质谱仪行业市场分析

质谓仪行业市场分析

1、质谱仪是一种终极的检测手段，下游应用广泛

1.1质谱技术壁垒高

质谱仪是一种终极的检测仪器：质谱仪是用来测定物体质量的仪器，

主要用来分离和检测不同同位素。原理是将分析样品电离为带电离子,

根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子

碎片的质量差异进行分离和检测。在《产业关键共性技术发展指南中》,

质谱分析检测技术被明确列为具有应用基础性、关联性、系统性、开

放性等特点的产业关键共性技术。质谱仪具备高分辨率，高通量，高

灵敏性与高准确度的特性，在复杂背景下检测低浓度的化合物能力优

于其他仪器，拥有优秀的定性与定量的能力，被称为是“终极的检测

手段，

离子源和质量分析器是质谱仪中最重要的部件：质谱仪通常包含进样

口、离子源、质量分析器、检测器、数据监测系统等五大部分，其中

最重要的是离子源与质量分析器两部分。从不同部件功能来看：1、

进样口：被检测样品通过直接进样或者间接进样通过进样口导入质谱

仪；2、离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后

的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离

子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能

而进入质量分析器。3、质量分析器是将同时进入其中的不同质量的

离子，按质荷比m/e大小分离的装置。4、离子检测器与数据监测系

统：离子在分离后依次进入检测器中，检测器负责采集放大离子信号,

经计算机内的数据监测系统处理，绘制成质谱图。

02:质谓仪原理

离子源：离子源的种类影响质谱仪检测物质类型的丰富度，在有机物

化合物分析方向由最早1918年发明的电子电离（EI）,发展到适用

于大分子样品的基质辅助激光电离解析（MALDI）及在常压下可以直

接将液态样品离子化的大气压电离（API）,而在无机物方向，目感

耦合等离子体应用逐步广泛。在一百余年的发展时间中针对不同的应

用领域开发出了适用的离子化方法。目前能否研发出各类离子源来适

配不同的应用场景是企业的核心竞争力体现之一。

电子电离（EI）：通过加热灯丝放出电子，电子通过电场加速获得高

能量，被分析物获得电子能量而离子化。被分析物吸收能量后应为化

学结构不同，裂解为独立的碎片离子，常用于有机分子的鉴定。缺点

是电子携带的能量太大，离子化过于剧烈，常常得到大量的碎片离子,

无法获得被分析物的分子量信息、。且只能离子化气体分子，主要用在

挥发性较高，热稳定性高，沸点低的有机物。

化学电离(Cl)：利用加热灯丝产生高能目子进行离子化，不同之处

在于化学电离将试剂气体通入离子源中，先以电子电离的方式产生试

剂离子，再与被分析物发生离子反应，比EI减少了被分析物碎裂的

机会。能够得到完整的分子信息。适用于分析沸点低的被分析物，可

以观测带分子离子峰，这个技术被认为是电子电离法互补的技术。

快速原子轰击(FAB)：由电子电离源改造而来，将氤气导入后通过

类似于电子电离源的设计一，将灯丝加热后产生的热电子经电压加速到

正极电离形成氤气原子，之后再撞击被分析物是被分析物离子化。可

用于无机物与有机物的分析，最大的缺点在于基质易电离产生干扰信

号。

激光电离解析(LDI)：EI与CI都需要将被分析物汽化，不适用于

低挥发性，热不稳定及凝聚态的被分析物。由此出现解析电离技术

(DI),并在此基础上发展出激光解析电离技术(LDI),利用激光

将被分析物从样本表面解吸附，同时形成气相离子。与分析元素，无

机盐，染料或者具有高吸光特性的分子。但是挥发性极低的生物大分

子仅靠激光产生的热量不足以使分子挥发，如果使用高激光能量照射,

会使被分析物分子裂解成碎片，无法获得完整的离子信息。

基质辅助激光电离解析(MALDI)：由激光电离解析改进而来，使用

基质(大部分为有机酸)作为化学反应的媒介与被分析物混合共结晶

产生的固态样品，使得离子化过程比激光电离解析更温和，可以产生

质子化或者去质子化的完整被分析物。该方法适用于非挥发性的固态

或业态被分析物的分析，尤其是对离子态或极性被分析物的电离效果

接转化为气象分子离子，目前成为LC与质谱在线联用中主要的离子

化方法。

袤1:不同牌子原适用通国

能否用于完

与质造仪联用

全梆商称样品物理性质全未知的分

仪器

气体;汽化后依

电子电离EI不能非极性气相色谱

