5分鐘了解氣相色譜前世今生你怎么看GC進出口數據？

　　現代科學儀器技術中，氣相色譜是一位“老兵”，從上世紀50年代發展迄今有70年歷史。無論是儀器技術還是塔板理論，都對此后的分離科學產生了深遠的影響。氣相色譜主要用于揮發性物質的分離檢測，具有很多優點：分離效率高、分析速度快、檢測靈敏度高、樣品用量少、選擇性好、多組分同時分析、易于自動化。除色譜自有的檢測器外，還可以同質譜、紅外等多種分析儀器聯用。本文將簡要回顧一下氣相色譜的發展概況，并帶大家看一看氣相色譜近幾年的新產品。

　　氣相色譜簡要發展史

　　氣相色譜（GC）的歷史可以追溯到1903年Mikhail Tsvet使用紙色譜法分離植物顏料的第一次實驗，以及1930年代Schuftan& Eucken引入蒸汽作為流動相。而現代GC儀器系統是從上世紀50年代開始的。更多發展歷史，可參考本網文章：氣相色譜江湖系列第一部分和第二部分。

　　1952年James和Martin提出氣液相色譜法，同時也發明了第一個氣相色譜檢測器。這是一個接在填充柱出口的滴定裝置，用來檢測脂肪酸的分離，用滴定溶液體積對時間做圖，得到積分色譜圖。1954年Ray提出熱導計，開創了現代氣相色譜檢測器的時代，此后至1957年，是填充柱、TCD年代。

　　商品化的早期先驅有很多家，1955年PerkinElmer推出的154 GC是全球第一臺商用GC，1956年島津推出GC-1A，同年意大利Carlo Erba也推出氣相色譜，1957年Wilkens公司推出Aerograph Model A-90 GC，1959年F&M Scientific公司推出第一臺可程序升溫的氣相色譜儀Model 202，1969年，GOW-MAC推出Model 69-100型GC，1973年，惠普公司推出HP 5830 GC，是一臺微處理器控制的分析儀器。

　　1958年Gloay首次提出毛細管柱，同年，Mcwillian和Harley同時發明了FID，Lovelock發明了氬電離檢測器（AID），使檢測方法的靈敏度提高了2～3個數量級。

　　20世紀60和70年代，由于氣相色譜技術的發展，柱效大幅提高，而環境科學等學科的發展，對痕量分析提出要求，陸續出現了一些高靈敏度、高選擇性的檢測器。如1960年Lovelock發明電子俘獲檢測器（ECD）；1966年Brody等發明FPD；1974年Kolb和Bischoff發明電加熱的NPD；1976年美國HNU公司推出了實用的窗式光電離檢測器（PID）等。同時，由于電子技術的發展，原有的檢測器在結構和電路上又作了重大的改進。如TCD出現了恒電流、恒熱絲溫度及恒熱絲溫度檢測電路；ECD出現恒頻率變電流、恒電流脈沖調制檢測電路等，進一步提升GC的性能。

　　20世紀80年代，由于彈性石英毛細管柱的快速廣泛應用，對檢測器提出了體積小、響應快、靈敏度高、選擇性好的要求，特別是計算機和軟件的發展，使TCD、FID、ECD、和NPD的靈敏度和穩定性均有很大提高，TCD和ECD的池體積大大縮小。

　　20世紀90年代，由于電子技術、計算機和軟件的飛速發展使MSD生產成本和復雜性下降，以及穩定性和耐用性增加，從而成為最通用的氣相色譜檢測器之一。其間出現了非放射性的脈沖放電電子俘獲檢測器（PDECD）、脈沖放電氦電離檢測器（PDHID）和脈沖放電光電離檢測器（PDECD）以及集次三者為一體的脈沖放電檢測器（PDD）。4年后，美國Varian公司推出了商品儀器，它比通常FPD靈敏度高100倍。另外，快速GC和全二維GC等快速分離技術的迅猛發展，促使快速GC檢測方法逐漸成熟。

　　對于氣相色譜的未來，業界人士認為有幾大趨勢：中心切割技術促使多維GC更加成熟。隨著速度提高，GC將變得更像傳感器技術。

　　GC全球市場概況

　　根據Markets and Markets的預測，全球GC市場規模預計從2020年的28億美元，以4.1%的年復合成長率（CAGR）成長，到2025年達到35億美元。增長的主要驅動力來自于日益嚴重的食品安全問題，在藥物審批過程中越來越多地使用色譜測試，以及工業研究和制造過程中聯用色譜系統的更大利用率所推動的。

　　按產品類型分類

　　氣相色譜（GC）的市場分為儀器、配件、消耗品和試劑。GC配件和消耗品的增長在預測期內將主導市場，這是由于配件和消耗品的耐用性有限，需求將不斷增加。GC的配件和消耗品方面，分為色譜柱，色譜柱配件，自動進樣器配件，流量管理配件，壓力調節器配件等。其中，色譜柱在GC配件和消耗品中占有最大份額，主要歸因于石油工業氣相色譜柱不斷改進。

　　GC儀器部分分為系統、自動采樣器、餾分收集器和檢測器，其中GC系統的增長占據主導地位。GC儀器的增長主要受TCD、FID、DID等檢測器需求增長驅動；GC-MS聯用系統的增長也是驅動因素；對檢測有機氮化合物的高靈敏度檢測器的需求也不斷增加。

