质谱仪质量分析器的专利技术分析

摘 要：【目的】重点分析质谱仪质量分析器的技术，对其技术发展脉络和研发路线进行剖析，以期为专利审查提供参考。【方法】通过专利分析，对质谱仪的质量分析器技术进行梳理，并对不同类型的质量分析器技术进行分析。【结果】从2012年起，我国针对质谱仪质量分析器的研究较多，主要包括飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器、磁性质量分析器、离子阱质量分析器、傅里叶变换离子回旋共振质量分析器等方面，并在专利方面取得了一定成绩。【结论】我国在质谱仪质量分析器领域研究逐渐成熟，有助于我国物质分析和检测领域的发展。

关键词：质谱仪；质量分析器；专利申请；技术分析

中图分类号：G306" " " 文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2024）14-0126-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.025

Patent Technology Analysis of Mass Analyzer for Mass Spectrometers

Abstract：[Purposes] This study focuses on analyzing the technology of mass analyzers for mass spectrometers and analyzes their technological development and research routes， in order to provide reference for patent examination. [Methods] Through patent analysis， the quality analyzer technologies of mass spectrometers were sorted out， and different types of quality analyzer technologies were analyzed. [Findings]Since 2012， China has conducted extensive research on mass analyzers for mass spectrometers， including time-of-flight mass analyzers， quadrupole mass analyzers， ion trap mass analyzers， Fourier transform ion cyclotron resonance mass analyzers， and magnetic mass analyzers. Significant efforts have been made in the field of patents and certain achievements have been made. [Conclusions] The research in the field of mass spectrometer quality analyzer in China is gradually mature， which is helpful to the development of material analysis and detection in China.

Keywords：mass spectrometer; mass analyzer; patent application; technical analysis

0 引言

质谱仪是一种用于分析和检测物质成分的科学仪器，能够根据离子的质荷比差异对待测样品进行分离和检测。质量分析器的主要功能是从时间或空间上将离子源产生的不同离子分离并逐一检测，它是质谱仪的一个最重要的组成部分。常见的质量分析器有3种：飞行时间质量分析器［1］、四极杆质量分析器［2］、磁性质量分析器［3］，此外还有离子阱质量分析器和傅里叶变换离子回旋共振质量分析器。本文根据专利数据库的相关统计数据，对质谱仪质量分析器的专利申请情况以及技术进行分析。

1 质谱仪质量分析器专利申请统计分析

1.1 趋势分析

本节主要对质谱仪质量分析器国内外专利申请的趋势以及全球专利重要申请人进行分析，从中得到质谱仪质量分析器的技术发展趋势，以及专利申请国家分布和主要申请人等。

1.1.1 质量分析器全球专利申请趋势。图1示出了质量分析器全球专利申请趋势。质量分析器的专利申请很早就已出现，近20年来一直保持略有波动的缓慢增长态势；因发明专利申请满18个月才公开，因而2020年至今的专利数量出现正常的下降趋势。

1.1.2 质量分析器中国专利申请趋势。图2示出了质量分析器中国专利申请趋势。中国质量分析器的专利申请明显落后于国外，2012年以前增长缓慢，2012年开始快速增长，并持续保持着增长态势；因发明专利申请满18个月才公开，因而2020年至今的数量出现正常的下降趋势。

1.2 主要申请人分析

如图3所示，质谱仪质量分析器技术方向上的专利申请主要集中在英国质谱公司、株式会社岛津制作所、萨默费尼根有限公司、塞莫费雪科学（不来梅）有限公司、DH科技发展私人贸易有限公司、株式会社日立制作所等这几家企业。在前十大申请人中并没有出现国内申请人，可见我国在这一领域与国外还存在一定差距。

2 质谱仪质量分析器的技术分析

2.1 不同类型质量分析器专利申请量分布

常见的质量分析器主要有3种：飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器、磁性质量分析器，此外还有离子阱质量分析器和傅里叶变换离子回旋共振质量分析器。我们首先对其专利申请量分布进行分析。