然稳定的样品

化学电离CI能非极性气相色谱

液体何溶在溶

电喷需电离ESI能高极性液相色谱

液中的样品

快速原子轰击FAB能高极性液相色谱

大气压化学电离APCI能中低极性/

大气压光致电寓APPI能中低极性/

固态/可和基质

中低极性-

激光解吸电同LOI形成共同结晶能/

高极性

的样品

中低极性・

基质辅助激光电圈MALDI能液相色谙

高极件

串联质谱分析仪：通常指两个以上的质谱分析器借由空间或者时间上

联结在一起所组成的分析方式，常由英文缩写MS/MS表示。在常见

的串联质谱技术中，第一个质量分析器的功能通常为选择与分离前体

离子，而分离出的前体离子以自发性或通过某些激发方式进行碎裂产

生离子群，在串联的第二个质量分析器中被扫描检测后可以获得串联

质谱图。目前串联质谱有两大应用，其一是对于蛋白质组学中以自下

而上的方式对酶水解后的多肽进行氨基酸的序列分析，另一主要应用

在对特定化合物进行定量分析。

空间串联质谱：借由两个实体上不同的质量分析器串接组成，以达到

串联质谱分析的目的。目前三重四级杆是使用最广泛的空间串联质谱

仪，其中第一与第三重四级杆质量分析器具有质量分析功能，以组合

射频与直流电位的方式达到质量选择的目的，第二段四级杆为碰撞室,

仅以射频电位方式操作。由于三重四级杆的碰撞室中气体压力远高于

磁场分析器的碰撞室的气体压力，因此在三重四级杆中离子束与中性

气体分子具有较高的碰撞次数，用于定量分析有较高的灵敏度。另一

种常用的是匕行时间串联质谱仪，具有高能量碰撞解离的优点。

时间串联质谱：通过在具有离子储存功能的质量分析器上进行，在不

同时间点可以分别进行前体离子选择后储存，离子活化，产物离子分

离，扫描后排出等模式。前体离子在进入质量分析器后可先被选择并

储存在分析器中，之后由离子活化解离后的产物离子可直接进行质量

扫描，并且可以反复进行离子选择、储存与解离的步骤，可以在此类

具有离子储存功能的串联质谱仪上得到不同阶段的结果。目前该仪器

以傅里叶变换离子回旋共振分析器与离子阱为主。

杂合质谱仪：在串联质谱仪中，如果不同种类的质量分析器串联则称

为杂合质谱仪。主要目的是结合各式不同质量分析器的特点，经组合

后可获得更好的串联质谱分析结果。四级杆飞行时间质谱仪（Q-TOF）

是主流形式，第一段四级杆借由组合射频与直流电位变化达到前体离

子的筛选，第二段四级杆以固定射频点位方式操作，可引导离子并作

为碰撞裂解室用。前体离子在第二段四极杆中经由离子活化裂解后产

生的产物离子，进入飞行时间质量分析器中完成MS/MS的串联质谱

分析。因为结合了四级杆分析器中具有较高的碰撞裂解效率的特点及

飞行时间飞行器具有高质荷比分辨率，非扫描式及高灵敏等优势，被

广泛应用于蛋白质组定性分析。

质谱仪核心参数

分辨率：是指质谱仪区分两个质量相近的离子的能力。分辨率越高同

一物质采集的分子量的峰的精细程度越大，准确率越高。但是分辨率

设置越高，扫描需要的时间越长，一般在操作中要同时兼顾分辨率和

扫描速度。一般小于1000的分辨率叫为低分辨率，高于10000E勺分

辨率叫为高分辨率，

质量范围：质量范围是质谱仪所能测定离子质荷比的离子质量范围。

不同用途质谱仪器的质量范围相差很大，稳定同位素气体质谱仪的质

量范围通常在1〜200之间；固体质谱仪的质量范围大都在3〜380

之间；有机质谱仪的质量范围从几千到几万不等，甚至更高。质量单

位为1AUM或1Da,被定义为碳12原子质量的十二分之一。生物大

分子的分子数量大于千Da,用KDa为单位。

准确度：指离子测量的准确性。一般用真实值和测量值之间的误差来

评价，单位ppm（百万分之一）。如果质谱检测极限在1ppm,就表

示能检测含量在百万分之一的物质，主要取决于质量分析器的性能和

分辨率的设置，对于高分辨率质谱通常要求仪器的质量测量准确度小

于1mmu（或10ppm）,才能满足定性分析的需要。

灵敏度：是指检测器对一定样品量的信号响应值，即最少样品量的检

出程度。灵敏度取决于离子源的电离效率和离子在离子源、分析器的

传输效率和接收器的接收效率。

1.2质谱仪下游应用市场广阔

质谱仪由于优秀的性能被广泛应用于生命科学和环境监测等产业：根

据SDI《2015-2020全球分析仪器市场》统计，2020年全球质谱仪

市场中，生命科学、食品/农业、环境监测和工业分别占需求的42%、

26%、24%和8%。质谱仪拥有高通量、高效率、低成本、高度专一

性与灵敏性的优点，在生物医药与临床检验方面有着明显优势，是未

