，提高气压离子可能都无法穿过。受到三峡船闸渡船方式的启发，设计船闸式离子分子反应器，离子在低压（如 10 帕）注入，通过快速阀关门后注入脉冲气体使气压达 1000 帕，反应后释放气体再将离子从下游释放，实现高气压反应、低气压抛出和注入，整个过程脉冲式气体用量少，对质谱负载较小。

在大气污染检测中，空气中活性自由基、含氧有机物等浓度低且随光照变化，检测灵敏度要求较高。该课题组利用质谱技术实现了优于传统商用质子转移反应质谱的电子贴附电离方法，可对乙二醛、甲基氧醛等产生的负离子进行检测，检测线好于 100ppt且有实际的应用潜力。

在离子分子反应构效关系研究方面，此前质谱获取数据量少，但通过机器学习认识大量离子的反应，可使仪器每天获得较多数据，目前已获得 6000 多个反应数据，通过机器学习找到影响反应的关键因素，建立模型预测反应速率。后续还会加入更多的模型特征来获得大量数据。

报告嘉宾：广州禾信仪器股份有限公司 王斌高级工程师

报告题目：《高分辨大气压电离快检质谱的应用探索》

质谱仪器是测量物质的关键工具，堪称分析仪器的 “皇冠”，其结构包括样品引入、核心结构（离子化、传输分辨分析、检测和软件分析）等部分，离子源对分析影响重大。大气压电离技术应用广泛，有快速、对样品前处理要求低且能与多种质量分析器联用的特点，可分为电喷雾、低温等离子体、激光电离三类。质量分析器主流技术多样，基于低温等离子体大气压电离技术和高分辨飞行时间技术等，我们开发了快检质谱产品——快速筛查质谱仪，它由热辅助低温等离子体源、全自动计量系统、样品前处理系统和软件工作站等构成，还有专用数据库系统，涵盖 300 多种化合物（如农药残留、毒品毒物）信息，支持本地扩展，产品具有流程简单、成本低、抗震可车载等特点。

在实际应用中，该产品在食品安全农残快检方面表现出色，可同次进样多次分析不同化合物，结合高分辨质谱能快速给出精准结果。基于农残快检流程开发的系统分析时间短，在 6000 批次样品检测中能有效筛查出阳性样品。此外，产品在毒品现场快检、药物非法添加成分和有效成分分析等方面也有广泛应用。

对于下一代分析仪器，在自主技术层面，高性能是永恒追求，该公司开发了国内首款商用四极杆飞行时间质谱仪，在高分辨或超高分辨设备方面也有诸多成果。在应用层面，我们致力于创新性集成和自动化解决方案，包括快检质谱仪、水中有机物监测系统，也关注如罗氏临床一体机系统这样的质谱集成和自动化产品。

报告嘉宾：复旦大学 屠秉晟副教授

报告题目：《基于潘宁离子阱的质谱分析技术》

潘宁离子阱是通过静态电磁场囚禁带电粒子进而开展精密质谱分析的先进实验装置。近年来，潘宁阱的质量(电荷质量比)测量精度已经可以达到10^-11。在此基础上，可以开展基本粒子质量标定、量子电动力学检验、正反物质对称性研究、搜索暗物质等，是基础科学领域的重要研究课题。

质谱的分辨率和质量精度不同，分辨率高不意味着质量精度高，扫描速度、动态范围、成本也是质谱的重要指标，不同类型质谱各有优劣，如四极杆质谱、飞行时间质谱、磁质谱。潘宁阱由汉斯·德默尔特教授研发，原理源于潘宁设计，用于囚禁带电离子，其与离子阱、四极杆质谱仪驱动离子方式不同，通过静磁场和静电场囚禁离子，离子在电磁场叠加场下有多种运动形式，可据此计算质荷比。

潘宁阱与 FT - ICR 原理相同但应用方向不同，不同研究领域对质量精度要求各异，潘宁阱是精度最高的质量分析装置，更关注单次测量精度，其精度高是因可单粒子测量，且在高精度潘宁阱中有低温、高均匀磁场和高真空环境，避免了干扰。潘宁阱测量方法包括基于定向电荷测量，通过超导谐振器等处理信号，还有引出法和测相位法用于特殊情况的测量。仪器研发方面，22 年开始，因国外禁运所以便开始国内制作，已完成小型潘宁阱测试结构，正合作制作高精度磁场体系及配套系统，2025 年上半年完成设备建设，多种关键部件是课题组自主研发制造。未来还将计划做横置型潘宁阱用于核科学实验和光谱质谱联动实验。

