质谱仪行业研究报告：产业升级时期的黄金赛道，国产替代趋势加快
（报告出品方/作者：东方证券，邢立力、韩冰、路天奇）
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。
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，电感耦合等离子体应 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（CI）：利用加热灯丝产生高能电子进行离子化，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，将氙气导入后通过类似于电子电离源的设 计，将灯丝加热后产生的热电子经电压加速到正极电离形成氙气原子，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最好，广泛地应用在 生物大分子的质谱分析。缺点在于基质的选择与比例会影响分析效果，并且由于激光剥蚀被 分析物结晶表面，重现性较差。
大气压化学电离（APCI）/大气压光致电离（APPI）：大气压化学电离是将化学电离方法扩 展至大气压下进行，借助电晕放电产生试剂离子，解决传统化学电离加热灯丝在大气压下会 产生强烈氧化反应燃烧灯丝的问题。大气压光致电离是利用光能激发气态被分析物分子，使 其离子化为自由基离子或进一步将被分析物质子化生成离子。
电喷雾电离（ESI）：通过金属制的毛细管喷针喷出含有被分析物的水溶液样品，并在高压 电源的作用下由电场牵引喷雾形成有电荷的微液滴，通过去溶剂化的过程形成气态离子进入 质量分析器内。该方法不仅适用于蛋白质大分子的分析，同时也适用于分析极性小分子。
电感耦合等离子质谱（ICP-MS）：主要用于元素分析，利用 ICP 优异的离子化能力，搭配 高灵敏度的质谱仪，除了对大多数元素有极低的检测点之外，同时具备多元素检测特性和同 位素分析能力，被广泛地用于环境，食品科学及法医鉴定等领域。
与质谱连用的色谱（LC/GC）：色谱与质谱联用可以大幅度降低样品基质带来的影响，提高 质谱定性，定量的能力。一般使用气相色谱（GC）与质谱仪联用时，最常选用 EI 或 CI 的离 子化方法，主要由于 GC 流出的分子为气态且这两种离子化方法也需要将样品先汽化才能进 行电离。液相色谱（LC）是对于分离含有高极性或高沸点的被分析物样品最常用的分离技 术。ESI 由于可在大气压下将溶解的被分析物直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。
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。另一种常用的是飞行时间串联质谱仪，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 10000 的分 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 10 ppm），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%。
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。目前高分辨质谱法 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氦质谱检漏仪，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。
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 Transparency Market Research 的测算， 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。
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%。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，国内工业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（Orbitrap）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。
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%。
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。根据智 研咨询统计，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%下降到 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，使整体产业重心由农业、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。
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，明确了以 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 该时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。
在产业层面，70 年代的石油危机迫使日本加大对于以石油为基础的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 年提出了“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。结合日本的发展经验来看，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。
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“先端计划”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 日本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，促使日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接；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 Nexera UC Prep 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 Pittcon 2019 Editors Awards 金奖。
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》（The Commerce Control List，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 到 1 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。
