TOFWERK靠“譜”：讓TOF更Work! 從深入現場到前沿科學
從TOFWERK這個名稱來看，就能大致聯想到這是一家專注于研制TOF（time of flight飛行時間）的質譜公司。在高手林立的TOF市場上，如何做出獨特且市場需要的分析產品和解決方案？TOFWERK給出了完美的答案。
在2023年第71屆ASMS大會上，分析測試百科采訪了TOFWERK首席商務官Joel R Kimmel博士，他不僅分享了著名的Vocus CI-TOF質譜特點，還介紹了TOFWERK在環境監測、半導體、材料、食品等領域的眾多創新產品。進入更多未被開墾的新領域、新場景，讓TOF更Work！希望Joel的分享為大家帶來新的啟示。
TOFWERK的Joel R. Kimmel博士（左）和分析測試百科網總經理卞利萍（右）
TOFWERK的公司名稱非常清晰明了。TOF指飛行時間，WERK是德語，和英語WORK同義。TOFWERK創立于2002年，總部位于瑞士圖恩市，去年剛剛舉辦了公司成立20周年慶典。
最初，TOFWERK專注于飛行時間質譜設計、研發，生產高品質高規格的TOF分析儀，主要模式是OEM給其它合作伙伴或集成商，通過他們銷售產品。多年來，TOFWERK向其中一些合作伙伴交付的產品范圍不斷擴大，不僅為他們提供各種類型的TOF分析器，還提供接口、離子源和軟件。2015年，TOFWERK開始提供整機產品，并以TOFWERK的品牌向客戶銷售。當前，兩種模式仍然并存，一半是OEM業務，一半是TOFWERK品牌整機業務。
一次里程碑就是一次技術創新
談到TOFWERK發展的重要里程碑，Joel R. Kimmel表示，在從OEM到最終用戶的發展過程中，各種產品的發布就是TOFWERK的里程碑，代表著TOFWERK的不斷進步。
一個非常重要的里程碑是2022年的TOFWERK的20周年慶典。“我感到非常自豪的是，這20多年來，TOFWERK的創始人仍然在經營公司。TOFWERK和我們一起成長并將持續成長和壯大。” Joel R. Kimmel說。
2022年的另一個里程碑是，TOFWERK與布魯克建立了戰略合作關系，為下一代高速、超靈敏的分析帶來創新的解決方案。“這對我們來說是一個巨大的、振奮人心的變化。基于 TOFWERK 和布魯克開發的超高靈敏度和可移動化 PoN 分析技術，進一步加速了工業和應用市場中緊湊、高速飛行時間質譜解決方案的商業化。” Joel R. Kimmel說道。
目前，在進行戰略投資后，布魯克成為股東之一，而TOFWERK與布魯克保持完全獨立。雙方在質譜分析方面達成了一致的共識。在生命科學質譜方面, 布魯克的技術非常強大；同時布魯克有一個不斷增長的領域，稱之為應用質譜儀，應用在工業、空氣和環境等領域。“布魯克為我們帶來了市場專業知識，幫助我們擴大公司規模、做出戰略決策，增強了根據市場需求研發產品的能力。而我們增加了布魯克的技術組合，為其應用市場帶來了更豐富的解決方案。“
Joel R. Kimmel表示，“雙方的合作有良好的基礎和共識。TORWERK在小型、便攜式、堅固耐用的質譜儀方面擁有豐富的專業知識。當你環顧四周時，你會意識到我們正在讓質譜產品離開實驗室，放入貨車里，或者應用到工業場景中。布魯克看到了我們的實力，了解到TOFWERK在這些應用場景的出色表現。同時布魯克也帶來了我們感興趣的一些技術。比如，可以想象TOFWERK的化學電離系統與DART技術相結合，實現實時在線的直接分析。雙方還合作開發并將聯合推廣EC-TOF產品(https://www.tofwerk.com/products/ec-tof/)，為雙方的客戶帶來創新的解決方案。”
此外，近期TOFWERK與賽默飛合作，為客戶提供iCAP TOF質譜儀，將賽默飛的iCAP型ICP-MS與TORWERK的TOF相連接，利用TOF替代四極桿，在單顆粒單細胞和生物/地址快速成像方向應用廣泛。“在中國，我們與賽默飛中國團隊合作，他們從2023年起在中國直接銷售和推廣這款產品。這是一個非常令人興奮的新合作伙伴關系，是TOFWERK的又一個里程碑”， Joel R. Kimmel說道。
