質譜儀質量分析器的專利技術分析

摘 要：【目的】重點分析質譜儀質量分析器的技術，對其技術發展脈絡和研發路線進行剖析，以期為專利審查提供參考。【方法】通過專利分析，對質譜儀的質量分析器技術進行梳理，并對不同類型的質量分析器技術進行分析。【結果】從2012年起，我國針對質譜儀質量分析器的研究較多，主要包括飛行時間質量分析器、四極桿質量分析器、磁性質量分析器、離子阱質量分析器、傅里葉變換離子回旋共振質量分析器等方面，并在專利方面取得了一定成績。【結論】我國在質譜儀質量分析器領域研究逐漸成熟，有助于我國物質分析和檢測領域的發展。

關鍵詞：質譜儀；質量分析器；專利申請；技術分析

中圖分類號：G306" " " 文獻標志碼：A" " 文章編號：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

質譜儀是一種用于分析和檢測物質成分的科學儀器，能夠根據離子的質荷比差異對待測樣品進行分離和檢測。質量分析器的主要功能是從時間或空間上將離子源產生的不同離子分離并逐一檢測，它是質譜儀的一個最重要的組成部分。常見的質量分析器有3種：飛行時間質量分析器［1］、四極桿質量分析器［2］、磁性質量分析器［3］，此外還有離子阱質量分析器和傅里葉變換離子回旋共振質量分析器。本文根據專利數據庫的相關統計數據，對質譜儀質量分析器的專利申請情況以及技術進行分析。

1 質譜儀質量分析器專利申請統計分析

1.1 趨勢分析

本節主要對質譜儀質量分析器國內外專利申請的趨勢以及全球專利重要申請人進行分析，從中得到質譜儀質量分析器的技術發展趨勢，以及專利申請國家分布和主要申請人等。

1.1.1 質量分析器全球專利申請趨勢。圖1示出了質量分析器全球專利申請趨勢。質量分析器的專利申請很早就已出現，近20年來一直保持略有波動的緩慢增長態勢；因發明專利申請滿18個月才公開，因而2020年至今的專利數量出現正常的下降趨勢。

1.1.2 質量分析器中國專利申請趨勢。圖2示出了質量分析器中國專利申請趨勢。中國質量分析器的專利申請明顯落后于國外，2012年以前增長緩慢，2012年開始快速增長，并持續保持著增長態勢；因發明專利申請滿18個月才公開，因而2020年至今的數量出現正常的下降趨勢。

1.2 主要申請人分析

如圖3所示，質譜儀質量分析器技術方向上的專利申請主要集中在英國質譜公司、株式會社島津制作所、薩默費尼根有限公司、塞莫費雪科學（不來梅）有限公司、DH科技發展私人貿易有限公司、株式會社日立制作所等這幾家企業。在前十大申請人中并沒有出現國內申請人，可見我國在這一領域與國外還存在一定差距。

2 質譜儀質量分析器的技術分析

2.1 不同類型質量分析器專利申請量分布

常見的質量分析器主要有3種：飛行時間質量分析器、四極桿質量分析器、磁性質量分析器，此外還有離子阱質量分析器和傅里葉變換離子回旋共振質量分析器。我們首先對其專利申請量分布進行分析。

如圖4所示，在質譜儀質量分析器各類型中，申請量最多的是飛行時間質量分析器，其次是四極桿質量分析器和離子阱質量分析器，而傅里葉變換離子回旋共振質量分析器和磁性質量分析器的申請量較少。

2.2 不同類型質量分析器申請人分析

如圖5所示，飛行時間質量分析器的主要申請人是英國質譜公司、株式會社島津制作所、塞莫費雪科學（不來梅）有限公司等。在前十位主要申請人中，看到了國內的申請人中國科學院大連化學物理研究所，說明雖然國內在質譜領域的研究相對落后，但是在質譜的熱點研究分支上，我國正在努力迎頭趕上。

如圖6所示，四極桿質量分析器的主要申請人是英國質譜公司、株式會社島津制作所、中國科學院大連化學物理研究所等。中國科學院大連化學物理研究所進入了前三，另外，在前十位主要申請人中還出現了復旦大學。

如圖7所示，離子阱質量分析器的主要申請人是英國質譜公司、中國科學院大連化學物理研究所、塞莫費雪科學（不來梅）有限公司等。同樣地，中國科學院大連化學物理研究所進入了前三，在前十位主要申請人中也出現了復旦大學。

2.3 其他類型質量分析器

在傅里葉變換離子回旋共振質譜儀［4］中，同時使用了電場和磁場。離子在一定強度的磁場中做圓周回旋運動，其運行軌道受到共振變換電場限制。

在磁性質譜儀中，離子通過加速電壓和狹縫聚焦形成離子束。隨后，離子束進入垂直于其前進方向的磁場，在磁場的作用下，受到洛倫茨力的作用，離子根據其質荷比不同，發生不同的偏轉，形成特定的運動曲線半徑。

對于大生物分子的結構測定，串聯質譜法的技術特別重要。傳統的串聯質譜儀已經使用相同類型的質量分析器的組合來開發，其他串聯質譜儀涉及兩種不同類型的質量分析器，如四極桿飛行時間質譜、四極桿離子阱質譜、離子阱傅里葉變換離子回旋共振質譜和飛行時間質譜等。它們根據質量分析器的不同優勢加以組合，可以進一步優化質量分析器的性能。例如，WO2004083805A2、EP3410463A1中飛行時間質量分析器與離子阱質量分析器串聯；WO03073464A1、CN102782802A、US2003213901A1等均研究了三重四極桿質量分析器，即2個四極桿質量分析器串聯；CN102737952A中四極桿質量分析器與磁性質量分析器串聯；CN103594324A中四極桿質量分析器與離子阱質量分析器串聯等。

3 結語

本文以國內外專利數據庫收錄的質譜儀質量分析器相關專利文獻為樣本，對其專利申請情況及相關研究進行了分析。通過上述分析，不難發現，從2012年起，我國針對質譜儀質量分析器的研究較多，包括飛行時間質量分析器、四極桿質量分析器、離子阱質量分析器、傅里葉變換離子回旋共振質量分析器、磁性質量分析器等方面，并在專利方面取得了一定成績。通過對質譜儀質量分析器進行梳理，對于本領域的技術發展歷程以及現有技術發展水平有了更進一步的認識，對以后該領域的專利案件審查大有裨益。

參考文獻：

［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.