來源：化工儀器網(wǎng) 時間：2023-04-14
1、質(zhì)譜儀是一種終極的檢測手段，下游應(yīng)用廣泛
1.1 質(zhì)譜技術(shù)壁壘高
質(zhì)譜儀是一種終極的檢測儀器：質(zhì)譜儀是用來測定物體質(zhì)量的儀器，主要用來分離和檢測不同同 位素。原理是將分析樣品電離為帶電離子，根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原 子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進(jìn)行分離和檢測。在《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南中》，質(zhì)譜分 析檢測技術(shù)被明確列為具有應(yīng)用基礎(chǔ)性、關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性、開放性等特點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)。 質(zhì)譜儀具備高分辨率，高通量，高靈敏性與高準(zhǔn)確度的特性，在復(fù)雜背景下檢測低濃度的化合物 能力優(yōu)于其他儀器，擁有優(yōu)秀的定性與定量的能力，被稱為是“終極的檢測手段”。
離子源和質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀中最重要的部件：質(zhì)譜儀通常包含進(jìn)樣口、離子源、質(zhì)量分析器、 檢測器、數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)等五大部分，其中最重要的是離子源與質(zhì)量分析器兩部分。從不同部件功 能來看：1、進(jìn)樣口：被檢測樣品通過直接進(jìn)樣或者間接進(jìn)樣通過進(jìn)樣口導(dǎo)入質(zhì)譜儀；2、離子源 是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進(jìn)一步碎裂成 較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進(jìn) 入質(zhì)量分析器。3、質(zhì)量分析器是將同時進(jìn)入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比 m/e 大小分離的 裝置。4、離子檢測器與數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)：離子在分離后依次進(jìn)入檢測器中，檢測器負(fù)責(zé)采集放大 離子信號，經(jīng)計算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)處理，繪制成質(zhì)譜圖。
離子源：離子源的種類影響質(zhì)譜儀檢測物質(zhì)類型的豐富度，在有機(jī)物化合物分析方向由最早 1918 年發(fā)明的電子電離（EI），發(fā)展到適用于大分子樣品的基質(zhì)輔助激光電離解析（MALDI）及在常 壓下可以直接將液態(tài)樣品離子化的大氣壓電離（API），而在無機(jī)物方向，電感耦合等離子體應(yīng) 用逐步廣泛。在一百余年的發(fā)展時間中針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)出了適用的離子化方法。目前能 否研發(fā)出各類離子源來適配不同的應(yīng)用場景是企業(yè)的核心競爭力體現(xiàn)之一。
電子電離（EI）：通過加熱燈絲放出電子，電子通過電場加速獲得高能量，被分析物獲得電 子能量而離子化。被分析物吸收能量后應(yīng)為化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，裂解為獨(dú)立的碎片離子，常用于 有機(jī)分子的鑒定。缺點(diǎn)是電子攜帶的能量太大，離子化過于劇烈，常常得到大量的碎片離子， 無法獲得被分析物的分子量信息。且只能離子化氣體分子，主要用在揮發(fā)性較高，熱穩(wěn)定性 高，沸點(diǎn)低的有機(jī)物。
化學(xué)電離（CI）：利用加熱燈絲產(chǎn)生高能電子進(jìn)行離子化，不同之處在于化學(xué)電離將試劑氣 體通入離子源中，先以電子電離的方式產(chǎn)生試劑離子，再與被分析物發(fā)生離子反應(yīng)，比EI減 少了被分析物碎裂的機(jī)會。能夠得到完整的分子信息。適用于分析沸點(diǎn)低的被分析物，可以 觀測帶分子離子峰，這個技術(shù)被認(rèn)為是電子電離法互補(bǔ)的技術(shù)。
快速原子轟擊（FAB）：由電子電離源改造而來，將氙氣導(dǎo)入后通過類似于電子電離源的設(shè) 計，將燈絲加熱后產(chǎn)生的熱電子經(jīng)電壓加速到正極電離形成氙氣原子，之后再撞擊被分析物 是被分析物離子化。可用于無機(jī)物與有機(jī)物的分析，最大的缺點(diǎn)在于基質(zhì)易電離產(chǎn)生干擾信 號。
激光電離解析（LDI）：EI 與 CI 都需要將被分析物汽化，不適用于低揮發(fā)性，熱不穩(wěn)定及凝 聚態(tài)的被分析物。由此出現(xiàn)解析電離技術(shù)（DI），并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出激光解析電離技術(shù) （LDI），利用激光將被分析物從樣本表面解吸附，同時形成氣相離子。與分析元素，無機(jī) 鹽，染料或者具有高吸光特性的分子。但是揮發(fā)性極低的生物大分子僅靠激光產(chǎn)生的熱量不 足以使分子揮發(fā)，如果使用高激光能量照射，會使被分析物分子裂解成碎片，無法獲得完整 的離子信息。
基質(zhì)輔助激光電離解析（MALDI）：由激光電離解析改進(jìn)而來，使用基質(zhì)（大部分為有機(jī) 酸）作為化學(xué)反應(yīng)的媒介與被分析物混合共結(jié)晶產(chǎn)生的固態(tài)樣品，使得離子化過程比激光電 離解析更溫和，可以產(chǎn)生質(zhì)子化或者去質(zhì)子化的完整被分析物。該方法適用于非揮發(fā)性的固 態(tài)或業(yè)態(tài)被分析物的分析，尤其是對離子態(tài)或極性被分析物的電離效果最好，廣泛地應(yīng)用在 生物大分子的質(zhì)譜分析。缺點(diǎn)在于基質(zhì)的選擇與比例會影響分析效果，并且由于激光剝蝕被 分析物結(jié)晶表面，重現(xiàn)性較差。
大氣壓化學(xué)電離（APCI）/大氣壓光致電離（APPI）：大氣壓化學(xué)電離是將化學(xué)電離方法擴(kuò) 展至大氣壓下進(jìn)行，借助電暈放電產(chǎn)生試劑離子，解決傳統(tǒng)化學(xué)電離加熱燈絲在大氣壓下會 產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化反應(yīng)燃燒燈絲的問題。大氣壓光致電離是利用光能激發(fā)氣態(tài)被分析物分子，使 其離子化為自由基離子或進(jìn)一步將被分析物質(zhì)子化生成離子。
電噴霧電離（ESI）：通過金屬制的毛細(xì)管噴針噴出含有被分析物的水溶液樣品，并在高壓 電源的作用下由電場牽引噴霧形成有電荷的微液滴，通過去溶劑化的過程形成氣態(tài)離子進(jìn)入 質(zhì)量分析器內(nèi)。該方法不僅適用于蛋白質(zhì)大分子的分析，同時也適用于分析極性小分子。
電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）：主要用于元素分析，利用 ICP 優(yōu)異的離子化能力，搭配 高靈敏度的質(zhì)譜儀，除了對大多數(shù)元素有極低的檢測點(diǎn)之外，同時具備多元素檢測特性和同 位素分析能力，被廣泛地用于環(huán)境，食品科學(xué)及法醫(yī)鑒定等領(lǐng)域。
與質(zhì)譜連用的色譜（LC/GC）：色譜與質(zhì)譜聯(lián)用可以大幅度降低樣品基質(zhì)帶來的影響，提高 質(zhì)譜定性，定量的能力。一般使用氣相色譜（GC）與質(zhì)譜儀聯(lián)用時，最常選用 EI 或 CI 的離 子化方法，主要由于 GC 流出的分子為氣態(tài)且這兩種離子化方法也需要將樣品先汽化才能進(jìn) 行電離。液相色譜（LC）是對于分離含有高極性或高沸點(diǎn)的被分析物樣品最常用的分離技 術(shù)。ESI 由于可在大氣壓下將溶解的被分析物直接轉(zhuǎn)化為氣象分子離子，目前成為 LC 與質(zhì) 譜在線聯(lián)用中主要的離子化方法。