来主要的应用方向。2015年・2020年生命科学和食品农业方面的

CAGR均达到8%o

图5：2020年全球质谱仪下游应用比例

•生命科学

食品/农业

环境监测

工业过程

医学：其一在临床医学方面，质谱检验具有高灵敏度，高通量，高速

分析的优势，在新生儿遗传病筛查中，出生三天后采集脚后跟血液置

于滤纸上，可以查出二十种以上的新生儿罕见先天代谢异常疾病。在

微生物检测和激素检查等项目上可以直接利用MALDI-MS分析或者

用色谱法进行分离后再用串联质谱分析，能够实现对传统方式的替代

升级。其中ICP-MS主要应用在人体微量元素的检查，MALDI-TOF

主要用于微生物的检测。其二在生物医药方面，液相色谱与质谱联用

技术推进了下游应用，可以帮助进行药物的杂质分析和中药的开发，

在小分子检验中应用广泛，项目包含类固醇和生物胺等物质。原因在

于与气相色谱-质谱相比有简单的流程和较高的通量，并且试剂价格

比免疫试剂低很多，以及对于新目标检测设计分析流程简单很多。

蛋白组学：蛋白质组泛指一个生命体内所有的蛋白质，而蛋白质组学

是指针对一个蛋白质组做定性，定量及功能的分析。定性包括鉴定蛋

白质序列，翻译后修饰及蛋白质■蛋白质相互作用等，定量分析着重

比较蛋白质组在不同状态下的表达量差异。最早方法分为自上而下和

自下而上，自下而上是以水解酶将蛋白质降解为多端多台，将这些多

肽离子化并以串联质谱分析，再组合所得多肽序列得到蛋白质身份信

息。自上而下是直接离子化蛋白质并以串联质谱直接裂解蛋白质分析

得到序列信息。现在一般使用检索数据库测序。

食品农业：随着人们对于食品安全关注度不断提高，食品检测力度也

在顺势升级，对于食品以及农药残留的检测方式、速度和数量都在不

断提升。质谱仪在营养成分分析，毒素检测，掺假鉴别、转基因检测

和农药残留检验等场景都发挥着不可替代的作用。R前高分辨质谱法

被广泛运用，主要的使用仪器有三重四级杆与四级杆飞行时间质谱仪。

环境监测：为了响应国家日益严峻的环保要求，质谱仪依托自身检测

速度快，精度高，抗干扰能力强，可同时检测多种物质的特点，已经

逐渐渗透到大气以及水质监测领域，对传统的光谱仪和各类传感器形

成了替代作用。GC-MS、LC-MS可以分离微量有机污染物，利用色

谱保留时间与质谱仪中数个特征离子的相对强度进行确认对比以达

到定性的目的。也可以由校准曲线达到定量的目的，多数采用内标法。

ICP-MS有高灵敏度与检测极限，具有简单的质谱背景，可在单一操

作条件下获得极佳的分析效能，还可以进行同位素的分析。在新型污

染物方面，液相色谱串联质谱有良好的灵敏度，以三重四级杆最为普

遍。而针对VOCs•挥发性有机化合物，主要检测方式是GCMS。

工业过程：随着新能源和半导体行业的不断发展，质谱仪在工业制造

过程中的价值也不断凸显。在新能源领域主要的运用是氮质谱检漏仪,

可以在锂电池生产过程中的注液前后分别进行检漏。ICP・MS则可用

于半导体产业链中硅片、光刻胶、芯片、试剂等无机检测，也可用于

对各类无机污染元素进行分析。

圉7」中国质遣仪行业需求

•政府检测

科研院所

食品领域

制药领域

•环境监测

•临床医疗

•半导体产业

2、海外龙头垄断，国内水平仍有差距

2.1全球质谱市场发展全球质谱仪

2025年将达百亿美元市场：根据测算，2018-2026年全球市场规模

CAGR为7.7%,预计到2025年全球质谱仪市场将超过百亿美元，

在下游应用领域需求的拉动下，全球质谱仪市场将保持稳健增长的态

势。

质谱仪市场份额高度集中：目前质谱仪市场主要参与者为国际巨头公

司，这些公司依靠长时间发展形成的资金，专利壁垒以及市场认可等

优势垄断市场。依据2020年销售额统计主要参与者为沃特世，丹纳

赫，布鲁克，安捷伦，赛默飞，岛津等巨头公司，头部6家公司占据

了全球90%以上的质谱仪市场份额。

S9:2020年全球质ig仪竞争企业

•SCIEX

安捷伦

・赛默飞

沃特世

•布鲁克

•岛津

•其他

中国需求增长冠绝全球：在地区上来看北美地区在全球市场占有率最

高,2020年北美检测仪器市场达23.6亿美元，占全球市场的37.2%o

原因主要系该地区医药，代谢组学与蛋白组学领域的科研力度加大,

推动了当地质谱技术与需求的发展。2020年亚洲市场占全球质谱仪

市场的20%；中国是增长最快的地区，2015-2020年CAGR达6.8%,

目前已成为亚太地区最大的质谱仪市场。

2.2国内质谱仪发展

受历史原因影响，我国质谱仪与世界先进产品约有20年的发展差距:

