離子遷移譜技術(shù)(IMS)是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的一種新興的分離和檢測技術(shù)。長時間以來，人們一提到離子遷移譜，總是和安檢聯(lián)系在一起。事實也確實如此，很長一段時間，離子遷移譜的主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在爆炸物及毒品的檢測，而在常規(guī)的食品、藥品檢測領(lǐng)域卻“鮮為人知”。 近期，隨著技術(shù)的進步，離子遷移譜升級為高效儀器(高效離子遷移譜，HPIMS)之后，開始進軍藥品及食品檢測領(lǐng)域，現(xiàn)在我國的一些政府機構(gòu)已經(jīng)采購了相關(guān)的儀器。相比傳統(tǒng)的離子遷移譜，高效離子遷移譜的優(yōu)勢有哪些?未來可否為食品、藥品檢測行業(yè)提供新的便利的檢測手段進而占據(jù)一席之地?為此91儀器信息網(wǎng)編輯特別采訪了Excellims公司總裁兼首席執(zhí)行官吳青博士。 Excellims公司的創(chuàng)始人和CEO Excellims公司是一家位于美國馬薩諸塞州的高科技公司，曾得到美國政府部門的資金支持，致力于新的、高端的離子遷移譜的研發(fā)和生產(chǎn)，是世界高效離子遷移譜技術(shù)的發(fā)明者也是現(xiàn)代離子遷移譜儀的領(lǐng)先者。Excellims還是馬薩諸塞州評選的加速發(fā)展科技企業(yè)。經(jīng)多年研發(fā)，于2012年，世界首創(chuàng)電噴霧高效離子遷移譜產(chǎn)品問世。目前，Excellims公司除了獨立的高效離子遷移譜(GA2100 HPIMS)之外，高效離子遷移譜液相色譜檢測器 (IA3100)可以直接與液相色譜相連為分析化學(xué)實驗室提供二維分離;另外，高效離子遷移譜還可以與質(zhì)譜聯(lián)用，如RA4100 HPIMS-MS以及與賽默飛Orbitrap MS 聯(lián)用的MA3100 HPIMS，其中IA3100高效離子遷移譜榮獲2014年R&D大獎。 Excellims公司的創(chuàng)始人兼CEO吳青博士畢業(yè)于華盛頓州立大學(xué)Herbert H.Hill實驗室，博士學(xué)位的研究課題就是離子遷移譜及質(zhì)譜儀的原理及應(yīng)用。畢業(yè)之后其先后在布魯克及GE從事質(zhì)譜、離子遷移譜的研發(fā)，銷售和市場工作，說起為什么選擇建立Excellims公司?又為什么會選擇高效離子遷移譜作為公司的主打產(chǎn)品?吳青博士談到，“我是一個偏技術(shù)的人，在我讀博士的時候做了很多有關(guān)高分辨率離子遷移譜的研究工作，但很多技術(shù)并沒有被當(dāng)時的生產(chǎn)廠家所采用，沒有真正成為產(chǎn)品供科學(xué)家和用戶來使用。從我個人的角度來說，我真的很想讓這些技術(shù)在產(chǎn)品上得以實現(xiàn)，而且我非常有興趣做這個事情?！? 下面我們就來聽聽吳青博士對高效離子遷移譜的理解。 何謂高效?如何做到高效? 何謂高效?與傳統(tǒng)離子遷移譜相比，高效體現(xiàn)在哪些方面? 