串聯(lián)質(zhì)譜分析儀：通常指兩個以上的質(zhì)譜分析器借由空間或者時間上聯(lián)結(jié)在一起所組成的分析方 式，常由英文縮寫 MS/MS 表示。在常見的串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)中，第一個質(zhì)量分析器的功能通常為選 擇與分離前體離子，而分離出的前體離子以自發(fā)性或通過某些激發(fā)方式進(jìn)行碎裂產(chǎn)生離子群，在 串聯(lián)的第二個質(zhì)量分析器中被掃描檢測后可以獲得串聯(lián)質(zhì)譜圖。目前串聯(lián)質(zhì)譜有兩大應(yīng)用，其一 是對于蛋白質(zhì)組學(xué)中以自下而上的方式對酶水解后的多肽進(jìn)行氨基酸的序列分析，另一主要應(yīng)用 在對特定化合物進(jìn)行定量分析。
空間串聯(lián)質(zhì)譜：借由兩個實(shí)體上不同的質(zhì)量分析器串接組成，以達(dá)到串聯(lián)質(zhì)譜分析的目的。 目前三重四級桿是使用最廣泛的空間串聯(lián)質(zhì)譜儀，其中第一與第三重四級桿質(zhì)量分析器具有 質(zhì)量分析功能，以組合射頻與直流電位的方式達(dá)到質(zhì)量選擇的目的，第二段四級桿為碰撞室， 僅以射頻電位方式操作。由于三重四級桿的碰撞室中氣體壓力遠(yuǎn)高于磁場分析器的碰撞室的 氣體壓力，因此在三重四級桿中離子束與中性氣體分子具有較高的碰撞次數(shù)，用于定量分析 有較高的靈敏度。另一種常用的是飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜儀，具有高能量碰撞解離的優(yōu)點(diǎn)。
時間串聯(lián)質(zhì)譜：通過在具有離子儲存功能的質(zhì)量分析器上進(jìn)行，在不同時間點(diǎn)可以分別進(jìn)行 前體離子選擇后儲存，離子活化，產(chǎn)物離子分離，掃描后排出等模式。前體離子在進(jìn)入質(zhì)量 分析器后可先被選擇并儲存在分析器中，之后由離子活化解離后的產(chǎn)物離子可直接進(jìn)行質(zhì)量 掃描，并且可以反復(fù)進(jìn)行離子選擇、儲存與解離的步驟，可以在此類具有離子儲存功能的串 聯(lián)質(zhì)譜儀上得到不同階段的結(jié)果。目前該儀器以傅里葉變換離子回旋共振分析器與離子阱為 主。
雜合質(zhì)譜儀：在串聯(lián)質(zhì)譜儀中，如果不同種類的質(zhì)量分析器串聯(lián)則稱為雜合質(zhì)譜儀。主要目 的是結(jié)合各式不同質(zhì)量分析器的特點(diǎn)，經(jīng)組合后可獲得更好的串聯(lián)質(zhì)譜分析結(jié)果。 四級桿飛行時間質(zhì)譜儀（Q-TOF）是主流形式，第一段四級桿借由組合射頻與直流電位變化 達(dá)到前體離子的篩選，第二段四級桿以固定射頻點(diǎn)位方式操作，可引導(dǎo)離子并作為碰撞裂解 室用。前體離子在第二段四極桿中經(jīng)由離子活化裂解后產(chǎn)生的產(chǎn)物離子，進(jìn)入飛行時間質(zhì)量 分析器中完成 MS/MS 的串聯(lián)質(zhì)譜分析。因?yàn)榻Y(jié)合了四級桿分析器中具有較高的碰撞裂解效 率的特點(diǎn)及飛行時間飛行器具有高質(zhì)荷比分辨率，非掃描式及高靈敏等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于 蛋白質(zhì)組定性分析。
質(zhì)譜儀核心參數(shù)
分辨率：是指質(zhì)譜儀區(qū)分兩個質(zhì)量相近的離子的能力。分辨率越高同一物質(zhì)采集的分子量的 峰的精細(xì)程度越大，準(zhǔn)確率越高。但是分辨率設(shè)置越高，掃描需要的時間越長，一般在操作 中要同時兼顧分辨率和掃描速度。一般小于 1000 的分辨率叫為低分辨率，高于 10000 的分 辨率叫為高分辨率，
質(zhì)量范圍：質(zhì)量范圍是質(zhì)譜儀所能測定離子質(zhì)荷比的離子質(zhì)量范圍。不同用途質(zhì)譜儀器的質(zhì) 量范圍相差很大，穩(wěn)定同位素氣體質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍通常在 1～200 之間；固體質(zhì)譜儀的質(zhì) 量范圍大都在 3～380 之間；有機(jī)質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍從幾千到幾萬不等，甚至更高。質(zhì)量單 位為 1AUM 或 1Da，被定義為碳 12 原子質(zhì)量的十二分之一。生物大分子的分子數(shù)量大于千 Da，用 KDa 為單位。
準(zhǔn)確度：指離子測量的準(zhǔn)確性。一般用真實(shí)值和測量值之間的誤差來評價，單位 ppm （百 萬分之一）。如果質(zhì)譜檢測極限在 1ppm，就表示能檢測含量在百萬分之一的物質(zhì)，主要取 決于質(zhì)量分析器的性能和分辨率的設(shè)置，對于高分辨率質(zhì)譜通常要求儀器的質(zhì)量測量準(zhǔn)確度 小于１mmu（或 10 ppm），才能滿足定性分析的需要。
靈敏度：是指檢測器對一定樣品量的信號響應(yīng)值，即最少樣品量的檢出程度。靈敏度取決于 離子源的電離效率和離子在離子源、分析器的傳輸效率和接收器的接收效率。
1.2 質(zhì)譜儀下游應(yīng)用市場廣闊
質(zhì)譜儀由于優(yōu)秀的性能被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等產(chǎn)業(yè)：根據(jù) SDI《2015-2020 全球分 析儀器市場》統(tǒng)計，2020 年全球質(zhì)譜儀市場中，生命科學(xué)、食品/農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)分別占 需求的 42%、26%、24%和 8%。質(zhì)譜儀擁有高通量、高效率、低成本、高度專一性與靈敏性的 優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)藥與臨床檢驗(yàn)方面有著明顯優(yōu)勢，是未來主要的應(yīng)用方向。2015 年-2020 年生命 科學(xué)和食品農(nóng)業(yè)方面的 CAGR 均達(dá)到 8%。
醫(yī)學(xué)：其一在臨床醫(yī)學(xué)方面，質(zhì)譜檢驗(yàn)具有高靈敏度，高通量，高速分析的優(yōu)勢，在新生兒 遺傳病篩查中，出生三天后采集腳后跟血液置于濾紙上，可以查出二十種以上的新生兒罕見 先天代謝異常疾病。在微生物檢測和激素檢查等項(xiàng)目上可以直接利用MALDI-MS分析或者用 色譜法進(jìn)行分離后再用串聯(lián)質(zhì)譜分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)方式的替代升級。其中 ICP-MS 主要 應(yīng)用在人體微量元素的檢查，MALDI-TOF 主要用于微生物的檢測。 其二在生物醫(yī)藥方面，液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)推進(jìn)了下游應(yīng)用，可以幫助進(jìn)行藥物的雜質(zhì) 分析和中藥的開發(fā)，在小分子檢驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，項(xiàng)目包含類固醇和生物胺等物質(zhì)。原因在于 與氣相色譜-質(zhì)譜相比有簡單的流程和較高的通量，并且試劑價格比免疫試劑低很多，以及 對于新目標(biāo)檢測設(shè)計分析流程簡單很多。
蛋白組學(xué)：蛋白質(zhì)組泛指一個生命體內(nèi)所有的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)組學(xué)是指針對一個蛋白質(zhì)組 做定性，定量及功能的分析。定性包括鑒定蛋白質(zhì)序列，翻譯后修飾及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互 作用等，定量分析著重比較蛋白質(zhì)組在不同狀態(tài)下的表達(dá)量差異。最早方法分為自上而下和 自下而上，自下而上是以水解酶將蛋白質(zhì)降解為多端多臺，將這些多肽離子化并以串聯(lián)質(zhì)譜 分析，再組合所得多肽序列得到蛋白質(zhì)身份信息。自上而下是直接離子化蛋白質(zhì)并以串聯(lián)質(zhì) 譜直接裂解蛋白質(zhì)分析得到序列信息。現(xiàn)在一般使用檢索數(shù)據(jù)庫測序。
食品農(nóng)業(yè)：隨著人們對于食品安全關(guān)注度不斷提高，食品檢測力度也在順勢升級，對于食品 以及農(nóng)藥殘留的檢測方式、速度和數(shù)量都在不斷提升。質(zhì)譜儀在營養(yǎng)成分分析，毒素檢測， 摻假鑒別、轉(zhuǎn)基因檢測和農(nóng)藥殘留檢驗(yàn)等場景都發(fā)揮著不可替代的作用。目前高分辨質(zhì)譜法 被廣泛運(yùn)用，主要的使用儀器有三重四級桿與四級桿飛行時間質(zhì)譜儀。