报告嘉宾：暨南大学环境与气候学院 李雪研究员/副处长

报告题目：《高性能呼气质谱实时检测技术及应用》

呼气样本具有基质简单、采样无创的显著优点，但受分析技术所限，呼气代谢组学相比血、尿代谢组学仍在起步阶段，极大限制了呼气样本的实际应用。李雪研究员课题组十余年聚焦二次电喷雾电离技术，突破了“气动-电动”力学复合聚焦进样及高效离子化技术、高压微弱电喷雾电流信号高精度采样技术、高精度硅烷化镀膜金属表面惰性处理工艺等关键技术与工艺，实现了高灵敏度、低背景噪音的呼气质谱离子源。通过与暨南大学附属第一医院、中山大学附属第一医院、巴塞尔大学附属儿童医院等国内外高水平医院合作，开展疾病无创诊断、治疗药物无创监测的概念验证研究；通过苏炳添速度研究与训练中心合作，开展训练、康复等过程呼气生物标志物发现、违禁药物监测等转化研究。

报告嘉宾：广东省麦思科学仪器创新研究院 李磊副院长

报告题目：《超高分辨质量分析仪器的现状与发展》

超高分辨质谱仪是精确测定分子和离子质量的关键工具，在科研和工业中至关重要。2022年全球超高分辨质谱市场规模约58.3亿元，占全球质谱市场的14.6%，比20219年提升1.5%；2023年中国超高分辨质谱市场规模14.3亿元，比2020年翻番，占整体市场的份额从2020年的8.6%提升至12%。超高分辨质谱市场规呈现逐年增加的趋势，国内增速更快。

主流的超高分辨质量分析器技术主要有傅里叶变换质谱（FT-MS）和多次反射飞行时间质谱（MR-TOFMS）。FT-MS仪器已有多款商业化产品，特别是赛默飞的轨道阱超高分辨质谱仪在全世界范围广泛应用。但FT-MS的整体分析速度较慢，难以满足一些超快速检测的应用需求。MR-TOFMS具备快速分析能力，但离子容量普遍较低。近年来，随着技术的不断进步，更高水平的FT-MS和MR-TOFMS产品相继出现，促进了相关应用领域的发展。麦思研究院专注于高端质谱仪研发，已研制出基质辅助激光解吸电离静电离子阱质谱仪（MADLI-HHT）和大气压电离多次反射飞行时间质谱仪（API-MRTOF），实现了国产高端质谱技术新突破。

报告嘉宾：衡昇质谱（北京）仪器有限公司市场总监 冯旭

报告题目：《开启创新引擎，从消解到ICPMS的全自动元素分析系统》

在实验室元素分析领域，衡昇质谱的iQuad 2300P全自动元素分析系统自动化程度达到了新的高度，改变了元素分析的整个工作流程，实现了全流程控制，全自动分析。通过紧凑一体化的设计，实验员仅需称样，iQuad 2300P即可完成样品从消解到ICP-MS进样分析的全流程自动化分析。包括样品加酸、混匀，加盖、微波消解、降温、开盖、定容样品，以及自动进行ICP-MS分析。无论是通量还是自动化程度，都迈了一大步。解决了传统元素分析高污染的风险，避免了人为误差，提升了检测效率。

报告嘉宾：中国航天科技集团航天五院 任正宜高级工程师

报告题目：《空间探测质谱计及应用》

质谱计是用于直接获取物质成分信息的仪器，各形态样品利用不同原理的电离方式形成带电离子，之后借助不同类型的质量分析器，按照质荷比的不同区分不同的离子，从而得到被测样品的成分信息。

近年来，随着技术的发展，质谱计在小型化、环境适应性、性能指标三个方面取得了突破，使得质谱计实现了空间应用。自20世纪50年代末，质谱计首次应用到空间探测任务中以来，质谱计在空间探测工程中得到了广泛应用，尤其在深空探测任务中成为不可或缺的科学载荷。磁偏转质谱计在“凤凰”号火星探测器、“罗塞塔”彗星探测器上得到应用。其中，凭借双聚焦磁偏转质谱计高同位素分辨本领，罗塞塔测量出67P彗星上水中的D/H比是地球上水D/H比的两倍，表明地球上的水主要来源不是木星族彗星。搭载在美国好奇号探测器上的双曲面型四极杆检测到火星上有复杂有机化合物；美国月球大气月尘环境探测器上的四极杆质谱计在月球大气中检测到质量数为12和28的物质。离子阱质谱计、飞行时间质谱计也在空间探测中发挥作用。
未来两年，美国和俄罗斯还将计划采用质谱计对月球水冰及资源分布开展探测。而截止目前，我国应用于空间探测的质谱计只有科学院空间中心研制的四极质谱计和510所研制的小型磁偏转质谱计。510所自1964年研制了我国第一台高灵敏磁偏转质谱检漏仪以来，对质谱计的研发从未停止。2012年研制完成小型磁偏转质谱计，并实现了空间探测，2021年完成了CE-7水分子分析仪立项，2024年完成正样件的研制及交付。

MEMS技术、质谱联用仪器开发将是空间质谱计的未来发展趋势。小型化是航天产品永恒的主题，使用MEMS技术可以对质谱计进行大幅小型化，但这项工作现阶段主要集中在高校和研究机构，还没有工业品。色谱-质谱、光谱-质谱、质谱-质谱联用已在空间探测中广泛应用，但通常是两台仪器独立工作，为了小型化需求，质谱联用仪器开发是未来空间探测载荷研发的趋势。