對此，吳青博士介紹到，“高效離子遷移譜與傳統(tǒng)的離子遷移譜相比，靈敏度差不太多;分辨率高2-8倍，傳統(tǒng)離子遷移譜的分辨率為10-30，而現(xiàn)在Excellimss公司獨立的離子遷移譜的分辨率可以做到70-80，和質(zhì)譜儀聯(lián)用的儀器分辨率可以做到更高，最高分辨率可以做到120;線性范圍高出兩倍，傳統(tǒng)離子遷移譜的線性范圍一般做到1-2個數(shù)量級，而高效離子遷移譜可以做到2-4個數(shù)量級?！? “此外，在進樣方式上也有很大的改進，傳統(tǒng)離子遷移譜應(yīng)用面很窄，只能測揮發(fā)性及半揮發(fā)性物質(zhì)，如爆炸物。Excellims采用了現(xiàn)代電噴霧源，配置了三種互換的進樣方式(熱解吸、電噴霧、氣體直接進樣)。氣體、液體、固體三種類型的樣品都可以在幾秒鐘內(nèi)進行檢測，鑒定?！? 從傳統(tǒng)的離子遷移譜到高效的離子遷移譜，如何達到高效?在哪些方面進行了改進? “這是一個很關(guān)鍵的問題，但是也是一個很難解釋問題”，吳青博士介紹到，“作為一個物理現(xiàn)象，離子遷移譜的峰寬跟擴散常數(shù)有關(guān)系，單純根據(jù)擴散來說，離子遷移譜的分辨率理論上可以做到很高，但是由于儀器設(shè)備方面的一些局限，還有其它的一些因素，會造成峰變寬，只能做到一百或者幾十?！? “我在做博士論文的時候，做了很多分辨率改進的工作，有很多儀器設(shè)備方面的改進。其中最重要的是電場要均勻。離子在飛行的時候如果遇到障礙就會導(dǎo)致飛行時間變化，峰變寬，所以要保證電場中飛行的離子有同樣的經(jīng)歷，在設(shè)計儀器的時候這是一個很關(guān)鍵的因素，也是一個最主要的因素?！? 要做到高效，還有很多具體技術(shù)上的改進，吳青博士介紹到，“比如進樣方式的改進等，此外，我們還研究新原理的離子遷移譜、多維離子遷移譜，或者加不同電壓的離子遷移譜。為此，Excellimss公司已經(jīng)申請了五十幾項專利技術(shù)，其中最主要的一個專利就是離子遷移譜、質(zhì)譜和液相的三者聯(lián)用的儀器，增加一個維度的分離，這是在美國今年剛剛批準(zhǔn)的一個專利，可以給用戶提供更多的便利和解決方案。” 近年來，隨著對離子遷移譜認(rèn)知，有很多儀器廠家把離子遷譜融入到質(zhì)譜中。IMS-MS聯(lián)用以成為了質(zhì)譜儀開發(fā)的前沿。據(jù)介紹，在聯(lián)用方面，Excellims和賽默飛有合作項目，賽默飛的Orbitrap軟件可以直接控制Excellims的離子遷移譜。對于其他廠家的質(zhì)譜，也是可以聯(lián)接使用;只要在質(zhì)譜廠家軟件增加一個接口軟件，就可控制離子遷移譜。與液相方面的聯(lián)接比較容易一些，Excellims的離子遷移譜可以聯(lián)任何廠家的液相，Excellims可以提供一些接口方面的配件和服務(wù)。 高效離子遷移譜：理想的快檢方法 Excellims在GA2100的一份儀器介紹中是這樣說的，“GA2100的分離能力大于等于液相色譜相，但是分析速度更高，運行成本更低?！蹦敲锤咝щx子遷移譜與常規(guī)的分析儀器(GC、LC、MS)相比，有什么樣的優(yōu)勢? 對此，吳青博士介從分辨率、分析時間以及價格等方面給出了詳細的介紹： “分辨率是一個很關(guān)鍵的問題，質(zhì)譜儀的分辨率要比離子遷移譜高至少3倍，其實質(zhì)量數(shù)和遷移率都是物理常數(shù)，只是質(zhì)量這個概念很容易接受。對質(zhì)譜來說，分辨率不夠，就要做高分辨的質(zhì)譜儀，這也是離子遷移譜努力的目標(biāo)?！? “分離率方面，從色譜的角度來說，電泳是最高的，可以做到300左右，氣相色譜一般來說可以做到140左右，高效離子遷移譜可以做到120左右(上端值)，平?？