如图4所示，在质谱仪质量分析器各类型中，申请量最多的是飞行时间质量分析器，其次是四极杆质量分析器和离子阱质量分析器，而傅里叶变换离子回旋共振质量分析器和磁性质量分析器的申请量较少。

2.2 不同类型质量分析器申请人分析

如图5所示，飞行时间质量分析器的主要申请人是英国质谱公司、株式会社岛津制作所、塞莫费雪科学（不来梅）有限公司等。在前十位主要申请人中，看到了国内的申请人中国科学院大连化学物理研究所，说明虽然国内在质谱领域的研究相对落后，但是在质谱的热点研究分支上，我国正在努力迎头赶上。

如图6所示，四极杆质量分析器的主要申请人是英国质谱公司、株式会社岛津制作所、中国科学院大连化学物理研究所等。中国科学院大连化学物理研究所进入了前三，另外，在前十位主要申请人中还出现了复旦大学。

如图7所示，离子阱质量分析器的主要申请人是英国质谱公司、中国科学院大连化学物理研究所、塞莫费雪科学（不来梅）有限公司等。同样地，中国科学院大连化学物理研究所进入了前三，在前十位主要申请人中也出现了复旦大学。

2.3 其他类型质量分析器

在傅里叶变换离子回旋共振质谱仪［4］中，同时使用了电场和磁场。离子在一定强度的磁场中做圆周回旋运动，其运行轨道受到共振变换电场限制。

在磁性质谱仪中，离子通过加速电压和狭缝聚焦形成离子束。随后，离子束进入垂直于其前进方向的磁场，在磁场的作用下，受到洛伦茨力的作用，离子根据其质荷比不同，发生不同的偏转，形成特定的运动曲线半径。

对于大生物分子的结构测定，串联质谱法的技术特别重要。传统的串联质谱仪已经使用相同类型的质量分析器的组合来开发，其他串联质谱仪涉及两种不同类型的质量分析器，如四极杆飞行时间质谱、四极杆离子阱质谱、离子阱傅里叶变换离子回旋共振质谱和飞行时间质谱等。它们根据质量分析器的不同优势加以组合，可以进一步优化质量分析器的性能。例如，WO2004083805A2、EP3410463A1中飞行时间质量分析器与离子阱质量分析器串联；WO03073464A1、CN102782802A、US2003213901A1等均研究了三重四极杆质量分析器，即2个四极杆质量分析器串联；CN102737952A中四极杆质量分析器与磁性质量分析器串联；CN103594324A中四极杆质量分析器与离子阱质量分析器串联等。

3 结语

本文以国内外专利数据库收录的质谱仪质量分析器相关专利文献为样本，对其专利申请情况及相关研究进行了分析。通过上述分析，不难发现，从2012年起，我国针对质谱仪质量分析器的研究较多，包括飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器、离子阱质量分析器、傅里叶变换离子回旋共振质量分析器、磁性质量分析器等方面，并在专利方面取得了一定成绩。通过对质谱仪质量分析器进行梳理，对于本领域的技术发展历程以及现有技术发展水平有了更进一步的认识，对以后该领域的专利案件审查大有裨益。

参考文献：

［1］ LAIKO V V， DODONOV A F. Resolution and Spectral-Line Shapes in the Reflecting Time-of-Flight Mass-Spectrometer with Orthogonally Injected Ions ［J］.Rapid Comminications in Mass Spectrometry， 1994，8（9）：720-726.

［2］ GIBSON J R，TAYLOR S. Numerical investigation of the effect of electrode size on the behaviour of quadrupole mass filters［J］. Rapid communications in Mass 26， spectrometry， 2001， 15：1960-1964.

［3］ HENDERSO E，RILEY RRK， SEDGWICH R D. Effect of Source Magnetic Field on Determination of Ionization Efficiency Curves Using a Sector Mass Spectrometer［J］. Journal of Scientific Instruments， 1966，43（10）：726-727.

［4］ SEVERS J C，HOFSTADLER S A， ZHAO Z，et，al. The interface of capillary electrophoresis with high performance Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry for biomolecule characterization ［J］. Electrophoresis， 1996，17（12）：1808-1817.