環(huán)境監(jiān)測：為了響應(yīng)國家日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，質(zhì)譜儀依托自身檢測速度快，精度高，抗干 擾能力強(qiáng)，可同時檢測多種物質(zhì)的特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸滲透到大氣以及水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域，對傳統(tǒng)的 光譜儀和各類傳感器形成了替代作用。 GC-MS、LC-MS 可以分離微量有機(jī)污染物，利用色譜保留時間與質(zhì)譜儀中數(shù)個特征離子的 相對強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)對比以達(dá)到定性的目的。也可以由校準(zhǔn)曲線達(dá)到定量的目的，多數(shù)采用內(nèi) 標(biāo)法。ICP-MS 有高靈敏度與檢測極限，具有簡單的質(zhì)譜背景，可在單一操作條件下獲得極 佳的分析效能，還可以進(jìn)行同位素的分析。在新型污染物方面，液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜有良好的 靈敏度，以三重四級桿最為普遍。而針對 VOCs-揮發(fā)性有機(jī)化合物，主要檢測方式是 GCMS。
工業(yè)過程：隨著新能源和半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，質(zhì)譜儀在工業(yè)制造過程中的價值也不斷凸 顯。在新能源領(lǐng)域主要的運(yùn)用是氦質(zhì)譜檢漏儀，可以在鋰電池生產(chǎn)過程中的注液前后分別進(jìn) 行檢漏。ICP-MS 則可用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中硅片、光刻膠、芯片、試劑等無機(jī)檢測，也可用 于對各類無機(jī)污染元素進(jìn)行分析。
2、海外龍頭壟斷，國內(nèi)水平仍有差距
2.1 全球質(zhì)譜市場發(fā)展 全球質(zhì)譜儀
2025 年將達(dá)百億美元市場：根據(jù) Transparency Market Research 的測算， 2018- 2026 年全球市場規(guī)模 CAGR 為 7.7%，預(yù)計到 2025 年全球質(zhì)譜儀市場將超過百億美元，在下游 應(yīng)用領(lǐng)域需求的拉動下，全球質(zhì)譜儀市場將保持穩(wěn)健增長的態(tài)勢。
質(zhì)譜儀市場份額高度集中：目前質(zhì)譜儀市場主要參與者為國際巨頭公司，這些公司依靠長時間發(fā) 展形成的資金，專利壁壘以及市場認(rèn)可等優(yōu)勢壟斷市場。依據(jù)2020年銷售額統(tǒng)計主要參與者為沃 特世，丹納赫，布魯克，安捷倫，賽默飛，島津等巨頭公司，頭部 6 家公司占據(jù)了全球 90%以上 的質(zhì)譜儀市場份額。
中國需求增長冠絕全球：在地區(qū)上來看北美地區(qū)在全球市場占有率最高，2020 年北美檢測儀器市 場達(dá) 23.6 億美元，占全球市場的 37.2%。原因主要系該地區(qū)醫(yī)藥，代謝組學(xué)與蛋白組學(xué)領(lǐng)域的科 研力度加大，推動了當(dāng)?shù)刭|(zhì)譜技術(shù)與需求的發(fā)展。2020年亞洲市場占全球質(zhì)譜儀市場的20%；中 國是增長最快的地區(qū)，2015-2020 年 CAGR 達(dá) 6.8%，目前已成為亞太地區(qū)最大的質(zhì)譜儀市場。
2.2 國內(nèi)質(zhì)譜儀發(fā)展
受歷史原因影響，我國質(zhì)譜儀與世界先進(jìn)產(chǎn)品約有 20年的發(fā)展差距：我國質(zhì)譜儀行業(yè)起步較晚， 受到早期基礎(chǔ)學(xué)科薄弱，國內(nèi)工業(yè)體系不夠完備等因素影響，目前國內(nèi)質(zhì)譜在研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和應(yīng) 用技術(shù)領(lǐng)域落后于西方發(fā)達(dá)國家。集中體現(xiàn)在核心零部技術(shù)、產(chǎn)品體系和布局、以及品牌影響力 的三方面：
1、核心零件技術(shù)
我國科研基礎(chǔ)較弱，技術(shù)落后于世界：質(zhì)譜儀具有快、微、精、穩(wěn)的特點(diǎn)。需要對離子實(shí)現(xiàn)納秒 級的分離和檢測、對最小電信號的識別、上百個零部件加工精度同時達(dá)到微米幾倍、幾十個電源 穩(wěn)定度同時達(dá)到萬分之一的水平、技術(shù)難度極大。我國在質(zhì)譜儀在測試精度，進(jìn)樣速度、檢測速 度和使用穩(wěn)定程度均落后于世界。國內(nèi)掌握質(zhì)譜儀所涉及的原理、模擬、計算、設(shè)計、工程化、 工藝化、生產(chǎn)、應(yīng)用開發(fā)及維護(hù)等各環(huán)節(jié)專業(yè)技術(shù)的專業(yè)類公司較少，主要由于發(fā)展方面面臨著 多重挑戰(zhàn)，1）產(chǎn)學(xué)研用合作層面，國外高端儀器研發(fā)大多是企業(yè)和知名大學(xué)合作。工程師長期 跟蹤科學(xué)家的科研過程并持續(xù)對接開發(fā)，持續(xù)周期較長。2）國內(nèi)相較國外研發(fā)起步晚，基礎(chǔ)研 究薄弱，開發(fā)多為購機(jī)拆解，跟隨仿造世界先進(jìn)設(shè)備逆向開發(fā)的模式。對于基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)和物理理 論基礎(chǔ)研究較國外有一定差距。3）缺乏研制人才，國內(nèi)在研發(fā)中能起到關(guān)鍵性作用，解決技術(shù) 難點(diǎn)的研發(fā)人員稀少，企業(yè)研發(fā)困難。4）國外專利技術(shù)的封鎖限制。根據(jù)《1997-2016 年專利 分析全球質(zhì)譜儀技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和趨勢》的數(shù)據(jù)，我國質(zhì)譜儀專利申請總數(shù)雖然位居世界第三，但 涉及核心技術(shù)專利與發(fā)達(dá)國家相比處于劣勢。
離子源和檢測器作為核心零件技術(shù)壁壘最高：在禾信儀器招股書中披露我國質(zhì)譜儀多采用高端通 用設(shè)備外采，核心零部件自產(chǎn)自研的模式，一方面高端零部件（例如真空系統(tǒng)分子泵，進(jìn)樣系統(tǒng) 等）市面上供應(yīng)商眾多，競爭充分，外采可以節(jié)省自身研發(fā)費(fèi)用；而核心部件離子源和檢測器決 定了檢測物質(zhì)類型的豐富程度以及檢測精度。我國在中低端設(shè)備領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自研，而高端 技術(shù)仍然被外國企業(yè)掌控，例如靜電場軌道阱技術(shù)（Orbitrap）是賽默飛的獨(dú)家專利，并推出了 相應(yīng)商品化的高分辨質(zhì)譜儀，目前 Orbitrap 幾乎成為軌道阱質(zhì)譜的代名詞，在市場上有一定壟斷 的態(tài)勢。我國企業(yè)正積極研發(fā)離子源與分析器相關(guān)技術(shù)，縮小國內(nèi)外差距，例如禾信儀器 2018 年自研取得 MALDI 的專利技術(shù)，將技術(shù)差距縮短到 30 年內(nèi)。
2、產(chǎn)品體系和布局
國外巨頭產(chǎn)品布局廣泛，重視生物醫(yī)藥領(lǐng)域，在華營收占比高：與國際巨頭企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè) 發(fā)展布局不平衡，主要集中在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，主要系環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域設(shè)備技術(shù)要求相對較低，研制 成功率較大，國內(nèi)過去環(huán)保政策愈加嚴(yán)格，行業(yè)較為景氣。而世界龍頭企業(yè)產(chǎn)品體系布局廣泛， 深度布局高毛利，高技術(shù)含量的生命科學(xué)與醫(yī)療診斷領(lǐng)域。作為全球最活躍的新興市場，中國市場對整個科學(xué)儀器的影響力逐漸攀升，在華營收成為跨國企業(yè)全球業(yè)績重要的一環(huán)。賽默飛、丹 納赫、安捷倫、島津等國外龍頭企業(yè)在華收入體量數(shù)十億到上百億人民幣，研發(fā)與服務(wù)逐漸趨于 本土化。相比之下國內(nèi)企業(yè)收入規(guī)模仍在億元級別。
3、品牌影響力
