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EI/CI · ESI/APCI · MALDI · ICP ｜ 国内外厂家格局 · 专利 · 灵敏度 · 锥孔设计 · 可维护性

1. 摘要

离子源是质谱仪的“前端发动机”，决定了整机灵敏度、基质耐受性与日常维护成本。本报告面向质谱研发工程师，系统对比电子轰击电离（EI）/化学电离（CI）、电喷雾电离（ESI）/大气压化学电离（APCI）、基质辅助激光解吸电离（MALDI）与电感耦合等离子体（ICP）四大类离子源的技术路线，覆盖 Waters、Agilent、Thermo Fisher、SCIEX、Bruker、Shimadzu 等国外主流厂家，以及禾信仪器、聚光科技（谱育科技）、钢研纳克、天瑞仪器、融智生物等国内代表性厂家，并对关键设计专利进行梳理。

核心结论：（1）液质离子源近二十年的灵敏度提升主要来自三条路径——正交采样几何（把中性物挡在真空之外）、气动/热学聚焦（把离子“压”到采样口前）和电动力学离子漏斗（在低真空级高效捕获并传输离子），厂家公开声明值普遍在 5–25 倍区间；（2）采样锥/锥孔尺寸是灵敏度、真空负载与污染速率三者折中的核心参数，各厂家从 0.25 mm（Waters 微流锥）到 1.1 mm（ICP-MS 采样锥）跨度近一个数量级，且均按仪器型号定制、不可互换；（3）可维护性设计（免泄真空换锥、隔离阀、活动接口门、可拆卸离子块）已成为中高端机型的标配竞争点；（4）国内厂家在 ICP-MS、MALDI-TOF 与三重四极杆液质上已完成整机突破，离子源相关专利从结构改进走向阵列化、常压电离等新方向，但在离子漏斗类电动力学器件与超高流速脱溶剂等底层技术上仍有代差。

2. 离子源技术基础与评价维度

质谱离子源的任务是把中性分子转化为气相离子并高效注入质量分析器。按工作压力与电离机理可分为四大类：EI/CI 在 10⁻⁵–10⁻⁴ Torr 的高真空源盒内用 70 eV 电子束轰击气化样品，谱图可库检索、重现性最好，但只适用于热稳定、易挥发化合物；ESI/APCI 在大气压下工作，依靠泰勒锥喷雾、库仑裂变与离子蒸发等过程将溶液中的分析物转为气相离子，是液质联用的标准配置；MALDI 用脉冲激光解吸基质/分析物共结晶，产生主要单电荷离子，与飞行时间分析器联用是微生物鉴定与质谱成像的主流；ICP 用约 7000 K 的氩等离子体使样品原子化并电离，是元素分析的金标准。

以液质联用最核心的 ESI 为例，其离子生成链条决定了所有工程设计的着力点：毛细管末端的高压使溶液形成泰勒锥，当表面静电排斥力克服表面张力时带电液滴射出；液滴在向采样口迁移的过程中溶剂蒸发，半径与电荷密度达到瑞利极限后发生库仑裂变，如此往复直至分析物以离子蒸发（Iribarne 机理）或残留电荷（Dole 机理）方式释放为气相离子。这条链条上有两个“漏斗形”损失口：一是初始液滴过大导致脱溶剂不完全，二是羽流发散导致离子未对准采样口。前者催生了加热毛细管、热鞘气与热气交汇设计，后者催生了正交采样、气动聚焦与离子漏斗。理解这条链条，就理解了近二十年液质离子源所有专利设计的“为什么”。

评价离子源设计好坏，工程上主要看五个维度：

·离子化效率与灵敏度：从溶液到检测器的总离子利用率。研究表明，即使喷针距进样口仅 1 mm、采样效率大于 90%，进入加热毛细管后仍有超过 80% 的分析物因脱溶剂不完全而损失[43]；多毛细管进样加离子漏斗接口可将总离子传输效率提升到约 10%[44]；不同接口构型（单 emitter/单毛细管、多毛细管、SPIN 阵列）的离子利用率差异也已被系统定量比较[45]。灵敏度提升空间正是各厂家设计的焦点。

·采样孔径（锥孔）设计：孔径越大捕获离子越多，但气体负载、中性物与基质进入量也按孔径平方近似增长，加速锥孔污染与背景噪声。ICP-MS 研究证实，采样锥孔径缩小 0.1 mm 在激光烧蚀模式下可使灵敏度提升最高 272%，但在溶液模式下多数元素无显著差异[31]。

