安益谱“发射”Cassitrap 让每家实验室都能拥有超高分辨质谱
2005年轨道阱质谱的出现赋予人们无穷的想象力，参悟行星运行的奥秘，质谱从此迈上了超高分辨（大于10万分辨率）的新台阶，宏观天体和微观分子得到了完美的融合。2024年4月18日，中国的一家年轻质谱公司安益谱，推出了TA的第一台静电阱质谱Cassitrap 120K， 这次事件就像中国质谱界发射的一枚火箭，承载了许多人对质谱本身、对中国高端质谱的梦想，宣告中国人进入了超高分辨质谱的星际赛道。发布会后，分析测试百科网采访了安益谱创始人、董事长张小华博士，他回答了性能表现、回顾展望、定价等各种问题。一台超高分辨质谱，起价只需99.8万，心动不如行动，祝Cassitrap120K大卖！
安益谱董事长 张小华
Cassitrap 120K静电阱质谱
Cassitrap的含义和设计的由来
首先，张小华解释了Cassitrap名称的由来。Cassitrap取名于卡西尼亚卵形线，人们在研究天体物理的时候，发现一些多体问题，即一个行星或航天器会受到多个天体引力影响的共同作用，其运行轨迹会非常复杂。
注：到两定点的距离之和为常数（大于两定点的距离）的点的轨迹是椭圆，并且到两定点的距离之差的绝对值为常数（小于两定点的距离）的点的轨迹是双曲线。那么到两定点的距离之积为常数的点的轨迹就是卡西尼卵形线。
描述Cassitrap电极形状使用的复杂函数，实际上是双曲函数+广义卡西尼亚卵形线函数的形式，几种函数场的共同作用使得离子运动稳定。此前轨道阱Orbitrap使用的是一个双曲函数+一阶广义卡西尼亚卵形线函数；实际天体物理的卡西尼亚卵形线有更复杂的函数组合，因此Orbitrap是卡西尼亚卵形线的一种特殊的简单形式。
受到卡西尼亚卵形线的启发，张小华将新产品取名为Cassitrap；而科学上的启示为：可以设计中间有两个、三个或者四个电极的另一种阱，而轨道阱特指中间为一个电极的情况。
听到这里，小编简单总结了一下：
1、Cassitrap静电阱和Oribtrap轨道阱，电极形状都是类卡西尼亚卵形线
2、轨道阱使用的函数和电场更简单，为一个双曲函数+一阶广义卡西尼亚卵形线函数；而加上更高阶广义卡西尼亚卵形线函数（在阱内放置更多电极实现），就可得到更多样的Cassitrap形式。
Cassitrap诞生记：想法、务实、重启
“做静电阱的想法，早在10年前就有了，2013-14年，我脑子里面一直萦绕着这个想法。“张小华回顾说。当时条件不成熟，正在攻读博士的张小华就一直在做理论研究和仿真，做静电阱前端的离子入射部分的构型，这些研究刚好成为博士工作的一部分。2016年张小华创业成立苏州安益谱，首先要先解决生存和发展的问题。迄今为止，苏州安益谱已成为四极杆GC-MS中国最大的生产商，截至去年已累计交付500套。
2022 年 10 月份，张小华组织团队重启静电阱研发项目，并组建工程师队伍。“那个时候，我和团队说2023年春节前，我们会把原理样机做完，看到所有的信号。当时所有人都不相信，都认为怎么也得干上一年。”张小华回忆时仍难掩兴奋，“我记得很清楚。我自己一直在实验室里，大概做了两个月。1月15号晚上的9 点半时，仪器探测到衰减的一个时域信号，我做完傅里叶变换，然后对照样品的质量数，发现全都得到了验证！”
此后，团队开始转向工程性开发。每一个样品，每一个输入输出，每一步软件操控显示……花了差不多一年多一点的时间，做出了真正的Cassitrap，并马上进行了应用的验证。
优化场型的线形离子阱 中国人自己的专利
众所周知，Orbitrap部分的专利已经到期，但C-Trap部分还有专利。C-Trap可发射离子到轨道阱中的准确位置，这对于实现整体性能至关重要。”陆陆续续地，我的脑袋里闪过了好多方案，然后又把曾经做的很多仿真看了一遍。最后突然发现，之前方向院长跟丁传凡老师写的优化场型的线形离子阱的专利刚好能解决这个问题。“张小华兴奋地说，”我在那个基础之上稍微修正了一下，发现理论上可行，仿真结果也不错，加工又很简单，所以我们立马就用这个方式做了一下，最后做出来的实际效果就是，整机上试了一次就成功了。“
为了弹射出离子进入轨道阱的狭缝，让离子进入准确的轨道位置，C-Trap设计成了C型，离子靠近中心C位得到聚焦，弹射速度快，并只能从一个方向逐出离子，离子的利用率高。优化场型的线形离子阱中设置了多个平板/台阶，堆积出类似的“C”形，也能实现类似C-Trap的效果。张小华表示：2005年两位学者申请专利时的本来目的，是设计一个结合双曲面线形离子阱性能和矩形离子阱造价低双重优势的改良线形阱。谁曾想17年后，居然一举解决了设计Cassitrap遇到的难题，真是：山重水复疑无路，柳暗花明又一村。
