分析仪器行业研究报告

分析仪器行业研究报告 Revised by Liu Jing on January 12, 2021

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一、分析仪器概述

(一)分析仪器定义

分析仪器是用来测定物质的组成、结构和某些物理特性的仪器，包括定性分析、定量分析、结构分析和某些物理特性的分析。

不同物质在各种物理和化学性质上都存在质的和量的差异，颜色、气味、导热系数、吸收光能的波长和磁性的不同等，分析仪器正是利用这些特点来完成定性分析和结构分析的。

根据分析仪器在检测过程中所施加能量的形式，分析仪器可以分为光能式、热能式和电磁场式等，三种的主要产品分别为光谱仪、色谱仪和质谱仪。以下分别进行介绍。

(二)分析仪器主要种类介绍

1、光谱仪

光谱仪是利用棱镜、衍射光栅等分光器件，将成分复杂的复色光按频率分解成光谱的仪器，目前已广泛应用于空间、资源、能源、石化、冶金、材料、纺织、环保、食品、医药、卫生、生命科学等诸多领域。

光谱仪主要由三部分组成：光源（为整套仪器提供原始光辐射）、分光系统（将原始复合光分解为光谱，是光谱仪的核心元件，目前主要使用光栅）、探测及信号处理系统（探测、分析和解读分解后的光谱信号，得到检测物质的信息）。

市场上主流光谱仪产品可以分为三大类：（1）分子光谱仪，主要检测分子振动、转动、分子外层价电子跃迁等分子行为产生的光谱信号，据此可以确定分子的转动惯量、分子的键长和键强度以及分子离解能等许多性质，进推测分子的内部结构。包括红外/紫外/可见光分光光度计和分子荧光光谱仪；（2）原子光谱仪，主要检测原子在能量变化时所发射或吸收的光谱信号，进而测得待检测物质中所含微量元素的种类。包括原子吸收光谱仪、原子发射光谱仪和原子荧光光谱仪；（3）X射线荧光光谱仪，主要检测物质受X射线照射后产生的荧光光谱。

2、色谱仪

色谱法是一种物质分离方法，在色谱法中存在两相，分别为固定相和流动相。使用外力使含有混合物样品的流动相通过与其互不相溶的固定相表面，由于样品各组分与固定相的吸附系数不同，经过反复多次分配后，各组分会按一定次序由固定相中先后流出，再与适当的检测方法结合后，即实现了组分的分离与检测。

按照流动相的不同，色谱法可以分为气相色谱法（GC）和液相色谱法，进而据此产生气相色谱仪和液相色谱仪。气相色谱仪主要用来分析气相样品和易挥发的热稳定样品，如弱极性小分子有机物，而不适用于分析高沸点有机物、高分子和热稳定性查的化合物，在适用于分析大约20%的有机物样品；而液相色谱主要用来分析高沸点或若不稳定样品，如核酸等，需用高压输送流动相，并且分析速度快，故又称为高压液相色谱法（HPLC）或高速液相色谱法（HSLP），可对80%的有机物进行分离和分析。

3、质谱仪

质谱法(Mass Spectrometry, MS)，即用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。测出了离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/z大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。

质谱仪种类繁多，从应用角度，质谱仪可以分为：

（1）有机质谱仪，主要用于有机化合物的结构鉴定，提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。按照质量分析器的不同，有机质谱仪可以分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。

四极杆是小型质谱仪中最成熟、应用最广泛的质量分析器。不过，由于四极杆的制作工艺和装配精度要求很高，所以会给批量生产带来困难。与单级相比，三极串联无论是在定性或定量方面均得到大幅度提高，这种仪器目前在我国的商检部门已得到了较为广泛的应用。但采用三级串联的方式进一步增加了仪器的技术难度和制造成本。

离子阱质谱仪具有质量范围宽、灵敏度高、结构简单、维护方便等优点，特别是离子阱可以通过软件实现串联质谱的功能。随着近十年来的不断研究，离子阱质谱仪的性能得到很大提升，应用领域也扩展到分子结构鉴定、定量分析、化学反应机理研究等方面。

近年来随着电喷雾、基质辅助激光解吸、大气压化学电离等离子源的不断发展，飞行时间质谱与各种分离手段得到了很好的结合，因而其自身也得到了很好的发展，成为当今最有发展前景的质谱方法之一。与其他类型的质谱仪相比，飞行时间质谱仪具有操作简单、维护成本低、分析速度快、质量分析范围宽，以及灵敏度和质量分析精度高等优点。而Q-TOF技术的出现，则进一步改善了飞行时间质谱仪的质谱分辨率。

（2）无机质谱仪，主要用于无机元素微量分析和同位素分析等方面，它与有机质谱仪工作原理不同的是物质离子化的方式不一样，无机质谱仪可以分为火花源质谱仪、离子探针质谱仪、激光探针质谱仪、辉光放电质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪。、

有机质谱仪与无机质谱仪相比用途更加广泛，市场接受度更高。可用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等众多领域。目前一个很重要的发展方向是与色谱联合使用形成联用仪，即将色谱仪作为质谱仪的“给样器”，将有机混合物分离成纯组分后再进入质谱仪，分析每个组分的分子量和分子结构信息。这样，色质联用仪就将色谱分离能力强和质谱定性鉴定能力强的优点结合起来。

实现联用的关键是硬件接口，其功能是协调两仪器输入及输出之间的矛盾。例如，在气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）中，主要问题是工作气压。通常色谱仪的出口气压为100KPa左右，而质谱仪却在地域10-3真空下操作，所以

必须有一个接口系统将载气压强降低8个数量级，并将样品送入，或经浓缩后送入质谱仪，以保证两种仪器都能在所需正常条件下工作。

二、分析仪器行业分析

(一)上下游产业链构成及分析

1、上游产业链构成及分析

分析仪器上游行业主要是为其提供核心部件、分析软件、标样、原材料的行业。

光谱仪的核心部件主要是光源（元素灯、X光管等，可提供紫外、红外、可见、X射线原始光辐射）、分光系统（主要是光栅）、探测系统（主要是CCD、PDA、光电倍增管等光电转换器件）。

主要器件为采用不同原理的电离盒）、质量分析器（离子经历质量分离过程，包括串联四级杆、离子阱等）、检测器（常用的有直接电检测器、电子倍增管、闪烁检测器和微通道板等）。

分析软件主要是适应各种行业分析需求并配合分析仪器使用的各种软件产品。大部分核心部件技术和分析软件为海外企业所垄断，价格昂贵，我国大部分企业所使用的核心部件和分析软件以进口产品为主，成本较高。

标样产品主要由专业生产标样的机构和企业提供，具有充分的市场，价格稳定；一般标样单价较高，仅有少部分标样属于耗材，需要持续购买。原材料主要包括集成电路、半导体、绝缘材料以及钣金件、电子元件等其他材料，均为常规产品，有充分竞争的市场，价格稳定。

2、分析仪器产业一般性特征分析

首先，不同于传统制造业，本行业呈现出“两头大，中间小”的特征，即