·脱溶剂与气动聚焦能力：加热气（鞘气、帘气、干燥气）的温度、流速与几何布局决定了液滴干燥速度和离子在采样口前的空间密度。

·抗基质污染与稳健性：正交几何、离轴设计、帘气反吹等手段的目标都是让中性物和基质“绕开”关键离子光学元件。

·可维护性：维护能到达的深度（锥、离子块、离子导引、透镜是否可免泄真空拆卸）、清洗流程的标准化程度、以及耗材（灯丝、锥、喷针）成本。

从采购与使用视角，离子源还是质谱仪总拥有成本（TCO）中容易被低估的一环：锥、喷针、灯丝、加热毛细管都是周期性耗材，源污染导致的停机清洗在高通量实验室每年可累计数天。因此本报告在技术对比之外，把“维护能到达哪里、多久到达一次、是否需要泄真空”作为与灵敏度同权重的评价轴——这也是近年厂家新品发布中着墨越来越多的原因。

3. EI/CI 离子源（GC-MS）

EI 源结构百年未变其宗：样品经 GC 色谱柱进入加热（通常 250–350 °C）的离子源盒，与两侧灯丝发出的 70 eV 电子束交叉发生电离，推斥极把离子引向出口狭缝，经入口透镜与离子聚焦透镜进入四极杆。其设计要点全部围绕“离子产率×惰性×可维护”三角展开。

图 1  电子轰击（EI）离子源结构示意图（原创示意图）

Agilent 5977 系列 GC/MSD 提供四种 EI 源，体现了这一产品线的完整设计谱系[12]：不锈钢源追求与历史谱图的兼容性和经济性；惰性源用惰性表面材料减少活性化合物吸附分解；Extractor 源在提取调谐（extraction tune）模式下通过“拉取式”提取透镜把离子计数提高最高 10 倍；High Efficiency（HES）源则通过新颖的源体几何同时提高源内电离效率与进入四极杆的离子比例，面向飞克级超痕量分析。源出口孔径提供 3/6/9 mm 三档，孔径越小灵敏度越高但动态范围上限越低，这是 EI 源上“锥孔折中”的直接体现[47]。2022 年 Agilent 又推出面向氢载气的 HydroInert 源，用专有替代材料抑制氢气在源内的化学反应导致的谱图畸变[48]。

可维护性方面，EI 源是所有离子源中维护最标准化的一类。Agilent 官方流程为：拆源、氧化铝研磨膏机械抛光源盒与推斥极、依次超声清洗（去离子水→甲醇→丙酮→己烷）、烘干回装[13]；Shimadzu 的 Smart EI/CI 源流程类似，额外要求源盒与推斥极在 400 °C 马弗炉中烘烤 1 小时以去除痕量有机残留，并明确绝缘件不可清洗、只能更换[30]。维护信号也很明确：响应下降、调谐离子峰形变差、推斥极或电子倍增器电压持续升高即提示清洗[13]。

CI 源通过小孔与密封把试剂气（甲烷、氨、异丁烷等）保持在电离区内，样品分子与试剂气体离子发生离子-分子反应而电离，属于软电离，分子离子峰更强、碎片更少；负化学电离（NCI）对含卤、含硝基等高电子亲和力化合物具有接近 GC-ECD 的选择性灵敏度，是农残与多氯联苯分析的主力。切换 EI/CI 需约 1–2 小时吹扫试剂气与烘烤除水，从 PCI 切换到 NCI 还需约 2 小时源降温，是结构上“加压”与“高真空”折中的典型[50]。国产 GC-MS 方面，禾信仪器 2022 年底发布的 GCMS 1200 与谱育科技的 EXPEC 系列气质产品均已采用自主 EI 源，但谱图库兼容性与源寿命仍以国际主流为对标基准[35,51]。

