（报告出品方/作者：国金证券，王班）

1科学仪器行业概览

科学仪器是国民经济高质量发展和基础科学创新的基础

生命科学技术工具包含用于学术研究和生命科学产品工业化过程中涉及到的实验消耗品、分析工具、仪器和大型设备，应用于实验室、医疗诊断、药物生产等多个场景，涉及多个学科交叉应用，是生命科学产业供应链中的基石，一切研究生产都需要依赖工具进行。

科学仪器是国际生命科学工具巨头的重点布局领域。我们把生命科学技术工具分为试剂和耗材、仪器、设备三大类，下设具体十二个小类进行划分，对海外十四家上市公司进行产品梳理并绘制成产品矩阵。通过矩阵可以看出，国际巨头生命科学工具公司（例如丹纳赫、赛默飞、安捷伦、赛多利斯）几乎贯穿整条产业链。其中，科学仪器是各国际巨头重点布局的领域之一。

除了服务于生命科学领域，科学仪器在国民经济高质量发展，以及重大基础科学创新中都扮演了极为重要的角色。美国商务部数据显示，仪器仪表工业总产值只占工业总产值的4%，但对国民经济的影响达到66%。在科研领域，科学仪器是科学创新的基础条件。据统计，截止年，诺贝尔奖自然科学获奖项目中，因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%。而且72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助尖端科学仪器来完成的。

市场规模。根据SDI数据显示，年，全球分析仪器市场规模已达.67亿美元，年估计为.5亿美元，5年GAGR4.4%。中国年科学仪器占全球市场约10%。

科学仪器具体包括：质谱、核磁共振、电镜、色谱、光谱、显微镜、元素分析仪、氨氮仪、碳硫仪、辐射仪、传感器、精密天平、电流仪。其中色谱、光谱和质谱等是原子和分子在定性和定量分析中的主要工具。色谱和光谱分别擅长定量和定性分析；质谱得益于可以直接测量物质原子量、分子量，在对灵敏度、精度有很高要求的定性、定量分析上具有很大优势。

质谱仪具有高灵敏度、高分辨率等优势，在科学仪器中具有极高的行业地位。质谱(MS)是一种强大的分析工具，在各行各业有着广泛应用。在医药和生命医学领域，质谱的高灵敏度和高分辨率为药物和生物系统复杂代谢物的分析开辟了新的领域。与其他技术相比，质谱只是一种测定分子量的技术，通过它我们可以预测分子式。它基于样品转化为电离状态，是否碎裂，然后通过其质荷比(m/e)进行识别。质谱提供了丰富的元素信息，是解释复杂混合物成分、未知化合物结构解析的重要工具。质谱还有助于元素定量分析，即质谱信号的强度与相应元素的百分比成正比。它还可以与色谱联用进行更高灵敏度的检测，如LC-MS、GC-MS和LC/MS/MS等。

中国科学仪器产业潜力大

海外企业在全球科学仪器行业中长期处于领先地位。根据美国化学会CEN发布年度全球科学仪器品牌TOP20主要都是海外企业。其中，美国赛默飞（ThermoFisherScientific）仪器板块销售额达63.3亿美元，排名第一；日本岛津公司排名第二，销售额21.8亿美元，仅为第一名的1/3。

国内产业政策持续支持

高端仪器供应链国产化空间潜力大。根据智研咨询统计，年中国质谱仪市场规模为.93亿元，国内厂商在中国质谱仪市场的占有率仅为14.40%。政策支持是我国国产高端科学仪器从无到有取得不错发展的重要因素。

顶层设计方面：科学仪器始终是我国五年发展规划中的重要板块，在“十三五”和“十四五”期间，国务院陆续出台多项政策，包括但不限于《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《仪器仪表行业“十三五”发展规划》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和年远景目标纲要》等。

专项资金支持方面：为提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平，支撑科技创新，服务经济和社会发展，自科技部、财政部年首次启动“国家重大科学仪器设备开发专项”以来，科技部、财政部、发改委、工信部、自然科学基金等持续加大对科学仪器领域的政策支持力度。仅年专项经费支持力度达7.7亿元。此后，一系列“国家重大科学仪器设备开发专项”持续推出，成为助力国内科学仪器发展的重要力量。

2色谱仪：优秀的定量和分离工具

色谱原理及分类

原理：它利用样品中各组分与流动相和固定相的作用力不同(吸附、分配、交换等性能上的差异)，先将它们分离，后按一定顺序检测各组分及其含量的方法。其广泛应用于石油化工、生命科学、环境监测、食品等领域。

