跨界:中国质谱发展的新思路

2011-8-04 16:05 来源: 分析测试百科
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——禾信在线气溶胶飞行时间质谱仪中标记

   2011年7月27日,中国科学院过程工程研究所科研仪器设备采购项目中标公告发布,令人特别振奋的一个消息是:昆山禾信质谱技术有限公司,以320万元中标第6包气溶胶飞行时间质谱仪。喜讯传来,分析测试百科网记者采访了禾信的董事长周振和研发人员。

昆山禾信质谱技术有限公司董事长 周振博士

  禾信中标的是个什么产品?

在线气溶胶质谱仪

   名称叫做:在线气溶胶质谱仪(Single Particle Aerosol Mass Spectrometer,SPAMS ),质谱分析器是飞行时间(TOF)。

   如果单看质谱的指标,很多质谱专家估计要跳起来了,这算什么TOF指标?周振(注:禾信董事长,归国博士,掌握TOF核心技术),你不是号称“可以做出分辨率100-10000”的TOF质谱么?这台TOF分辨率、质量范围、采集速度,没一样好啊!

   SPAMS的TOF指标:分辨率:优于500 FWHM;质量范围:1~500amu;颗粒化学成分全成分检测速度:最快5谱/秒......

   目前进口的高端TOF,最高分辨率:60,000 FWHM,质量范围最高到20,000 amu,采集速度:最快达100谱/秒......

   且慢,进口的高端TOF,能对单颗粒进行检测么?比如:Bruker Daltonics、AB SCIEX、Agilent、Shimadzu这些做TOF的公司,还有刚进入的PerkinElmer。

   对,这些统统不行!

   所以,SPAMS 是一个跨界产品,一个用户愿意花钱买的产品。

  SPAMS=粒径测量+质谱+实时在线!


    跨界领域的对手情况

  那么,在线气溶胶质谱领域,禾信有没有其它的商业竞争对手?

  据笔者了解,目前可以进行粒径和成分分析的商品化仪器有TSI公司的ATOFMS-3800,和美国Aerodyne公司的AMS,其中SPAMS与ATOFMS-3800的原理一样。对比见下表:


SPAMS ATOFMS-3800 AMS*
测定颗粒物粒径 200 ~ 2000 nm,可根据需要调整至100 ~ 5000 nm 3800-030型:
30 ~ 300 nm
3800-100型:
100 ~ 3000 nm
40 ~1000 nm
分析物质 可完成化学成分检测、颗粒物分类、颗粒物粒径分布、颗粒物来源解析、正负离子同时检测、颗粒物化学成分的瞬时变化、颗粒物的混合状态等功能;其中化学成分包括水溶性阳离子、重金属元素、元素碳、有机碳、酸根离子、有机酸、有机胺、PAHs、左旋葡聚糖、尼古丁等。 只能分析熔点低于 900℃气溶胶颗粒粒径及化学组分,如 硫酸根、硝酸根、铵根、有机物等。目前按照几大类对有机物进行定量分析,不能具体到单一物种;不能检测金属元素(铁、锌、铅、汞等),炭黑、核素。
质量范围(Da) 1~ 500,如果做生物气溶胶可达到2000 1~ 800 1 ~ 300
分辨率FWHM 500 500 300
离子化方式 266nm解析激光 266nm解析激光 EI源电离
质量分析器 Z型双极TOF 双极TOF 四极杆,单质量分析器
气体进样流量(mL/min) 标准75,可达100 100 85
软件 采集软件功能强大,可实时在线显示颗粒物浓度变化趋势并添加在线质谱库,采用汉化软件,方便中国用户。
后期数据处理繁琐
售价(RMB) 320万 > 400万 300万起
在国内的服务 维护方便,价格便宜,使用成本低,耗材少。85%以上配件国产,国内用户72小时现场维护。 国内无技术支持,安装和维护要国外工程师来。 国内无技术支持,安装和维护要国外工程师来。
重量 小于300kg 400kg以上

  *注:AMS另有一种基于高分辨TOF的,但测定的物质同样存在上述限制,且售价达550万。

  由上表可知,SPAMS的所有性能相当或优于ATOFMS-3800;而使用在线的AMS,若完成同样的检测项目,仍要再购置在线黑碳仪、在线粒径分布测定仪,并配合离线的重金属测定仪器(如ICP-MS),数据统计和处理还会更繁琐。

  除此之外,进口仪器不仅价格贵,外国工程师来安装培训要另收高额的费用,到货期长,今后的维护维修和费用都是问题。禾信的SPAMS对中国用户最有吸引力的是:到货时间有保障,将来的维护有保障,维护维修费用更低。


  仪器的原理用途

  这台仪器可以干什么?最大的应用就是在线环境监测,包括大气里面气溶胶颗粒的成分、粒径、所包含的重金属等。除此之外,还可以用于烟草、军工、医药等领域。这次的买主中科院过程工程所,希望使用SPAMS来在线研究气溶胶的物理化学性质。过程工程所用户先是打听了进口仪器的代理商,到货时间、维护、成本都有问题,而后来打听到的禾信,完全解决了他的问题。

  据了解,国内已有几家著名单位采购了SPAMS,比如中科院广州地球化学研究所,用SPAMS做珠三角地区的环境监测及珠三角地区的大气研究;广东省环境监测站,做大气监测;复旦大学,世博会期间用SPAMS做上海的空气质量监测、污染物监测;在广州亚运会期间监测广东周边地区的空气质量。在复旦大学、北京大学等单位以前购置的进口仪器进行比对后,事实证明SPAMS数据可靠、性能稳定、适合长期室外大气环境监测。

  原理

  利用空气动力学透镜作为颗粒物接口;利用双光束测径原理进行单颗粒气溶胶计数;激光电离,利用双极有网飞行时间质谱测定气溶胶颗粒的分子量,从而确定其化学成分;利用Art-2a方法进行颗粒物分类;实现了单颗粒气溶胶化学成分和粒径的同步检测。(注:其中用了两个飞行时间质量分析器)

  在线功能的实现

  仪器采样口直接连接采样管道,采样管道伸到外界大气环境中,以100 ml/min的流速进入SPAMS,SPAMS每秒可检测10个颗粒物,并同时获得其正、负谱图信息和粒径信息;每五分钟获得一个有效的统计数据,同时包含该时间点检测到的总颗粒物数目、分类、粒径分布情况等;不必像离线采样那样,需通过采样膜长时间收集颗粒物(12或24小时),经过预处理之后再利用离子色谱、气质联用仪、液质联用仪等仪器进行颗粒物的成分测定。