4. ESI/APCI 离子源（LC-MS）——竞争最激烈的主战场

液质离子源的技术演进史，就是一部“如何在大气压与高真空之间既多拿离子、又少放垃圾”的工程史。本节按厂家梳理四条代表性技术路线。

4.1 正交采样：现代液质离子源的几何基石

早期电喷雾采用同轴（axial）进样，喷雾羽流直对采样孔，溶剂与中性物大量进入真空系统。1994 年申请、1996 年授权的 US 5,495,108（Apffel 等，惠普）首次系统提出正交离子采样：让带电液滴喷雾从采样孔侧方掠过，用电场把脱溶剂离子从气流中“掰弯”90° 引入采样孔，而溶剂蒸气与液滴沿直线排走，使 ESI 可在大于 1 mL/min 的常规液相流速下不分流工作[18]。其 APCI 延续专利 US 5,750,988 进一步确认了该几何在两种 API 模式下同时降噪增敏的效果[19]，Agilent 后续以再颁专利 RE36,892 延续保护[20]。这一“喷雾轴⊥采样轴”的几何至今是所有主流厂家液质源的共同底座。

图 2  正交喷雾（Z-spray 型）ESI 离子源结构与离子/中性物路径示意图（原创示意图）

Waters 的 Z-spray 是正交采样的商业化代表：喷雾针垂直正交布置、采样锥位于喷雾轴上方，正对喷针处设排气捕集阱，未电离的中性物随氮气流直接排出；采样锥由隔离阀支撑，可在不破坏真空的情况下快速拆下清洗——这是 Z-spray 源“耐脏”口碑的结构基础[47]。

4.2 Waters：从 Z-spray 到 StepWave 的离轴离子导引

Waters 在正交采样之上叠加了“离轴 stacked-ring 离子导引”。StepWave 由两段同轴但径向偏移约 11 mm 的堆叠环电极拼接而成：第一段内径 15 mm，对准来自采样孔的扩散离子云并将其高效捕获；段间环电极开槽形成离子通道，靠直流电位差把离子从主气流中提取、聚焦进入内径 5 mm 的第二段，第二段的离子光轴与后续四极杆对齐；气体、过量溶剂与中性物则沿第一段直通排气口排出[2]。厂家声明该设计带来最高 25 倍的信号提升，并主动清除中性物以降低污染、提升信噪比[1,3]。

第三代 StepWave XS 进一步把源孔加大、用分段四极杆离子导引聚焦离子束，并优化电压梯度以低能量传输脆弱小分子（安非他明类、内源性维生素 D 等），厂家称其为“最灵敏的三重四极杆”，动态范围跨六个数量级[4]。在 Xevo G3 QTOF 上，StepWave XS 对不稳定分析物的 intact 传输较上一代提升最高 22 倍，配合“软传输”调谐模式对特定脆弱化合物可达 57.8 倍[5]。

图 3  Waters 各型号 ESI 采样锥孔径对比（数据来源：Waters 官方备件规格[6]）

锥孔与维护：Waters 各型号采样锥孔径按仪器定制，从 Xevo TQ-S cronos 的 0.25 mm 到 Xevo TQ-S 的 0.9 mm，跨度 3.6 倍，且官方明确不同型号锥不可互换[6]。维护深度上，采样锥+锥气喷嘴组件可经隔离阀免泄真空拆卸，用 1:1 甲醇/水（污染重时加甲酸）超声清洗；更深的提取锥与离子块则需要拆开源体后清洗[7]。

4.3 Agilent：Jet Stream 热梯度聚焦与 iFunnel

Agilent 的路线是“先把离子做密，再多收进来”。Jet Stream（AJS）在传统同轴雾化器外增加一层过热氮气鞘气（约 400 °C）：鞘气以近声速准直雾化喷雾，把喷雾羽流约束在采样毛细管前方的“热聚焦区”内，同时完成深度脱溶剂——脱溶剂降低噪声，完全约束消除样品回流与色谱峰拖尾[8]。厂家给出相对常规 ESI 平均 5–10 倍的 MS/MS 灵敏度提升，且在 50 µL/min 至 2.5 mL/min 全流速范围参数通用[9,10]。相关结构由 US 8,039,795 B2（Mordehai 等）等专利族保护[21]。

图 4  Agilent Jet Stream 过热鞘气热梯度聚焦原理示意图（原创示意图）

iFunnel 则解决“收”的问题：6490 三重四极杆用六孔（hexabore）毛细管阵列替代单孔毛细管，采集的含离子气体量为单孔的 6 倍，再由双级离子漏斗在第一级真空完成气体卸载与离子聚焦。官方数据显示 6490 相对 6460 全质量范围平均信号增益 10 倍，负离子模式增益更显著[10,11]。这一“多孔进样+漏斗”架构的学术原型可追溯至 PNNL 的七毛细管阵列+离子漏斗接口——相对标准孔-锥接口传输效率高 23 倍、总离子利用率约 10%[44]。