梢宰龅?0-80，常規(guī)液相一般來說是60-70。當(dāng)然液相可以做很長時間的分離，效率可以提高很多，如UPLC可以做到很高?！? “從時間上考慮，做一個電泳10分鐘，氣相20分鐘，高效液相 10-20分鐘，高效離子遷移譜分離檢測基本上10s可以完成?！? “價格方面，獨立的離子遷移譜比最便宜的HPLC要貴，比最貴的HPLC要便宜?！? “總體來說，高效離子遷移譜的分辨率可以和液相相媲美，但速度要快很多，適于樣品快篩，現(xiàn)場移動方便，從這個角度上來講，離子遷移譜是一個非常理想的快速檢測的方法?！眳乔嗖┦靠偨Y(jié)到。 與傳統(tǒng)儀器的競爭：不是替代，而是互補 既然高效離子遷移譜具有以上的優(yōu)勢， 那么其是否可以代替液相或某一類傳統(tǒng)的分析儀器? 對此，吳青博士介紹到，“不要認(rèn)為離子遷移譜高效了就可以代替液相等產(chǎn)品，雖然在某些領(lǐng)域、某些應(yīng)用上是可以替代的，但是高效離子遷移譜的目的不是去替代某一類產(chǎn)品，而是提供一個新的分離檢測工具，可與傳統(tǒng)分析儀器互相補充?！? 接著其介紹到，“比如，有些樣品用液相分離檢測效果很好，是實驗室里常規(guī)的分析方法，大家依然會用液相來做;但如果不需要用UV檢測器做一個很準(zhǔn)確的定量(2%)，5%甚至10%的誤差就夠了，那么采用電噴霧的離子遷移譜，可以實現(xiàn)快速檢測，10s出結(jié)果。此時，離子遷移譜就是一個非常好的快速檢測手段，特別是在過程分析中會有很多的應(yīng)用?！? 不過，雖然不是代替，但是對于某一類應(yīng)用來說，哪一款儀器更合適，還是有一定的競爭的。吳青博士介紹到，“比如，對同分異構(gòu)體的檢測來說，質(zhì)譜很難實現(xiàn)，傳統(tǒng)的解決方案就是先用液相，不行的話再用電泳。而離子遷移譜可以提供快速、簡便的同分異構(gòu)體的分離檢測。” “再比如，單純的液相很難實現(xiàn)糖類的檢測，必須要用液質(zhì)，但離子遷移譜就可以勝任此項任務(wù)。試問，如果能在較低的費用下利用離子遷移譜解決問題，還需要花幾十萬美金去買一臺又高又大的質(zhì)譜儀嗎?”吳青博士說。 高效離子遷移譜的市場前景 在很長一段時間內(nèi)，傳統(tǒng)離子遷移譜的市場主要集中在安檢領(lǐng)域，不太適合食品及藥品方面的檢測，那么高效的離子遷移譜的應(yīng)用領(lǐng)域有什么不同呢? 對于市場前景，吳青博士介紹到，高效離子遷移譜在食品藥品的快速檢測、下一代爆炸物及毒品檢測儀、制藥與化工，食品與飲料的生產(chǎn)過程的快速檢測與管理等方面有很好的應(yīng)用前景。據(jù)悉，Excellims公司首先看好中國的食品藥品快速檢測市場，目前正致力于將高效離子遷移譜推廣到食品、藥品的檢測行業(yè)中去。但同時，吳青博士也介紹到，“剛剛起步，這個概念需要慢慢被人接受?！? 據(jù)介紹，Excellims公司的高效離子遷移譜現(xiàn)在在國內(nèi)已經(jīng)賣了十幾臺，主要是政府機構(gòu)，其中，中國食品藥品檢定研究院，中國上海藥檢所，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國廈門出入境檢驗檢疫局等單位已購入了Excellims GA2100型高效離子遷移譜儀，并領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)食品，藥品中非法添加物質(zhì)的數(shù)據(jù)庫。