质谱仪

质谱(Mass Spectrometry)，即质量的谱图，是一种用来鉴定样品中化合物成分及化合物结构的分析技术，前者为定量分析，后者为定性分析。质谱仪主要分成五个部分：进样系统、离子源、质量分析器、检测器及数据分析系统。其中，离子源和质量分析器为核心零部件，不同的分析需求将适用于不同的离子源和质量分析器。

工作原理

分析样品进入质谱仪后，在离子源的作用下被转换为气态的带电离子，它们在加速电场作用下，获取具有相同能量的平均动能，形成离子束，进入质量分析器；在质量分析器里磁场与电场的共同作用下，不同质量的离子会在检测器上留下不同的运动轨迹；检测器将其转换为不同的电信号，再由计算机将信号转换为离子信号与质荷比的函数质谱图。

质谱仪工作原理图示

质谱技术的发展历程

19世纪末，E.Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，同时W.Wein发现正电荷离子在磁场中受到洛伦兹力发生偏转，质谱技术自此开始发展，随后经历了质谱仪的研发、应用于有机物分析、应用于生物大分子分析等多个过程。随着技术的发展，质谱仪也从实验室走向化学研究、工业生产和临床检测等多个领域，受到下游广泛认可。

质谱仪的分类与应用

不同的离子源和质量分析器组成的不同的质谱仪，适用于不同的样品。质谱仪既可以分析有机物的成分和结构，又可以分析无机物的种类，还能满足气态、液态和固态不同形态的样品分析，适配的下游场景非常广泛。

目前，质谱仪已经广泛应用于生物医药（包括制药、医疗、生物科技及部分相关学术研究）、科学应用、公共事业（含环境监测）、工业生产等多个领域：生物医药占质谱仪下游应用的37%，下游可替代领域广泛，预计未来将是100亿元以上的新兴市场，质谱临床主要应用于新生儿遗传代谢病筛查、维生素D检测和微生物检测等领域。科学应用方面，我国研究与试验发展经费投入仅次于美国，位居世界第二，增速非常快，2016~2021年同比增速在10%~15%之间，同时国家引导自主可控，要求加强科学仪器方面的经费投入，质谱仪在科研领域的景气度较高。公共事业领域包括环境监测领域，质谱仪可以搭载于车辆形成走航系统，实时在线监测多种污染成分，是环境应急监测领域的重要手段。在工业生产方面，受益于质谱仪的高分辨率、高灵敏度、高通量和高准确度的特性，故在工业生产过程中应用质谱仪可以生产出更高质量的产品。

质谱检测在临床检测中广受认可：质谱检测是很多小分子化合物检测的金标准，在临床检测中拥有不可替代的优势。然而，目前我国质谱检测在临床检测比重仅为1%，低于美国质谱检测15%的占比，也远低于常规诊断方法——免疫诊断的38%、生化诊断的19%、分子诊断的15%和POCT的11%，未来将有很大的替代空间。

质谱检测的优势

相较于传统免疫诊断、生化诊断等技术，质谱检测技术具有高通量、多品种、高效率和低成本的优势，同时，在灵敏性、特异性和精确性方面均更为出众，能在较多领域中形成优势。

质谱仪临床应用的局限性

在中国，临床质谱技术属于前沿检测方法，同时，由于以下原因，导致仅有某些大型医院临床实验室和个别的第三方医学检验机构开展了质谱检测，检测项目也比较有限，其应用广度和深度不如欧美国家，主要原因有政策支持不足、设备价格昂贵、使用步骤复杂、配套实验室和人员跟不上等原因。