國產(chǎn)品牌影響力較小，獲得客戶認(rèn)同還需一定時間：由于國外龍頭長期處于市場壟斷地位，高校、 科研單位等機(jī)構(gòu)在進(jìn)行尖端前沿研究時會優(yōu)先采用進(jìn)口大牌儀器進(jìn)行背書，同時大型跨國企業(yè)不 斷在市場上推行新的標(biāo)準(zhǔn)，鞏固自己的壟斷地位。因此即使國內(nèi)質(zhì)譜儀技術(shù)有所提高，品牌影響 力的與客戶認(rèn)同的建立還需要一定時間。在《質(zhì)譜儀技術(shù)進(jìn)展、自主創(chuàng)新研發(fā)和開放使用現(xiàn)狀》 中指出 2020 年高校、科研院所和企業(yè)購置質(zhì)譜儀和相關(guān)設(shè)備共支出 114.6 億元，其中進(jìn)口質(zhì)譜儀 占比 92%，國產(chǎn)占比僅 8%。
高端質(zhì)譜儀依賴進(jìn)口，美國成為我國質(zhì)譜儀最大進(jìn)口市場：從國內(nèi)進(jìn)口來源地分布來看，美國、 新加坡、德國、日本是我國質(zhì)譜儀進(jìn)口數(shù)量靠前的國家。2020 年從美國進(jìn)口質(zhì)譜儀 4538 臺，占 比 31.5%，位居第一；從新加坡、德國日本分別進(jìn)口 3879 臺、1980 臺與 1755 臺，分別占比 26.9%、13.8%與 12.2%。
2026 年國內(nèi)市場可達(dá) 235 億元，國產(chǎn)替代趨勢明顯： 我國近年來質(zhì)譜儀市場不斷擴(kuò)大。根據(jù)智 研咨詢統(tǒng)計，2021 年我國質(zhì)譜儀市場規(guī)模約 160.3 億元，約占全球總規(guī)模的三分之一。根據(jù)我們 預(yù)測，按照國際質(zhì)譜儀市場 7.7%增速保守估計，2026 年中國質(zhì)譜儀規(guī)模將達(dá)到約 230 億元。近 年來伴隨著國內(nèi)廠商技術(shù)不斷追趕、中美貿(mào)易的摩擦帶來高端設(shè)備進(jìn)口影響與國內(nèi)政策的支持， 進(jìn)口依賴度從 2017 年的 84.47%下降到 2021 年的 73.36%。國內(nèi)質(zhì)譜儀行業(yè)逐漸擺脫歷史影響， 國產(chǎn)替代加速。
3、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型下的中日對比
中國目前處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與產(chǎn)業(yè)升級時期，與 20 世紀(jì) 70 年代中期至 80 年代中期的日本在各 方面有著較多的相似。通過研究日本的產(chǎn)業(yè)化升級做法可以一定程度映射中國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型背景下的 儀器行業(yè)的演繹邏輯。
3.1 日本的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型
日本二戰(zhàn)后對于物資的需求與政府政策的扶持，使整體產(chǎn)業(yè)重心由農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、紡織為主的勞動 密集型產(chǎn)業(yè)向煤炭、鋼鐵等資本密集型基礎(chǔ)工業(yè)轉(zhuǎn)移。日本也進(jìn)入了人均 GDP 高速增長的時 期，但是由于工業(yè)體系的不完善與市場的限制，日本工業(yè)主要是粗放式的重工業(yè)。70 年代初期布 雷頓森林體系瓦解，日元快速升值，依靠原料進(jìn)口與成品出口的日本加工型工業(yè)利潤大幅下滑。 田中角榮為了應(yīng)對經(jīng)濟(jì)危機(jī)，推出了列島改造計劃，企圖通過大規(guī)模的土地開發(fā)與基建投資來彌 補(bǔ)不足。隨著第一次石油危機(jī)爆發(fā)與列島改造計劃帶來的產(chǎn)能過剩，日本被迫進(jìn)行第二次的經(jīng)濟(jì) 轉(zhuǎn)型。
日本政府出臺了一系列的政策推動產(chǎn)業(yè)升級，針對傳統(tǒng)的重工業(yè)提出“減量經(jīng)營”，1978 年出臺 “特定產(chǎn)業(yè)安定臨時措施法”，將化肥、鋼鐵、石油產(chǎn)品等行業(yè)認(rèn)定為蕭條行業(yè)，通過減產(chǎn)，降 薪，抑制設(shè)備投資，降低庫存等手段提高行業(yè)生產(chǎn)效率，出清低端產(chǎn)能。針對新興產(chǎn)業(yè)，在 1974 年日本政府發(fā)表《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)長期設(shè)想方案》中提出重點(diǎn)發(fā)展“資源能源節(jié)能型產(chǎn)業(yè)”和“技術(shù)密 集型產(chǎn)業(yè)”。而后在 1980 年的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)長期設(shè)想方案》中明確了技術(shù)立國的戰(zhàn)略，明確了以 電子信息技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)為中心的技術(shù)革新作為增長動力，發(fā)展知識密集型的新 興產(chǎn)業(yè)。
日本在政府政策支持下，制造業(yè)完成了重構(gòu)，運(yùn)輸機(jī)械與基本金屬比重下降，電氣機(jī)械（含電子 設(shè)備）產(chǎn)業(yè)比例上升。日本在汽車與電氣上的節(jié)能化研發(fā)適應(yīng)了市場需求變化，汽車、電子產(chǎn)品 逐漸崛起，成為主要出口物，低技術(shù)含量的產(chǎn)業(yè)出口比例逐漸下降。產(chǎn)業(yè)的成功轉(zhuǎn)型順應(yīng)了日本 當(dāng)時產(chǎn)能過剩與勞動力成本上漲的趨勢，帶動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從出口產(chǎn)業(yè)指數(shù)來看，以精密儀器 為代表的高端制造業(yè)大幅領(lǐng)先其他行業(yè)。
70 年代由日本通產(chǎn)省，大藏省和日本銀行指導(dǎo)和控制，通過大規(guī)模引進(jìn)國外技術(shù)與專利，走上縮 短與世界水平差距的捷徑，為 80 年代的儀器快速崛起奠定了基礎(chǔ)。以島津?yàn)槔?1970 年為止 同國外 19 家公司簽訂了 26 項(xiàng)技術(shù)引進(jìn)合同，僅分析儀器就有 9 項(xiàng)。公司基于引進(jìn)的技術(shù)在 1978-1985 年 8 年時間里在 21 個領(lǐng)域開發(fā)了 74 個新產(chǎn)品。在二級市場中，1975-1984 年精密儀器行業(yè)漲幅居前，高達(dá) 532.8%，大幅超過同期日經(jīng) 225 指數(shù)漲幅。 儀器巨頭島津和日本電子在 該時期也實(shí)現(xiàn)了股價上漲 3.73 倍與 4.35 倍。
3.2 中國的相似之路
從宏觀層面來看，根據(jù)世界銀行統(tǒng)計，2020 年我國研發(fā)支出占 GDP 的比重約為 2.4%，橫向?qū)?比日本在 1984 年科研經(jīng)費(fèi)占 GDP 的比重為 2.42%。我國目前年人均 GDP 約為 12000 美元，大 致相當(dāng)于日本 1980 年代水平。日本在人均 GDP 首次突破 1 萬美元關(guān)卡后，第三產(chǎn)業(yè)占 GDP 比 重大幅度上升，而中國近 10 年隨著人均 GDP 快速增長，也經(jīng)歷了第三產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。面對過 剩產(chǎn)能，中國與日本“減產(chǎn)經(jīng)營”相似，在 2015 年也提出過供給側(cè)改革，煤炭、鋼鐵等高耗 能、高污染行業(yè)中的過剩產(chǎn)能逐漸出清。
在產(chǎn)業(yè)層面，70 年代的石油危機(jī)迫使日本加大對于以石油為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)化石能源的投入，走向了 低能耗的發(fā)展路線，而中國近些年也在新能源上加大投入和布局，在 2022 年提出了“雙碳”目 標(biāo)，加快向清潔能源的轉(zhuǎn)型，同時推動污染防治。1980 年日本提出的科技立國戰(zhàn)略極大地推動了 半導(dǎo)體與通信行業(yè)的發(fā)展，與之相似，中國在二十大中強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的國 產(chǎn)替代。 中國與 80 年代日本發(fā)展之間也有差異。首先，中國城鎮(zhèn)化率仍處于較低水平，改革開放以來我 國城鎮(zhèn)化率顯著提升，但與發(fā)達(dá)國家相比仍有差距，目前我國城鎮(zhèn)化率剛超過 60%，而 1975 年 日本的城市化率達(dá)到了 75%，中國城鎮(zhèn)化發(fā)展仍有一定的空間。而在需求上，中國雖然現(xiàn)在是世 界第一大的出口國家，但是貿(mào)易依存度逐漸下降，在逆全球化的趨勢下，我國提出了“以國內(nèi)大 循環(huán)為主，國內(nèi)外雙循環(huán)”的戰(zhàn)略。在我國完善的工業(yè)體系加持與國民收入持續(xù)增加作用下，未 來國內(nèi)將以內(nèi)需作為主要動力。