采访中我们讨论到，不妨给“改良的线形离子阱”取一个更简单的名字，这里也首次向全体网友征集，希望大家能一起发挥天才想象力，为它取个好名字。安益谱的各种奖品在等待大家呦。
Cassitrap 120K的技术特点和性能优势
重磅来了，接下来家人们一同来看看Cassitrap 120K的性能表现。
Cassitrap 120K内部结构示意图
简单来看，它是一台标准四极杆质谱加上一台高分辨的Cassitrap。两种分析器的组合产生了更多的使用特点，具有三种工作模式。
首先，单四极杆模式下，它就是一台高性能的四极杆气质联用仪，装有电子倍增器。
其次，高分辨模式下，它使用前端的四极杆做一段质量范围的离子或离子筛选，然后通过线形离子阱送入Cassitrap获得高分辨谱图，这时使用镜像电流感应和傅里叶变换技术检测。事实上，四极杆和线形离子阱还可能组合，比如利用四极杆前端进行初步筛选，线形离子阱可以做进一步的精确分析，有利于得到一个更加纯净的谱图，而且将具有更高的灵敏度。
第三，Cassitrap独有“精确定性定量模式”，四极杆和Cassitrap可以协同工作。四极杆采集一个周期（如100-200毫秒）后，用20~30毫秒让线形离子阱填充离子，并逐出入射到Cassitrap 中获得高分辨质谱。入射完成后，四极杆和线形离子阱可以做下一次扫描。因此Cassitrap可以同时获得四极杆的总离子色谱图和静电阱的高分辨总离子色谱图。
张小华表示：高分辨带来的极大好处是：在做一些实际样品（基质比较复杂的样品）时，当提取离子的窗口非常窄时，到小数点第三位甚至第四位时，基线将非常干净。就比如原来做的气质三重，就是前处理做得要非常好的时候，现在的效果来得更加的纯净。比如在测量二硫化碳（CS2）精确同位素结构时，可以看到“梦想的谱图”。
Casstirap准确测定二硫化碳的特征离子峰及其同位素峰，并精细区分同位素的来源，从图中看到12C32S33S（m/z 76.9430）和13C32S2（m/z 76.9470）质谱峰完全分开。
Cassitrap 120K性能指标一览
四极杆模式
m/z范围：1.5~ 1,250 amu，质量准确性±0.1 amu ，扫描速度最高20,000 amu/秒， EI 和 CI 两种离子源，动态范围≥6 个数量级。
灵敏度：100fg 八氟萘信噪比＞ 100: 1 RMS，检出限为 10 fg八氟萘。
FT傅里叶变换高分辨模式
m/z范围从 18 amu 开始，无质量上限。质量精度内标<2 ppm。
Cassitrap 120K公布的分辨率≥12 万。1.5 Hz采集速度实测时，m/z 131 amu分辨率可达 14 万，m/z 69 amu分辨率优于 20 万。FT 的最快采集速度>10 Hz。谱图内动态范围>5, 000 。
灵敏度：100fg的 八氟萘，S/N信噪比≥1000 : 1 RMS；检出限为100fg八氟萘。
张小华表示：FT高分辨模式下，一旦提取离子窗口很窄并检出时，基线几乎为零，信噪比非常高。但检出限和四极杆的检出限概念不太一样，在检出限时远远不止3倍信噪比。
此外，有些专家关心国产化率，张小华表示，除了分子泵和电子倍增器是进口的，Cassitrap 120K其它部件均实现国产。
Cassitrap的几大核心技术
Cassitrap主要的核心技术有几项。
从整体仪器系统性设计来说，关键是用优化场型的线形离子阱，将离子精准地弹射到Cassitrap中。除此之外，该线形离子阱突破了离子阱的LMCO限制，允许容纳质量范围更宽的离子；具有QTrap功能，使用四极杆SIM（选择离子）模式，获得更低的检出限；透镜组可获得优于50%的离子传输效率。
电子学上还有许多技术，如：超高精度脉冲电源；纳秒级高压脉冲切换；ppm级别的高压稳定性；全谱近无损的数据压缩算法；亚微米级曲面加工精度；系统级电磁兼容噪声优化技术；支持正负离子切换检测。
张小华向我们普及了一些知识，阱内电压需快速变换，因此电压首先要非常稳、非常精准。其次要求在100 纳秒极短时间内实现电压突变，电压范围的波变化切换速度要达到1,000 V以上，从而让离子快速地从线形阱中弹射出来。为了囚禁离子，线形阱加有射频电压，将离子束缚在阱的中间。当要逐出离子时，需要在1微秒将电压全部归零。所以本质上，Cassitrap在电子学上突破了许多挑战。
