LCMS商品化的第二个十年（上）

　　Michael P. Balogh

　　1997年.当我在一篇文章中看到了LCGC International(现LCGC Europe)，我决定不再写一般的技术文章，而转向写行业调查的文章。LCGC的编辑要求了解近十年的出版刊物。尤其在这种迅速变化的商业环境下，质谱技术和液质联用技术的进展我认为是十分值得去调查的。开始我还没有意识到作为一个作家，应致力于对产品的发展和形成多提出自己的观点，五年之后，当我意识到这一点后，我同意开始撰写“MS-The Practical Art”专栏，该专栏为双月刊。

　　将近35个双月刊之后，我恰好看到了一篇文章“1987年-1997年LC-MS商业化的发展：一个成功的十年”(LCGC International, 10 (11) 728–737 [1997])。这使我非常好奇地想知道在随后的十年里质谱领域有多少技术改进，又有哪些方面是没有改变的。

　　当然，LC-MS的技术基础、或它的历史，都一直保持了这个连字符“-”称谓，而改变的地方是作为一种分析方法，LC-MS已经在工业领域里应用十分广泛，多数从业者把该技术当做一个单一的(不是LC+MS)、综合的分析过程。近年来，参加美国质谱年会(ASMS)人数逐年增加，意味着从事LC和MS交叉部分工作的人越来越多，我们已经不再去体会连字符连接的两端词汇的各自意义。我在1997年的文章中尝试撰写了质谱作为一个真正的检测器的演变过程“在这十年里具有重大商业化意义的技术创新事件”。在LC-MS的发展史上，被公认的重大事件包括1983年Blakely 和Vestal推出的质谱热喷雾技术，这也是LC-MS的第一个技术(1);John Fenn(协同Koichi Tanaka及Kurt Wüthrich)发明的ESI技术(2,3)，可以说是质谱界发展最重要的一步，同时在2002年荣过了诺贝尔化学奖;在接受了商业化概念之后，Bruins，Covey和Henion在1987年提出了具备商业化前景的ESI技术(4)。

　　世界上第一个真正的联用系统出现在1982年，即惠普公司利用气相色谱仪将被分析物引入质谱检测器中(MSD)。当然，气相色谱限制了质谱检测器只能检测那些具有足够蒸汽压力的化合物。然而，在HPLC和质谱联用中就没有这样的限制，不过LC-MS有它自己的问题：真空系统和流速的要求，产生了体积庞大、花费巨大、经常不稳定的仪器。

　　1993年，Waters公司推出了一台台式液质联用系统，该系统设计使用粒子束技术(该技术在后来ESI的时代仍展现一定的性能)，但它带给人们的只是在LC分离中，获得EI谱。能被广泛接受的第一台LC-MS应该是Vestec的热喷雾装置，该技术是在HP公司的MSD上改进得来的，这套装置在1986年的匹兹堡会议上标出了不可思议的十万美元的价格。当然，热喷雾技术很快消失了，制造性能强大、价格不贵的LC-MS系统的美梦也破灭了。

　　正如通常的情况一样，对商业利益的乐观估计被证明是不必要的。1988年，即在Extrel公司在Pittcon上推出粒子束技术的第二年，惠普公司(现安捷伦科技公司)在原始技术的基础上，推出了从原来粒子束仪器上衍生的一个新版本。惠普公司产品经理指出，这套液相和质谱的接口技术将使LC-MS具备GC-MS重现性高和便于操作的特点。在那些日子里，业界观察家预测LC-MS市场销售额将增加1500万到2000万美元，其中热喷雾仪器占到60 ~ 80%(5)。通常一个产业的争夺点，由于竞争的原因会避免很多公开的讨论。菲尼根(现赛默飞世尔科技公司)在1993年Pittcon会议上简要指出，对市场规模的预计数几乎“保证”是不正确的，“很可能是过于保守了”。事实上，1993年市场的总预测值为6.4亿美元。在随后的几年，可以明显的看出，双方的论点都是不正确的。

　　在90年代初期，距销售预期相差甚远，主要原因由于整体经济增长缓慢。(在这段时期高价的分析仪器只集中在迅速发展的制药工业领域内)。在1996年的一份美国化学学会报告中指出，1991年的销售额超过4.5亿美元，但是又补充说到“在这些领域的增长是很难被预测的。”

　　作为试金石的ASMS

　　在1985至2004年期间，我非常荣幸地参与组织了在ASMS年会(http://www.asms.org/)上举办的LC-MS研讨会。在此期间，LC-MS的成功改变着美国质谱年会。在质谱研究领域深思熟虑的领袖人物和创新者一旦参与了一个每年都开的年度会议，这个会议也同时成为了一个非专家的教育资源。1987年，有2200名成员出席了会议，到1997年人数增加了一倍。参加LC-MS研讨会的人数从几百人增加到1200人。