色谱按照流动相的分类：流动相为色谱分离过程中携带组分向前移动的物质。固定相为色谱分离过程中不移动的具有吸附活性的固体或是涂渍在载体表面的液体。根据流动相的差异，色谱主要可以分为气相色谱法、液相色谱法、超临界液相色谱法、电色谱法。其中气相色谱和液相色谱为应用最广泛的两种色谱仪器。

色谱法的优点和不足

优点：(1)分离效率高，可以有效分离复杂混合物，有机同系物、异构体；(2)灵敏度较高，可以检测出μg〃g-1(10-6)级甚至ng〃g-1(10-9)级的物质量；(3)分析速度快，一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析；(4)应用范围广：①气相色谱：沸点低于℃的各种有机或无机试样的分析、②液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析；(5)高选择性，对性质极为相似的组分有很强的分离能力。

不足：被分离组分的定性较为困难。

色谱市场规模

全球市场规模：色谱及其联用技术的日益普及是市场保持连续增长的主要驱动力，全球色谱仪市场规模不断增加，由年的82.2亿美元增加至年亿美元，年复合增长率为4.0%。年全球色谱仪市场规模主要分布在北美、欧洲、中国及日本四地，北美市场占比31%，欧洲市场占比26%，中国市场占比16%，日本市场占比10%。

中国市场规模：随着中国对食品安全、环境保护以及医疗卫生的重视度不断提高，中国色谱仪市场规模不断扩大。年中国色谱仪市场规模为.2亿元，较年的.7亿元同比增长6.5%。

中国主要从国外进口高档色谱仪，出口则集中在中低档产品，年中国色谱仪出口金额为1.09亿美元，进口金额为9.99亿美元；年中国色谱仪出口金额为1.15亿美元，进口金额为10.37亿美元。年中国主要进口液相色谱仪，共进口台液相色谱仪，占色谱仪总进口数量的59.96%；进口金额为6.73亿美元，占色谱仪总进口金额的64.88%。年中国共进口色相色谱仪台，进口金额为2.69亿美元。中国色谱进口量约占市场总规模的70%，对进口依赖度较高。

3光谱仪：定性能力强

光谱原理及分类

光谱仪原理及应用：光谱仪（Spectroscope）是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，可以广泛应用到包括食品、化学、电子学、空气污染、水污染在内的各种领域。随着我国光谱仪技术水品的提升，以及近年来我国在食品检测、环保监督等多个领域对光谱仪需求的增加，我国光谱仪行业规模不断扩大。

光谱仪分类：据初步统计，目前国际上的光谱仪器达20多种。其中，紫外光谱、红外光谱、原子吸收光谱等使用最多、覆盖面最广。此外，激光拉曼光谱和近红外光谱近年来也取得了较快的发展。

光谱法的优点和不足

优点：

分析速度快：原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。

操作简便：有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。

不需纯样品：只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析，是光谱分析一个突出优点。

可同时测定多种元素或化合物，省去复杂的分离操作。

选择性好：可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰。

灵敏度较高：可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g。样品损坏少：可用于古物以及刑事侦察等领域。

缺点：

定量能力差：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。

标准样品建模成本高：定性分析需要大量代表性样品进行化学分析建模，建模成本很高。对于大量样品检测才有规模效应。

稳定性较差：易受光学系统参数等外部或内部因素影响，经常出现曲线非线性问题，对检测结果的准确度影响较大。

光谱市场规模

北美洲、欧洲和日本是全球光谱仪器最大的市场。实力最强的企业分布在美国、日本、德国、英国、法国等发达国家。根据中国分析测试协会数据显示，年全球光谱仪市场规模为82.81亿美元。其中，北美（美国和加拿大）市场规模为27.17亿美元，占比32.81%，欧洲市场占比25.65%，日本市场占比12.27%，中国占比为10.29%。-年之间，我国光谱仪器市场年复合增速达到7%，年市场规模达到8.52亿美元，约合人民币56.38亿元（按照国家统计局公布的年人民币兑美元的平均汇率6.折算）。

4质谱仪：满足高灵敏度、高精度的定性和定量分析

质谱原理概况

质谱分析法：指的是将样品分子经过离子化后，利用不同质荷比（m/z）的离子在静电场或磁场中受到的作用力不同而改变运动方向，使其彼此在空间上分离，最后通过收集和检测这些离子得到质谱图谱，实现分析目的一种分析方法。特别是现代生物质谱，具有更高的质量检测上限和精度，能够适用于生物大分子分子量（数十万）确定，以帮助完成定性工作。

