為了中國質譜業的明天

　　為了中國質譜業的明天

　　《小型質譜儀關鍵技術創新及整機研製》項目自主研製側記

　　“中國儀器的發展離不開質譜儀，如果中國的質譜業能在我們的帶動下發展起來，如果我們研製生產的質譜儀能夠擺在中國的實驗室裏被使用，那我們就算做了一件有意義的事情，這些年的付出就沒有白費。”“讓中國的實驗室用上自主研製生產的質譜儀”，這不僅是中國計量科學研究院質譜技術研究實驗室助理研究員黃澤建的心願，也是所有《小型質譜儀關鍵技術創新及整機研製》項目組成員共同的心願。當由中國計量科學研究院與清華大學聯合完成的該項目榮獲2010年度國家科學技術進步二等獎的喜訊傳來時，黃澤建他們知道，屬於中國質譜儀的春天就要來了!

　　質譜儀到底有多重要

　　質譜儀是一類將物質粒子(原子、分子)電離成離子，通過適當電場或磁場將它們分離，並檢測其強度從而進行定性、定量分析的儀器。由於質譜儀具有直接測量的本質特征，以及高分辨、高靈敏、大通量和高準確度的特性，在生命科學、材料科學、食品安全、環境監測、醫療衛生、國家安全及國際反恐等領域具有不可替代的作用和舉足輕重的地位。特別是在物質量、物質結構的準確測量方麵尤為重要，是現代化學分析、生物分析領域應用最廣泛的測量技術手段，同位素稀釋質譜法則是化學和生物計量中適用性最強、測量準確性最高的手段和基準方法之一。

　　蛋白質組學泰鬥的John Yates教授曾做出了這樣的評價：“質譜方法在蛋白質組學研究中絕對關鍵，正因為有了質譜技術，才能有蛋白質組學的存在。”

　　黃澤建提供的美國市場研究和調查公司(SDI)市場分析報告數據顯示，自2002年以來，每年以超過8%――9%的幅度增加。全球市場2005年銷售量為15億美元，2007年達30.8億美元，2012年預計將達45億美元。

　　無論從市場份額、市場增長率還是從技術更新速度，質譜儀在分析儀器領域都擁有了絕對的霸主地位，質譜儀的應用水平甚至在一定程度上反映了一個國家的分析技術水平，而質譜儀的產業狀況也在一定程度上反映了一個國家科學儀器，尤其是分析儀器的產業發展狀況和該國的創新能力。

　　中國質譜業麵臨窘境

　　SDI的數據顯示，我國進口質譜儀數量上升更快，2003年進口了300多台，而2007年就達到了1700台，2008年上半年已達1100台，每台的價格為10萬至80萬美元。乳製品中三聚氰胺重大食品安全事件發生之後，中國對於質譜儀的需求急劇增加。國內專家估計，今後五年中國質譜市場年增長率會達到25%――30%。

　　“然而，當你走進分布在全國各地的各大型專業分析實驗室，看到的卻幾乎全是由國外生產的質譜儀，這些進口質譜儀少則幾十萬，多則幾百萬。”讓人遺憾的是，我國的質譜儀市場100%全部被國外公司壟斷，他們正在迅速吞噬本來就不大的民族企業的有限市場空間。

　　“但這還不是最可怕的。”黃澤建說。在世界各國重要貿易技術壁壘――食品安全檢測中，質譜儀是不可或缺的技術手段，而且隨著技術貿易壁壘的升級，對質譜儀及質譜分析技術的要求越來越高。黃澤建充滿憂慮地說：“由於質譜儀器受製於人，我國在食品安全、環境保護、国产av电影网站質量安全等許多領域的標準、技術方麵受製於人;而且，真正的核心技術是買不到的，代表源頭創新的最先進質譜儀是不對我國出口的。質譜儀核心技術的‘空心化’，使得我國相關分析檢測能力難以實現整體提升和跨越式發展，這也限製了我國相關領域的原始創新，導致我國在生命科學、新藥研製等前沿基礎科學領域缺少原始創新。”

　　一麵是對質譜技術和儀器的嚴重依賴，另一麵卻是被進口裝備和技術的完全壟斷，我國質譜技術自主研發迫在眉睫。

　　我國廣大科技專家從未放棄對質譜技術自主研發的努力。多次嚐試技術引進與整機組裝，但由於核心、關鍵技術的缺乏，未能如願取得突破。“十五”期間，科技部在老一輩質譜技術專家的建議下，提出了“突破關鍵技術，主攻小型質譜儀自主研製”的質譜儀發展路線。

