2024年分析測試科學獎一等獎：光電離飛行時間質譜關鍵技術研發及應用
完成單位：中國科學院大連化學物理研究所、深圳市步銳生物科技有限公司、北京大學人民醫院
完成人：李海洋，花磊，陳平，蔣吉春，李慶運，邱滿堂，李金旭，謝園園，李杭，吳稱心
成果簡介：本項目針對復雜基質樣本中痕量揮發性組分快速檢測的迫切需求，面向質譜技術自主創新發展的重大契機，先后攻克了復合光電離源、高效離子傳輸系統及高分辨飛行時間質量分析器等多項質譜關鍵技術，研發出完全自主知識產權的光電離飛行時間質譜儀器，實現復雜樣本中多組分氣體的“高靈敏、高通量、高覆蓋、高分辨”檢測分析。最優分辨率突破80000，檢出限可達pptv量級，性能指標達到國際先進水平，實現了高端質譜技術的自主可控，經濟效益超1.3億元。經中國儀器儀表學會組織鑒定，成果整體處于國際先進水平，其中單光子電離、光電子電離和化學電離復合離子源技術屬國際領先水平。
創新點及科學價值：1）高靈敏、高覆蓋度復合光電離源技術：首創了基于小型真空紫外（VUV）燈的單光子電離（SPI）、光電子電離（PEI）和化學電離（CI）復合光電離源技術，實現多種類揮發性有機物（VOCs）以及無機氣體分子的高覆蓋度軟電離。2）多級射頻/靜電離子透鏡級聯的高效離子傳輸技術：實現橫跨7個量級氣壓差的離子高效傳輸和利用，整體離子傳輸效率超過40%。結合復合光電離源，儀器直接進樣的檢測靈敏度達到pptv量級。3）高分辨飛行時間質量分析器技術：采用垂直加速有網反射式設計，在飛行區長度僅為0.5 m的條件下，最優質量分辨率超過10000，達到國際同類商品化儀器先進水平。采用無網式多次反射周期匯聚技術，離子在飛行80圈約300米的條件下傳輸效率優于40%，獲得優于80000的高質量分辨能力。4）高通量呼出氣檢測及分析方法：發展了高通量呼出氣檢測分析方法，建立了呼出氣樣本檢測分析的臨床實踐流程，對疾病早期篩查和診斷有較高的參考價值，臨床應用潛力巨大。
社會經濟效益：本項目研發的高通量呼出氣檢測質譜技術為全球首項獲批醫療器械生產許可、第二類醫療器械產品注冊（CFDA Ⅱ）認證的人體呼出氣檢測質譜技術，已在30余家醫院開展臨床研究和應用，為揭示疾病代謝通路提供先進、可靠的高通量檢測手段，引領了行業發展方向。成果的關鍵技術針對不同領域的需求進行了應用拓展，為反應機理研究、工業過程檢測、公共安全預警等領域的應用提供了可靠的分析表征工具和數據支撐。核心質譜儀產品實現出口美國零突破，大力提升了我國質譜技術的國際影響力，也極大地推動了質譜儀器國產化進程。項目產生直接經濟效益超1.3億元。
應用前景：基于本成果關鍵技術實現多款質譜儀器的系統集成，開發了4款應用于不同領域的質譜儀產品和1款超高分辨多次反射質譜樣機，有望在臨床疾病篩查、能源轉化機理研究、工業過程檢測、公共安全預警等多個領域實現推廣應用。
