当前位置: 首页 研究报告

#研究报告#广发环保 | 质谱仪行业:高精密、广应用,国产替代预期加速

栏目:研究报告 作者:ZML 时间:2022-06-09 11:36:45

质谱仪“科学仪器的皇冠”,技术壁垒高筑,应用领域广泛。海外龙头垄断仍是常态,但国内厂商发力技术、服务,性价比突出具备国产替代实力。国产仪器支持政策东风渐起,2025年国内质谱仪市场达248亿元,核心技术企业有望突出重围。摘 要质谱仪“科学仪器的皇冠”,技术壁垒高筑,应用领域广泛。质谱仪为称量离子质量的高精尖仪器,因灵敏度高、分析范围广、分析速度快,被誉为“科学仪器的皇冠”。核心零部件技术壁垒高筑,自研自产是企业发展的关键。特别的,小至微量金属元素、大至蛋白质分子质谱仪均可检测,下游应用广泛且多为

......
质谱仪科学仪器的皇冠”,技术壁垒高筑,应用领域广泛。海外龙头垄断仍是常态,但国内厂商发力技术、服务,性价比突出具备国产替代实力。国产仪器支持政策东风渐起,2025年国内质谱仪市场达248亿元,核心技术企业有望突出重围。


摘 要

质谱仪“科学仪器的皇冠”,技术壁垒高筑,应用领域广泛。质谱仪为称量离子质量的高精尖仪器,因灵敏度高、分析范围广、分析速度快,被誉为“科学仪器的皇冠”。核心零部件技术壁垒高筑,自研自产是企业发展的关键。特别的,小至微量金属元素、大至蛋白质分子质谱仪均可检测,下游应用广泛且多为生命科学、农业食品等高成长性赛道。根据Transparency测算,2020年全球质谱仪市场规模为72亿美元,预计到2025年全球市场规模将超百亿美元。

海外龙头垄断仍是常态,但国内厂商发力技术、服务,性价比突出具备国产替代实力。原理突破难+技术高精特尖+工程化成为阻碍国产仪器发展的三座大山,而技术力不足带来的品牌力弱更是使得国内质谱仪市场常年被海外龙头垄断,2020年进口依赖度仍高达74%。近年来,国内厂商一方面加大研发投入,另一方面从服务和定制化产品切入市场,国产质谱厂商的部分产品已经达到/超过国际标准,售前售后服务及性价比突出,具备国产替代实力。

政策东风渐起,2025年国内质谱仪市场达248亿元,核心技术企业有望突出重围。2018年国家统计局将质谱仪纳入“高端装备制造业”行业中,作为战略性新兴产业之一,是关键“卡脖子”技术、双循环的重要突破方向。2021年指导意见出台鼓励国产设备采购、叠加强化进口管理,政策东风助力国产化进程加速。我们认为伴随国产质谱仪设备产品标准提升以及政策端的压实,质谱仪低渗透率提升是大概率事件,我们测算2025年国内市场规模可达248亿元,核心技术企业有望突出海外龙头的包围。


风险提示
市场竞争加剧的风险;高端通用零部件采购风险;研发失败的风险;产业化失败的风险等。

正 文

一、质谱仪:技术壁垒高筑,下游应用赛道广泛

1.1 质谱仪为高精尖科学仪器,离子源、质量分析器为核心部件
质谱仪:称量离子质量的高精尖仪器,被誉为“科学仪器的皇冠”。科学实验常用的分析仪器包括色谱仪、质谱仪、光谱仪、波谱仪、能谱仪等;根据禾信仪器招股说明书,质谱仪因灵敏度高、分辨率高、分析范围广、分析速度快等特点,被誉为“科学仪器的皇冠”。质谱仪工作的原理是将分析样品电离为带电离子,不同质荷比的带电离子在电/磁场作用下分离,并通过检测器形成包含“质荷比-相对强度”的质谱图,实现定性及定量分析。