维护：Agilent 液质源的可维护深度到喷针、喷针座与毛细管入口；毛细管为电阻加热式耗材，锥孔无用户可调部件，日常维护以更换喷针与清洗喷雾室为主。

4.4 Thermo Fisher：HESI 探针与电动力学离子漏斗

Thermo 的 Ion Max 通用源采用模块化探针架构，HESI-II 加热电喷雾探针通过改进加热器与喷嘴型面，官方声明相对标准 ESI 灵敏度提升最高 8 倍，可稳定工作至 1 mL/min 以上流速[14]。在高端机型上，Thermo 把 PNNL 发明的电动力学离子漏斗产品化：Orbitrap Fusion Lumos 的 API 接口由高容量传输管（HCTT）+电动力学离子漏斗（EDIF）组成，HCTT 提高进入真空的离子通量与脱溶剂效率，EDIF 用射频环形电极在数 Torr 下径向约束离子、用直流梯度轴向传输，自动调谐获得宽传输曲线[15]。

图 5  电动力学离子漏斗接口原理示意图（原创示意图）

离子漏斗的原始专利为 US 6,107,628（Battelle/PNNL，Smith 与 Udseth 等）：一组内径渐缩、相邻电极施加反相射频的密堆环电极，射频有效势垒径向约束离子，直流梯度驱动离子向出口孔聚焦[16]。后续专利持续修补其短板——低质荷比离子因射频有效势垒无法通过、高 m/z 离子受气流拖拽与空间电荷限制，US 9,564,305 B2 通过在漏斗内增设隔离垫片元件降低出口处气流，改善低 m/z 传输[17]。离子漏斗是液质前端灵敏度提升幅度最大的单项技术，也是国内厂家与国外差距最大的部件之一。

4.5 SCIEX：Turbo V 双正交热气与帘气反吹

SCIEX Turbo V 源的核心是“简单架构+两股正交热气”：TurboIonSpray 喷针（300 µm 外径不锈钢管）垂直正交于采样孔，两侧 45° 对置的涡轮加热器喷出热零级空气，两股热气在 ESI 区交汇，实现高效脱溶剂与向采样孔的气动聚焦[25]。帘气（curtain gas）由帘板与采样板之间的环形间隙逆向反吹，阻止溶剂与颗粒进入采样孔——这是 SCIEX 源抗污染能力强、复杂基质下稳健的结构保证。US 7,687,771 把帘板孔与采样孔设计为非同轴，进一步降低化学背景并支持多喷嘴同时进样[22]；US 9,437,410 则优化了帘气环形间隙与孔面积的几何关系[23]。新一代 IonDrive Turbo V 用更大直径、更高容量的加热器拓宽“甜蜜点”，在高流速下进一步提升脱溶剂与离子脱附速率[24]。

维护：Turbo V 源架构简单、无复杂喷雾路径，日常维护深度到喷针、加热器组件与采样板孔；Orbitrap 类之外的 SCIEX 三重四极杆普遍支持源组件免工具快拆。

APCI 与复合源：APCI 用电晕针放电使溶剂先电离，再经离子-分子反应电离分析物，适合中等极性、热稳定、不易质子化的化合物，流速上限更高但只产生单电荷离子。为避免更换源，各厂家发展了复合源：Agilent 的 ESCi 与 Waters 的多模式源在同一源体内同时安装 ESI 探针与电晕针，Waters 的专利设计还用固态开关在两种模式间快速切换电位，实现一次进样双模式采集[52]。选择 ESI 还是 APCI，本质上是在分析物极性/热稳定性与流速/基质耐受之间做匹配——这也是离子源作为“可换耗材级部件”存在的意义。

4.6 液质离子源关键参数横向对比

图 6  各厂家离子源关键技术灵敏度提升声明值对比（数据来源见表 1 与参考文献）

4.7 可维护性设计的工程逻辑

把各厂家的维护设计放在一起看，可以发现一条清晰的工程逻辑链：污染源是中性物与基质颗粒，所以第一道防线是几何（正交喷雾、离轴导引、帘气反吹、排气捕集阱），让污染物在进入真空前就被分流；第二道防线是材料与温度（锥尖控温、惰性表面），让残余沉积均匀化、延缓扩径；第三道防线才是维护本身，而好的设计把维护从“停机半天”压缩到“几分钟免泄真空”。Waters 的源隔离阀让采样锥清洗不破坏真空[7]，天瑞的活动接口门让 ICP-MS 换锥不泄真空[34]，Shimadzu 用激光烧灼替代机械清洗[29]，SCIEX 与 Agilent 把喷针做成免工具快拆耗材[24]——形式不同，目标一致：把维护深度做浅、频次做低、单次耗时做短。对研发而言，维护性不是售后问题，而是离子光学设计的一部分。

