分析仪器是支撑一国之科学进步、技术创新和质量优化的基础性行业，应用场景广，市场空间大，然而我国以质谱仪、色谱仪为代表的尖端仪器产业受海外品牌长期主导。站在当下，我们认为部分领先国产企业经历长期攻坚，有望率先“破局”。
摘要
行业空间广阔，质谱仪与色谱仪为“皇冠上的明珠”。分析仪器用于测定物质组成、结构等特性，被广泛用于学术、制药、食品、环境等领域。其中，质谱仪和色谱仪分别用于物质的精确测定和分离，为量大面广、技术难度高的尖端通用仪器。从市场空间看，根据SDI数据，我们估计我国分析仪器2020年行业规模约656亿元，其中质谱仪、色谱仪约为142、107亿元，过去五年年均复合增长率约为19.4%、8.2%。
国内市场受进口品牌钳制，国产仪器在品牌力、产品力上仍需直面差距。我国分析仪器行业长期受海外品牌主导，我们测算2020年质谱仪、色谱仪国产化率约26%、33%，我们认为若考虑海外公司在国内组装仪器则国产化率更低。特别的，我们估计50万元以上大型科研仪器中，质谱仪、色谱仪明确为国产品牌的仪器数量占比不足3%，主要市场被安捷伦、赛默飞世尔、岛津、沃特世、SCIEX等海外品牌占据。究其根本，我们认为国产仪器在长期投入、产品性能与品牌认可度上仍需持续攻坚。
短期来看，政策引导 创新突破，领先企业有望开启替代进程。站在当前，十四五规划提出“加强高端科研仪器设备研发制造”，部分省市亦已推出国产采购优先政策，我们认为一定程度上有助于进行国产替代。更为重要的是，随着技术平台与核心部件突破、产品竞争力加强、应用场景向生命科学、半导体等更为广阔的空间拓展，我们看好领先企业率先开启国产替代进程，享受自主创新的时代红利。
长期来看，海外涌现龙头，成长经验值得借鉴。海外龙头通过长期的“并购 创新 多元化”战略，在仪器领域形成全面产品矩阵和强大竞争力的同时，向广阔的试剂/耗材/服务等售后市场延申，进而打造全球性的“科学服务一体化”。我们认为，龙头的发展经验值得我国分析仪器企业长期借鉴。
风险
技术研发及产业化失败风险；高端零部件采购风险；市场竞争加剧。
正文
分析仪器：科技创新之基，应用场景广阔
行业概述：分析仪器品类繁多、应用广泛
分析仪器是用于测定物质组成、结构等特性的仪器，属于广义的科学服务行业范畴。分析仪器产业链位于行业中游，上游主要为各类仪器部件，包括光学部件、真空部件、电子部件、机械部件等，下游则应用于高校、政府、第三方检测公司以及各类工业生产企业的科研、检测与教学活动中。从中游来看，分析仪器可与试剂耗材、各类实验室服务相互配套，进而为下游提供完整的科学服务综合解决方案。
在一国发展中，分析仪器行业具有基础性和战略性。我们认为，科学分析仪器是支撑科学进步、科技创新质量优化的基础性行业，也是对一国工业水平、创新实力甚至国家安全有着重大影响的战略性行业。
图表1：分析仪器产业链示意图
资料来源：各公司公告，各公司官网，中金公司研究部
分析仪器涵盖十余个细分品类，呈现多品种、小批量特点。根据国家科技基础条件平台大型科学仪器设备分类，分析仪器可分为电子光学仪器、质谱仪器、X射线仪器、光谱仪器、色谱仪器等12个类别。而全球权威的实验分析仪器咨询公司SDI（Strategic Directions International）将行业分为10个细分领域，其中光谱仪、表面科学、生命科学仪器、色谱仪、质谱仪占比较高，2017年全球规模占比分别为19%、15%、14%、12%、10%，总体而言，仪器行业呈现多品种、小批量的行业特点。
图表2：分析仪器细分类别及举例
资料来源：《国家科技基础条件平台大型科学仪器设备分类编码》，中金公司研究部
图表3：全球分析仪器市场规模占比（2017）
资料来源：SDI，中金公司研究部