当然傅里叶变换还会涉及到一些算法。在采集大量数据时，需实时进行傅里叶变换，因此需要对数据进行近无损的压缩。否则20 分钟的色谱时间，采集的数据量将达几个G，影响使用者体验。因此实时数据处理和压缩也是核心技术，安益谱申请了数据近无损压缩的专利。
从仪器整体性能来看，同时能够获取定性的谱图和定量的谱图，是安益谱的专利技术。原来的各种Orbitrap全部用镜像电流感应和傅里叶变换实现检测，仪器上不带电子倍增器。而Cassitrap带有电子倍增器，保留了原先四极杆定量的完整模式，当和线形离子阱结合后，未来还可实现Q-Trap的功能。未来，Cassitrap静电阱内还可以进行紫外光电离等电离，安益谱也申请了专利。
让每家实验室都能拥有超高分辨质谱
Cassitrap 120K发布后，将给中国和全球的质谱市场带来哪些变化？张小华表示，原来赛默飞一家垄断的超高分辨质谱市场，现在有另外一家也进入到这个市场，相信未来可能还会有更多家。这是社会发展的一个必然过程，对于客户来说有更多的选择，在价格和货期谈判时，客户会处于更有利的地位。
Cassitrap 120K推出的同时，直接放出了诚意的价格，因为“我们希望：让好技术能够服务更多的实验室。所以原先可能有很多够不上用这样的设备的客户都可以去考虑和选用，这是Cassitrap为客户带来的重要好处。”张小华说。
据悉，苏州安益谱正在同多家单位合作，挑战一些高难度的样品。比如中国计量科学研究院开展持久性有机污染物研究，在实际测量时，从湖中提取的污泥样本基质非常复杂，原来三重四极杆质谱定量准确性一直不够好，使用Cassitrap 120K，离子流色谱图的基线几乎降为0，积分起点更准，定量的RSD效果优于三重四极杆质谱。北科院分析测试研究所（原北京理化分析中心）开展一些更有挑战性的工作。食品中的一些类石蜡添加物非常复杂，用常规气质联用分析时，离子流色谱图难以分离，目前正在用CI电离结合Cassitrap高分辨模式解析。
Cassitrap定量分析多氯联苯新污染物，基线干净，高重现性
Cassitrap的主要优势是：面临基质复杂的实际样品时，可以获得非常好的效果。因为提取离子的窗口非常窄、非常精准，并包括同位素的比例关系，将能获得比三重四极杆质谱更好的效果。比如针对原来10,000分辨率磁质谱擅长的兴奋剂、POPs等新污染物分析，Cassitrap 120K都能胜任，而两者的价格差别很大，同类磁质谱价格高于800万人民币，Casstrap 120K只需要不到100万人民币。
发布会上，安益谱自信地公布了Cassitrap 120K系列产品的起售价为99.8万人民币，包括全套的气相色谱、四极杆和静电阱质谱。张小华表示，这是我们一直想做的打破常规的事情，质谱行业需要有一些新鲜的做法。Cassitrap的推出打破了人们心目中对Orbitrap价格的固有概念。过去很多普通院校、普通实验室想用但够不着；只有业内顶尖实验室和课题组才有机会使用。这次发布会，我们公布了Cassitrap 的价格，正是为了让超高分辨的分析手段能够进入更多的实验室。我们并不想做进口产品的平替，而是开拓更多增量的市场。而对于三重四极杆GC-MS/MS、磁质谱、GC-QTOF的实验室，如果再添置一台Cassitrap，将会获得更好的效果。
Cassitrap的未来
张小华表示，Cassitrap未来发展空间广阔，首先分辨率会持续提高，比如24万、48万等；其次是加上碰撞室，实现三重四极杆的功能和四极杆-高分辨联用的功能；以及液相色谱-Cassitrap联用。
最后，谈到未来战略时张小华表示，四极杆质谱是安益谱生存的基石；奠定好该基础，安益谱要做更高分辨率的质谱。因为质谱永远是要回答两个问题——定量和定性。定量上，除磁质谱外，目前主要是四极杆；定性上，超高分辨的轨道阱/静电阱将继续发展，未来可能还会出现更新的质量分析器。安益谱今日发布了中国第一款超高分辨静电阱质谱，未来还要做一款全球首台的质谱。Cassitrap120K 融合了四极杆和静电阱，可以同时获得好的定量和超高分辨率的定性。
除了质谱技术本身，我们还将继续解决用户如何用得好的问题。自动化的前处理设备、质谱仪器、人工智能必将融合，创造新的发展空间，安益谱亦将在该领域发力创新。
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