高效离子迁移谱进军食品药品检测领域——访Excellims公司总裁兼首席执行官吴青博士

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[导读] 近期，随着技术的进步，离子迁移谱升级为高效仪器(高效离子迁移谱，HPIMS)之后，开始进军药品及食品检测领域，现在我国的一些政府机构已经采购了相关的仪器。

　　离子迁移谱技术(IMS)是二十世纪七十年代发展起来的一种新兴的分离和检测技术。长时间以来，人们一提到离子迁移谱，总是和安检联系在一起。事实也确实如此，很长一段时间，离子迁移谱的主要应用领域集中在爆炸物及毒品的检测，而在常规的食品、药品检测领域却“鲜为人知”。

　　近期，随着技术的进步，离子迁移谱升级为高效仪器(高效离子迁移谱，HPIMS)之后，开始进军药品及食品检测领域，现在我国的一些政府机构已经采购了相关的仪器。相比传统的离子迁移谱，高效离子迁移谱的优势有哪些?未来可否为食品、药品检测行业提供新的便利的检测手段进而占据一席之地?为此仪器信息 网编辑特别采访了Excellims公司总裁兼首席执行官吴青博士。

Excellims公司的创始人和CEO

　　Excellims公司是一家位于美国马萨诸塞州的高科技公司，曾得到美国政府部门的资金支持，致力于新的、高端的离子迁移谱的研发和生产，是世界高效离子迁移谱技术的发明者也是现代离子迁移谱仪的领先者。Excellims还是马萨诸塞州评选的加速发展科技企业。经多年研发，于2012年，世界首创 电喷雾高效离子迁移谱产品问世。目前，Excellims公司除了独立的高效离子迁移谱(GA2100 HPIMS)之外，高效离子迁移谱液相色谱检测器 (IA3100)可以直接与液相色谱相连为分析化学实验室提供二维分离;另外，高效离子迁移谱还可以与质谱联用，如RA4100 HPIMS-MS以及与赛默飞Orbitrap MS 联用的MA3100 HPIMS，其中IA3100高效离子迁移谱荣获2014年R&D大奖。

　　Excellims公司的创始人兼CEO吴青博士毕业于华盛顿州立大学Herbert H.Hill实验室，博士学位的研究课题就是离子迁移谱及质谱仪的原理及应用。毕业之后其先后在布鲁克及GE从事质谱、离子迁移谱的研发，销售和市场工 作，说起为什么选择建立Excellims公司?又为什么会选择高效离子迁移谱作为公司的主打产品?吴青博士谈到，“我是一个偏技术的人，在我读博士的时 候做了很多有关高分辨率离子迁移谱的研究工作，但很多技术并没有被当时的生产厂家所采用，没有真正成为产品供科学家和用户来使用。从我个人的角度来说，我真的很想让这些技术在产品上得以实现，而且我非常有兴趣做这个事情。”

　　下面我们就来听听吴青博士对高效离子迁移谱的理解。

何谓高效?如何做到高效?

　　何谓高效?与传统离子迁移谱相比，高效体现在哪些方面?

　　对此，吴青博士介绍到，“高效离子迁移谱与传统的离子迁移谱相比，灵敏度差不太多;分辨率高2-8倍，传统离子迁移谱的分辨率为10-30，而现在 Excellimss公司独立的离子迁移谱的分辨率可以做到70-80，和质谱仪联用的仪器分辨率可以做到更高，最高分辨率可以做到120;线性范围高出 两倍，传统离子迁移谱的线性范围一般做到1-2个数量级，而高效离子迁移谱可以做到2-4个数量级。”

　　“此外，在进样方式上也有很大的改进，传统离子迁移谱应用面很窄，只能测挥发性及半挥发性物质，如爆炸物。Excellims采用了现代电喷雾源，配 置了三种互换的进样方式(热解吸、电喷雾、气体直接进样)。气体、液体、固体三种类型的样品都可以在几秒钟内进行检测，鉴定。”

　　从传统的离子迁移谱到高效的离子迁移谱，如何达到高效?在哪些方面进行了改进?