　　從“零”開始

　　2002年，學科帶頭人方向研究員，作為項目負責人，率領項目組朝著小型質譜儀的方向開始了長達八年的攻關。

　　“我們幾乎是在‘零’的基礎上開始摸索研究的。”黃澤建回憶起項目最初開始時的情景。沒有相關的理論基礎知識，項目組成員隻能老老實實從最基本的理論開始學起;國內沒有配套設備生產，項目組隻能自己找加工廠加工。一個導線接口，找了好幾個廠加工，前前後後做了幾千個，但能用的隻有不到十個;國內機械加工能力的落後也製約了研究的進行。質譜儀很多零部件對精度的要求非常高，有的甚至要求誤差控製在1微米之內。普通的機械加工廠根本做不到，為了加工出符合要求的高精度零件，項目組輾轉於國內大大小小的加工廠，尋求最好的合作夥伴。

　　在科研探索的道路上，誰也無法預測前麵將會遇到怎樣的困難。用堅韌不拔的毅力和勇氣不斷克服這些永遠未知的困難，這或許正是科研的樂趣。在這過程中，既有靈感的突然閃現帶來的驚喜，又有百思不得其解的煩惱;既需要集體智慧的相互碰撞，又需要每個成員腳踏實地的動手操作。在中國質譜儀誕生的過程中，也不缺乏這樣的例子。

　　一個困擾項目組整整半年、投入了大批資金、科研人員花費大量時間精力卻一直無法解決的難題，竟被偶然發現原來是由於設備接觸不好而導致。在稍加調整後，設備從此運轉正常;

　　為了找尋到最適合製造核心部件――離子阱的材質，項目組依次嚐試了多種不同材料，並設計研製出了各種不同結構和形狀的離子阱，最終在六代離子阱中選擇了性能最優的一款;

　　為了不斷地調試設備，每名研究人員反反複複拆裝一台質譜儀的次數都要以“千”來計算……

　　核心領域取得突破

　　多年的努力，項目組從理論和技術上解決了一係列質譜儀自主研製的技術難題，不僅對關鍵技術有原始創新，對質譜儀整機的研製也具有集成創新。

　　針對質譜領域發展的大趨勢，項目組在其關鍵的兩個核心領域，即質量分析器和離子源方麵提出了3項重要的發明，占領了國際質譜研究的一席之地、奠定了可持續發展的基礎。在多電極離子阱和離子光學方麵，他們在國際上首次提出了“用電場分布平衡機械誤差帶來的高階場”的新思路;在疊型場離子阱質量分析器方麵，他們又首次提出“用機械形狀近似來提供更多完美電場”的新思路。這兩種新的發明為離子阱、線性離子阱的發展開辟了新的、更廣闊的道路。項目組還首次提出介質阻擋放電離子源的實現方法，介質阻擋放電離子源和自主研製的便攜式質譜儀首次成功結合，將為國民經濟生活水平的提高貢獻重要力量。

　　項目組還建立了一係列自主有特色的專利技術。例如：阱內光電離技術使得複雜揮發性有機氣體的定性和定量分析變得簡單;離子阱陣列可以對一個或者多個樣品進行同時分析，大大提高了質譜分析的效率，同時，信號累加的方式還可以使得在進行痕量分析的時候，獲得更高的靈敏度;便攜式質譜儀研製的成功使得我國成為國際上少數幾個質譜小型化發展的國家之一，最新研製的便攜式質譜儀使得現場快速檢測、在線和原位檢測成為可能，為應對各種突發性事件、公共安全事件等提供了很好的解決方案……

　　現在，項目組已成功研製出車載質譜、生物質譜、小型便攜式質譜，它們將在我國生命科學、生物安全、航天科技等領域發揮支撐作用。

　　更可貴的是，項目組把產業化作為成果應用推廣的首要任務，在帶動我國質譜儀產業跨越式發展方麵做出了突出貢獻。黃澤建介紹，由他們自主研製的3種型號質譜聯用儀工藝樣機，已進入国产av电影网站工藝化階段。他們已與普析通用公司通過簽署技術開發服務的模式，成功實現了四極杆質譜儀的產業化。到2010年底，該国产av电影网站已銷售數十台，實現上千萬的銷售額。一個讓人欣喜萬分的中國質譜產業發展的雛形正在形成。