质谱图：横轴表示单位电荷质量（m/z）；纵轴表示离子流强度，通常以相对强度（相对丰度）来表示。相对丰度以最强的离子流强度定义为%，其他离子流以其百分比显示。质谱图的解析需要很强的专业读图能力，各大质谱生产企业也会提供相应的质谱数据库及解析服务。

质谱仪（MassSpectrometry）组成：一般由进样系统（InletSystem）、离子源（IonSource）、质量分析器（MassAnalyzer）、检测器（IonDetector）等四部分构成。其中，离子源与质量分析器是质谱仪的技术核心。

质谱仪根据核心部件质量分析器的不同，主要分为：四极杆质谱仪、三重四级杆质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪。

质谱定性及定量能力

定性分析：1）标准谱图检索定性：EI(70eV)标准谱库，书库、数据库、网络检索；2）相对分子质量测定：根据电离方式、测试条件和化合物分子结构特点，获得分子量；3）未知化合物的结构分析：①分子量的确定：分子离子峰的识别、②分子式的确定：高分辨质谱法和同位素丰度法、③分子结构的确定：计算不饱和度、特征离子和特征碎片丢失。

定量分析：1）根据离子流强度直接定量分析；2）干扰较多的复杂混合物定量分析：GC-MS、LC-MS、CE-MS等。

多技术联合使用是趋势：事实上，为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的优势，可将两种或三种仪器进行联用来分析样品，联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷，是未来分析仪器发展的趋势所在。

按照应用范围的分类

按照应用范围分类现有质谱仪主要划分为四大类：有机质谱仪、无机质谱仪、生物质谱和同位素质谱仪。其中，数量最多、用途最广的就是有机质谱仪。

有机质谱仪

有机质谱仪能够提供化合物的分子量、官能团结构等信息，主要用于有机化合物的定性和定量。有机质谱仪通常与气相色谱、液相色谱等技术联用，将复杂的有机混合物分离成纯组分再进入质谱仪，解决了质谱只能分析纯品的弊端，充分发挥质谱仪的分析速度快、灵敏度高的特长。

有机质谱仪广泛用于食品安全、环境监测、生命科学、药物代谢、医疗卫生、石油化工、新能源、新材料等前沿领域，以及空间技术和公安刑侦等特种分析领域。例如：环境监测领域，可利用有机质谱仪的定性能力，分析PM2.5颗粒的组成成分；食品安全领域，可利用有机质谱仪的定量能力，精确检测蔬菜水果中微量的农药残留是否符合国家标准；公安刑侦领域，有机质谱仪可以用于物证鉴定，毒品毒物分析，纵火现场燃料或爆炸物的复杂分析，为案件快速准确地侦破起到了重要的作用。

无机质谱仪

无机质谱仪检测的目标物是微量的无机元素，如土壤中重金属污染的测定。无机质谱仪与有机质谱仪工作原理有所不同，区别在于离子化的方式不一样。质量分析器部分可能是相同的，比如主流的无机质谱仪的质量分析器都是四极杆。无机质谱仪主要是以电感耦合高频放电(ICP)将待测物进行离子化。ICP-MS的谱线简单易认，可以同时测量多种元素，灵敏度与精度很高，广泛用于地质学、矿物学、重金属测定、核工业、环境监测等领域。按照不同的离子化方式，无机质谱还有火花源质谱仪、辉光放电质谱仪、离子探针质谱仪、激光探针质谱仪等。

生物质谱

电喷雾质谱技术和基质辅助激光解吸附质谱技术是诞生于80年代末期的两项轨电离技术。这两项技术的出现使传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生了革命性的变革。它们具有高灵敏度和高质量检测范围，使得在pmol(10-12)甚至fmol(10-15)的水平上准确地分析分子量高达几万到几十万的生物大分子成为可能，从而使质谱技术真正走入了生命科学的研究领域，并得到迅速发展。

电喷雾质谱技术（electrosprayionization,ESI）是在毛细管的出口处施加一高电压，所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴，随着溶剂蒸发，液滴表面的电荷强度逐渐增大，最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子，致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子，使质量电荷比（m/z）降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围，因而大大扩展了分子量的分析范围，离子的真实分子质量也可以根据质荷比及电行数算出。电喷雾质谱的优势就是它可以方便地与多种分离技术联合使用，如液质联用（LC-MS）是将液相色谱与质谱联合而达到检测大分子物质的目的。