　　在2003年到2005年期间，我开始留意到几乎所有的出席者都能找到与自己相关联的讨论题目(在此之后的几年里，会议管理员Brent Watson都会完成数据的统计工作)。ASMS会议在步入21世纪后的几年快速发展，参加人数已近6000人。一旦筑建了LC-MS的兴趣巢穴，LC-MS就成为了今日无所不再的工具，而会议这种组织反映了这些兴趣。在这些非常大型的会议上，LC-MS已不再是一个特殊兴趣的团体关注的深奥的焦点，事实上，这项技术作为主题或参考，出现在每一次讨论中。至于LC-MS的兴趣群体，已经回归到一个合理的规模，回到一种更功利一些、更窄的章程里。

从Google搜索到的LC-MS从1980年-2008年的发展概况图

　　在早些年，关于LC-MS实践中LC色谱柱和分离的演讲很少，液相仅作为进样装置出现，把溶解在流动相中的化合物送入质谱;质谱仪本身首当其冲的担当了分离的重任。在1985年的一份调查报告中指出在受访的400位化学家中，不到三分之一认为在未来有可能使用到LC-MS(6)。

　　我摘自1993年文献(7)的一个数字，比较了主要的、在今天很流行的LC-MS接口的分析范围：四个里面有两个谈到随着APCI和ESI的发展，粒子束和热喷雾将会在几年前消失。另一方面，我在文章中指出新兴技术刚刚有所进展：“这些新技术具备更短的商业化历史，例如离子阱技术(菲尼根最初使其商业化，现赛默飞世尔科技公司)和飞行时间质谱技术(TOF)都会影响质谱技术在未来的发展。”

　　显然，几年前文章中出现的字眼是，“这个接口潜在的最大的影响是…被预期在1983年商品化(8)，当测定溶液中的离子时，…蛋白质化学家非常乐意拥抱电喷雾技术，它可让大分子带上多电荷……这些大分子的分子量远远超过四极杆的工作范围。”

　　回顾过去的16年，很明显四极杆始终是质谱应用中的核心技术。该项技术的发展引出了离子阱，随之而来也出现了一些问题，例如存在空间电荷效应(离子阱中存在大量的离子)和定量分析问题。线性离子阱和离子回旋装置串联的Orbitrap技术(Thermo Fisher Scientific)，或者作为串联质谱的辅助部分((MDS Analytical Technologies Sciex, Toronto, Ontario, Canada)，大大改善了传统离子阱的问题。

　　一些统计数据

　　近几年，ASMS会议吸引了6000名参加者提交了将近3000份报告或海报(2009年2730份，2008年2907份)。当然，我们必须记住最近的几年里，这些内容的权重已经远离了环境和工业应用，而转向生命科学(比如搜索2009年的摘要，关键词“peptide”，可以返回1023个结果);但一年一年参加人数的一致性，揭示了技术应用发展的趋势。例如“离子阱”和“四极杆”非常普遍(500个或更多)。此外，ASMS规定，商品名不能出现，但有些词汇却是唯一和不可避免的。比如： “Orbitrap”不仅是一个商标，同时也是新技术商业化的标志。在摘要中出现的“Orbitrap”，从2006年第一次出现在ASMS上的39篇，上升到2009年的429篇。同样，“Synapt”(Waters公司)把离子淌度作为一维垂直的分离，再加上质谱的分辨率或峰容量，这个词汇从2007年到现在，引用率有了3倍的增长。

　　ASMS会议自然是一个质谱(MS)的会议，但印象深刻的是，自2006年以来，“UPLC”(Waters公司推出的超高效液相色谱)这个词汇不是3倍增长，而是142倍。这一点之所以令人印象深刻，因为即使在今天，液相色谱(LC)仅仅被当作质谱的一个“进样 (inlet)”装置，相比之下，“HPLC”，长期被当作进样系统的词汇，返回了540个结果。

　　Michael P. Balogh—"MS — The Practical Art"编辑，Waters公司质谱技术发展部的首席科学家;罗杰威廉姆斯大学兼职教授;小分子科学协会(CosMos)创始人和现任主席，同时也是LCGC的编辑顾问。

    未完待续...

　　参考文献

　　(1) C.R. Blakley and M.L. Vestal ML, Anal. Chem. 55(4), 750–754 (1983).

　　(2) M. Yamashita and J.B. Fenn, J. Phys. Chem. 88, 4451–4459 (1984).

　　(3) M. Yamashita and J.B. Fenn, J. Phys. Chem. 88, 4671–4675 (1984)

　　(4) A.P. Bruins, T.R. Covey, and J.D. Henion, Anal. Chem. 59, 2642–2646 (1987).

　　(5) Analytical Instrument Industry Report, (East Grinstead, UK) 5 (7) July 1988.

　　(6) SDI Business Outlook, Strategic Developments, Inc. (Los Angeles, California) 4(13) October 1995.

　　(7) C.R. Creaser and J.W. Stygall, Analyst 118, 1467–1480 (1993).

　　(8) J.V. Iribarne, P.J. Dziedzic, and B.A. Thomson, Int. J. Mass Spec. Ion Phys. 50, 331 (1983).

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