质谱仪基本构造包括五大部件,其中离子源(电离样品为离子)和质量分析器(分离离子)是核心零部件。根据《质谱分析技术原理与应用》,质谱仪种类繁多,但基本构造大致相同,从工作流程来看:(1)样品直接或间接通过进样系统导入质谱仪后,离子源会先将样品电离为气相带电离子;(2)不同质荷比的带电离子进入质量分析器,并在电场或磁场的作用下发生分离;(3)检测器识别不同离子的电信号并最终转化为质谱图。此外,质谱仪工作需要在涡轮分子泵提供的真空系统中进行,以保证离子间不会相互碰撞而损失。其中,离子源可将不同物质电离成带电离子,为质谱仪的“门户”;质量分析器可将不同离子分离,为质谱仪的“心脏”;二者均是质谱仪的核心零部件。



1.2 核心零部件技术壁垒高,自研自产是企业发展关键
1. 离子源的种类影响质谱仪检测物质类型的丰富度,国内企业通过自研打破“卡脖子”局面。不同类型的物质所采用的离子源类型不同,如气态物质多使用EI及CI,液态物质多使用ESI、APCI、APPI,固态多使用LDI、MALDI等离子源。企业的核心竞争力体现在能否研发各类离子源来适配不同的应用场景。根据中国化学会质谱分析委员会,目前应用最广泛、最成熟的离子源技术分别为EI、ESI、MALDI。而国内部分企业已实现自研,如禾信仪器已分别在2015、2016、2018年获得EI、ESI、MALDI的自研专利技术(国外发明时间分别为1918、1968、1987年),将离子源领域的研发差距缩短至30年。





2. 质量分析器是决定质谱仪检测精度和准确的关键,高端质量分析器仍被海外龙头垄断。市场上的主流质量分析器包括飞行时间、四极杆、离子阱、回旋共振等,质量范围、质量精确度是其主要性能指标。目前,我国部分企业在中低端质量分析器领域已基本实现自研自产,但根据仪器信息网,高端质量分析器领域如Orbitrap,TOF-TOF等在国内基本是空白,且ICP-MS大部分来自进口品牌。国内企业正通过正向研发缩小国内外差距,比如,根据聚光科技(谱育科技母公司)官网披露,公司布局半导体精密检测ICP-MS的部分产品,通过集成电路制造头部企业测试,产品稳定运行中。





3. 高端通用零部件:国内质谱仪制造商多采用进口高端通用零部件以降低自身研发成本。质谱仪的其他高端通用零部件包括进样系统(引入样品装置)、真空系统(涡轮分子泵)、检测器。根据仪器信息网以及禾信仪器招股说明书,高端通用零部件的供应商多、市场竞争充分,一般国内质谱仪制造商多选择进口外采以节省研发开支。



1.3高精度优势带来下游广泛应用,质谱仪是增速最快的仪器子领域
质谱仪的高技术难度带来检测精度高、范围广的优势。根据《质谱分析技术原理与应用》,小至半导体组件的微量金属元素,大至血液中分子量达数十万的蛋白质分子,质谱仪扮演着重要的检测角色。(1)有机质谱仪:提供化合物分子量、官能团结构等信息,多与气相色谱、液相色谱联用,广泛应用于食品、环境、生命科学、医药、新能源新材料等领域;(2)无机质谱仪:检测微量的无机元素,多用于地质学、矿物学、重金属测定、环境监测等领域;(3)同位素质谱仪:用于同位素分析,多用于核反应研究等科研领域。



质谱仪目前主要应用于生命科学、农业食品等增速快的朝阳行业,占质谱仪总需求比重分别为42%、26%。从具体的应用领域来看,根据SDI统计,2020年全球质谱仪市场中,生命科学、环境、食品/农业和石汽工业分别占需求的42%、24%、26%和8%。其中,生命科学及食品/农业检测均正处高速发展阶段,2015至2020年质谱仪在这两个领域的需求复合增速分别可达7.8%和6.0%。



不可替代性+高成长性兼备,全球质谱仪市场发展空间广阔。根据SDI报告数据,质谱仪作为分析仪器中作为重要的高端设备,测算其2015至2020年复合增速达7.1%,高于其他仪器。根据Transparency的测算,2020年全球质谱仪市场规模为72亿美元,预计到2025年全球市场规模将超百亿美元,2018-2026年全球市场规模CAGR为7.70%,全球市场潜力空间仍巨大。