基质辅助激光解吸附质谱技术（matrix-assistedlaserdesorptionionization,MALDI）的基本原理是将分析物分散在基质分子中并形成晶体，当用激光照射晶体时，由于基质分子经辐射吸收能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，致使基质和分析物膨胀并进入气相。MALDI所产生的质谱图多为单电荷离子，因而质谱图中的离子与多肽和蛋白质的质量有一一对应关系。

MALDI产生的离子常用飞行时间（TimeofFlightTOF）检测器来检测，理论上讲，只要飞行管的长度足够，TOF检测器可检测分子的质量数是没有上限的，因此MALDI-TOF质谱很适合对蛋白质、多肽、核酸和多糖等生物大分子的研究。

同位素质谱仪

同位素质谱仪用于同位素分析，能够精确测定元素的同位素比值，对于核反应研究有重大意义。其特点是检测速度快、样品用量少、结果精确。同位素质谱广泛用于原子核科学、同位素示踪分析、考古学、地质年代测定等。全球质谱市场规模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。根据TransparencyMarketResearch测算，-年全球质谱仪市场将从62亿美元增加至亿美元，年均复合增长率将达7.70%。

从全球市场来看，目前质谱仪的销售主要集中于欧美地区，其中北美地区占据了全球质谱仪市场的主导地位，美国是全球最大的质谱仪销售市场，英国、法国、德国则占据了欧洲地区质谱仪市场的主要份额。未来随着中国、印度等亚洲国家经济的不断发展，亚洲各国对高端质谱仪的需求也会不断提高，预计亚洲在未来将会成为全球质谱仪市场中增速最快的地区，而中国预计将成为亚洲地区增长最快的质谱仪应用市场。

国外质谱技术保持领先水平

从技术路径看质谱仪发展的几个阶段

质谱仪质量分析器相关专利申请起始于20世纪70年代，起初发展较为缓慢，进入20世纪90年代后有所加速。以每年申请的专利数量为划分依据，可以将该技术的发展划分为以下几个阶段:

－年为萌芽期，这一时期的主要研究机构是德国布鲁克公司，研究的重点是四极杆质量分析器，此外对飞行时间分析器、离子阱分析器等也开始了初步研究。

－年为缓慢上升期，由于四极杆分析器研究的不断深入以及广泛的应用需求，在这一阶段的前期(－年)研究的重点依然围绕四极杆分析器进行，且实现了四极杆质谱仪由基础研究阶段向商业生产阶段的过度，在这一阶段的后期(－年)，由于加工工艺的改进和分辨率的提高，飞行时间分析器的研究逐渐成为热点。

－年进入快速发展期，由于技术瓶颈不断突破，这一时期发展最为迅速的当属飞行时间分析器，此外，离子阱分析器的研究也在这一时期超越四极杆成为仅次于飞行时间分析器的另一研究重点。

年以后进入相对稳定发展的状态，这一时期各类型分析器的基础研究已经进入相对成熟的阶段，技术的商业化成为主要的发展方向。

国际巨头专利情况

质量分析器专利申请量排名前十位的企业，来自美国的有5家企业，来自日本的有3家企业，此外，还分别有1家德国企业和1家英国企业，质谱仪质量分析器的研究主要集中在美国和日本。

具体来看，专利数量排在首位的是来自日本的岛津公司，该公司除在本国日本申请专利外，还在另一个主要研发国家美国部署了大量专利，此外还通过PCT途径在主要的市场欧洲，以及潜在的市场中国部署了相关专利。专利数量排在第二位的日立公司同样来自日本，其专利部署的区域除涵盖岛津公司所有专利部署区域外，还重点在欧洲的德国、英国和法国等国家申请了专利。

美国专利数保持领先，年以来中国专利布局开始起步质量分析器领域专利申请数量排名前五位的国家分别为:美国、日本、英国、德国和中国。美国属于该技术领域的传统强国，申请的质量分析器专利量居世界首位，占到总量的42.2%。其起始研发时间早，萌芽期较短，拥有众多实力较强的研发型企业，如赛默飞世公司、安捷伦技术有限公司、DH技术发展中心和美迪生公司等。

日本的专利数量次于美国，在总体排名中位居第二，占全球专利总量的23.4%。从时间分布来看，探索期较长，一直延续至年，年开始缓慢增加。此外，与美国不同的是，日本的专利主要掌握在少数大型仪器公司手中，如岛津和日立，这两家企业的专利数量分别占日本在该领域总专利量的34.4%和26.0%。