5. MALDI 离子源

MALDI 源的技术竞争集中在激光器。历史上氮气激光器（337 nm）因成本低廉占绝对主流，但寿命短、光束模式差。Bruker 的关键发现是：MALDI 电离度对激光束空间强度分布高度敏感——多峰调制光斑反而优于高斯光斑[28]。基于此，Bruker smartbeam 系列用二极管泵浦 Nd:YAG（355 nm）固体激光器配合光束整形，在样品上产生可调的多强度峰光斑，既保留氮激光器的电离优势又获得固体激光器的长寿命；相关专利包括 US 7,408,152（332–342 nm 固态激光多峰光斑）[26]与 US 9,741,550（微透镜阵列按 fA=c·p²/λ 条件生成等高强度点阵）[27]。Shimadzu MALDI-8020 则采用 200 Hz 固态 355 nm 激光器，并配备专利的 UV 激光源清洗功能——用激光烧灼靶板周围源区污染物，减少机械清洗频次[29]。

图 7  MALDI 离子源结构与解吸电离过程示意图（原创示意图）

国产方面，融智生物 QuanTOF 平台对 MALDI-TOF 做了整机重构：5000 Hz 长寿命半导体激光器（较传统 50 Hz 氮激光器成像速率提升 10 倍以上）、靶板与离子探测器同时接地专利（ZL 2014 8 0014634.0，消除边缘电场效应，80 个靶点定量 RSD<1%）、离子速度与空间同步聚焦，实现 10–1,000,000 Da 宽质量数范围定量（定量 RSD<5%，实测<1%），并强调离子源拆卸简便、易维护[40]。禾信仪器 CMI-3000 全自动微生物质谱同样为完全自主正向研发的 MALDI-TOF，已获发明专利 15 项、实用新型 14 项[35]。

从应用端看，MALDI 源的设计取舍围绕“定量重现性”与“成像通量”两个临床痛点展开：传统 MALDI-TOF 因靶点间边缘电场差异与激光能量波动，定量 RSD 普遍在 30% 以上，只能做定性鉴定；融智的接地专利与同步聚焦把 RSD 压到 5% 以下，打开了生物分子定量与质谱成像的临床空间[40]。这与 Bruker smartbeam 用光束调制提升电离度是同一问题的两种解法——前者从电场几何入手，后者从激光能量分布入手，殊途同归地指向“让每个靶点、每次激光脉冲的电离条件可重复”。

6. ICP 离子源与接口锥

ICP 源本身是常压炬管中的氩等离子体，真正的“离子源工程”在接口：约 7000 K 等离子体的中心气流被水冷镍采样锥（孔径约 1.0–1.1 mm）截取，膨胀进入第一级真空后再由截取锥（孔径约 0.7–0.8 mm）二次采样，经离子透镜进入四极杆。锥孔径是灵敏度与基质耐受的核心折中：Agilent 官方指出，“大孔径防堵锥”是常见误解——基质沉积主要由等离子体稳健性控制，截取锥孔径增大 2 倍会让进入高真空的基质量增加 4 倍；Agilent 通过锥尖温度的精确控制（镍锥配不锈钢底座、铂锥配黄铜底座）让基质均匀沉积，维持信号稳定[32,33]。材料上镍锥经济通用，铂尖锥用于氢氟酸等强腐蚀体系与半导体级低背景应用[32]。

图 8  ICP-MS 等离子体采样接口（采样锥/截取锥）结构示意图（原创示意图）

锥孔径的定量影响有最新实验证据：在 Thermo Element XR 上系统比较采样锥（1.1/1.0/0.7 mm）与截取锥（0.8/0.7/0.5 mm）组合，溶液雾化模式下多数元素无显著差异，但激光烧蚀模式下孔径缩小 0.1 mm 使 7/11 个元素灵敏度显著提升，NIST 610 玻璃最高提升 272%[31]。这提示“锥孔优化”的应用场景正在从常规溶液分析向 LA-ICP-MS 空间分辨分析转移。

