质谱在中国未来五年甚至十年发展如何，最有可能的改进方向离子源还是质量分析器？

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质谱在中国未来五年甚至十年发展如何，最有可能的改进方向离子源还是质量分析器？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/265471133

清风寡欲

转载：TOF的飞行之路编者荐语：
小编强烈echo一下作者：TOF竞争的下半场—肯定是多次反射的技术类型(Multi-Reflection TOF, 简称MTOF)，高分辨率是基本的入场门票。 在同样尺寸TOF内，利用多次反射，且把灵敏度损失控制在合理范围内，是个技术活！！
以下文章来源于仪点点科学 ，作者頫行




ef="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MTExNjY2NA==&mid=2247487991&idx=1&sn=4432e8c461ae97e6e47f46f1865dc027&chksm=e9f6bce0de8135f6623ceacb69dad1d8923757de874f0f3b23c72508eb94f9d98ade6cea58f6&token=318898589&lang=zh_CN#">仪点点科学.为中华利器之崛起而科普

从近几年市面上的TOF相关质谱新产品分析，基本上到了拐点，要进入到下半场的竞争。

何为下半场呢？卖个关子。

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①
TOF质谱定位于高分辨，质荷比维度的高分辨能力才是其最充分的名片。
至于灵敏度、扫描速度、动态范围等方面，针对不同应用有不同的侧重，只能说是必要而不充分的性能。
必要而不充分，并非不重要，这个基本逻辑要有。
TOF的分辨率计算很直观：





提升分辨率R最直接的办法——增加飞行距离，进而增加t。
离子在飞行管内部，无论是直线飞行、V形飞行、N形飞行或W形飞行，都是想办法增加增加飞行距离，进而提高分辨率，至于在反射的时候能量聚焦了（降低△t），分辨率性能进一步提升，也只是个好的“副作用”而已。





罗列下常见几家TOF产品的飞行路径：
V形：A家，B家，P家，S家（直的），S家（弯的），W家
N形：S家（弯的）
W形：W家（小编注：敬请期待2024年加入的TW家）
这些是TOF质谱竞争上半场的主要参与者。

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②
由于栅极Grid的存在，飞行距离的增加（分辨率的提升）以牺牲灵敏度为代价。
假设通过一次Grid的透过率是90%,
V形飞行，经过一次双级反射器Dual-Stage Reflectron，等于要经过4次的Grid，离子传输率为: 0.9^4 = 65.6%
N形飞行，经过2次反射器，离子传输率为：43%
W形飞行，经过3次反射器，离子传输率为：28.2%
即便把通过Grid的透过率提升到95%，
V形、N形和W形的离子传输率为：81.5%、66.4%和54.1%。
想通过提高Grid的透过率来提升分辨率同时尽可能保证离子传输率，终究是隔靴搔痒。
毕竟以上这些飞行路径最多也就三次反射、距离不超过5m，分辨率也一般不超过10万而已。

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③
要进一步提高分辨率，在灵敏度可以接受的基础上，首先，gridless无栅的设计是必不可少的；其次，如何合理物理尺寸内进一步提升飞行距离，便是各显神通的地方了。
备注：以下“圈”表示一个cycle，不一定要回到起点附近的意思。

青铜段位：单圈固定长度，可变飞行圈数。
如“MULUM Linear plus”质谱，貌似没有商业化（目标是For future space missions），做个了解还是有益的。





单圈飞行距离1.284m，整个质量分析器的尺寸还是挺小的，转个500圈，分辨率也能到35万以上。
只要功夫深，铁杵磨成针，是该产品的分辨率性能写照。




不能说好，也不能说不好。

只能说，轴。
这设计有个弱点：随着分辨率的提升（圈数增加），质量窗口越来越窄。
备注：重离子飞的慢，轻离子飞的快，分析准确的前提是重离子不能被套圈！

白银段位：提高单圈长度，只飞一圈。
如JEOL的SpiralTOF产品（在青铜MULTUM的基础上开发）。




单圈飞行长度17m，质量分辨率性能如下，扇形静电场具备一定能量聚焦的能力，单从曲线趋势来看应该还是客观的。






JEOL在磁质谱方面还是有功底的，曾经在上个世纪80年代发布了当时最大的质谱JMS-HM1000（或者叫GEMMY），分辨率超过20万。





黄金段位：提高单圈长度，可以飞两圈。

LECO的Pegasus HRT产品，飞行路径如下。





在30in*6in*4in（约75cm*15cm*10cm）这么紧凑的真空区域中可以达到20m的单圈飞行长度（m/z 2500的离子从头到尾需要飞1ms），分辨率达到25000@219 m/z。
再飞一圈，飞行长度约40m，分辨率达到50000@219 m/z。