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。
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，日本的岛津制作所拥有近 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氰化物电池，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 2670 人。1931-1945 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%。
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 年代因为日本经济下行，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。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）。并凭借百余年的技术积累，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 Frank Martinez 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， 自此安捷伦完全独立。
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，安捷伦拆分与重 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 Multiplicom N.V，2017 年收购了 英国开发和制造拉曼光谱仪器的公司 Cobalt Light System, 2018 年收购了毛细管电泳分子公司 Advanced Analytical Technologies，聚糖试剂生产商 ProZyme、韩国仪器分销商 Yong In Scientific Co，2019 年收购创新生命科学仪器龙头 BioTek Instruments。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。
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，同比下降 39.63%，主要原因系受疫情影响较大，部分地方政府财政资 金安排及项目招投标流程、订单签订、产品交付或项目实施、验收等均有不同程度的延后，公司 实现归母净利润-0.58 亿，同比下降 173.59%，主要原因系营收的下降和公司为拓展产品线与市 场造成的期间费用的增长。
环境监测为主要业务，技术服务占比不断提高：根据招股书显示，公司主营业务收入按应用领域 可以分为环境监测、科研分析、健康医疗三大类，其中环境监测占比最高，2021 年公司环保在线 监测领域营收达 2.89 亿元，占比 62.23%。从收入结构来看公司主要收入来源于 SPAMS 与 SPIMS 系列产品的销售，2020 年公司两系列产品实现收入 1.58 亿元，占全年收入的 50.59%。（2021 年 SPAMS 与 SPIMS 系列收入口径并入环保在线检测仪器业务）此外，技术服务收入占 比不断提高，由 2016 年占收入比 9.05%提升至 2021 年占收入比重 27.05%，主要原因系公司累 计销售仪器数量增加，技术运维需求不断增长。
专注质谱技术，坚持正向研发：公司自成立以来坚持正向研发的技术道路，对于质谱底层技术积 累丰富。于 2019 年入选工信部第一批专精特新“小巨人”企业（全国仅 248 家企业入选）。公 司的研发涵盖了质谱仪的质量分析器、离子源、进样系统、数据系统和整机系统等诸多方面，通 过持续的自主研发及产业化推广，公司掌握的 14 项核心技术中 12 项已实现产业化应用，剩余 2 项已突破关键技术，正在产业化过程中。公司是国内少数全面掌握单颗粒气溶胶电离技术、电子 轰击电离技术、真空紫外光电离技术、离子传输技术、飞行时间质谱技术、多级离子移除脉冲技 术、高速离子探测、质谱源解析等质谱核心技术的企业之一。
大力研发 Q-TOF，在国内具有稀缺性：根据公司公告，公司拟投入 2280 万元研发高灵敏高分辨 串联质谱仪（Q-TOF），目前项目已完成设计、开发、研制及工程验证，正在进行应用方法开发 验证。目前国内在 ICP、MALDI 等离子源与 TOF，TQ 等质量分析器均普遍实现了技术突破，聚 光仪器、安图生物等公司均有成熟产品。但 Q-TOF 研发技术壁垒高，目前市场上该类仪器主要由 安捷伦、SCEIX、布鲁克等国外巨头占据绝大部分市场份额。
5.2 聚光科技：国内仪器行业平台化龙头公司
国产高端仪器龙头，应用领域不断拓展：聚光科技成立于 2001 年，经过 20 多年技术沉淀和发展， 公司已经成为国内高端分析仪器的领军企业，早期公司为环境检测和工业过程分析提供检测设备 和相关服务，2015 年将质谱仪业务单独拆分，成立谱育科技专注于质谱仪研发，目前公司已经掌 握了质谱、色谱、光谱、前处理和理化分析等技术平台。对于质谱仪的核心零部件质量分析器， 公司在离子阱、四级杆、三重四级杆和飞行时间四种技术道路上实现了成熟的产业化和开发迭代 能力。
过往业绩受 PPP 影响较大，公司重新聚焦高端仪器制造：公司在 2022 年 Q1-Q3 实现营业收入 21.75 亿元，同比增长 4.19%，归母净利润-1.09 亿元，同比下滑 78.55%。公司自 2019 年来业绩 波动较大，主要原因系在环境监测景气度提升时期，公司作为龙头企业业绩增长较快，19 年后随 着市场竞争加剧，PPP 项目整顿等因素影响公司业绩增速下滑。公司从 2020 年开始逐渐剥离相 关业务，上海安谱与中科光电不再并表。2022 年聘请新的总经理韩双来先生后，公司未来战略重 新聚焦于高端仪器制造行业。
子公司谱育科技专注高端科学仪器研发，2021 年净利润同比+122%：2015 年聚光科技将质谱仪 业务剥离，成立子公司谱育科技，专注高端科学仪器制造。公司自 2011 年至今承担 30 多项国家 和地方重大科学仪器专项，公司产品线不断突破，目前谱育科技实现有机质谱与无机质谱的全产 品体系的覆盖，根据 2021 年报，谱育科技新签合同额约 13.4 亿，较上年同期增长约 65%，公司 实现营收 9.63 亿元，同比+63%，实现净利润 1.24 亿元，同比+122%，成为公司重要的增长点。
全能型科学仪器平台，在研项目众多：公司在质谱、光谱、气相色谱、样品前处理等细分仪器领 域广泛布局，下游覆盖环境、生命科学、半导体、工业等，在高端质谱仪领域公司具备深厚的研 发基础，主要产品为 ICP-MS、GC-MS、LC-MS，在高端质量分析器中实现了三重四级杆的技术 突破。目前公司拥有 12 个在研项目，在各领域的技术壁垒不断深化。
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