图 9  ICP-MS 接口锥孔径公开规格（左）与锥孔径缩小对灵敏度的影响（右）（数据来源：文献[31]、厂家公开资料[32-34]）

维护：ICP-MS 锥是典型耗材，Agilent 提供放大镜工具检查锥孔是否堵塞、变形、扩径（采样锥标准孔径 1.0 mm，扩径即报废），锥尖极脆、清洗时严禁触地[33]。天瑞 ICP-MS 2000 系列采用活动接口门结构，无需泄真空即可装卸采样锥与截取锥，并标配采样锥 1.1 mm、耐盐截取锥 0.75 mm，可选高灵敏度截取锥[34]——这是国产厂家在维护性设计上与国际同类设计对齐的直接证据。

ICP 源的另一设计自由度在等离子体供电与干扰消除：天瑞 ICP-MS 2000E 采用变频推挽互补等离子体电源，消除传统自激振荡电源的电位差与二次放电，收窄离子能量扩散，从而提升灵敏度；配合六极杆碰撞反应池的动能歧视（KED）模式，无需切换气体即可消除 Ar、ArH、ArO 等多原子干扰[34]。钢研纳克 PlasmaTQMS 1000 则用串联四极杆实现化学高分辨，配合耐高盐透镜系统提升基体耐受[39]。这些设计与国外 Agilent 8900/8900、Thermo iCAP TQ 等三重四极 ICP-MS 的技术路线一致，说明国产 ICP 源技术已进入与国际同步的迭代节奏。

7. 国内厂家格局与专利态势

国内质谱产业在“国家重大科学仪器设备开发专项”牵引下完成了从 0 到 1 的整机突破。2011 年立项、2019 年验收的三重四极杆专项（聚光科技承担研发与产业化，联合清华大学、中国计量科学研究院、大连化物所等）开发出可同时支持 EI 和 ESI 的混合离子源、Nano-ESI 源与低温等离子体探针源，形成自主知识产权体系[36]。主要厂家离子源技术路线如下：

两家头部厂家的路径值得对照。谱育科技依托 2011 年国家专项的八年攻关，先以 EXPEC 5210 完成三重四极杆整机突破，再把离子源能力横向复制到 ICP-MS、GC-MS、QTOF 全产品线，其 ESpray 双正交离子源（喷雾正交+采样离轴的双重正交几何）明显借鉴并发展了国际主流的抗基质设计思路[36,37]。禾信仪器则以飞行时间技术起家，从环境监测在线源（TAPI-TOF 的热辅助等离子体原位电离）切入，再向三重四极杆与临床 MALDI 延伸，其 LC-QTOF 7000 用专利阀门技术与 TOF 推斥脉冲同步来提升灵敏度，体现了 TOF 厂家特有的“时间同步”设计视角[35]。

专利技术方面，国内离子源创新呈现三个方向。其一是进样/脱溶剂结构改进：如 CN 116825606A 将传统单根毛细管加热脱溶剂改为多孔毛细管阵列加热，增大进样口面积与加热均匀性，兼顾大进样量与去溶剂效率[41]。其二是电离模式创新：如 CN 115763214A 的阵列脉冲诱导电喷雾源，把感应纳升电喷雾阵列与真空射频离子传输结合，同时提升电离效率、单次样品量与离子利用率[42]。其三是整机集成类专利（如禾信的例子阀门同步、融智的接地结构），围绕国产机型的差异化性能点布局。

从市场格局看，国产替代的进度在不同离子源类型上差异显著：MALDI-TOF（微生物鉴定）国产获批产品最多，已有十余家厂商（含 OEM）进入[53]；ICP-MS 已有钢研纳克、天瑞、谱育等实现量产，临床微量元素领域国产注册证 4 款[51]；三重四极杆液质长期由谱育独家量产，禾信 LC-TQ 5200 于 2022 年底成为第二家，且整机国产化率超 80%[35,51]；而高分辨 QTOF/Orbitrap 类离子源与离子光学器件仍是国产化最薄弱环节。离子源作为整机的“卡脖子”环节之一，其射频电源、离子光学仿真软件与精密加工工艺的自主化程度，将直接决定未来五年国产质谱在中高端市场的竞争力。