過去中國制造業(yè)高端領(lǐng)域十分依賴進(jìn)口，主要依靠日本、美國、德國等制造強(qiáng)國。自 2018 年中 美貿(mào)易摩擦后，日本和美國以科學(xué)儀器為代表的高端制造業(yè)對華出口出現(xiàn)了明顯下降。貿(mào)易摩擦 加速了我國國產(chǎn)化的進(jìn)程，在產(chǎn)業(yè)升級中，國內(nèi)高端制造業(yè)提升國產(chǎn)替代率將是未來的主線。在 與日本相似的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型背景下，伴隨著新能源，半導(dǎo)體，生命科學(xué)的快速發(fā)展，必將產(chǎn)生大量 的科研與檢測需求，科學(xué)儀器是轉(zhuǎn)型過程中必不可少的工具，而質(zhì)譜儀是 21 世紀(jì)中應(yīng)用范圍較 廣與技術(shù)含量較高的科學(xué)儀器。結(jié)合日本的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，以質(zhì)譜儀為代表的科學(xué)儀器一旦實(shí)現(xiàn) 技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代后，行業(yè)將迎來快速發(fā)展。
3.3“先端計劃”：日本 21 世紀(jì)儀器技術(shù)的重新趕超
進(jìn)入 21 世紀(jì)，日本在經(jīng)歷過 90 年代低谷后，錯過了第三次的技術(shù)革命，信息技術(shù)與科學(xué)儀器領(lǐng) 域以美國和歐洲為首的西方國家再度領(lǐng)先。日本為了擺脫對外的依賴，在政策上制定了“先端計 劃”扶持日本先進(jìn)科學(xué)儀器發(fā)展。通過“先端計劃”十年的發(fā)展，日本儀器行業(yè)取得了快速的發(fā) 展，產(chǎn)生了大量研究成果。該發(fā)展路徑值得中國借鑒 日本 21 世紀(jì)初推出“先端計劃”，擺脫進(jìn)口依賴：由于“廣場協(xié)議”的簽訂與 90 年代日本經(jīng)濟(jì) 泡沫破裂，發(fā)展陷入停滯，原先 80 年代領(lǐng)先的電子與精密儀器行業(yè)被美國與歐洲反超。2002 年 日本科學(xué)家田中耕一與美國科學(xué)家約翰芬恩共同發(fā)明的“對生物大分子的質(zhì)譜分析法”獲得了該年度的諾貝爾化學(xué)獎，促使日本對先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域的科技發(fā)展重新重視。當(dāng)時最先進(jìn)的測量分 析技術(shù)及機(jī)器絕大多數(shù)掌握在美、德等發(fā)達(dá)國家的手里。根據(jù)《世界科技研究與發(fā)展》，為擺脫 對國外先進(jìn)技術(shù)與儀器的高依賴局面，2003 年 6 月，日本文部科學(xué)省制定了先進(jìn)測量分析技術(shù) 和設(shè)備自主研發(fā)項(xiàng)目的支持措施，選定對尖端分析計算測量儀器要求高、有望產(chǎn)出重大科研成果 的研究領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)支持，并于 2004 年由 JST 啟動了“先端計劃 ”。
推動基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)和可以孵化共同發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)競爭力：根據(jù)《中國儀器儀表學(xué)會》論文，先 端計劃的主要任務(wù)是開發(fā)“世界獨(dú)一無二”，“世界第一”的測量分析技術(shù)和儀器設(shè)備，減少日 本對國外先進(jìn)科研儀器的依賴程度，推動相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。主要發(fā)展方向?yàn)椋?）廣泛利用新原 理、新發(fā)現(xiàn)、新方法，創(chuàng)造出世界一流且全球最暢銷的獨(dú)創(chuàng)性測量分析系統(tǒng)；2）面向社會需求 解決重要課題，支撐科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)造 3）推進(jìn)先進(jìn)測量分析領(lǐng)域象征透射電子顯微鏡、掃描透射 式顯微鏡、核磁共振、質(zhì)譜的品牌機(jī)的重點(diǎn)開發(fā)。4）推動與先進(jìn)測量分析領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn) 化國家戰(zhàn)略項(xiàng)目相銜接；5）發(fā)展核心基地，促進(jìn)整體發(fā)展，項(xiàng)目的具體目標(biāo)是解決日本國家層 面的科學(xué)問題和提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
產(chǎn)生大量論文專利，商業(yè)化成果領(lǐng)先世界：先端計劃的實(shí)施在日本國內(nèi)催生了大量的論文和專 利，僅在 2004 年-2013 年十年間，該計劃共資助發(fā)表了論文 2774 篇。申請專利 1048 件。并在 國內(nèi)外獲得多項(xiàng)權(quán)威獎項(xiàng)。該計劃實(shí)施至 2021 年截止，生命科學(xué)領(lǐng)域已成功商業(yè)化的成果共 18 件，材料測量領(lǐng)域的共 19 件，環(huán)境測量領(lǐng)域的 5 件和放射線測量領(lǐng)域的 9 件，部分成果在全球 先進(jìn)科學(xué)儀器領(lǐng)域市場具有領(lǐng)先地位，例如大阪大學(xué)和島津制作所于 2017 年開發(fā)并已商業(yè)化的 Nexera UC Prep 半制備型超臨界流體色譜系統(tǒng)，可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域生物標(biāo)志的探索、藥品分 析、毒性評價和環(huán)境領(lǐng)域的污染物分析，將過去需要 1 周時間的 500 種殘留農(nóng)藥檢查縮短到 50 分鐘。該設(shè)備榮獲 Pittcon 2019 Editors Awards 金獎。
3.4 國內(nèi)政策頻出，推動國產(chǎn)化進(jìn)程
在 2018 年國家就將質(zhì)譜儀納入高端裝備制造行業(yè)中。2020 年美國出臺針對中國的《商業(yè)管制清 單》（The Commerce Control List，CCL）涉及對中國科學(xué)儀器的管制條款超過 2000 條，約占 總數(shù) 4510 條的 42%。對科學(xué)儀器的限制影響將不亞于對芯片限制的影響。此外進(jìn)口儀器存有數(shù) 據(jù)后門，在國防軍事等重要科研領(lǐng)域有數(shù)據(jù)安全風(fēng)險。2021 年 5 月，財政部和工信部制定了《政 府采購進(jìn)口產(chǎn)品審核指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》，對進(jìn)口儀器采購進(jìn)行了審核建議，其中四款質(zhì)譜儀器國產(chǎn)采購 比例建議不低于 50%。進(jìn)口質(zhì)譜儀因?yàn)閴艛嘣?，整體售價比較高，國產(chǎn)質(zhì)譜儀有明顯的價格優(yōu) 勢，同時國產(chǎn)質(zhì)譜儀廠商在服務(wù)響應(yīng)與定制化的方面有著明顯優(yōu)勢，未來在儀器性能提升的基礎(chǔ) 上，國產(chǎn)儀器份額將進(jìn)一步提高，研發(fā)投入進(jìn)一步加大，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代的正向循環(huán)。
近年政策支持力度加大：我國科研領(lǐng)域研究起步較晚，與發(fā)達(dá)國家存在不小的差距，但近年來國 家逐步重視科學(xué)研發(fā)投入，發(fā)布《加強(qiáng)從 0 到 1 基礎(chǔ)研究工作方案》、《高端智造再制造行動計 劃》等文件，在政策支持下科研經(jīng)費(fèi)不斷增長，帶動科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)對于高端儀器與配套服務(wù)需 求不斷增加，推動我國儀器行業(yè)發(fā)展。