我国质谱仪行业起步较晚，受到早期基础学科薄弱，国内工'也体系不

够完备等因素影响，目前国内质谱在研发、产业化和应用技术领域落

后于西方发达国家。集中体现在核心零部技术、产品体系和布局、以

及品牌影响力的三方面：

1、核心零件技术

我国科研基础较弱，技术落后于世界：质谱仪具有快、微、精、稳的

特点。需要对离子实现纳秒级的分离和检测、对最小电信号的识别、

上百个零部件加工精度同时达到微米几倍、几十个电源稳定度同时达

到万分之一的水平、技术难度极大。我国在质谱仪在测试精度，进样

速度、检测速度和使用稳定程度均落后于世界。国内掌握质谱仪所涉

及的原理、模拟、计算、设计、工程化、工艺化、生产、应用开发及

维护等各环节专业技术的专业类公司较少，主要由于发展方面面临着

多重挑战，1）产学研用合作层面，国外高端仪器研发大多是企业和

知名大学合作。工程师长期跟踪科学家的科研过程并持续对接开发,

持续周期较长。2）国内相较国外研发起步晚，基础研究薄弱，开发

多为购机拆解，跟随仿造世界先进设备逆向开发的模式。对于基础的

数学和物理理论基础研究较国外有一定差距。3）缺乏研制人才，国

内在研发中能起到关键性作用，解决技术难点的研发人员稀少，企业

研发困难。4）国外专利技术的封锁限制。根据《1997-2016年专利

分析全球质谱仪技术创新现状和趋势》的数据，我国质谱仪专利申请

总数虽然位居世界第三，但涉及核心技术专利与发达国家相比处于劣

势。

离子源和检测器作为核心零件技术壁垒最高：在禾信仪器招股书中披

露我国质谱仪多采用高端通用设备外采，核心零部件自产自研的模式,

一方面高端零部件（例如真空系统分子泵，进样系统等）市面上供应

商众多，竞争充分，外采可以节省自身研发费用；而核心部件离子源

和检测器决定了检测物质类型的丰富程度以及检测精度。我国在中低

端设备领域基本实现自产自研，而高端技术仍然被外国企业掌控，例

如静电场轨道阱技术（Orb计rap）是赛默飞的独家专利，并推出了相

应商品化的高分辨质谱仪，目前Orbitrap几乎成为轨道阱质谱的代名

词，在市场上有一定垄断的态势。我国企业正积极研发离子源与分析

器相关技术,缩小国内外差距，例如禾信仪器2018年自研取得MALDI

的专利技术，将技术差距缩短到30年内。

2、产品体系和布局

国外巨头产品布局广泛，重视生物医药领域，在华营收占比高：与国

际巨头企业相比，国内企业发展布局不平衡，主要集中在环境监测领

域，主要系环境监测领域设备技术要求相对较低，研制成功率较大，

国内过去环保政策愈加严格，行业较为景气。而世界龙头企业产品体

系布局广泛，深度布局高毛利，高技术含量的生命科学与医疗诊断领

域。作为全球最活跃的新兴市场，中国市场对整个科学仪器的影响力

逐渐攀升，在华营收成为跨国企业全球业绩重要的一环。赛默飞、丹

纳赫、安捷伦、岛津等国外龙头企业在华收入体量数十亿到上百亿人

民币，研发与服务逐渐趋于本土化。相比之下国内企业收入规模仍在

亿元级别。

flB14:国内外企收产品布展对比

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3、品牌影响力

国产品牌影响力较小，获得客户认同还需一定时间：由于国外龙头长

期处于市场垄断地位，高校、科研单位等机构在进行尖端前沿研究时

会优先采用进口大牌仪器进行背书，同时大型跨国企业不断在市场上

推行新的标准，巩固自己的垄断地位。因此即使国内质谱仪技术有所

提高，品牌影响力的与客户认同的建立还需要一定时间。在《质谱仪

技术进展、自主创新研发和开放使用现状》中指出2020年高校、科

研院所和企业购置质谱仪和相关设备共支出114.6亿元，其中进口质

谱仪占比92%,国产占比仅8%。

高端质谱仪依赖进口，美国成为我国质谱仪最大进口市场：从国内进

口来源地分布来看，美国、新加坡、德国、日本是我国质谱仪进口数

量靠前的国家。2020年从美国进口质谱仪4538台，占比31.5%,

位居第一；从新加坡、德国日本分别进口3879台、1980台与1755

台，分别占比26.9%、13.8%与12.2%。

®16：2020年质谱仪近口国家分布

・美国

新加坡

・德国

・日本

•其他地区

26.90%

2026年国内市场可达235亿元，国产替代趋势明显：我国近年来质

谱仪市场不断扩大。根据统计，2021年我国质谱仪市场规模约160.3

亿元，约占全球总规模的三分之一。根据我们预测，按照国际质谱仪

市场7.7%增速保守估计，2026年中国质谱仪规模将达到约230亿

元。近年来伴随着国内厂商技术不断追赶、中美贸易的摩擦带来高端

设备进口影响与国内政策的支持，进口依赖度从2017年的84.47%

下降至I」2021年的73.36%。国内质谱仪行业逐渐摆脱历史影响，国

产替代加速。

3、产业转型下的中日对比

中国目前处于经济结构转型与产业升级时期，与20世纪70年代中

期至80年代中期的日本在各方面有着较多的相似。通过研究日本的

产业化升级做法可以一定程度映射中国产业转型背景下的仪器行业

的演绎逻辑。

3.1日本的产业转型

日本二战后对于物资的需求与政府政策的扶持，使整体产'也重心由农

业、渔业、纺织为主的劳动密集型产业向煤炭、钢铁等资本密集型基

础工业转移。日本也进入了人均GDP高速增长的时期，但是由于工

