質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的專利技術(shù)分析

摘 要：【目的】重點分析質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的技術(shù)，對其技術(shù)發(fā)展脈絡和研發(fā)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(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器技術(shù)進行梳理，并對不同類型的質(zhì)量分析器技術(shù)進行分析。【結(jié)果】從2012年起，我國針對質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的研究較多，主要包括飛行時間質(zhì)量分析器、四極桿質(zhì)量分析器、磁性質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器等方面，并在專利方面取得了一定成績。【結(jié)論】我國在質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器領(lǐng)域研究逐漸成熟，有助于我國物質(zhì)分析和檢測領(lǐng)域的發(fā)展。

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

1 質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器專利申請統(tǒng)計分析

1.1 趨勢分析

本節(jié)主要對質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器國內(nèi)外專利申請的趨勢以及全球?qū)＠匾暾埲诉M行分析，從中得到質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的技術(shù)發(fā)展趨勢，以及專利申請國家分布和主要申請人等。

1.1.1 質(zhì)量分析器全球?qū)＠暾堏厔荨D1示出了質(zhì)量分析器全球?qū)＠暾堏厔荨Ｙ|(zhì)量分析器的專利申請很早就已出現(xiàn)，近20年來一直保持略有波動的緩慢增長態(tài)勢；因發(fā)明專利申請滿18個月才公開，因而2020年至今的專利數(shù)量出現(xiàn)正常的下降趨勢。

1.1.2 質(zhì)量分析器中國專利申請趨勢。圖2示出了質(zhì)量分析器中國專利申請趨勢。中國質(zhì)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(xù)保持著增長態(tài)勢；因發(fā)明專利申請滿18個月才公開，因而2020年至今的數(shù)量出現(xiàn)正常的下降趨勢。

1.2 主要申請人分析

如圖3所示，質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器技術(shù)方向上的專利申請主要集中在英國質(zhì)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(fā)展私人貿(mào)易有限公司、株式會社日立制作所等這幾家企業(yè)。在前十大申請人中并沒有出現(xiàn)國內(nèi)申請人，可見我國在這一領(lǐng)域與國外還存在一定差距。

2 質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的技術(shù)分析

2.1 不同類型質(zhì)量分析器專利申請量分布

常見的質(zhì)量分析器主要有3種：飛行時間質(zhì)量分析器、四極桿質(zhì)量分析器、磁性質(zhì)量分析器，此外還有離子阱質(zhì)量分析器和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)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(zhì)譜儀質(zhì)量分析器各類型中，申請量最多的是飛行時間質(zhì)量分析器，其次是四極桿質(zhì)量分析器和離子阱質(zhì)量分析器，而傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器和磁性質(zhì)量分析器的申請量較少。

2.2 不同類型質(zhì)量分析器申請人分析

如圖5所示，飛行時間質(zhì)量分析器的主要申請人是英國質(zhì)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(nèi)的申請人中國科學院大連化學物理研究所，說明雖然國內(nèi)在質(zhì)譜領(lǐng)域的研究相對落后，但是在質(zhì)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(zhì)量分析器的主要申請人是英國質(zhì)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(xiàn)了復旦大學。

如圖7所示，離子阱質(zhì)量分析器的主要申請人是英國質(zhì)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(xiàn)了復旦大學。

2.3 其他類型質(zhì)量分析器

在傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)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(zhì)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(jù)其質(zhì)荷比不同，發(fā)生不同的偏轉(zhuǎn)，形成特定的運動曲線半徑。

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

3 結(jié)語

本文以國內(nèi)外專利數(shù)據(jù)庫收錄的質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器相關(guān)專利文獻為樣本，對其專利申請情況及相關(guān)研究進行了分析。通過上述分析，不難發(fā)現(xiàn)，從2012年起，我國針對質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器的研究較多，包括飛行時間質(zhì)量分析器、四極桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器、磁性質(zhì)量分析器等方面，并在專利方面取得了一定成績。通過對質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器進行梳理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展歷程以及現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平有了更進一步的認識，對以后該領(lǐng)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.