千億貼息貸款助力發(fā)展，學(xué)校采購發(fā)力明顯：2022 年 9 月 28 日中國人民銀行設(shè)立 2000 億元設(shè) 備更新改造專項(xiàng)再貸款資金支持金融企業(yè)以不高于 3.2%的利率向醫(yī)院、高校等十個領(lǐng)域進(jìn)行貸 款補(bǔ)貼。貸款由 2022 年 10 月開始，至 2022 年 12 月截止。其中學(xué)校的采購需求最為強(qiáng)烈，約 占采購額比例的 60%。根據(jù)政府采購網(wǎng)公示，2022 年電子顯微鏡招標(biāo)金額達(dá) 25.05 億，同比增 長 348.92%。質(zhì)譜儀招標(biāo)金額達(dá) 22.32 億，同比增長 436.84%。但根據(jù)政府招標(biāo)網(wǎng)從購買儀器數(shù) 量統(tǒng)計仍以進(jìn)口為主，國產(chǎn)儀器只占 10%。推測原因主要是采購單位以頭部院校為主，科研需求 較強(qiáng)，需要最為先進(jìn)的儀器滿足需求。
4、海外公司發(fā)展經(jīng)驗(yàn)借鑒
在復(fù)盤國際儀器巨頭公司的成長路徑中，平臺化是必不可少的發(fā)展階段，但是實(shí)現(xiàn)平臺化的路徑 根據(jù)我們研究可以主要分為兩種模式，其一是深耕單一垂直技術(shù)細(xì)分領(lǐng)域，在該領(lǐng)域技術(shù)達(dá)到一 定規(guī)模后，通過與同行合作降低技術(shù)壁壘等方式實(shí)現(xiàn)橫向平臺化發(fā)展，島津制作所為該類型公司 的代表。其二是通過合作、收購等模式快速獲得跨行業(yè)技術(shù)與專利，形成平臺化和規(guī)?；瘍?yōu)勢后 再向各個領(lǐng)域垂直發(fā)展，安捷倫科技為該類公司的代表。
4.1 島津制作所：深耕 X 射線發(fā)展，橫向拓展多行業(yè)儀器
在壟斷市場的巨頭中，日本的島津制作所擁有近 150 年歷史，該公司早年以 X 射線發(fā)現(xiàn)為契機(jī)， 基于軍民合作的儀器創(chuàng)新，從一間專營儀教學(xué)儀器細(xì)分領(lǐng)域的公司，逐步成長為國際頂尖的綜合 性儀器制造商，島津的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)值得中國儀器公司借鑒。
創(chuàng)立之初科教儀器發(fā)展
明治維新后日本政府解除了閉關(guān)鎖國政策，開始從歐美各國引進(jìn)大批學(xué)者和技術(shù)工作者發(fā)展近代 教育與科學(xué)。其中尤其重視職業(yè)學(xué)校的發(fā)展，職業(yè)學(xué)校的開辦為日本政府各部門培養(yǎng)了大批的職 業(yè)技術(shù)人才，同時也增加了教學(xué)和研究用科學(xué)儀器的需求。 當(dāng)時日本獲取科學(xué)儀器主要依靠海外購入，為了滿足社會需要，島津源藏創(chuàng)立了島津制作所，由 修理進(jìn)口儀器逐漸變?yōu)槟７轮谱鳌?882 年島津制作所發(fā)布了《理化器械目錄表》，其中標(biāo)注“可 以根據(jù)科學(xué)需求制作任何產(chǎn)品”?？茖W(xué)儀器早期由技術(shù)先進(jìn)國家到發(fā)展中國家的傳播鏈條中必須 以人為紐帶，日本政府引進(jìn)的學(xué)者與技術(shù)工作者不僅傳播了儀器制造所需的基礎(chǔ)學(xué)科知識，同時 也帶來了在生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)與默會的知識，島津的初創(chuàng)時期同樣采用了“學(xué)徒制”的管理模式，以 科學(xué)儀器為最終載體，以師徒員工關(guān)系為紐帶，將科學(xué)儀器的制造工藝固定下來。初期積累的相 關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為島津抓住 X 射線的機(jī)會打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
X 射線帶來儀器創(chuàng)新
1895 年倫琴發(fā)現(xiàn) X 射線，同實(shí)驗(yàn)室助教岡村范為馳將該技術(shù)帶回日本，選擇與島津研究所合作 成立 X 射線實(shí)驗(yàn)場所，為島津接觸世界最前沿的放射學(xué)研究提供條件。在明治維新后期，日本科 學(xué)研究開始起步，但是進(jìn)口儀器渠道不暢。進(jìn)口的時間與經(jīng)濟(jì)成本過高，急需國產(chǎn)替代。1897 年 島津抓住機(jī)遇生產(chǎn)并出售教學(xué)用 x 射線裝置，占領(lǐng)了教育用 x 射線的主流市場，而同類進(jìn)口儀器 到 1899 年才在日本銷售。
軍民合作下的醫(yī)療轉(zhuǎn)型
X 射線作為顛覆式的創(chuàng)新，直接帶動了放射診療的快速發(fā)展，一戰(zhàn)前期，日本大規(guī)模的軍事擴(kuò) 張，軍隊產(chǎn)生了對 X 射線診療儀器的大規(guī)模需求。該類型儀器日本市場主要被德國西門子公司壟 斷。在日俄戰(zhàn)爭期間由于進(jìn)口資源短缺，軍隊找島津合作改良開發(fā)氰化物電池，極大地增加了與 軍方密切合作的氛圍。在軍方的要求下，1909 年島津推出了裝配 60 多個蓄電池的威爾斷續(xù)器感 應(yīng)線圈式直流大型醫(yī)用 X 射線儀器，并在日本陸軍中使用，成為了最早在日本生產(chǎn)的醫(yī)用 X 射線 儀器。 在 1914 年“西門子事件”與日本對德宣戰(zhàn)的影響下，西門子被迫離開日本市場，進(jìn)口產(chǎn)品被美 國 GE、島津與日本電氣等公司取代。一戰(zhàn)時期日本進(jìn)口 x 射線診療儀器需要繳納 20%的關(guān)稅， 這一貿(mào)易保護(hù)政策使得島津、日本電氣等本土企業(yè)搶占了國內(nèi)中低端市場。二戰(zhàn)時期，日本對外 戰(zhàn)爭的長期化與擴(kuò)大化，使得以中國為首的國際市場被迫向日打開，島津也不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破發(fā) 布新產(chǎn)品，迎來了快速增長時期。
戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)修復(fù)需求促使島津進(jìn)入工業(yè)儀器領(lǐng)域
二戰(zhàn)過后，美軍先后接管島津多個分公司與工廠，美日關(guān)系密切，日本依靠美國技術(shù)與資金扶持 將前沿科技應(yīng)用到民用與工業(yè)領(lǐng)域。而面對日本的戰(zhàn)后復(fù)蘇需求，島津開始生產(chǎn)一系列裝置，支 持經(jīng)濟(jì)社會復(fù)興，實(shí)現(xiàn)了大量產(chǎn)品的商業(yè)化研制出的產(chǎn)品包括日本第一臺電子顯微鏡（1947 年），世界第一臺光電式分光光度儀（1952 年），日本第一臺直讀式發(fā)射光譜分析儀（1953 年），日本第一臺氣相色譜儀（1956 年），世界上最早的遠(yuǎn)程式 X 射線透視攝影系統(tǒng)（1961 年）。與此同時，島津也不斷向工業(yè)儀器、航空儀器、控制儀器等領(lǐng)域拓展業(yè)務(wù)范圍。 島津 1896 年到 1917 年是在 X 射線儀器創(chuàng)新的起步探索階段，從 1918 年到 1930 年是 x 射線儀 器創(chuàng)新帶來的穩(wěn)步發(fā)展時期，營業(yè)收入年均增長 7.1%。1924 年負(fù)責(zé) x 射線儀器的島津倫琴部年 產(chǎn)約 100 臺，銷售額高達(dá) 70 萬日元，接近公司總營業(yè)額的 20%，1926 年島津倫琴部的銷量已經(jīng) 超過了 250 臺。在 1917-1937 年間隨著 x 射線診療儀器市場的擴(kuò)張，島津制作所的資本金從 200 萬日元迅速增加到 1200 萬日元，企業(yè)員工數(shù)由 358 人增長到 2670 人。1931-1945 年是島津的起 飛與高速成長時期，公司收入規(guī)模進(jìn)入了快速發(fā)展階段，營業(yè)收入年均增長達(dá) 25.9%。
70-80 年代跟隨日本產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，邁向現(xiàn)代化、平臺化發(fā)展
