独家采访BCEIA金奖获得者：国产PTR-TOF质谱的进阶之路

金秋9月，第二十届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA2023)召开同期，BCEIA金奖颁奖礼成功举行并揭晓获奖名单，13台仪器整机、5款仪器零部件斩获殊荣。其中，由成都艾立本科技有限公司申报的“PTR-TOFMS 6000质子转移反应-飞行时间质谱仪”斩获分析测试仪器整机金奖。此款获奖产品有哪些创新之处?申报背后有哪些故事?仪器信息网第一时间采访了成都艾立本科技有限公司董事长/四川大学的段忆翔教授，以下为采访实录，以飨读者。

　　仪器信息网： 首先恭喜贵司获得“2023BCEIA金奖”，请您谈谈获奖感受，并介绍一下本次获奖仪器技术。

　　谢谢!首先艾立本能够获得2023年BCEIA金奖，非常感谢评审组专家对我们产品的认可，以及团队为高端国产质谱仪自主正向开发做出的努力。算上本次，这已经是艾立本获得的第三个BCEIA金奖了，这对于我们整个项目产品及技术团队都是非常大的鼓舞，对我们下一步的研究也有一定的推动。本次获奖产品是PTR-TOF MS 6000质子转移反应飞行时间质谱仪，这款仪器是我们PTR质谱研究过程中里程碑式的成果展现，我们在前期做过各类关键部件的研究，最终呈现的PTR-TOF MS 6000产品则是非常有技术代表性的，因此我们把它带到了BCEIA参评展览。

　　仪器信息网： 该仪器成果经历了怎样的研制过程，取得了哪些里程碑式的进展，有哪些令您难忘的事件值得分享?

　　PTR质谱仪的正式研发可以从追溯到2010年我们在四川大学建立分析仪器研究中心开始，从那时起，我们就做好了关于PTR的准备和研发工作，相关设备的研发布局也是从那时候就已经开始实施。最早是用空心阴极放电做PTR的离子源，然后转到利用微波等离子体做PTR质谱的离子源进行研究，这是我们在PTR质谱领域所申请的最早的专利之一，后续的研究涉及试剂离子浓度的优化、 离子传输系统的改进、 真空系统的设计、以及各种质量分离及检测系统的尝试。 2016年，我们在优化离子源与离子传输系统的基础上，集成了第一台PTR四极杆质谱仪(PTR-Q-MS)，这是我们最初的PTR质谱仪器。这款质谱仪具有比较高的灵敏度，但局限性也很明显，由于是用四级杆做质量分离器，所以分辨率比较差，只有单质量的分辨率。当年也正是基于这一点，我们没有把这款PTR-Q-MS作为正式产品推向市场。为了提高质谱仪器的分辨率，而后我们又继续开始了飞行时间质谱仪的研发以及离子传输系统的改进，经过多项技术的不断更迭，于 2021年初由艾立本公司正式推出第一款基于飞行时间的自主正向研发的PTR质谱仪(PTR-TOF MS 2500)，并获得市场积极的反响，成功实现了PTR-TOF-MS的国产化突破。在此基础上，团队于2023年再接再厉，成功实现了PTR-TOF-MS 6000产品的落地，并将用于小分子测量的PTR质谱技术的分辨率提高到8000-10000的目前国际最高水准。

　　仪器信息网：该成果解决了哪些以前没有解决的难题，最适合的应用场景有哪些?

　　所解决的难题主要可以·概括为离子的产生、离子的传输和离子的检测这三个方面，如果能把这些问题解决了，那么质谱仪在性能上就会有很大的提升。在离子产生及离子传输方面，我们在相关技术研究中均有所突破，先后申请了多项国家专利和国际专利，为我们的仪器产品化奠定了坚实的基础。此外，在离子探测方面我们也做了很多改进，整个仪器除了真空泵系统以外，绝大部分器件都属于艾立本自主研发，该仪器完全属于正向开发。

　　质谱仪器的应用范围非常广泛，PTR-TOF-MS不但可以用于实验室中各种VOCs组份的检测，还可用于环境中VOCs的实时现场走航监测，广泛应用于石化系统、食品安全、石油传输管道泄漏监测，安防系统以及人体呼出气医学诊断等领域。其中人体呼出气医学诊断，这也是艾立本团队多年来的重点研究方向，利用质子转移飞行时间质谱仪检测人体呼出气中各种VOCs化合物含量变化即可判断病症，目前已经在癌症早筛中取得了可喜的进展。

　　仪器信息网：该成果当前的产业化情况如何，取得了怎样的经济效益或社会效益，未来的市场前景如何?