引領未來技術趨勢
關于未來的技術趨勢，Joel R. Kimmel說道，“這關鍵在于TOFWERK將TOF技術帶到了哪里。” TOF的優勢在于速度和靈敏度，可以非常快地獲得全譜，TOFWERK在發揚上述優點的同時，實現了每種技術的穩定可靠。“作為一家公司，TOFWERK一直在追求實現TOF的速度。目前，TOFWERK已經在高性能質譜儀方面走在了前列，走出了實驗室，進入了惡劣的應用環境。”
電感耦合等離子體-飛行時間質譜儀（ICP-TOF-MS）將電感耦合等離子體(ICP)電離特性與飛行時間質譜儀高分辨率、高靈敏、快速掃描等優點相結合，可實現近百種元素及同位素分析。“之前的ICP質譜大多為四極桿或磁質譜，ICP-TOF將形成一個新興的市場。”Joel R. Kimmel說道。TOFWERK的 icpTOF質譜儀每30微秒采集一張完整質譜圖，是目前記錄快速瞬態信號的最佳質譜檢測器，在地質和生物表面分析等領域，可用于單個納米顆粒、流體包裹體、激光剝蝕成像等研究。
TOFWERK的 icpTOF質譜儀
ASMS上，TOFWERK聯合Bruker展示EC-TOF質譜儀：搭配EI和CI雙電離模式，同時適用于靶向和非靶向物種分析。 “EC TOF，我們叫它概念儀器，已經做了很多演示。TOFWERK一直在與布魯克合作，共同探索新的市場。“Joel R. Kimmel說道。EC-TOF質譜儀同時組合了實時CI軟電離技術和傳統色譜-EI-TOF技術，在同一臺儀器上，在快速捕捉樣品變化的同時，提供了最高準確性的樣品定性信息。
EC-TOF示意圖：同時獲取實時CI電離數據和經典的色譜-質譜聯用數據
基于高達100 Hz的離子通道切換技術，色譜分離后的樣品分流后，分別進入EI源和CI源，并利用同一臺飛行時間質譜儀、只作一次試驗即完成數據采集和記錄。在利用色譜-EI-TOF實現標準化分析的同時，CI技術實時同步記錄了樣品中組分變化和濃度趨勢。
扎根中國 發展前沿技術
“TOFWERK是非常幸運的。在相當長的一段時間里，由于中國對大氣科研和監測的強烈驅動，TOFWERK在中國擁有了龐大的客戶群。” 談到中國和歐美市場的異同時Joel R. Kimmel說，“無論是研究和監測，中國市場都是我們接觸最多、合作最多的。由于中國在移動監測的前瞻性，中國市場一直是我們新產品的早期采用者。在進入監管領域之前，中國的學術領域也已經引入了很多移動應用的想法，這是令人興奮的，各地的空氣質量監測需求類似，中國的應用將向世界傳播。”
除此之外，中美兩國的科研人員非常相似，都是試圖解決新問題、尋找最新技術的人。我們看到很多團隊都站在最前沿、考慮新技術、推動新應用，比如生物組織成像等。
因此，各國對先進科學的追求是相似的。當然，多年來的工作，我們看到中國的發展非常快，是一個非常重要的開展尖端科學的市場，比如前文提到的TOFWERK與賽默飛中國的直接合作。
對TOFWERK這家歐洲公司來說，在當地開展業務非常重要。擁有本地服務人員，發展本地應用，成為當地社區的一部分很重要，這樣才可以獲得客戶的信賴。TOFWERK在2019年在南京設立了分公司——南京拓服工坊科技有限公司，正在努力為中國提供更多本地化的解決方案和更及時的售后服務。
三大戰略方向
Joel R. Kimmel介紹了TOFWERK的三個關鍵市場方向。
第一個方向對中國非常重要，就是空氣質量監測。“我要再次贊揚中國在這方面的大量投資，并提出需要更先進的儀器來測量空氣質量，不僅僅是傳感器，還需要強大的質譜儀。” Joel R. Kimmel說道。
空氣質量監測對TOFWERK來說是一個潛力很大的增長領域。TOFWERK在美國、歐洲和中國都有團隊，均致力于繼續發展該項技術。TOFWERK在中國的粉絲眾多，比如與中科三清（TOFWERK在VOCs走航市場在中國的一個重要合作伙伴）的合作，提高園區和市區空氣質量。TOFWERK并積極參與同監管部門合作，參與VOCs走航，惡臭監測以及走航溯源等標準的數據采集比對及文本編制，并著眼于未來，開發應對新出現的污染物如PFAS的監測方案，近期美國PFAS是一個非常熱門的話題。