图表4：部分类别分析仪器示意图
资料来源：各公司官网，中金公司研究部
依托于研发、分析、质控等场景，分析仪器在学术/制药/食品/环境等领域得到广泛应用。根据SDI在2017年对于中国分析仪器市场的调查研究，从使用场景看，研发活动（包括应用研究与基础研究）占分析仪器应用的62%，分析服务、质量控制则各占15%；从下游行业看，分析仪器被广泛应用于学术、制药、生物、食品、环境、医学、化学等领域，占比分别为18%、16%、13%、11%、9%、9%、8%。
图表5：中国分析仪器分场景规模占比（2017）
资料来源：SDI，中金公司研究部
图表6：中国分析仪器分行业规模占比（2017）
资料来源：SDI，中金公司研究部
市场空间：国内超过650亿元，质谱仪、色谱仪均为百亿级别市场
2020年全球分析仪器市场规模约670亿美元，中国约占15%。根据前瞻产业研究院援引的SDI数据，2015年全球实验分析仪器市场规模为514亿美元，2020年约为670亿美元，2015-2020年CAGR达5.5%。其中，中国市场成长快速，市场规模全球占比从2015年的10%增加至2019年的15%，我们保守假设2020年占比仍为15%，则估计2020年中国分析仪器市场规模约为656亿元，2015-2020年CAGR达到14.4%，增速远快于全球其他市场。
图表7：全球分析仪器市场规模（2015-2020）
资料来源：SDI，前瞻产业研究院，中金公司研究部
图表8：全球分析仪器市场规模占比（2019年）
资料来源：SDI，前瞻产业研究院，中金公司研究部 注：括号内为2015年占比
分类别看，国内质谱仪、色谱仪、光谱仪2020年市场规模分别为142、107、67亿元。在各类分析仪器中，质谱仪、色谱仪、光谱仪量大面广，被广泛地用于各行各业的物质检测及化学成分分析。根据智研咨询、华经产业研究院数据，2020年国内质谱仪市场规模约为142.2亿元，2015~2020年CAGR为19.4%；2020年国内色谱仪市场规模约为107.2亿元，2015~2020年CAGR为8.2%；2020年国内光谱仪市场规模约为67.4亿元，2015~2020年CAGR为9.3%。
图表9：国内质谱仪、色谱仪、光谱仪市场规模（2015-2020）
资料来源：智研咨询，华经产业研究院，中金公司研究部
分类详解：以光谱仪、色谱仪、质谱仪为例
光谱仪：基础分析仪器，简单快速无损
光谱仪是进行物质结构与成分分析的基础仪器。光谱仪又称分光计，其原理为，通过物质与光的相互作用，并对形成的光谱线进行分析，由于不同物质具有不同的光谱特征，进而光谱仪可探测出物质结构和物质成分。光谱仪被广泛应用于冶金、地质、石油化工、环境保护、生命科学等行业。其细分品类包括原子光谱、分子光谱、X射线光谱等。与质谱仪相比，光谱仪相对操作与流程简单，测试速度快，并且大多数无需破坏样品，价格也较为低廉，但整体上在检测的精度、可靠性、检测范围上与质谱仪存在明显差距。
图表10：光谱分析法的分类及释义
资料来源：《分析仪器与仪器分析概论》（邓勃，2005），中金公司研究部
图表11：不同原理的光谱仪结构示意图
资料来源：《仪器分析教程》（陈集、朱鹏飞，2010），中金公司研究部
色谱仪：用于复杂混合物的分离与测定
色谱仪主要用于混合物的高效分离与分析。色谱仪利用物质在两相（即固定相和流动相）中溶解、解吸、吸附等作用力的差异，当两相相对运动时，混合物各组分反复多次受到各作用力的作用而互相分离，从而达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。两相是实现色谱分离的关键，简而言之，固定相主要用于留住组分，流动相主要用于将组分带入检测器。常见的色谱仪器包括气相色谱仪（GC）和液相色谱仪（LC），此外还有离子色谱仪、薄层扫描色谱仪、电泳仪等类别。色谱仪可与质谱仪、原子发射光谱、核磁共振谱等仪器联用，其中色谱仪起到对样品进行预分离的作用。
