羊城。马年春节的喜气越来越浓。
位于广州开发区的广州禾信分析仪器有限公司连日来喜事不断。由禾信公司牵头中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院安徽光学精密机械研究所共同承担的2014年国家863计划资源环境技术领域重大课题——“低成本高性能环境质谱监测仪研制”日前正式启动，而同样是今年新立项的环保部公益项目中，还有两项是支持禾信公司在线单颗粒气溶胶质谱仪的应用研究，项目将分别开展环渤海地区大气灰霾特征与控制途径研究、大气颗粒物中重金属在线监测研究。
环境污染，灰霾漫天。建立起我国第一条高端质谱仪器的生产线广州禾信，通过反复试验、建模、数据分析，总结出灰霾在线源解析的方法，将传统源解析方法速度提高了1000倍，费用降低100倍，作为我国灰霾污染治理的关键技术保障，将发挥巨大的社会效益和经济效益。
目前，这项成果在广州、北京、石家庄、南京等城市的大气PM2.5污染源解析、大气联合监测、空气质量保障中发挥关键作用。在线单颗粒气溶胶质谱仪器(SPAMS05型)已累计实现销售收入超过3000万元、签订采购意向合同1亿元、国内市场占有率100%。据估算，SPAMS05型质谱仪所提供的精细数据，将为治理PM2.5节省近千亿元。
千呼万唤的创新
质谱仪是直接检测物质分子量或原子量的唯一手段，也是国际上最尖端的科学仪器之一，已成为现代科学研究最重要的工具。质谱技术在水质检测、土壤分析、空气质量检测、食品安全、新生婴儿产前筛查、药物合成、过程控制、石油化工、核工业、探月工程等领域都会用到，是多个重要产业的战略支撑。
“十一五”之初，我国质谱仪整体研制水平远远落后于国外发达国家，缺乏核心技术，以模仿、逆向开发为主，无整机工程化能力、无批量化产品，高端质谱仪器更是完全依赖进口。进口仪器价格昂贵，操作复杂，严重影响了国内科学研究和实际应用的发展。因此，打破国际技术垄断，立足国内，加强自主研发，发展适合我国国情的大气环境分析和监测仪器尤为迫切。
为改变我国质谱技术的落后现状，2006年，科技部在国家高技术研究发展计划资源环境技术领域设立了“单颗粒气溶胶实时在线监测高分辨飞行时间质谱研制”课题，并在此基础上，2009年又滚动设立了“气溶胶质谱仪分析器工艺化及数据处理系统优化课题，连续支持由广州禾信分析仪器有限公司，联合中国科学院广州地球化学研究所、上海大学等单位，开展气溶胶质谱仪研制。
然而，自主研发质谱仪器谈何容易。质谱仪主要由离子源、离子传输系统、质量分析器、离子探测器以及相关的真空、电子、软件系统组成，其研发及产业化的关键技术难题至少有三个方面：
仪器原理复杂，离子的产生、传输、分离、探测等涉及深层次的物理化学及电子离子光学原理，要求对离子长距离传输进行精确操控、对几十万分子量的离子实现微秒级的分离、对微弱电信号(最小电荷单位1.6×10-19库仑)实现纳秒级的检测;
技术综合性强，要求几百个零件的机械加工精度同时达到微米量级、几十个电源的稳定度同时达到万分之一、仪器真空度跨越9个数量级;
整机集成难度高，开发周期长。
2006年，第一次承担国家863计划项目的禾信公司，当时刚成立两年。8年来，这个年轻的项目团队渡过了怎样的艰苦卓绝可想而知。
中国质谱的骄傲
8年来，在“做中国人的质谱仪器”的信念支撑下，海归博士周振带领着他的禾信团队，系统地攻克了小到200nm的单个颗粒物精确激光打击电离、正负离子质量同时检测、4GB海量数据采集及快速数据分析等多项关键技术，并取得了自主知识产权。
更重要的是，项目团队在此基础上工程化的在线单颗粒气溶胶质谱仪器(SPAMS05型)产品，成功攻克了“快速弄清PM2.5污染物的来源”这一世界性难题。SPAMS05型质谱仪是目前国际上唯一能实现大气PM2.5实时在线源解析的关键工具，也是我国唯一整体性能达到国际领先水平的高端、大型商品化质谱仪器。该仪器不仅能告诉我们“空气污染有多严重”，还能告诉我们“污染是什么、从哪里来”：可以在几个小时里获得北京市某监测点PM2.5中汽车尾气的贡献有多大，传统技术则需要几个月的时间。
由于SPAMS05型质谱仪在检测范围、检测速度、准确性等关键指标上与国际先进水平相当，在可靠性、软件友好性等方面则优于国外同类商品化仪器，具有明显的性价比优势，因而实现了对同类进口仪器的全面超越和替代。
2011年，广州禾信以超过300万元的单台价格，实现了国产高端质谱仪器首次中标“政府公开招标采购项目”。2012年，禾信更实现了首台国产高端质谱仪器出口美国。
创新从未止步
创新从未止步，新的目标更在远方。周振介绍，目前禾信连续成功开发了不同应用领域的8种质谱仪，1项为国际首创，1项达到国际商品仪器水平，1项达到国内领先水平，多款产品打破国际封锁;经过10年的技术储备，禾信团队规模已至近200人，正在研制开发的质谱仪器已经规划至2018年。今年，禾信还将计划推出2—3款商品化质谱仪器，整体技术水平都属于国内首台或国际首创。
在谈到刚刚启动的863项目“低成本高性能环境质谱监测仪研制”时，周振说，该项目基于国际先进的飞行时间质谱、离子迁移谱、快速色谱及其联用技术，开发具有自主知识产权的系列高端环境监测质谱仪器，实现多种挥发性有机物和半挥发性有机物的精确、快速、实时在线检测，将为我国大气环境监测提供科学、准确的数据支持，同时，进一步推动我国环境监测质谱仪器研制整体水平。