80 年代日本整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，政府制定計劃優(yōu)先發(fā)展科技與高端制造業(yè)。由于日本經(jīng)濟(jì)的繁 榮與工業(yè)化的快速發(fā)展，國內(nèi)掀起了一股“研究所熱潮”，以島津?yàn)榇淼墓驹敢庠谝恍┎荒?在短期內(nèi)產(chǎn)生商業(yè)化收益的項(xiàng)目持續(xù)投入研發(fā)，雖然這一熱潮在 90 年代因?yàn)槿毡窘?jīng)濟(jì)下行，企業(yè) 資金壓力變大而停止，但是為以田中耕一為代表的企業(yè)科研人員實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破奠定了科研基礎(chǔ)。 島津在這一時期依靠國內(nèi)政策支持與企業(yè)自身的研發(fā)投入進(jìn)入了高端質(zhì)譜儀領(lǐng)域并站穩(wěn)腳跟。隨 后逐步將業(yè)務(wù)擴(kuò)展至全球范圍，先后在德國、中國、阿根廷、英國、新加坡，構(gòu)建起覆蓋歐洲、 美國、亞洲和大洋洲的研發(fā)結(jié)構(gòu)體系。 島津在 1970 年與瑞典公司 LKB 合作，將世上第一款量產(chǎn) GC-MS：LBK-9000 引入日本，開啟了 島津的質(zhì)譜之路。之后通過與美國杜邦公司的技術(shù)合作，島津在 1978 年成功自制液相色譜儀 （LC）。并憑借百余年的技術(shù)積累，在 1985 年完成磁懸浮式渦輪分子泵（TMP）的制造。20 世 紀(jì)八十年代左右，島津在全球的銷售額達(dá)到 1000 億日元， 利潤超過 100 億日元，企業(yè)資本超過 100 億日元。
現(xiàn)代島津進(jìn)入了穩(wěn)定增長時期，已經(jīng)形成了包含分析計量儀器、醫(yī)學(xué)儀器、工業(yè)儀器、航空設(shè)備 及其他的綜合性國際儀器巨頭。2011 年-2022 年公司營業(yè)收入 CAGR4.91%，毛利率約穩(wěn)定在 40% 水平。2022 年生產(chǎn)各類設(shè)備供給 432 臺，員工人數(shù)共 13499 人，實(shí)現(xiàn)收入 4280 億日元，凈利潤 660 億日元。其中分析計量儀器占收入比重與研發(fā)開支比重最大，分別為 65%/63%，醫(yī)學(xué)儀器與 工業(yè)儀器收入穩(wěn)定增長。
島津在成立初期 19 世紀(jì)抓住了 X射線這一新興關(guān)鍵技術(shù)，避開了老技術(shù)范式中追趕領(lǐng)先者存在的 后發(fā)劣勢與當(dāng)時日本工業(yè)界技術(shù)薄弱的問題。在初期產(chǎn)品定位于教學(xué)用儀器，極大程度地順應(yīng)了 日本教育革新的時代潮流。并且在關(guān)鍵技術(shù) X 射線產(chǎn)品研發(fā)的同時，對配套電源等設(shè)備不斷進(jìn)行 技術(shù)累積。一方面通過頻繁的論壇與產(chǎn)學(xué)結(jié)合模式，加強(qiáng)自身研發(fā)能力，并且促進(jìn)學(xué)?？蒲泄ぷ?者的對島津儀器的了解和依賴程度。另一方面以電源等周邊通用配套設(shè)備打開與軍方合作的突破 口，將 X 射線診療儀器落地到軍隊殖民地市場。而面對難以突破的技術(shù)和專利壁壘，島津積極尋 求國際范圍內(nèi)的同行合作，以合作獲取技術(shù)共享的機(jī)會，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，吸收最先進(jìn) 技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級和超越。
4.2 安捷倫：并購驅(qū)動高速成長
安捷倫是成立于美國的全球生命科學(xué)、診斷及應(yīng)用化學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)者，在通信、電子、半導(dǎo)體、測 量、生命科學(xué)和化學(xué)分析行業(yè)擁有悠久的創(chuàng)新和領(lǐng)先歷史。安捷倫歷史可以追溯到 1939 年創(chuàng)立 惠普公司，成功研發(fā)并銷售出第一臺產(chǎn)品阻容聲頻振蕩器。而安捷倫前身 F&M 由 Frank Martinez 于 1956 年成立，是當(dāng)時全球最大的氣象色譜儀生產(chǎn)廠商，1965 年被惠普收購，惠普由此進(jìn)入分 析儀器領(lǐng)域。1998 年惠普宣布戰(zhàn)略性重組計劃，建立一家獨(dú)立的測量公司和一家計算與圖像公 司，前者名為安捷倫科技有限公司，由元器件、測試與測量、化學(xué)分析和醫(yī)療儀器業(yè)務(wù)部門組 成，后者為人們熟知的惠普公司，包括惠普所有的計算、打印和圖像業(yè)務(wù)。隨著安捷倫以 2.1 億 美元上市，打破了當(dāng)時硅谷最大的 IPO 規(guī)模后，惠普公司將擁有的安捷倫股份分配給惠普股東， 自此安捷倫完全獨(dú)立。
安捷倫成立初包含儀器、化學(xué)分析、電子元件和醫(yī)療產(chǎn)品，并依靠過往惠普在儀器領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng) 驗(yàn)逐步確立全球的領(lǐng)先地位，但在 2000 年美國科技泡沫破裂，受經(jīng)濟(jì)影響，安捷倫拆分與重 構(gòu)，2001 年安捷倫將保健醫(yī)療部門出售給飛利浦。2005 年安捷倫將用于消費(fèi)和工業(yè)用途的半導(dǎo) 體集成電路業(yè)務(wù)出售。 2010 年后為轉(zhuǎn)型與分化時期，安捷倫與是德科技拆分，由是德科技從事原有的電子測量業(yè)務(wù)，安 捷倫專注于應(yīng)用化學(xué)，醫(yī)療診斷業(yè)務(wù)。公司通過大量的并購獲取跨行業(yè)的技術(shù)與影響力，2010 年 收購 Varian，使得安捷倫正式進(jìn)入生命科學(xué)鄰域，2012 年收購丹麥癌癥診斷公司 Dako，擴(kuò)大了 公司在生命科學(xué)領(lǐng)域的影響力，2016 年收購了英國的測試公司 Multiplicom N.V，2017 年收購了 英國開發(fā)和制造拉曼光譜儀器的公司 Cobalt Light System, 2018 年收購了毛細(xì)管電泳分子公司 Advanced Analytical Technologies，聚糖試劑生產(chǎn)商 ProZyme、韓國儀器分銷商 Yong In Scientific Co，2019 年收購創(chuàng)新生命科學(xué)儀器龍頭 BioTek Instruments。通過分化與轉(zhuǎn)型，安捷 倫不斷完善自己的產(chǎn)品矩陣，形成了生命科學(xué)應(yīng)用（LSAG）、交叉實(shí)驗(yàn)室（ACG）、診斷學(xué)和 基因?qū)W（DGG）三大業(yè)務(wù)集團(tuán)。推出了數(shù)十種儀器與服務(wù)產(chǎn)品，其中安捷倫 ICP-MS 常年全球銷 量第一。
安捷倫 2022 年營業(yè)收入為 68.48 億美元，同比增長 8.37%。公司 15 年后的大量并購維持公司業(yè) 績的穩(wěn)定增長，2015-2022 年年均復(fù)合增速 5.09%，凈利潤 12.54 億美元，同比增長 3.64%，凈 利率達(dá) 18.31%。安捷倫持續(xù)維持高投入研發(fā)，2020-2022 年投入研發(fā)分別為 4.95 億美元，4.41 億美元，4.67 億美元，分別占當(dāng)年營收比重 9.27%，6.98%，6.82%。此外對于新興市場每年持 續(xù)投入 3 億美元資本開支。每年約 7 億美元高研發(fā)支出，保證了安捷倫在下游各行業(yè)技術(shù)路線的 商業(yè)化上保持的領(lǐng)先地位。
安捷倫除了用高研發(fā)投入保障先進(jìn)技術(shù)外，完善的銷售網(wǎng)絡(luò)搭建為公司成長提供了保障。根據(jù)公 司報告，安捷倫在全球美洲、歐洲與亞太地區(qū) 100 多個國家和地區(qū)設(shè)置有分工廠與網(wǎng)點(diǎn)，設(shè)立了 26 萬個實(shí)驗(yàn)室，每年與客戶或潛在客戶互動超過 100 萬次。憑借優(yōu)秀的銷售渠道，安捷倫成功地 進(jìn)入中國市場，在中國擁有兩千多名員工，總部位于北京，在上海和杭州分別設(shè)有工廠和研發(fā)中 心，2022 年在華營收 14.99 億美元，是除美國外最大市場。
5、重點(diǎn)公司分析
5.1 禾信儀器：專注時間飛行領(lǐng)域正向研發(fā)的國產(chǎn)化質(zhì)譜儀 “專精特新”小巨人
質(zhì)譜儀為主業(yè)，技術(shù)積累豐富：禾信儀器成立于 2004 年，根據(jù)公司招股書披露，當(dāng)前國內(nèi)尚無 以質(zhì)譜儀制造為主業(yè)的上市公司。公司是集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與技術(shù)服務(wù)為一體的國家火炬計劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。公司創(chuàng)始人周振在德國讀物理學(xué)博士期間，師從垂直引入式飛行時間檢測器 發(fā)明人 A.F.Dodonov 教授與無網(wǎng)反射飛行時間檢測器發(fā)明人 Wollnik 教授，并于 2000 年成功研 制了分辨率達(dá) 20000 的高分辨率垂直引入式飛行時間質(zhì)譜儀，成為當(dāng)時國際同類儀器中技術(shù)指標(biāo) 最高水平。