按照流动相为气体或液体，可区分出气相色谱仪和液相色谱仪。从结构上看，色谱仪的核心部件主要包括载气系统（或输液系统）、色谱柱以及检测器。从应用上看，气相色谱仪与液相色谱仪都具有效能高、灵敏度高、通量大等特点，可广泛用于石油化工、环境检测、食品工业、药物制造等各个领域，但相比之下，气相色谱法由于流动相和样品必须处理成气体，较难对高沸点、非挥发性、热不稳定物质，以及离子型化合物、高聚物进行分离或分析。国内气相色谱仪发展较早，相对成熟，布局的企业包括福立仪器、普析通用、磐诺仪器、谱育科技等；液相色谱仪则仍处于发展早期，皖仪科技、大连依利特、上海伍丰、海光仪器等企业有所布局。
图表12：色谱分离过程示意图
资料来源：仪器信息网，中金公司研究部 注：从右往左看
图表13：色谱仪结构示意图
资料来源：《分析仪器与仪器分析概论》（邓勃，2005），中金公司研究部 注：黄色部分代表仪器中的核心部件
质谱仪：用于精确测定物质的尖端科学仪器
质谱仪可理解为“灵敏度极高的天平”。质谱仪是对物质进行定性和定量分析的高端分析仪器。其原理为将分析物电离成带电离子，再利用不同质量离子在电场或磁场中的运动行为不同，按质量和电荷的比值（质荷比）分离和检测，得到离子强度随质荷比变化的质谱图。实验人员可根据质谱图上的分子离子峰判断相对分子质量，并根据碎片离子推断样品的结构。质谱仪广泛地应用在医疗健康、食品安全、环境监测、工业过程分析等领域。与其他分析仪器相比，质谱仪可精确地测定分子量和原子量，并具有很高的分辨率和精度。
质谱仪包括样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、真空系统、数据分析系统六大部分。其中各系统的主要作用为：
样品导入系统：进样。样品通过导入系统进入质谱仪。当样品比较复杂时，可在质谱仪前串联气相色谱（GC）或液相色谱（LC）进行预分离得到单组分后，再使用质谱进行样品结构解析。
离子源：电离。在离子源中对样品进行电离，以电子、离子、分子或光子将样品转换为带电离子。常见的电离方法包括电子电离（EI）、电感耦合等离子体（ICP）、基质辅助激光解吸电离（MALDI）、电喷雾电离（ESI）、大气压化学电离（APCI）等。
质量分析器：分离。在电场或磁场的作用下，对不同质荷比的带电离子按照运动行为不同进行分离。主要包括四极杆（Q）、飞行时间（TOF）、离子阱、离子回旋共振（ICR）、磁场等。此外，可将多个质量分析器进行联用，形成串联质谱仪（MS/MS），以满足更高的精度和灵敏度要求，或更宽泛的检测场景，常见的串联方式如三重四极杆（QQQ）、四极杆飞行时间（Q-TOF）等。
检测器：测量。通过检测器测量和记录特定质荷比的离子数，形成质谱图。此外，离子源、质量分析器、检测器需要处于高真空系统中，以使得样品离子不会产生碰撞损失或质荷比测量偏差。数据分析系统主要用于数据的采集、处理、输出以及仪器的控制等。
图表14：质谱仪的结构、分类及应用
资料来源：《质谱分析技术原理与应用》（台湾质谱学会，2019），中金公司研究部
不同离子源和质量分析器原理各异，用以满足不同场景的检测需求。通常需要根据样品的极性、挥发性等性质选取合适的离子源，并根据不同的检测场景、检测要求、样品特性需要使用不同的质量分析器。
图表15：不同离子源及质量分析器的原理和优劣势
资料来源：《质谱分析技术原理与应用》（台湾质谱学会，2019），各公司招股说明书，中金公司研究部