业体系的不完善与市场的限制，日本工业主要是粗放式的重工业，70

年代初期布雷顿森林体系瓦解，日元快速升值，依靠原料进口与成品

出口的日本加工型工业利润大幅下滑。田中角荣为了应对经济危机,

推出了列岛改造计划，企图通过大规模的土地开发与基建投资来弥补

不足。随着第一次石油危机爆发与列岛改造计划带来的产能过剩，日

本被迫进行第二次的经济转型。

图20:日本房价与CPI

180.00

160.00

140.00

120.00

100.00

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00

日本政府出台了一系列的政策推动产业升级，针对传统的重工业提出

“减量经营”，1978年出台“特定产业安定临时措施法”，将化肥、钢铁、

石油产品等行业认定为萧条行业，通过减产，降薪，抑制设备投资，

降低库存等手段提高行业生产效率，出清低端产能。针对新兴产业,

在1974年日本政府发表《产业结构长期设想方案》中提出重点发展

“资源能源节能型产业”和“技术密集型产业、而后在1980年的《产业

结构长期设想方案》中明确了技术立国的战略，明确/以电子信息技

术、新材料技术、新能源技术为中心的技术革新作为增长动力，发展

知识密集型的新兴产业。

日本在政府政策支持下，制造业完成了重构，运输机械与基本金属比

重下降，电气机械（含电子设备）产业比例上升。日本在汽车与电气

上的节能化研发适应了市场需求变化，汽车、电子产品逐渐崛起，成

为主要出口物，低技术含量的产业出口比例逐渐下降。产业的成功转

型顺应了日本当时产能过剩与劳动力成本上涨的趋势，带动了经济的

发展。从出口产业指数来看，以精密仪器为代表的高端制造业大幅领

先其他行业。

70年代由日本通产省，大藏省和日本银行指导和控制，通过大规模

引进国外技术与专利，走上缩短与世界水平差距的捷径，为80年代

的仪器快速崛起奠定了基础。以岛津为例，至1970年为止同国外19

家公司签订了26项技术引进合同，仅分析仪器就有9项。公司基于

引进的技术在1978-1985年8年时间里在21个领域开发了74个新

产品。在二级市场中，1975—1984年精密仪器行业涨幅居前，高达

532.8%,大幅超过同期日经225指数涨幅。仪器巨头岛津和日本电

子在该肘期也实现了股价上涨3.73倍与4.35倍。

3.2中国的相似之路

从宏观层面来看，根据世界银行统计，2020年我国研发支出占GDP

的比重约为2.4%,横向对比日本在1984年科研经费占GDP的比重

为2.42%。我国目前年人均GDP约为12000美元，大致相当于日本

1980年代水平。日本在人均GDP首次突破1万美元关卡后，第三

产业占GDP比重大幅度上升，而中国近10年随着人均GDP快速增

长，也经历了第三产业的蓬勃发展。面对过剩产能，中国与日本“减

产经营”相似，在2015年也提出过供给侧改革，煤炭、钢铁等高耗能、

高污染行业中的过剩产能逐渐出清。

传统化石能源的投入，走向了低能耗的发展路线，而中国近些年也在

新能源上加大投入和布局，在2022年提H了“双碳'目标，加快向清

洁能源的转型，同时推动污染防治。1980年日本提出的科技立国战

略极大地推动了半导体与通信行业的发展，与之相似，中国在二十大

中强调创新驱动发展战略，实现多领域的国产替代。中国与80年代

日本发展之间也有差异。首先，中国城镇化率仍处于较低水平，改革

开放以来我国城镇化率显著提升，但与发达国家相比仍有差距，目前

我国城镇化率刚超过60%,而1975年日本的城市化率达到了75%,

中国城镇化发展仍有一定的空间。而在需求上，中国虽然现在是世界

第一大的出口国家，但是贸易依存度逐渐下降，在逆全球化的趋势下,

我国提出了“以国内大循环为主，国内外双循环”的战略。在我国完善

的工业体系加持与国民收入持续增加作用下，未来国内将以内需作为

主要动力。

过去中国制造业高端领域十分依赖进口，主要依靠日本、美国、德国

等制造强国。自2018年中美贸易摩擦后，日本和美国以科学仪器为

代表的高端制造业对华出口出现了明显下降。贸易摩擦加速了我国国

产化的进程，在产业升级中，国内高端制造业提升国产替代率将是未

来的主线。在与日本相似的产业化转型背景下，伴随着新能源，半导

体，生命科学的快速发展，必将产生大量的科研与检测需求，科学仪

器是转型过程中必不可少的工具，而质谱仪是21世纪中应用范围较

广与技术含量较高的科学仪器。结合日木的发展经验来看，以质谱仪

为代表的科学仪器一旦实现技术突破实现国产替代后，行业将迎来快

速发展。

图39:美国对华高科技产品出口（百万美元）

45,000.00

40,000.00

35,000.00

30,000.00

25,000.00

20,000.00

15,000.00

10,000.00

5,000.00

0.00

3.3“先端计划”：日本21世纪仪器技术的重新赶超

进入21世纪，日本在经历过90年代低谷后，错过了第三次的技术

革命，信息技术与科学仪器领域以美国和欧洲为首的西方国家再度领

先。日本为了摆脱对外的依赖，在政策上制定了“先端计划”扶持日本

先进科学仪器发展。通过“先端计戈『'十年的发展，日本仪器行业取得