依然要注意：为了避免最快的离子把最慢的离子给套圈了，造成信号上的干扰，质量范围要大大降低了，Mmax/Mmin 不能超过 4。
4这个值为 N^2 / (N-1)^2 ，N是圈数（这为2），不多解释。

铂金段位：进一步提高单圈长度，可以走两圈。
如Waters的MRT产品，飞行路径如下。





在100*45cm的区域内单圈飞行距离约48m（m/z 1000的离子从头到尾需要飞1.3ms），分辨率超过20万。





可见该分辨率性能的大幅度提升，并非主要得益于飞行距离的提升，更多应该是离子光学的改善。
自从T家发布了自称不是TOF的质谱后，W家也多挤了一些牙膏——让离子再走一圈，分辨率提升到30万，使用这个模式的同时，质量范围必然是减小了，比如300-1000 m/z，或者 600-2000 m/z。

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顺着这个思路想想，这有点意思了，如果一些应用只需要较小的质量窗口（前端有四极杆做过滤），对质量分辨率又有极高要求，让离子再跑两圈又何妨？

这点牙膏，相信未来肯定是要挤的，小编在此做个预测。
到这里，也差不多了收尾了，TOF质谱竞争的下半场——肯定是多次反射的技术类型，高分辨率是基本的入场门票。
曾经有读者问小编：怎么看待TOF和Orbitrap的发展？
现在我可以比较大胆的回答：未来10年，多次反射TOF质谱应该会有更大的提升空间。
到时再看，谁是王者

清风寡欲

关键问题是质谱不同于高铁、4G、盾构机、癌症靶向药物这些广泛使用的东西。质谱的细分门类很多：质量分析器有四级杆、TOF、OB以及磁质谱；离子源还有三四种，再加上各种联用，排列组合下来种类巨多。但是应用端呢？大部分用来科研和少部分做检验。即使质谱那么贵，但是国外的质谱厂商（安捷伦、岛津、热电、AB SCIEX）也没看业绩有多好。我觉得最大问题是没有足够大的市场给新入局者消化巨额的研发费用，而且欧美国家也不限制质谱的出口。说白了就是自己做不如买别人的。如果认为质谱需要国产化，那电子显微镜、研究级的荧光显微镜（包括共聚焦）、核磁共振等等等等也都是全进口啊，这不止是技术问题，也是个经济问题。

卡卡

质谱的组成有哪些？离子源，离子透镜，质量分析器，质量检测器；逻辑控制电路，rf高压电路，软件控制，真空系统；这里面核心的有哪些？离子源和质量分析器；质量分析器的核心是什么？新的质量分析器最近十年一直没有更新过，如果国内能做出来新的那绝对是牛逼的创新，对于老的质量分析器原理都是透透的，问题在于精细加工和装配啊，看看四极杆的加工和装配要求就知道了；当然RF高压控制是另外一个难点；软件控制国内基本没有，没有自己的硬件谈何软件控制啊？更多的软件都是数据处理啊；所以目前国内的创新都在离子源，尤其是环境电离用于快检，这是个最近热点，国家也有政策支持；

同花顺

泻药
本人不是分析或质谱专业出身，可能很不专业。但就我个人感觉而言，中国未来五到十年在质谱方面不太会有突飞猛进般的增长，而是会继续呈线性上升。最有可能改进的地方还是离子源这一块。

长长的路

离子源还有些潜力。其他有希望产生突破的方面不是硬件，而是软件。合理高效的利用仪器产生的数据已经渐成瓶颈。
我个人倒是十分期待国产orbitrap。