　　“这是一个很关键的问题，但是也是一个很难解释问题”，吴青博士介绍到，“作为一个物理现象，离子迁移谱的峰宽跟扩散常数有关系，单纯根据扩散来说， 离子迁移谱的分辨率理论上可以做到很高，但是由于仪器设备方面的一些局限，还有其它的一些因素，会造成峰变宽，只能做到一百或者几十。”

　　“我在做博士论文的时候，做了很多分辨率改进的工作，有很多仪器设备方面的改进。其中最重要的是电场要均匀。离子在飞行的时候如果遇到障碍就会导致飞行时间变化，峰变宽，所以要保证电场中飞行的离子有同样的经历，在设计仪器的时候这是一个很关键的因素，也是一个最主要的因素。”

　　要做到高效，还有很多具体技术上的改进，吴青博士介绍到，“比如进样方式的改进等，此外，我们还研究新原理的离子迁移谱、多维离子迁移谱，或者加不同 电压的离子迁移谱。为此，Excellimss公司已经申请了五十几项专利技术，其中最主要的一个专利就是离子迁移谱、质谱和液相的三者联用的仪器，增加 一个维度的分离，这是在美国今年刚刚批准的一个专利，可以给用户提供更多的便利和解决方案。”

　　近年来，随着对离子迁移谱认知，有很多仪器厂家把离子迁谱融入到质谱中。IMS-MS联用以成为了质谱仪开发的前沿。据介绍，在联用方 面，Excellims和赛默飞有合作项目，赛默飞的Orbitrap软件可以直接控制Excellims的离子迁移谱。对于其他厂家的质谱，也是可以联接使用;只要在质谱厂家软件增加一个接口软件，就可控制离子迁移谱。与液相方面的联接比较容易一些，Excellims的离子迁移谱可以联任何厂家的液 相，Excellims可以提供一些接口方面的配件和服务。

高效离子迁移谱：理想的快检方法

　　Excellims在GA2100的一份仪器介绍中是这样说的，“GA2100的分离能力大于等于液相色谱相，但是分析速度更高，运行成本更低。”那么高效离子迁移谱与常规的分析仪器(GC、LC、MS)相比，有什么样的优势?

　　对此，吴青博士介从分辨率、分析时间以及价格等方面给出了详细的介绍：

　　“分辨率是一个很关键的问题，质谱仪的分辨率要比离子迁移谱高至少3倍，其实质量数和迁移率都是物理常数，只是质量这个概念很容易接受。对质谱来说，分辨率不够，就要做高分辨的质谱仪，这也是离子迁移谱努力的目标。”

　　“分离率方面，从色谱的角度来说，电泳是最高的，可以做到300左右，气相色谱一般来说可以做到140左右，高效离子迁移谱可以做到120左右(上端 值)，平常可以做到70-80，常规液相一般来说是60-70。当然液相可以做很长时间的分离，效率可以提高很多，如UPLC可以做到很高。”

　　“从时间上考虑，做一个电泳10分钟，气相20分钟，高效液相 10-20分钟，高效离子迁移谱分离检测基本上10s可以完成。”

　　“价格方面，独立的离子迁移谱比最便宜的HPLC要贵，比最贵的HPLC要便宜。”

　　“总体来说，高效离子迁移谱的分辨率可以和液相相媲美，但速度要快很多，适于样品快筛，现场移动方便，从这个角度上来讲，离子迁移谱是一个非常理想的快速检测的方法。”吴青博士总结到。

与传统仪器的竞争：不是替代，而是互补

　　既然高效离子迁移谱具有以上的优势，那么其是否可以代替液相或某一类传统的分析仪器?

　　对此，吴青博士介绍到，“不要认为离子迁移谱高效了就可以代替液相等产品，虽然在某些领域、某些应用上是可以替代的，但是高效离子迁移谱的目的不是去替代某一类产品，而是提供一个新的分离检测工具，可与传统分析仪器互相补充。”

　　接着其介绍到，“比如，有些样品用液相分离检测效果很好，是实验室里常规的分析方法，大家依然会用液相来做;但如果不需要用UV检测器做一个很准确的 定量(2%)，5%甚至10%的误差就够了，那么采用电喷雾的离子迁移谱，可以实现快速检测，10s出结果。此时，离子迁移谱就是一个非常好的快速检测手段，特别是在过程分析中会有很多的应用。”