了快速的发展，产生了大量研究成果。该发展路径值得中国借鉴日本

21世纪初推出“先端计划”，摆脱进口依赖：由于“广场协议”的签订与

90年代日本经济泡沫破裂，发展陷入停滞，原先80年代领先的电子

与精密仪器行业被美国与欧洲反超。2002年日木科学家田中耕一与

美国科学家约翰芬恩共同发明的“对生物大分子的质谱分析法”获得

了该年度的诺贝尔化学奖，促使口本对先进科学仪器领域的科技发展

重新重视。当时最先进的测量分析技术及机器绝大多数掌握在美、德

等发达国家的手里。根据《世界科技研究与发展》，为摆脱对国外先

进技术与仪器的高依赖局面，2003年6月，日本文部科学省制定了

先进测量分析技术和设备自主研发项目的支持措施，选定对尖端分析

计算测量仪器要求高、有望产出重大科研成果的研究领域进行重点支

持，并于2004年由JST启动了“先端计划”。

推动基础科学技术和可以孵化共同发展，提升产业竞争力：根据《中

国仪器仪表学会》论文，先端计划的主要任务是开发“世界独一无二”,

“世界第一”的测量分析技术和仪器设备，减少日本对国外先进科研仪

器的依赖程度，推动相关企业的发展。主要发展方向为：1）广泛利

用新原理、新发现、新方法，创造出世界一流且全球最畅销的独创性

测量分析系统；2）面向社会需求解决重要课题，支撑科学技术的创

造3）推进先进测量分析领域象征透射电子显微镜、扫描透射式显微

镜、核磁共振、质谱的品牌机的重点开发。4）推动与先进测量分析

领域知识产权和标准化国家战略项目相衔装；5）发展核心基地，促

进整体发展，项目的具体目标是解决日本国家层面的科学问题和提升

产业竞争力。

产生大量论文专利，商业化成果领先世界：先端计划的实施在日本国

内催生了大量的论文和专利，仅在2004年・2013年十年间，该计划

共资助发表了论文2774篇。申请专利1048件。并在国内外获得多

项权威奖项。该计划实施至2021年截止，生命科学领域已成功商业

化的成果共18件，材料测量领域的共19件，环境测量领域的5件

和放射线测量领域的9件，部分成果在全球先进科学仪器领域市场具

有领先地位，例如大阪大学和岛津制作所于2017年开发并已商业化

的NexeraUCPrep半制备型超临界流体色谱系统，可应用于医疗领

域生物标志的探索、药品分析、毒性评价和环境领域的污染物分析,

将过去需要1周时间的500种残留农药检查缩短到50分钟。该设备

荣获Pittcon2019EditorsAwards金奖。

图42:2004-2016年日本先曜计划及中国萦大科研仪器研发项目资助情况对比

日本资助额度（万元）-I中国资助额度（万元）

——日本项目数——中国项目数

1

61060000

40

150000

210

0040000

80

6030000

4020000

20

10000

0

科武存裨衩犬护科护式护耕

3.4国内政策频出，推动国产化进程

在2018年国家就将质谱仪纳入高端装备制造行业中。2020年美国

出台针对中国的《商业管制清单》（TheCommerceControlList,

CCL）涉及对中国科学仪器的管制条款超过2000条，约占总数4510

条的42%。对科学仪器的限制影响将不亚于对芯片限制的影响。此

外进口仪器存有数据后门，在国防军事等重要科研领域有数据安全风

险。2021年5月，财政部和工信部制定了《政府采购进口产品审核

指导标准》，对进口仪器采购进行了审核建议，其中四款质谱仪器国

产采购比例建议不低于50%。进口质谱仪因为垄断原因，整体售价

比较高，国产质谱仪有明显的价格优势，同时国产质谱仪厂商在服务

响应与定制化的方面有着明显优势，未来在仪器性能提升的基础上,

国产仪器份额将进一步提高，研发投入进一步加大，实现国产替代的

正向循环。

近年政策支持力度加大：我国科研领域研究起步较晚，与发达国家存

在不小的差距，但近年来国家逐步重视科学研发投入，发布《加强从

0至!J1基础研究工作方案》、《高端智造再制造行动计划》等文件,

在政策支持下科研经费不断增长，带动科研机构及企业对于高端仪器

与配套服务需求不断增加，推动我国仪器行业发展。

千亿贴息贷款助力发展，学校采购发力明显：2022年9月28日中国

人民银行设立2000亿元设备更新改造专项再贷款资金支持金融企业

以不高于3.2%的利率向医院、高校等十个领域进行贷款补贴。贷款

由2022年10月开始，至2022年12月截止。其中学校的采购需求

最为强烈，约占采购额比例的60%。根据政府采购网公示，2022年

电子显微镜招标金额达25.05亿，同比增长348.92%。质谱仪招标

金额达22.32亿，同比增长436.84%。但根据政府招标网从购买仪

器数量统计仍以进口为主，国产仪器只占10%。推测原因主要是采

购单位以头部院校为主，科研需求较强，需要最为先进的仪器满足需

求。

图47:2022年进出口质谱仪数量占比

■国产进口

4、海外公司发展经验借鉴

在复盘国际仪器巨头公司的成长路径中，平台化是必不可少的发展阶

段，但是实现平台化的路径根据我们研究可以主要分为两种模式，其

一是深耕单一垂直技术细分领域，在该领域技术达到一定规模后，通

过与同行合作降低技术壁垒等方式实现横向平台化发展，岛津制作所

为该类型公司的代表。其二是通过合作、收购等模式快速获得跨行业