二、政策东风渐起,国内质谱企业发力技术及品牌力

2.1 政策东风渐起,国内质谱企业发力技术及品牌力
国内质谱仪市场常年被海外龙头垄断,进口依赖度虽呈下降趋势但2020年仍高达74%。根据中国政府采购网披露的2019年下半年招标/中标统计数据,在政府采购中,海外质谱仪龙头占据垄断地位,CR5高达81%;而国内厂商占有率不足3%。根据禾信仪器招股说明书、中国海关、智研咨询数据,伴随着国内质谱仪厂商自主创新能力不断增强,我国和海外市场的差距逐渐减小,进口依赖程度(质谱仪进口金额/中国质谱仪市场规模)从2014年的95%下降至2020年的74%。





1. 原理突破难:质谱仪核心专利与国外差距明显,阻碍行业发展。质谱仪是检测最小的结构物质——离子,而受制于起步晚、发展时间短等原因,我国在基础原理突破方面与国外差距明显。根据《1997-2016年专利分析全球质谱仪技术创新现状和趋势》,我国质谱仪专利申请总数位居第三,但涉及核心技术专利(离子源、质量分析器等),与发达国家相比处于绝对劣势。





2. 技术高精特尖:质谱仪需实现纳秒级检测速度、单位电荷的信号识别、微米量级加工精度。根据暨南大学官微引用的南方都市报内容,从核心零部件的角度看,质谱仪的技术高壁垒主要体现在以下四个方面:(1)快:对离子实现纳秒级(10-9s)的分离和检测;(2)微:对最小电信号(单位电荷,1.6*10-9库伦)的识别;(3)精:上百个零部件加工精度同时达到微米量级(10-6m);(4)稳:几十个电源的稳定度同时达到1/10000水平。高精特尖的技术要求使得质谱仪全产业链的开发创新周期至少在10年以上,且需要大量经验长期沉淀,企业先发优势明显。



3. 工程化难:零部件、接口、电场控制、工作模式的配合均为难题。根据暨南大学官微引用的南方都市报内容,一台质谱仪是“光、机械、电、算法、物理、化学、新材料”多个学科的集合,其包含数百个零部件,接口配合、电场控制、工作模式配合、时序调整等都非常复杂。

4. 品牌力弱:国外龙头技术优势转化为品牌力,长期以来主导中国分析仪器市场。高校及研究所会优先选择用进口质谱仪的检测数据做背书,以增强研究结论的可信度等。根据分析测试技术与仪器(2021):《质谱仪技术进展、自主创新研发和开放共享使用现状》, 2020年中国高校、科研院所和企业购置质谱仪及相关设备共支出114.6亿元,其中购置进口质谱仪占比92%,国产质谱仪仅占比8%,进口设备明显处于垄断地位。以中科院化学所为例,截至2020年7月所内71%的质谱仪均是进口品牌。



2.2国内厂商发力技术,服务及性价比突出,具备国产替代实力
核心团队具备深厚研发基因,助力突破质谱领域核心技术。(1)禾信仪器:根据仪器信息网披露,禾信仪器创始人及实际控制人之一周振博士得到了无网反射飞行时间检测器发明人H. Wollnik教授和垂直引入式飞行时间检测器发明人A. Dodonov教授的指导,并于2000年成功研制了分辨率达20000的高分辨垂直引入式飞行时间质谱仪,技术指标为当时国际同类仪器的最高水平。(2)谱育科技:根据公司官网披露,聚光科技子公司谱育科技的研发团队1000余人,60%以上为硕博士学历,通过承接国家级项目、建立行标等成为国产质谱仪引领者。



高且持续的研发投入是产品力的必要保障。质谱仪是技术密集型行业,公司需保持较高研发投入以实现技术创新。以禾信仪器为例,2021年研发费用率达10.9%。考虑到公司研发样机的销售(2021年为269万元)会冲抵部分研发费用,公司2021年实际研发投入占收入比重为11.5%。此外,公司具备持续获得国家重大科研项目的能力,2021年计入当期损益的政府补助为0.41亿元,可以覆盖约80%的研发费用。政府补助可为公司建立高水平研发团队、加宽技术护城河提供资金保障。