图表16：四极杆质谱仪原理示意图
资料来源：岛津官网，中金公司研究部
图表17：飞行时间质谱仪原理示意图
资料来源：岛津官网，中金公司研究部
从实际产品看，常见的商业化质谱仪包括GC-MS、LC-MS、ICP-MS、MALDI-TOF等类型。各类离子源与质量分析器可形成不同的排列组合，常见的离子源与质量分析器的配合方式包括ICP-MS、MALDI-TOF等；此外，质谱技术可与气液分离技术相配合，形成GC-MS、LC-MS等色谱质谱联用仪。具体来看：
GC-MS/LC-MS：分别为气相色谱-质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪。GC-MS和LC-MS是有机化合物分析中最为常用的质谱仪，均有较强的定量能力。从结构看，GC-MS和LC-MS通常都以四极杆（或三重四极杆、四极杆-飞行时间）作为质量分析器，但GC-MS通常选用EI/CI离子源，LC-MS通常选用ESI/APCI离子源。从应用看，GC-MS适合分析小分子、易挥发、热稳定的化合物；LC-MS适合分析大分子、不易挥发、热稳定性较弱的化合物。色质联用仪在国外起源于60-70年代，国内正不断追赶，目前布局企业有谱育科技、禾信仪器、东西分析、天瑞仪器等。
ICP-MS：电感耦合等离子体质谱仪。通常以ICP作为离子源，四极杆（或三重四极杆、四极杆-飞行时间）作为质量分析器。主要应用于无机元素分析，例如环境监测领域的金属元素污染、医疗检测领域的人体常量/微量元素检测、半导体领域的金属元素污染检测、冶金领域的材料分析等。其特点是有很低的检出限（达ng/ml或更低），基体效应小，谱线简单，能同时测定许多元素，动态线性范围宽。1994年安捷伦首次推出台式ICP-MS，国产企业中布局较快的包括谱育科技、莱伯泰科、钢研纳克、天瑞仪器、禾信仪器等。
MALDI-TOF：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪。软电离的产品特性适合测定蛋白质、多肽、多糖、核酸、高分子化合物等大分子物质，在临床检测中存在广泛应用，尤其是微生物标本的快速鉴定。MALDI-TOF市场基本被生物梅里埃Vitek-MS和布鲁克Biotyper垄断，国内布局的企业主要有禾信仪器、安图生物、毅新博创、厦门质谱、上海复星等。
图表18：常见商业化质谱仪的适用范围
资料来源：岛津官网，中金公司研究部
从下游应用看，质谱仪在临床医学、生物制药、食品、环境、工业检测中均可发挥作用。具体来看：
临床医学：临床质谱渗透率提升空间广阔。临床质谱检验具有高灵敏度、高分析速度、高通量等优势，可在新生儿遗传疾病筛查、微生物检测、营养代谢不良检查、激素检查、药物监测等项目上实现对传统方法的替代。其中，液相/气相质谱仪主要用于对各类激素、维生素、蛋白质等有机物进行检测，MALDI-TOF主要用于微生物检测，ICP-MS主要用于人体金属/微量元素的筛查。根据智研咨询，目前我国临床质谱占临床检验的比重不足1%，与美国15%的占比差距较大，具有较大的发展潜力。
生物制药：有望受益于药企研发加强及CRO快速发展。质谱方法可用于药物的杂质分析、代谢动力学研究、小分子方法开发、中药及天然产物开发的解决方案等。其中，LC-MS在药学领域应用最为广泛。根据科技部，2015~2020年我国规上医药制造业R&D支出CAGR为12.2%；同时根据F&S，2021~2024年CRO市场规模复合增速有望达到30%。我们认为，随着我国药物自主研发力度不断加强，药企及CRO企业资本开支加大，有望带动质谱仪在制药行业的市场规模持续扩容。
