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TUhjnbcbe - 2022/8/18 18:07:00
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(报告出品方/作者:民生证券,周超泽,许睿)

1质谱仪是科研仪器的重中之重

1.1质谱技术:20世纪以来最重要的分析技术之一

质谱(MS)是一种用来鉴定样品中化学成分的分析技术,主要通过电离化合物生成带电分子或分子碎片,并测量其质荷比和丰度来完成鉴定。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阳离子(带正电)或阴离子(带负电),随后气态离子在质量分析器里磁场与电场的共同作用下,会产生不同的运动轨迹打在检测器上,进而由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质谱图,质谱图为离子信号与质荷比的函数曲线图。在质谱图中,分子离子和碎片的质量数可用于确定化合物的元素组成或同位素特征。元素可通过其质量数进行唯一鉴别。

质谱仪分类标准繁多,质谱仪的分类标准包括应用角度、质量分析器类型、离子源类型等。应用角度可将质谱分为有机质谱、无机质谱、同位素质谱、气体分析质谱。按质量分析器可分为双聚焦质谱、四级杆质谱、飞行时间质谱、离子阱质谱、傅里叶变换质谱。按离子源可分为EI、FD、MALDI、ESI、AB等。按质谱串联情况也可以根据质量分析器串联情况详细划分。

不同品类的质谱在应用上有明确偏向1)电感耦合等离子质谱仪系统的考虑因素包括系统的数据处理能力、定制选项、灵敏度和动态范围,适用于微量金属分析,代表产品为赛默飞世尔的iCAPTQICP-MS;2)基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱仪结合了MALDI电离源和TOF质量分析器。TOF质量分析仪测量离子的m/z比,MALDI电离源确保样品挥发和电离,多用于生命科学和临床检测。以BrukerDaltonics的rapifleXMALDI-TOF/TOF系统为代表。3)LC/MS依靠液相分离系统和质谱仪来耦合样品分离和分析。典型的LC系统包括HPLC、UPLC和nano-LC。在LC/MS中,柱流是连续的,因此必须配备能够跟上的快速质量分析器。适合蛋白质组学和生命科学的液体样品分析。LC/MS系统的代表是BrukerDaltonics的timsTOFPro质谱仪;4)GC/MS将气相色谱与质谱仪相结合,以分离和分析气相分子。适用于非极性化合物,如食品、环境、石化、法医学等。GC/MS系统非常适合分析小型、相对非极性的化合物,代表是LECO的PegasusBT4DGCxGC飞行时间质谱仪

各类质谱中,串联质谱是重中之重,对应高端质谱需求,壁垒高,单价贵,是未来市场的主要方向。串联质谱是指用质谱作质量分离的质谱方法,分辨率更高,对分析物结构信息的检测能力更强,并能够测定混合物中的痕量物质。主要产品包括三重四极杆和Q-TOF质谱,在电感耦合等离子质谱和液相色谱联用质谱中串联质谱占90%以上,在气相色谱联用质谱中应用较少。

赛默飞世尔、沃特世、安捷伦等公司在主流产品如三重四极杆,Q-TOF领域竞争最激烈,产品性能相近,在高端串联质谱上差异化布局。

1.2产业链技术壁垒高,国产化程度低

不同种类质谱仪的基本结构相同,主要分成五个部分:样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器及数据分析系统。与样品离子化相关的零部件为核心零部件,包括离子源和质量分析器。离子源可产生分析物离子,质量分析器可根据离子的质荷比(m/z)对其进行处理,检测器系统可检测离子并记录离子形态的相对丰度。

1.2.1离子源-样品进行质谱分析的前提在质谱分析中,离子源的主要功能是为样品离子化提供能量,将样品分子或者中性原子进行电离,形成具有不同质荷比的离子束,分析物的极性决定了离子源的选择。目前没有单一种类的离子化方法可以适用于所有的分析需求,需要根据样品的理化特性选择适当离子源。目前最常见的离子化方法包括电子电离、化学电离、电喷雾电离、大气压化学电离及大气压光致电离,以及激光解吸电离与基质辅助激光解吸电离等。(报告来源:未来智库)