公司形成環(huán)境監(jiān)測+臨床醫(yī)學(xué)+實(shí)驗(yàn)室的三大業(yè)務(wù)布局：在大氣環(huán)境領(lǐng)域，公司主打 SPIMS、 SPAMS、AC-GCMS 產(chǎn)品系列；在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域公司主打 ICP-MS 系列固定/車載水質(zhì)重金屬 應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)；臨床診斷領(lǐng)域公司推出全自動核酸質(zhì)譜監(jiān)測系統(tǒng)和全自動微生物質(zhì)譜監(jiān)測系統(tǒng)； 在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域公司推出三重四級桿液質(zhì)聯(lián)用儀（LC-TQ5100）、氣相色譜質(zhì)譜連用儀與電感耦合 等離子體質(zhì)譜儀。
受疫情影響收入下滑明顯，研發(fā)與銷售費(fèi)用增加導(dǎo)致凈利潤下滑：根據(jù)業(yè)績快報，2022 年公司 實(shí)現(xiàn)營業(yè)總收入 2.80 億，同比下降 39.63%，主要原因系受疫情影響較大，部分地方政府財政資 金安排及項(xiàng)目招投標(biāo)流程、訂單簽訂、產(chǎn)品交付或項(xiàng)目實(shí)施、驗(yàn)收等均有不同程度的延后，公司 實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤-0.58 億，同比下降 173.59%，主要原因系營收的下降和公司為拓展產(chǎn)品線與市 場造成的期間費(fèi)用的增長。
環(huán)境監(jiān)測為主要業(yè)務(wù)，技術(shù)服務(wù)占比不斷提高：根據(jù)招股書顯示，公司主營業(yè)務(wù)收入按應(yīng)用領(lǐng)域 可以分為環(huán)境監(jiān)測、科研分析、健康醫(yī)療三大類，其中環(huán)境監(jiān)測占比最高，2021 年公司環(huán)保在線 監(jiān)測領(lǐng)域營收達(dá) 2.89 億元，占比 62.23%。從收入結(jié)構(gòu)來看公司主要收入來源于 SPAMS 與 SPIMS 系列產(chǎn)品的銷售，2020 年公司兩系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收入 1.58 億元，占全年收入的 50.59%。 （2021 年 SPAMS 與 SPIMS 系列收入口徑并入環(huán)保在線檢測儀器業(yè)務(wù)）此外，技術(shù)服務(wù)收入占 比不斷提高，由 2016 年占收入比 9.05%提升至 2021 年占收入比重 27.05%，主要原因系公司累 計銷售儀器數(shù)量增加，技術(shù)運(yùn)維需求不斷增長。
專注質(zhì)譜技術(shù)，堅持正向研發(fā)：公司自成立以來堅持正向研發(fā)的技術(shù)道路，對于質(zhì)譜底層技術(shù)積 累豐富。于 2019 年入選工信部第一批專精特新“小巨人”企業(yè)（全國僅 248 家企業(yè)入選）。公 司的研發(fā)涵蓋了質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器、離子源、進(jìn)樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)和整機(jī)系統(tǒng)等諸多方面，通 過持續(xù)的自主研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化推廣，公司掌握的 14 項(xiàng)核心技術(shù)中 12 項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，剩余 2 項(xiàng)已突破關(guān)鍵技術(shù)，正在產(chǎn)業(yè)化過程中。公司是國內(nèi)少數(shù)全面掌握單顆粒氣溶膠電離技術(shù)、電子 轟擊電離技術(shù)、真空紫外光電離技術(shù)、離子傳輸技術(shù)、飛行時間質(zhì)譜技術(shù)、多級離子移除脈沖技 術(shù)、高速離子探測、質(zhì)譜源解析等質(zhì)譜核心技術(shù)的企業(yè)之一。
大力研發(fā) Q-TOF，在國內(nèi)具有稀缺性：根據(jù)公司公告，公司擬投入 2280 萬元研發(fā)高靈敏高分辨 串聯(lián)質(zhì)譜儀（Q-TOF），目前項(xiàng)目已完成設(shè)計、開發(fā)、研制及工程驗(yàn)證，正在進(jìn)行應(yīng)用方法開發(fā) 驗(yàn)證。目前國內(nèi)在 ICP、MALDI 等離子源與 TOF，TQ 等質(zhì)量分析器均普遍實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，聚 光儀器、安圖生物等公司均有成熟產(chǎn)品。但 Q-TOF 研發(fā)技術(shù)壁壘高，目前市場上該類儀器主要由 安捷倫、SCEIX、布魯克等國外巨頭占據(jù)絕大部分市場份額。
5.2 聚光科技：國內(nèi)儀器行業(yè)平臺化龍頭公司
國產(chǎn)高端儀器龍頭，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展：聚光科技成立于 2001 年，經(jīng)過 20 多年技術(shù)沉淀和發(fā)展， 公司已經(jīng)成為國內(nèi)高端分析儀器的領(lǐng)軍企業(yè)，早期公司為環(huán)境檢測和工業(yè)過程分析提供檢測設(shè)備 和相關(guān)服務(wù)，2015 年將質(zhì)譜儀業(yè)務(wù)單獨(dú)拆分，成立譜育科技專注于質(zhì)譜儀研發(fā)，目前公司已經(jīng)掌 握了質(zhì)譜、色譜、光譜、前處理和理化分析等技術(shù)平臺。對于質(zhì)譜儀的核心零部件質(zhì)量分析器， 公司在離子阱、四級桿、三重四級桿和飛行時間四種技術(shù)道路上實(shí)現(xiàn)了成熟的產(chǎn)業(yè)化和開發(fā)迭代 能力。
過往業(yè)績受 PPP 影響較大，公司重新聚焦高端儀器制造：公司在 2022 年 Q1-Q3 實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入 21.75 億元，同比增長 4.19%，歸母凈利潤-1.09 億元，同比下滑 78.55%。公司自 2019 年來業(yè)績 波動較大，主要原因系在環(huán)境監(jiān)測景氣度提升時期，公司作為龍頭企業(yè)業(yè)績增長較快，19 年后隨 著市場競爭加劇，PPP 項(xiàng)目整頓等因素影響公司業(yè)績增速下滑。公司從 2020 年開始逐漸剝離相 關(guān)業(yè)務(wù)，上海安譜與中科光電不再并表。2022 年聘請新的總經(jīng)理韓雙來先生后，公司未來戰(zhàn)略重 新聚焦于高端儀器制造行業(yè)。
子公司譜育科技專注高端科學(xué)儀器研發(fā)，2021 年凈利潤同比+122%：2015 年聚光科技將質(zhì)譜儀 業(yè)務(wù)剝離，成立子公司譜育科技，專注高端科學(xué)儀器制造。公司自 2011 年至今承擔(dān) 30 多項(xiàng)國家 和地方重大科學(xué)儀器專項(xiàng)，公司產(chǎn)品線不斷突破，目前譜育科技實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)譜與無機(jī)質(zhì)譜的全產(chǎn) 品體系的覆蓋，根據(jù) 2021 年報，譜育科技新簽合同額約 13.4 億，較上年同期增長約 65%，公司 實(shí)現(xiàn)營收 9.63 億元，同比+63%，實(shí)現(xiàn)凈利潤 1.24 億元，同比+122%，成為公司重要的增長點(diǎn)。
全能型科學(xué)儀器平臺，在研項(xiàng)目眾多：公司在質(zhì)譜、光譜、氣相色譜、樣品前處理等細(xì)分儀器領(lǐng) 域廣泛布局，下游覆蓋環(huán)境、生命科學(xué)、半導(dǎo)體、工業(yè)等，在高端質(zhì)譜儀領(lǐng)域公司具備深厚的研 發(fā)基礎(chǔ)，主要產(chǎn)品為 ICP-MS、GC-MS、LC-MS，在高端質(zhì)量分析器中實(shí)現(xiàn)了三重四級桿的技術(shù) 突破。目前公司擁有 12 個在研項(xiàng)目，在各領(lǐng)域的技術(shù)壁壘不斷深化。
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