　　艾立本的PTR-TOF-MS 已经形成从2500到6000各种型号的系列产品，且均已在环境走航、医学诊断等方面获得应用，其中包括一些中字头的单位。用户对PTR技术与仪器的关注和需求与日俱增，比如上海进博会就曾经特别提出需要PTR-TOF-MS的走航服务，该任务由艾立本公司圆满完成。此外，杭州亚运会环保项目、成都大运会环保服务等都有我们公司的产品参与其中的环境VOCs走航工作;在医学诊断方面，我们与华西医院及国内其他几个大型医院的相关科室都有关于呼出气医学诊断的合作。癌症早筛，疾病呼气诊断目前受到越来越多的关注，近几年国内外有关呼气诊断的公司也越来越多， 发展前景呈现出一派欣欣向荣的景象。 究其原因就是因为癌症相关市场巨大，高效，高普适性，高可及性的廉价早筛技术极度匮乏，癌症的治疗占据国家大量的医学资源及财政资源，艾立本作为科学仪器研发与医学诊断技术探索的厂家，能够从高层次上参与介入关系到国计民生的重要战略领域，无论是经济效益还是社会效益都是巨大的。艾立本的努力不仅仅是为个人或团队的利益，为社会创造价值和为国家建设添砖加瓦才是我们工作的终极目标。

仪器信息网：围绕该成果及相关技术，后续您团队还将开展哪些创新工作?

　　除了PTR-TOF-MS 6000之外，我们团队还有8000分辨率的PTR质谱仪器，这样的分辨率目前已经完全满足日常VOCs监测的基本需求，如果有进一步需要我们也可以继续向高分辨发展，比如具有一万分辨率的PTR质谱仪，这个水平的分辨率对小分子来说已经足以满足现有的需求。对于前期开发的离子源系统、离子传输系统等技术，我们还会不断改进和完善，后续会考虑把这些技术基础应用于开发其他新产品上，比如我们现在正在研发的液相三重四极杆质谱仪(LC/UPLC-MS/MS)、液相四极杆飞行时间质谱仪(LC/UPLC-QTOF-MS)，相应的产品预计会在年底前后推出，这些也都是我们后期的重点布局的产品。

仪器信息网：艾立本选择这个品类的背景和初衷是什么?

国内外能够做到PTR-TOF-MS自主研发的厂商比较有限，要说做的好的更是少之又少。据我了解，现在国内有些厂商还在用以四极杆做质量分离器的PTR技术，分辨率上就非常有局限，这类技术我们在2016年之后就基本替换掉了;虽然某些国内厂商采用收购国外技术的方式加快了PTR-TOF-MS的产品落地，但其产品性能和系统稳定性都亟待提升。世界范围来看，目前能把PTR-TOF-MS做好的厂商是屈指可数的。艾立本正是看到这一点，希望能在这个领域做出成绩，非常感谢我们整个团队多年来的不懈努力。

仪器信息网：多年来，您团队一直坚持质谱分析技术的研究工作，请您谈谈有哪些体会、收获、经验?

　　我们团队最初接触质谱技术最早可以追溯到1993年，1999年搭建出第一台实验室飞行时间质谱仪，2010年开始PTR质谱技术的研发，2016年研发出PTR-Q-MS，2020年开始我们才陆续更新迭代了多款PTR-TOF-MS商品质谱仪器。自从回国后，我们团队就一直在布局高端质谱仪器的研发工作。质谱研究不仅需要人力物力，更需要长时间的经验积累，马克思曾经说过：“科学的道路上没有平坦的大路可走，只有那些在崎岖小路上攀登不畏劳苦的人，才有希望到达光辉的顶点”。借此与大家共勉。

　　艾立本作为一家集研发、生产、应用开发于一体的高新技术企业，从来都不会急于求成，我们看重的是根基、细节与经验技术积累。目前艾立本已推出了多个质谱仪品类，除了PTR-TOF MS系列，还有UVP-TOF MS LITE 2000、UVP-TOF MS PLUS 2000、QGA 200等质谱仪，这就是厚积薄发的效果，也是我们多年持续投入换来的回报。我们深知，艾立本还是一个属于初创时期的小型公司，还有很大的成长空间和成长需求。近年来所获得的各界认可，包括两次中国仪器仪表学会的科技一等奖，三次BCEIA产品金奖，四川省科技进步一等奖，十六届科学仪器研发特别贡献奖，朱良漪科学仪器创新成果奖等都是对我们团队的鞭策与鼓励，我们定当砥砺前行，不负韶华。

　　仪器信息网：请您谈谈，对于PTR-TOF发展前景、发展思路等的看法。

　　PTR-TOF技术最大的特点就是实时高灵敏多组分同时监测，原则上还可以做无标样定量监测，这是其他技术设备所不具备的。除了上面提及的环境VOCs走航，食品卫生，管道泄漏等常规应用外，它还可以应用于诸多有实时监测特殊需求的场景，比如海关、安保、防爆，反恐等各个领域，这也让PTR技术在这些应用领域中充满挑战。此外，PTR-TOF-MS在呼出气疾病诊断中应用前景广阔，我们曾经仔细对比过包括紫外光电离质谱、GC-MS等多种不同质谱技术在呼出气疾病诊断中的应用效果，系统地验证了PTR-TOF-MS可靠性、稳定性与技术优势。当然，科技的探索永无止境。就PTR-TOF-MS技术本身，还有一些值得继续挖掘的潜力，包括新型离子源的设计，离子传输系统的改进， 真空系统的优化及整机的小型化等方面。我们团队也会在这些方面继续努力，做更多新的科技探索。