1.2.2质量分析器-质谱分析核心零件质量分析器种类较多,在性能与功能及应用上有明显差异,质谱仪常以质量分析器种类命名。质量分析器主要包括飞行时间质量分析器、四极杆、离子阱、离子回旋共振质量分析器及串联组合等类型。

各类质量分析器的性能差别具体体现在分辨率、质量精度、质量检测上限,相应价格也有明显差别。傅里叶变换离子回旋共振分析器(FI-ICR)和离子阱(Orbitrap)分析器分辨率和质量检测上限较高,价格也相对较高。1.2.3质谱产业链国产化率低,质谱仪国产替代加速产业链发展质谱上游产业链本土化的决定性因素是国产质谱份额的提升。国内质谱行业从年开始由科研院所牵头在研发上加大投入,零基础下坚持自主研发,培植国产核心零部件。

科技部资助下每类质谱产品成功研发即代表国内相应生产链条打通,实现核心零部件自主可控生产,例如年带头攻关三重四极杆项目的聚光科技成为质谱仪自主生产的代表。但是,上游产业链的全面、大规模本土化仍面临挑战。质谱国产化率低,导致本土产业链的发展缺少土壤,国产质谱市场打开才能支撑上游定制化零部件研发生产投入。所以仪器国产替代是推动本土产业链的重要前提。进口质谱仪零部件通常出现捆绑销售,整体采购成本可达到国产零部件的十倍。目前经历了技术积累、产品研发、商业化进程,国产企业在加速蚕食国产质谱市场。随着下游市场的国产率提升,上游供应链研发生产动力增强,从而降低国产质谱生产成本和研发及定制化设计能力,进一步催化国产质谱份额提升,形成正循环。

2质谱仪市场稳步增长,国际巨头垄断行业

2.1全球市场稳步增长,供需两端高度集中

海外巨头质谱研发经历4个阶段。质谱仪从s年代投入使用,由高校逐渐转向企业进行商业化推广。从起初单一的GC-MS产品向离子源、质量分析器、进样系统多元化发展,在仪器的速度,灵敏度,使用便捷性上逐渐改善。质谱巨头在质谱领域产品推进节奏趋同,以安捷伦为例,公司在年步入分析仪器领域后,年开始推出首款气相色谱A,并首先从分析系统和计算机系统上升级,提高可操作性。s、s开始在离子源和质量分析器上多元化布局,拓展系统分析能力,使质谱仪产品丰富度提高。年后,安捷伦在质谱领域进入高速发展的十年,持续推进质量分析器和离子源等核心部件的研发升级,实现串联质谱的突破,推出三重四级杆和Q-TOF质谱仪,提高质谱分析的分辨率、一致性、准确性。

根据TransparencyMarketResearch数据,-年全球质谱仪市场的CAGR将达到7.70%,预计年全球质谱仪市场规模将达亿美元。在下游应用领域需求的拉动下,全球质谱仪市场将保持稳健增长的态势。

根据SDI统计,目前全球质谱仪市场主要被国际行业巨头占据,全球质谱仪市场的主要参与者为沃特世、丹纳赫、布鲁克、安捷伦、赛默飞、生物梅里埃、岛津等公司,大约占据全球了90%的市场份额。从全球市场来看,目前质谱仪的销售主要集中于欧美地区,其中北美地区占据了全球质谱仪市场的主导地位,美国是全球最大的质谱仪销售市场,英国、法国、德国占据了欧洲地区质谱仪市场的主要份额。

2.2国内市场国产替代空间大,多领域份额待提升

我国近十余年质谱市场呈现快速增长,当前市场约亿元,在科研端、临床检测端渗透率显著提高,预计年有望超过亿元,目前国产化率较低,约10%。3年进口了多台质谱类仪器,5年进口了台,7年就达到了台,9年和年我国质谱类仪器的进口数量分别达到了余台和余台。年,国内进口台数达到00台规模,20年进口金额约亿元,同比增长15%。据新思界产业研究中心统计,年液质联用仪国产化率不足5%。

按质谱分类看,四极杆占比最高达到70%,其余主要为飞行时间质谱。应用端来看,制药和食品领域需求量较集中,约20%,*府市场对应*府检测需求,如疾控中心、海关检测等。医院占比约5%,与科研院所、*府机关同属*府招采途径。*府招采比例合计可达40%。

2.3下游应用多点开花,重点

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