国产质谱仪制造商如何打造品牌力?从高端客户切入,打造质谱仪定制化服务。通过十余年发展,尽管国内质谱仪在对于仪器精度、稳定性有着极高要求的高校科研领域相较于海外龙头企业依旧有着明显差异,但在环境监测、生命医学以及食品健康等常规领域已经初具竞争力。以谱育科技为例,公司选择专用市场为切入点,提供深度定制化服务以及售后应急保障服务,进一步带动通用市场的认可。



部分产品已经达到/超过国际标准,售前后服务及性价比突出,具备国产替代实力。以禾信仪器为例,公司的核心SPAMS系列与国际商业化仪器水平相当,在质量范围、质量分辨率、颗粒检测范围等方面已经优于国外同类产品,并在核心装置和技术上已经拥有自主知识产权;此外公司SPIMS系列产品在技术方面达到国际先进水平的同时,在功能定制、售后服务以及性价比方面优势突出,质谱仪国产化已经具备基础条件。



2.3政策东风助力国产质谱仪突围,2025 年国内规模可达 248 亿元
鼓励国产设备采购叠加强化进口管理,政策东风助力国产化进程加速。2018年国家统计局将质谱仪纳入“高端装备制造业”行业中,作为战略性新兴产业之一,是关键“卡脖子”技术,双循环的重要突破方向。一方面国外逐步限制此类产品进口,质谱仪被纳入“瓦森纳协定”及美国商业管制清单(CCL);另一方面国内政策端正通过鼓励政策采购国产设备以及限制海外设备进口等方式强化国产设备竞争力,因此我们认为伴随国产质谱仪设备产品标准提升以及政策端的压实,低渗透率提升是大概率事件。



我们预计,2025年国内质谱仪市场规模可达248亿元,2020-2025复合增速近12%。根据中国海关披露的质谱仪进口数量、单价,以及禾信仪器招股说明书披露的国内市场规模,我们对国内质谱仪市场进行量价拆分及预测。假设条件如下:

1. 考虑到2019年受中美贸易战因素的影响,质谱仪进口金额下滑明显,其他年份质谱联用仪和其他质谱仪进口数量增速保持稳定增长。

2. 质谱联用仪及其他质谱仪进口单价保持稳定,分别为98.07万元/台及58.57万元/台。

3. 伴随着支持采购国产科学分析仪器的政策进一步落实,以及国内质谱仪厂商技术水平的提升,我国质谱仪进口金额占国内市场比重呈现下降趋势。

我们预计,2025年国内质谱仪市场规模为248亿元,2020-2025年复合增速近12%。在多重利好政策的加持下,掌握自研核心技术的国内质谱仪厂商有望突出重围。





风险提示

(一)竞争加剧的风险
长期以来国际巨头依然垄断国内质谱仪市场,特别是在中高端质谱仪领域国外企业具备明显的竞争优势。我国本土质谱仪企业规模较小,与国外巨头的竞争中处于不利地位。伴随本土企业的崛起,若国外厂商降低质谱仪产品销售价格,可能会对国产质谱仪厂商产生不利影响。

(二)高端通用零部件采购风险
国产质谱厂商的通用零部件(如分子泵、高端激光器等)目前大多仍需进口,若国外相关厂商经营策略发生重大调整、或所在国出口政策发生变动,可能对国产质谱厂商产生不利影响。

(三)研发失败的风险
质谱仪为典型的技术密集型行业,具备研发周期长、投入大、难度高等特点,国产厂商可能会因为研发投入不足、技术方向偏差、研发难度大等问题而导致研发项目失败。

(四)产业化失败的风险
质谱仪可用于环境监测、医疗健康、食品安全、工业过程分析等领域,但目前主要市场仍被国际巨头占据,如果国内厂商的相关技术成果无法适应市场的最新需求,或者在竞争力上不敌国外厂商,则会面临产业化失败的风险。


文章来自#赚美了#,更多一手硬核资料,请访问www.zhuanmeile.com
免责声明:以上内容为本站由网络合法获得,版权归原撰写方所有,其观点不代表本站观点,亦不代表本站赞同其观点或证实其内容的真实性,如有侵权请联系客服处理。

有话要说

  



客服微信

分类栏目