不過，在美國、印度，歐洲和日本已經(jīng)有藥廠、食品及飲料，和化學(xué)品的生產(chǎn)廠家購買相關(guān)儀器用于質(zhì)量監(jiān)督和過程控制。 “總體來說，我覺得在藥檢方面的推廣更快一些，因為藥品基質(zhì)相對來說比較簡單，我們已經(jīng)與國內(nèi)有關(guān)單位合作開發(fā)數(shù)據(jù)庫。在食品方面，樣品的面比較廣，有些樣品需要前處理。我們已經(jīng)在做一些常規(guī)樣品的分析方法開發(fā)。此外，在安檢和緝毒領(lǐng)域，高效的離子遷移譜以其獨特的進樣方式及低誤報率，可以代替一些比較落后的儀器。” 談到在中國的發(fā)展，吳青博士說，“在中國，我們的代理商做了很多工作，比如?？?、綠綿科技，萊帕克等，而且我們還有員工在國內(nèi)做售后和客戶關(guān)系方面的工作。總體來說，我們對中國市場比較熟悉，在中國做的工作也比較多一些，感覺中國市場成長還是比較快的?！? “中國在快檢，快篩方面的需求很明朗，比較看好中國市場，希望能夠在中國迅速開拓市場，并提升銷售能力。未來會在中國做一些更加有力度發(fā)展的計劃，比如設(shè)立辦事處，做更多的宣傳，市場拓展等工作。向離子遷移譜在機場的應(yīng)用那樣，我們希望把高效離子遷移譜在食品藥品監(jiān)管領(lǐng)域做成可靠的，低誤報的，高通量的現(xiàn)場食品藥品監(jiān)測儀” 當(dāng)然，吳青博士也分析到，“在中國可能會涉及一些標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的問題，我們也希望能與中國的這些標(biāo)準(zhǔn)制作單位進行合作開發(fā)一些標(biāo)準(zhǔn)的方法，真正能將這些儀器推廣開來?！? 附件1? 吳青個人簡介 吳青博士(Ching Wu，Ph.D.)，Excellims公司創(chuàng)始人和CEO。 吳青博士于1988出國，曾經(jīng)留學(xué)日本，美國，獲華盛頓州立大學(xué)分析化學(xué)博士并獲得計算機科學(xué)、化工、化學(xué)領(lǐng)域的三項碩士學(xué)位。近20年來，吳博士一直從事與離子遷移光譜和質(zhì)譜相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品的開發(fā)和推廣工作。在創(chuàng)辦Excellims之前，他受聘于GE Security，任技術(shù)研發(fā)總監(jiān)，在那里吳博士曾與許多美國和其他國家政府機構(gòu)合作建立爆炸檢測及其他安檢領(lǐng)域的技術(shù)解決方案。他管理的團隊直接支持GE Security的業(yè)務(wù)發(fā)展和銷售活動;他也曾直接管理GE Security的化學(xué)，生物和爆炸物檢測技術(shù)開發(fā)工作，完成了很多政府及GE內(nèi)部的研發(fā)項目以支持GE業(yè)務(wù)的增長。之前，吳博士也曾在布魯克·道爾頓公司美國本部擔(dān)任質(zhì)譜軟件開發(fā)經(jīng)理;NCR擔(dān)任計算機系統(tǒng)工程師。吳博士在美國、中國及其他國家擁有50余項與離子遷移譜和質(zhì)譜有關(guān)的專利及正在申請的專利，并發(fā)表了受同行評審的科研論文20余篇。 附件2 Excellims公司簡介 Excellims Introduction.docx 采訪編輯：葉建