　　不过，虽然不是代替，但是对于某一类应用来说，哪一款仪器更合适，还是有一定的竞争的。吴青博士介绍到，“比如，对同分异构体的检测来说，质谱很难实现，传统的解决方案就是先用液相，不行的话再用电泳。而离子迁移谱可以提供快速、简便的同分异构体的分离检测。”

　　“再比如，单纯的液相很难实现糖类的检测，必须要用液质，但离子迁移谱就可以胜任此项任务。试问，如果能在较低的费用下利用离子迁移谱解决问题，还需要花几十万美金去买一台又高又大的质谱仪吗?”吴青博士说。

高效离子迁移谱的市场前景

　　在很长一段时间内，传统离子迁移谱的市场主要集中在安检领域，不太适合食品及药品方面的检测，那么高效的离子迁移谱的应用领域有什么不同呢?

　　对于市场前景，吴青博士介绍到，高效离子迁移谱在食品药品的快速检测、下一代爆炸物及毒品检测仪、制药与化工，食品与饮料的生产过程的快速检测与管理等方面有很好的应用前景。据悉，Excellims公司首先看好中国的食品药品快速检测市场，目前正致力于将高效离子迁移谱推广到食品、药品的检测行业中去。但同时，吴青博士也介绍到，“刚刚起步，这个概念需要慢慢被人接受。”

　　据介绍，Excellims公司的高效离子迁移谱现在在国内已经卖了十几台，主要是政府机构，其中，中国食品药品检定研究院，中国上海药检所，中国农业大学，中国厦门出入境检验检疫局等单位已购入了Excellims GA2100型高效离子迁移谱仪，并领导开发食品，药品中非法添加物质的数据库。不过，在美国、印度，欧洲和日本已经有药厂、食品及饮料，和化学品的生产厂家购买相关仪器用于质量监督和过程控制。

　　“总体来说，我觉得在药检方面的推广更快一些，因为药品基质相对来说比较简单，我们已经与国内有关单位合作开发数据库。在食品方面，样品的面比较广，有些样品需要前处理。我们已经在做一些常规样品的分析方法开发。此外，在安检和缉毒领域，高效的离子迁移谱以其独特的进样方式及低误报率，可以代替一些比 较落后的仪器。”

　　谈到在中国的发展，吴青博士说，“在中国，我们的代理商做了很多工作，比如睿科、绿绵科技，莱帕克等，而且我们还有员工在国内做售后和客户关系方面的工作。总体来说，我们对中国市场比较熟悉，在中国做的工作也比较多一些，感觉中国市场成长还是比较快的。”

　　“中国在快检，快筛方面的需求很明朗，比较看好中国市场，希望能够在中国迅速开拓市场，并提升销售能力。未来会在中国做一些更加有力度发展的计划，比如设立办事处，做更多的宣传，市场拓展等工作。向离子迁移谱在机场的应用那样，我们希望把高效离子迁移谱在食品药品监管领域做成可靠的，低误报的，高通量 的现场食品药品监测仪”

　　当然，吴青博士也分析到，“在中国可能会涉及一些标准、法规的问题，我们也希望能与中国的这些标准制作单位进行合作开发一些标准的方法，真正能将这些仪器推广开来。”

吴青个人简介

　　吴青博士(Ching Wu，Ph.D.)，Excellims公司创始人和CEO。

　　吴青博士于1988出国，曾经留学日本，美国，获华盛顿州立大学分析化学博士并获得计算机科学、化工、化学领域的三项硕士学位。近20年来，吴博士一 直从事与离子迁移光谱和质谱相关技术、产品的开发和推广工作。在创办Excellims之前，他受聘于GE Security，任技术研发总监，在那里吴博士曾与许多美国和其他国家政府机构合作建立爆炸检测及其他安检领域的技术解决方案。他管理的团队直接支持 GE Security的业务发展和销售活动;他也曾直接管理GE Security的化学，生物和爆炸物检测技术开发工作，完成了很多政府及GE内部的研发项目以支持GE业务的增长。之前，吴博士也曾在布鲁克·道尔顿公 司美国本部担任质谱软件开发经理;NCR担任计算机系统工程师。吴博士在美国、中国及其他国家拥有50余项与离子迁移谱和质谱有关的专利及正在申请的专利，并发表了受同行评审的科研论文20余篇。