8. 技术趋势与研发建议

趋势一：离子源竞争已从“源盒”前移到“接口”。StepWave、iFunnel、EDIF 的共同逻辑是把增益从大气压电离区转移到大气压-真空过渡区，谁能在第一级真空把离子捕获效率做高、把中性物排干净，谁就赢得灵敏度与稳健性。趋势二：孔径与气路设计走向仿真驱动。锥孔、鞘气、帘气的每一档参数都对应明确的灵敏度/背景/污染速率折中，CFD 与离子光学联合仿真正在取代经验试凑。趋势三：可维护性成为显性卖点——免泄真空换锥（Waters 隔离阀、天瑞活动接口门）、激光自清洗（Shimadzu）、耗材化喷针（Agilent/SCIEX）都在压缩停机时间。趋势四：应用牵引的专用源兴起，如氢载气专用 EI 源[48]、常压原位电离（禾信 TAPI-TOF[35]）与阵列化 nESI[42]。

对国内研发团队的建议：（1）优先补齐电动力学离子漏斗与离轴离子导引两类器件的仿真-工艺-专利闭环，这是与国外灵敏度差距的最大单项；（2）把“维护深度”作为设计输入而非事后补丁，对标免泄真空换锥与免工具快拆；（3）在 LA-ICP-MS、常压原位电离、阵列 nESI 等新兴场景以应用专利卡位，避开国外基础专利的正面竞争；（4）建立锥孔/鞘气参数的公开对标数据库，用可复现的灵敏度数据支撑市场沟通。

此外，两条技术支线的走向值得关注。一是常压电离源的小型化与阵列化：低温等离子体探针、纸喷雾、脉冲感应 nESI 等开放式源正在把“源”从精密真空部件变成低成本 consumable，这与便携质谱的兴起互为因果[36,42]。二是 AI 与仿真驱动的源设计：离子光学仿真（SIMION 类）与气体动力学 CFD 的联合迭代正在缩短新一代接口的开发周期，国内团队若能建立公开基准数据集，有机会在设计方法论层面实现弯道超车。

最后需要说明本报告的边界：文中所有灵敏度倍数均为厂家应用笔记或文献在特定化合物、特定条件下的声明值/实测值，不同实验室复现时受基质、流速、调谐状态影响会有差异；锥孔等参数以厂家公开备件规格与手册为准，未公开的内部公差与工艺参数不在本报告范围内。读者在选型或设计对标时，应以同一基质、同一标准物质下的实测数据为准。

参考文献

[1] Waters. StepWave 离子导引技术产品页. waters.com/nextgen/us/en/products/mass-spectrometry/mass-spectrometry-technologies/stepwave.html

[2] Waters. A New Conjoined RF Ion Guide for Enhanced Ion Transmission, 应用笔记, 2010.

[3] Waters. Xevo TQ-S 产品手册, 720003383en.

[4] Waters. Pumping Ions: Engineering Sensitivity into the Xevo TQ-XS, 技术博客, 2016.

[5] Waters. Improved Transmission of Labile Species on the Xevo G3 QTof with the StepWave XS, 应用笔记, 2022.

[6] Waters. WKB4678: Sample cone part numbers for TQ and QTof instruments（各型号采样锥孔径）.

[7] Waters. SYNAPT G2-S Overview and Maintenance Guide, 715003891（锥清洗与隔离阀维护流程）.

[8] Agilent. Agilent Jet Stream Thermal Gradient Focusing Technology, 技术综述 5990-3494EN.

[9] Agilent. Jet Stream Technology Ion Source (AJS) 产品页.

[10] Agilent. Jet Stream Proteomics for Sensitive and Robust Standard Flow LC/MS, 5991-5687EN.

[11] Agilent. 6490 Triple Quadrupole LC/MS with iFunnel Technology 产品手册.

[12] Agilent. 5977 Series EI Source Selection Guide, 5991-6551EN.

[13] Agilent Community. How to Clean the EI/CI Source in the Agilent 5977A/B, KP375.

[14] Thermo Fisher. HESI-II Probe 产品页（灵敏度提升最高 8 倍声明）.

[15] Thermo Fisher. Orbitrap Fusion Lumos Tribrid 规格书 PS-64391（HCTT + EDIF）.

[16] US 6,107,628（电动力学离子漏斗原始专利，Battelle/PNNL；见 US 9,564,305 B2 引文）.