英国、德国、中国和加拿大的专利数量处于～件区间，相差较小。其中，英国和德国的发展趋势较为相似，且专利主要来自于国内行业的领头企业，如英国质谱公司和德国布鲁克公司。中国的起始研究时间最晚，在年以前只有零星的专利申请，从5年开始才呈现上升趋势。

中国质谱发展离不开政策支持。

持续通过常态化“国家重大科学仪器设备开发专项”支持企业和科研机构研发创新。年，科技部、财政部首次启动“国家重大科学仪器设备开发专项”，支持质谱仪等仪器设备研发，经费原则上不低于万。企业和各大高校等科研机构是该项目主要参与方。当年共计投入经费7.7亿元。其中，质谱相关项目共计投入3.3亿元。企业方面，参与主体包括北京纳克分析、聚光科技和昆山禾信。以聚光子公司谱育为例，年至今，累计承担30余项国家和地方的重大科学仪器专项，是过去公司发展的重要推动力量。

政策推动质谱在细分应用领域深度发展：包括质谱便捷化、专业化；蛋白质分析；医用生物质谱；食品、药品、生化检验等。年科技部发布《“十二五”科学和技术推动质谱的小型化、发展规划》将质谱便携化、专用化纳入高端装备制造产业技术重点发展。年科技部发布《国家高技术研究发展计划生物和医药技术领域年备选项目征集指南》将蛋白质质谱分析作为前沿生物技术主题征集项目。

年国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》将医用生物质谱仪列为未来重点支持的十六个领域之一。年国务院发布《“十三五”国家食品安全规划》将研发小型质谱仪纳入食品安全重点科技工作。年，国家发改委发布《产业结构调整指导目录(年版)》将药品、食品、生化检验用高端质谱仪等列为鼓励类行业。年工信部发布《医疗装备产业发展规划（-年）》(征求意见稿)攻关突破相关领域质谱分析设备等仪器设备。

中国质谱市场规模及进口数据

目前，我国在质谱仪领域的研发、产业化及应用技术水平均落后于西方发达国家，国内高端质谱仪市场长期被国际行业巨头垄断。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。根据中国海关统计数据显示，年至年，中国质谱仪进口规模从5.43亿元增长至.75亿元，CAGR20.46%。年从美国进口占比39.06%，是我国质谱仪进口数量最多的国家；年新加坡替代美国成为最主要的质谱仪进口国，占比33%。

根据智研咨询统计，如未考虑进口质谱仪的关税、流通渠道费用、技术服务费用等相关环节，年中国质谱仪市场规模为.93亿元，年至年中国质谱仪市场年均复合增长达24.12%。其中进口质谱仪商品金额为95.81亿元，国外厂商在中国质谱仪市场的占有率达到85.60%，国产质谱仪商品金额为16.12亿元，国内厂商在中国质谱仪市场的占有率仅为14.40%。

5国内质谱企业在多行业迎来发展机遇

一、中国环境监测市场

质谱仪的在环境监测领域的应用前景：

大气环境监测：在大气环境监测领域，质谱仪可广泛用于VOCs、PM2.5等污染物的在线实时监测和来源解析。自年《重点区域大气污染防治“十二五”规划》首次将VOCs列入控制指标以来，VOCs监测指标的重要性不断增加。针对VOCs治理，相关部门陆续出台多项政策。年国务院发布的《大气污染防治行动计划》中明确提出，要加强大气颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）的形成机理、来源解析、迁移规律和监测预警等研究，为污染治理提供科学支撑。年国务院及环保部颁布了《“十三五”生态环境保护规划》等一系列重大环保，我国环境监测设备市场需求的大幅增长。年4月，生态环境部办公厅印发《“十四五”空气质量改善规划编制技术大纲》，对“十四五”期间污染物浓度防治目标的设定提出了改善要求。

水质监测及高精准污染溯源市场需求开始凸显：年全国地表水监测的个水质断面（点位）中，水质较差和极差的IV-V类及劣V类占比仍达到25.1%。在主要河流、流域水质监测断面中，黄河流域、辽河流域及海河流域劣V类水质占比分别达到8.8%、8.7%及7.5%；在开展水质监测的个重要湖泊（水库）中，达到I-III类良好水质的占比仅有69.1%，劣V类占比则达到7.3%。因此，采用高精准色谱、质谱、光谱等仪器技术对污染物复杂成分进行精细化分析，更深层次挖掘水体污染特征，可以对被

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