技术与专利，形成平台化和规模化优势后再向各个领域垂直发展，安

捷伦科技为该类公司的代表c

4.1岛津制作所：深耕X射线发展，横向拓展多行业仪器

在垄断市场的巨头中，日本的岛津制作所?用有近150年历史，该公

司早年以X射线发现为契机，基于军民合作的仪器创新，从一间专

营仪教学仪器细分领域的公司，逐步成长为国际顶尖的综合性仪器制

造商，岛津的发展经验值得中国仪器公司借鉴。

创立之初科教仪器发展

明治维新后日本政府解除了闭关锁国政策：开始从欧美各国引进大批

学者和技术工作者发展近代教育与科学。其中尤其重视职业学校的发

展，职业学校的开办为日本政府各部门培养了大批的职业技术人才,

同时也增加了教学和研究用科学仪器的需求。当时日本获取科学仪器

主要依靠海外购入，为了满足社会需要，岛津源藏创立了岛津制作所,

由修理进口仪器逐渐变为模仿制作。1882年岛津制作所发布了《理

化器械目录表》，其中标注“可以根据科学需求制作任何产品”。科学

仪器早期由技术先进国家到发展中国家的传播链条中必须以人为纽

带，日本政府引进的学者与技术工作者不仅传播了仪器制造所需的基

础学科知识，同时也带来了在生产中的经验与默会的知识，岛津的初

创时期同样采用了“学徒制”的管理模式，以科学仪器为最终载体，以

师徒员工关系为纽带，将科学仪器的制造工艺固定下来。初期积累的

相关技术经验为岛津抓住X射线的机会打下坚实的基础。

X射线带来仪器创新

1895年伦琴发现X射线，同实验室助教冈村范为驰将该技术带回日

本，选择与岛津研究所合作成立X射线实验场所，为岛津接触世界

最前沿的放射学研究提供条件。在明治维新后期，日本科学研究开始

起步，但是进口仪器渠道不畅。进口的时间与经济成本过高，急需国

产替代。1897年岛津抓住机遇生产并出售教学用x射线装置，占领

了教育用x射线的主流市场，而同类进口仪器到1899年才在日本销

售。

军民合作下的医疗转型

X射线作为颠覆式的创新，直接带动了放射诊疗的快速发展，一战前

期，日本大规模的军事扩张，军队产生了对X射线诊疗仪器的大规

模需求。该类型仪器日本市场主要被德国西门子公司垄断。在日俄战

争期间由于进口资源短缺，军队找岛津合作改良开发富化物电池，极

大地增加了与军方密切合作的氛围。在军方的要求下，1909年岛津

推出了装配60多个蓄电池的威尔断续器感应线圈式直流大型医用X

射线仪器，并在日本陆军中使用，成为了最早在日本生产的医用X

射线仪器。在1914年“西门子事件”与日本对德宣战的影响下，西门

子被迫离开日本市场，进口产品被美国GE、岛津与日本电气等公司

取代。一战时期日本进口x射线诊疗仪器需要缴纳20%的关税，这

一贸易保护政策使得岛津、日本电气等本土企业抢占了国内中低端市

场。二战时期，日本对外战争的长期化与扩大化，使得以中国为首的

国际市场被迫向日打开，岛津也不断实现技术突破发布新产品，迎来

了快速增长时期。

战后经济修复需求促使岛津进入工业仪器领域

二战过后，美军先后接管岛津多个分公司与工厂，美日关系密切，日

本依靠美国技术与资金扶持将前沿科技应用到民用与工业领域。而面

对日本的战后复苏需求，岛津开始生产一系列装置，支持经济社会复

兴，实现了大量产品的商业化研制出的产品包括日本第一台电子显微

镜（1947年），世界第一台光电式分光光度仪（1952年），日本第

一台直读式发射光谱分析仪（1953年），日本第一台气相色谱仪（1956

年），世界上最早的远程式X射线透视摄影系统（1961年）。与此

同时，岛津也不断向工业仪器、航空仪器、控制仪器等领域拓展业务

范围。岛津1896年到1917年是在X射线仪器创新的起步探索阶段，

从1918年到1930年是x射线仪器创新带来的稳步发展时期，营业

收入年均增长7.1%。1924年负责x射线仪器的岛津伦琴部年产约

100台，销售额高达70万日元，接近公司总营业额的20%,1926

年岛津伦琴部的销量已经超过了250台。在1917-1937年间随着x

射线诊疗仪器市场的扩张，岛津制作所的资本金从200万日元迅速

增加到1200万日元，企业员工数由358人增长到2670Ao1931-1945

年是岛津的起飞与高速成长时期，公司收入规模进入了快速发展阶段,

营业收入年均增长达25.9%o

70・80年代跟随日本产业转型，迈向现代化、平台化发展

80年代日本整体产业结构性调整，政府制定计划优先发展科技与高

端制造业。由于日本经济的繁荣与工业化的快速发展，国内掀起了一

股“研究所热潮”，以岛津为代表的公司愿意在一些不能在短期内产生

商业化收益的项目持续投入研发，虽然这一热潮在90年代因为日木

经济下行，企业资金压力变大而停止，但是为以田中耕一为代表的企

业科研人员实现技术突破奠定了科研基础。岛津在这一时期依靠国内

政策支持与企业自身的研发投入进入了高端质谱仪领域并站稳脚跟。

随后逐步将业务扩展至全球范围，先后在德国、中国、阿根廷、英国、

新加坡，构建起覆盖欧洲、美国、亚洲和大洋洲的研发结构体系C岛

津在1970年与瑞典公司LKB合作，将世上第一款量产GC-MS：

LBK-9000引入日本，开启了岛津的质谱之路。之后通过与美国杜邦

公司的技术合作，岛津在1978年成功自制液相色谱仪(LC)o并凭

借白余年的技术积累，在1985年完成磁悬浮式涡轮分子泵(TMP)