[17] US 9,564,305 B2. Ion funnel for efficient transmission of low mass-to-charge ratio ions.

[18] US 5,495,108. Orthogonal ion sampling for electrospray LC/MS（Apffel 等，1996）.

[19] US 5,750,988. Orthogonal ion sampling for APCI mass spectrometry（1998）.

[20] US RE36,892. Orthogonal ion sampling for electrospray LC/MS（Agilent 再颁专利）.

[21] US 8,039,795 B2（Agilent，Mordehai 等，离子源气流设计）.

[22] US 7,687,771. High sensitivity mass spectrometer interface for multiple ion sources（非同轴采样）.

[23] US 9,437,410. System and method for applying curtain gas flow in a mass spectrometer.

[24] SCIEX. IonDrive Turbo V Source 技术笔记, RUO-MKT-02-12742-A.

[25] SCIEX. Turbo V Ion Source Operator Guide（喷针 300 µm、双 45° 加热器）.

[26] US 7,408,152（Bruker Daltonik，MALDI 固态激光多峰光斑）.

[27] US 9,741,550（Bruker，MALDI 激光点阵生成）.

[28] Holle A. et al. J. Mass Spectrom., 2006, 41: 705-716（smartbeam 光束调制原理）.

[29] Shimadzu. MALDI-8020 产品页（200 Hz 固态激光、专利 UV 源清洗）.

[30] Shimadzu. GCMS EI Ion Source Replacement and Rinsing Procedure, 2023.

[31] J. Anal. At. Spectrom., 2025, DOI: 10.1039/d5ja00046g（锥孔径对 ICP-MS 灵敏度的影响）.

[32] Agilent. ICP-MS Vacuum interface / Interface cones 技术资料, 5994-4695EN.

[33] Agilent. ICP-MS Maintenance Guide 技术综述, 5994-0860EN（采样锥 1.0 mm 与锥维护）.

[34] 江苏天瑞仪器股份有限公司. ICP-MS 2000 系列产品页（锥孔径、活动接口门）.

[35] 广州禾信仪器股份有限公司. 产品中心（LC-TQ 5200、LC-QTOF 7000、TAPI-TOF 1000、CMI-3000）.

[36] 国家重大科学仪器专项“三重四极杆串联质谱系统”综合验收报道, 2019.

[37] 杭州谱育科技发展有限公司. EXPEC 5210 三重四极杆串联质谱仪产品页.

[38] 钢研纳克检测技术股份有限公司. PlasmaMS 300 产品页.

[39] 钢研纳克 PlasmaTQMS 1000, 2024 中关村论坛高端仪器首发报道.

[40] 融智生物科技（青岛）有限公司. QuanTOF 平台产品资料与技术鉴定报道（ZL 2014 8 0014634.0）.

[41] CN 116825606A. 一种基于多孔毛细管结构用于质谱仪的电喷雾系统.

[42] CN 115763214A. 一种阵列脉冲诱导电喷雾电离源.

[43] Page J.S., Tang K., Kelly R.T., Smith R.D. J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2007, 18: 1582-1590（ESI 接口电离与传输效率定量）.

[44] Kim T., Udseth H.R., Smith R.D. Anal. Chem., 2000, 72: 2（多毛细管+离子漏斗接口，23 倍传输提升）.

[45] Cox J.T., Marginean I., Smith R.D., Tang K. J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2014（不同 ESI 接口离子利用率）.

[46] Maximizing Ion Transmission from Atmospheric Pressure into the Vacuum of Mass Spectrometers（加热毛细管接口技术沿革, PMC4361285）.

[47] Waters. Quattro Premier: ZSpray Robustness, 应用笔记, 2004.

[48] Agilent. HydroInert EI Source Functionality and Longevity 技术资料, 5994-7680EN.

[49] Agilent. 5977 Series EI Source Selection Guide, 5991-6551EN（Extractor 提取调谐 10 倍、孔径 3/6/9 mm）.

[50] Agilent. 5975 Series MSD Operation Manual（EI/CI 切换与吹扫时间）.

[51] 腾讯新闻/光大医药. 国产科学仪器崛起与质谱市场格局报道, 2023.

[52] US 2006/0219891 A1（Waters，多模式电离源 ESI+APCI 快速切换）.

[53] 分析测试百科网. 国内 MALDI-TOF MS 厂牌统计（含 OEM）.

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