　　按最終用戶市場分類

　　氣相色譜法在各種最終用途行業的應用日益增加，正在推動市場增長。GC在制藥工業中用于殘留溶劑分析，在食品和飲料工業中用于成分分析和食品安全分析；GC是化學工業中不可或缺的一部分，因為對材料，聚合物，添加劑和氣體純度分析的需求不斷增長；GC也一直大量被用于石油精煉過程。

　　在預測期內，石油和天然氣行業在GC的最終用戶市場中以4.1%的復合年增長率增長。這一增長主要歸因于原油和頁巖油產量的增加以及石油工業氣相色譜柱的改進。

　　全球制藥業的增長是創造GC市場積極增長前景的關鍵因素之一。主要原因是，GC具有高效的分離能力，少量物質分析時具有極高檢測靈敏度，對極其復雜混合物的定量分析時，具有高準確性和精密度。GC廣泛用于藥物發現以及從復雜混合物中分離目標化合物，大幅提高了藥物分析的精確度和準確性。

　　此外，GC在石油和天然氣、食品和飲料、生物技術、醫療和化妝品等行業的廣泛應用，均推動GC市場增長。

　　在臨床檢驗中，GC-MS專門用于血液和尿液分析，例如檢測巴比妥類、酒精、麻醉劑和殘留溶劑以及麻醉劑、抗組胺劑、抗驚厥劑、抗癲癇藥物、鎮靜劑和催眠藥等藥物。GC-MS還廣泛用于臨床毒理學，用于檢測毒素和毒液。

　　預計COVID-19大流行將對GC市場產生小幅積極影響。2020年7月，“今日色譜”雜志上發表了一篇文章指出，美國空軍和密歇根大學的研究人員合作對現有的氣體分析系統進行了修改，使其可以像呼吸測試儀一樣工作，可以分析呼吸并檢測急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）在早期階段的化學特征， 這是大多數COVID-19感染的前兆。預計這些發展將積極促進GC市場增長。

　　基于芯片的高級程序升溫GC系統，含有納米顆粒、離子液體和共聚物的新型固定相的開發，也成為另一個主要市場增長因素。這些創新的解決方案有助于爆炸物檢測、環境分析、識別未知樣本和火災調查。

　　此外，政府對色譜、制藥研發的資助增長，分析儀器領域的技術進步，研究實驗室和學術機構之間的合作逐漸增加，醫療基礎設施的顯著改善，都將推動GC市場增長。

　　按地域分類

　　2016年，北美在氣相色譜市場占有超過39.0%的份額，驅動力來自于：美國和加拿大等國家越來越多地使用色譜儀器進行最終生產測試，食品/飲料等與食品安全有關的嚴格政府法規，主要市場參與者的強大推動，以及政府對制藥和生物技術行業研發活動的資金增加。此外，醫療保健行業的擴張也增加GC市場需求，以進行質量保證、治療和診斷；石油精煉過程中對GC的需求不斷增加，北美石油和天然氣行業的迅速擴張也將促進GC市場增長。

　　由于政府對色譜市場的投資增加以及研發支出的增加，預計歐洲也將在預測期內占據相當大的市場份額。預計這些因素將在預測期內支持歐洲這一垂直領域的增長。

　　印度，中國和日本等幾個新興亞洲經濟體擁有快速增長的經濟和較大人口規模，加上基于色譜的研究范圍不斷擴大，預計在預測期內的復合年增長率將相對較高。該地區的高增長率還來源于日本仿制藥的廣泛銷售，印度和中國的制藥和生物技術行業的增長等因素。

　　然而，GC的高使用成本，以及一些國家的地緣政治困難和經驗豐富的人員稀缺，將限制市場增長。缺乏經驗豐富的操作人員和高昂的儀器成本，阻礙了市場的擴張。

　　中國GC進出口概況

　　從海關統計的進出口數量來看，我國GC出口規模大于進口規模。據統計，2021年我國GC出口數量為16889臺，進口數量為9885臺。這可能因為安捷倫等氣相色譜工廠在中國，外企在華工廠的出口在出口氣相色譜中占據很大份額，比如2021年，一般貿易的出口氣相色譜數量是946臺，而一般貿易的進口氣相色譜數量是9450臺。

2017-2021年氣相色譜進出口臺數對比

2021年出口氣相色譜貿易方式

2021年進口氣相色譜貿易方式

　　根據出口價值與數量計算，我國出口產品集中于低端產品，高端GC仍需則依靠進口。2021年我國GC進口金額達到19.78億元，進口設備高達20萬元每臺，GC出口金額為8.39億元，每臺設備出口均價不到5萬。

　　幾個重要企業

　　1955年，PerkinElmer推出154 GC，是世界上第一臺商用氣相色譜儀。隨后的1956年，島津推出了GC-1A，當1981年推出GC-8A打入美國市場后，此后的市場份額僅低于安捷倫。安捷倫的氣相色譜來源于1965年對F&M Scientific的收購，在1984年推出5890后，漸漸成為市場第一。

　　除了安捷倫（美國）、島津（日本）、PerkinElmer（美國），GC市場的其它主要競爭者還包括：賽默飛（美國）， Restek（美國），Dani儀器（意大利），Chromatotec（法國），Merck KGAA （德國），Leco力可（美國），Scion賽里安 （美國，天美旗下），Phenomenex（美國），GL技爾（日本），OI Analytical （美國），Valco（美國），Centurion（印度），SRI（美國），天瑞儀器，E ChromTech（臺灣），Trajan（澳大利亞），Falcon Analytical（美國）。中國的主要企業包括：福立儀器、東西分析、磐諾、炫一等。