的制造。20世纪八十年代左右，岛津在全球的销售额达到1000亿日

元，利润超过100亿日元，企业资本超过100亿日元。

现代岛津进入了稳定增长时期，已经形成了包含分析计量仪器、医学

仪器、工业仪器、航空设备及其他的综合性国际仪器巨头。2011年

-2022年公司营业收入CAGR4.91%,毛利率约稳定在40%水平。

2022年生产各类设备供给432台，员工人数共13499人，实现收入

4280亿日元，净利润660亿日元。其中分析计量仪器占收入比重与

研发开支比重最大，分别为65%/63%,医学仪器与工业仪器收入稳

定增长。

岛津在成立初期19世纪抓住了X射线这一新兴关键技术，避开了老

技术范式中追赶领先者存在的后发劣势与当时日本工业界技术薄弱

的问题。在初期产品定位于教学用仪器，极大程度地顺应了日本教育

革新的时代潮流。并且在关键技术X射线产品研发的同时，对配套

电源等设备不断进行技术累积。一方面通过频繁的论坛与产学结合模

式，加强自身研发能力，并且促进学校科研工作者的对岛津仪器的了

解和依赖程度。另一方面以电源等周边通用配套设备打开与军方合作

的突破口，将X射线诊疗仪器落地到军队殖民地市场。而面对难以

突破的技术和专利壁垒，岛津积极寻求国际范围内的同行合作，以合

作获取技术共享的机会，在此基础上进行技术研发，吸收最先进技术,

最终实现技术升级和超越。

4.2安捷伦：并购驱动高速成长

安捷伦是成立于美国的全球生命科学、诊断及应用化学的领导者，在

通信、电子、半导体、测量、生命科学和化学分析行业拥有悠久的创

新和领先历史。安捷伦历史可以追溯到1939年创立惠普公司，成功

研发并销售出第一台产品阻容声频振荡器。而安捷伦前身F&M由

FrankMartinez于1956年成立，是当时全球最大的气象色谱仪生产

厂商，1965年被惠普收购，惠普由此进入分析仪器领域。1998年惠

普宣布战略性重组计划，建立一家独立的测量公司和一家计算与图像

公司，前者名为安捷伦科技有限公司，由元器件、测试与测量、化学

分析和医疗仪器业务部门组成，后者为人们熟知的惠普公司，包括惠

普所有的计算、打印和图像业务。随着安捷伦以2.1亿美元上市，打

破了当时硅谷最大的IPO规模后，惠普公司将拥有的安捷伦股份分

配给惠普股东，自比安捷伦完全独立。

安捷伦成立初包含仪器、化学分析、电子元件和医疗产品，并依靠过

往惠普在仪器领域的研发经验逐步确立全球的领先地位，但在2000

年美国科技泡沫破裂，受经济影响，安捷哈拆分与重构，2001年安

捷伦将保健医疗部门出售给飞利浦。2005年安捷伦将用于消费和工

业用途的半导体集成电路业务出售。2010年后为转型与分化时期，

安捷伦与是德科技拆分，由是德科技从事原有的电子测量业务，安捷

伦专注于应用化学，医疗诊断业务。公司通过大量的并购获取跨行业

的技术与影响力，2010年收购Varian,使得安捷伦正式进入生命科

学邻域，2012年收购丹麦癌症诊断公司Dako,扩大了公司在生命科

学领域的影响力，2016年收购了英国的测试公司MultiplicomN.V,

2017年收购了英国开发和制造拉曼光谱仪器的公司CobaltLight

System,2018年收购了毛细管电泳分子公司AdvancedAnalytical

Technologies,聚糖试剂生产商ProZyme、韩国仪器分销商Yongln

ScientificCo,2019年收购创新生命科学仪器龙头BioTek

Instrumentso通过分化与转型，安捷伦不断完善自己的产品矩阵，

形成了生命科学应用（LSAG）、交叉实验室（ACG）、诊断学和基

因学（DGG）三大业务集团。推出了数十种仪器与服务产品，其中

安捷伦ICP-MS常年全球销量第一。

表10：安废伦收购历史

标的公司收购时间主营业务

SeahorseBioscience2015细胞生物能量学分析仪器

MultiplicomNV2016基因检测

CobaltLightSystems2017拉曼光谱仪器

LuxeelBiosciences2018体外细胞试剂

Genohm2018数字实验室管理

ProZyme2018聚糖试剂

UltraScientific2018化学标准品

YIScientific2018科学仪器经销

ACEABiosciences2018药物研发

AdvancedAnalyticalTechnoloqiesJnc2018毛细管电泳

BioTeklnstruments2019生命科学仪器

安捷伦2022年营业收入为68.48亿美元，同比增长8.37%。公司15

年后的大量并购维持公司业绩的稳定增长，2015-2022年年均复合增

速5.09%,净利润12.54亿美元，同比增长3.64%,净利率达18.31%。

安捷伦持续维持高投入研发，2020-2022年投入研发分别为4.95亿

美元,4.41亿美元,4.67亿美元,分别占当年营收比重9.27%,6.98%,

6.82%。此外对于新兴市场每年持续投入3亿美元资本开支。每年约

7亿美元高研发支出，保证了安捷伦在下游各行业技术路线的商业化

上保持的领先地位。

安捷伦除了用高研发投入保障先进技术外，完善的销售网络搭建为公

司成长提供了保障。根据公司报告，安捷伦在全球美洲、欧洲与亚太

地区100多个国家和地区设置有分工厂与网点，设立了26万个实验

室，每年与客户或潜在客户互动超过100万次。凭借优秀的销售渠

道，安捷伦成功地进入中国市场，在中国拥有两千多名员工，总部位

于北京，在上海和杭州分别设有工厂和研发中心，2022年在华营收

14.99亿美元，是除美国外最大市场。

5、重点公司分析

5.1禾信仪器：专注时间飞行领域正向研发的国产化质谱仪”专精特

新”小巨人

质谱仪为主业，技术积累丰富：禾信仪器成立于2004年，根据公司

招股书披露，当前国内尚无以质谱仪制造为主业的上市公司。公司是

集研发、生产、销售与技术服务为一体的国家火炬计划重点高新技术

企业。公司创始人周振在德国读物理学博士期间，师从垂直引入式飞

行时间检测器发明人A.F.Dodonov教授与无网反射飞行时间检测器

发明人Wollnik教授，并于2000年成功研制了分辨率达20000的高

分辨率垂直引入式飞行时间质谱仪，成为当时国际同类仪器中技术指

标最高水平。

公司形成环境监测+临床医学+实验室的三大业务布局：在大气环境

领域，公司主打SPIMS、SPAMS、AC-GCMS产品系列；在水环境

监测领域公司主打ICP-MS系列固定/车载水质重金属应急监测系统;

临床诊断领域公司推出全自动核酸质谱监测系统和全自动微生物质

谱监测系统；在实验室领域公司推出三重四级杆液质联用仪

(LC-TQ5100).气相色谱质谱连用仪与电感耦合等离子体质谱仪。

受疫情影响收入下滑明显，研发与销售费用增加导致净利润下滑：根

据业绩快报,2022年公司实现营业总收入2.80亿