食品检测：受益于食品安全要求不断提升。随着人们对健康和安全要求的提升，食品检测的力度也在不断加强，随之对于食品检测仪器的数量和要求也在提高。质谱在食品安全方面检测包括营养成分分析、农药残留检测、真菌毒素检测、重金属元素检测、掺假及鉴别等。GC-MS、LC-MS、ICP-MS、TOF等各类质谱仪均存在相应的应用场景。
环境监测：质谱技术具有抗干扰性强、灵敏度高、可检测物质多等优势。在环境监测领域，与各类传感器、光谱仪等传统检测仪器相比，质谱仪具有检测限更低、抗干扰性强、可同时检测多种物质、检测速度快、精度高等优点，已广泛用于各类污染物及污染元素的在线监测、快速分析、精准溯源等场景，同时也是持久性有机污染物、复杂新型污染物等部分污染源的黄金检测标准。
半导体制造：ICP-MS在半导体各产业链环节存在广泛应用。ICP-MS可用于半导体产业链多个环节的无机元素检测，可适用于硅片、光刻胶、芯片、试剂、生产环境等检测对象，对各类痕量及超痕量无机元素污染进行分析。
中国市场竞争态势：进口品牌主导，仍需直面差距
发展现状：长期贸易逆差，龙头布局完善
从行业整体看，我国分析仪器行业贸易逆差不断扩大。根据海关总署数据，2020年我国理化分析仪器（HS编码9027）进口额为100.9亿美元，同比增长8.8%。从长周期来看，我国分析仪器行业处于持续的贸易逆差状态，且贸易逆差额不断扩大，我们认为我国分析仪器较为依赖进口品牌的市场状态长期存在。其中，分产品看，质谱仪、仪器零配件、色谱仪占分析仪器进口额的15%、15%、10%，分别为15.3、15.0、10.4亿美元，我国高端分析仪器与仪器核心部件替代空间广阔；分国家看，美国、日本、德国、新加坡为主要的进口来源国。
图表19：我国分析仪器贸易逆差持续扩大
资料来源：UN Comtrade，海关总署，中金公司研究部
图表20：2020年我国分析仪器进口额分产品占比
资料来源：UN Comtrade，海关总署，中金公司研究部
图表21：2020年我国分析仪器进口额分国别占比
资料来源：UN Comtrade，海关总署，中金公司研究部
从企业布局看，全球巨头重视中国市场，国产企业布局则相对聚焦。赛默飞世尔、丹纳赫、安捷伦、岛津等全球分析仪器巨头在中国布局时间久、体系完善，可获得从数十亿元至上百亿元量级的收入体量（包括仪器及耗材、服务等）。中国已成为海外巨头的重要市场之一，收入贡献高的可达20%~30%，其研发、服务体系均趋于本土化，例如在中国建立本土制造、研发、服务基地，开发基于中国客户独特需求的产品，与国产品牌正面竞争。相比之下，国内分析仪器发展较快的如谱育科技、禾信仪器、莱伯泰科、皖仪科技等，从收入规模看仍在亿元级别，从产品布局看相对聚焦在某几类细分领域，我们认为国产品牌与进口差距仍存，未来需直面竞争、正面突围。
图表22：全球分析仪器龙头在中国地区的布局情况
资料来源：Capital IQ，公司公告，公司官网，中金公司研究部 注：为排除2020年疫情影响，财务数据使用2019年；安捷伦、岛津为财年数据，非日历年；布鲁克为亚洲地区收入；安捷伦2011-2019CAGR数据缺失，以2013-2019CAGR作为替代
图表23：国内主要分析仪器企业的布局情况
资料来源：公司公告，公司官网，中金公司研究部
文章来源
本文摘自：2021年12月22日已经发布的《“大国重器”系列05：分析仪器，孰能破局》
陈显帆 SAC 执业证书编号：S0080521050004 SFC CE Ref：BRO897
张梓丁 SAC 执业证书编号：S0080517090002
李昕阳 SAC 执业证书编号：S0080121070352
本文转载自《中金点睛》
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