第二個方向是半導體制造。TOFWERK正在繼續發展，保證半導體制造純度的解決方案。
第三個很有潛力的方向是葡萄酒軟木塞分析，涉及食品風味領域。真正的食品質量控制，涉及到食品供應鏈、質量、純度和健康。
對于中國，最大的戰略方向是空氣質量，其次是中國的半導體行業。TOFWERK還正在努力建立亞太區域辦事處，進一步做好本地化支持和服務。
TOFWERK代表產品
Joel R. Kimmel接下來介紹了TOFWERK的幾款代表產品。
Vocus CI-TOF實時在線化學電離質譜
Vocus CI-TOF是原Vocus PTR-TOF的升級產品。在ASMS上，TOFWERK在ASMS的展臺上展示了Vocus樣機，展示了其顯著特點：無需樣品制備，無需色譜，直接取樣，軟電離技術，實時測量并報告揮發性有機化合物的濃度，檢測極限低至萬億分之一（pptV）。
Vocus最特色的電離技術是質子轉移反應（PTR）電離，它是一種‘軟’電離方式，可實現VOCs秒級響應和在線分析。PTR電離法一般以水合氫離子（H3O+）為母離子，待測物只需滿足其質子親和勢大于水（691 kJ/mol）即可以被PTR電離。與其它技術相比較，PTR的優勢為：大氣環境中存在的絕大部分VOCs都可被電離，電離效率較為類似，響應值相對統一，這使得對于一些無法通過外標樣定量分析的物質可以根據其反應常數和反應條件來‘估算’相應的響應值，進行 ‘半定量’濃度分析。例如，“半定量”分析法用于園區定點監測和走航PTR儀器，可在未知污染源現場‘估算’出一個誤差可控的合理濃度數值，提高檢出結果的準確度，這是其它電離技術無法做到的。
Vocus 麒麟CI-TOF實時在線化學電離質譜
作為一種實時分析質譜，Vocus具有幾大特點和優勢。首先，直接采樣實時分析，無需色譜分離。其次，便攜可移動，實現快速現場分析。第三，高靈敏度，對揮發性有機物（VOCs）和無機物（VICs）實現定性定量分析，具有亞ppt級的檢出限。第四，分辨率最高可到15000，是當前走航質譜中最高的。
Vocus采用多種化學電離CI反應腔，如Aim反應腔、PTR反應腔。可在同一反應腔中快速切換不同試劑離子，試劑離子切換時間可以快至50-100毫秒（Aim反應腔）或小于10秒（PTR反應腔）。
談到應用，Joel R. Kimmel表示，在中國的環境監測中，Vocus堅固、模塊化、高度集成的整機設計，確保測量不會受限于觀測點位以及操作環境變化，可以放在走航車或其他交通工具上進行移動監測，可迅速判斷污染的來源并研究下風向煙羽內的后續化學過程。這說明中國站在了移動空氣質量分析的最前沿，超過了歐洲和美國。TOFWERK在中國銷售Vocus取得了很大的成功。這其中，眾多的中國大氣科學團隊從2008年北京奧運會保障開始就在使用TOFWERK儀器開展大氣研究，而Vocus CI-TOF是當中的關鍵成員之一。因為Vocus靈敏度很高，可以現場測量數千種揮發性有機化合物，比如一次排放污染物以及二次光化學中間產物等。所以，Vocus可滿足研究和監測兩大領域的需求。
食品風味上，葡萄酒可能會被軟木塞上一種叫做TCA的化合物破壞，使得風味大變，因此軟木塞的純度非常重要。但世界上有成千上萬的軟木塞，如何在線快速地檢測每一個軟木塞？將快速、靈敏的Vocus質譜儀與工業規模的自動進樣器和分揀機聯用，TOFWERK推出了Vocus軟木塞分析儀，可檢測每一個軟木塞的TCA及其他異味物質的存在，并根據檢測到的濃度自動對軟木塞進行分揀。
Vocus軟木塞分析儀
Vocus軟木塞分析儀是一種高通量工業解決方案。 工業型自動進樣器和分揀器，每天可自動處理>15000個軟木塞。數秒內實現痕量檢測，小于5秒內定量檢測每個天然軟木塞中低于嗅閾值的TCA含量。根據可調嗅閾值對軟木塞進行分揀。 分析后的軟木塞被分揀到精確的TCA濃度類別。
此外，Covid-19流行期間，Vocus還用于呼出氣體的分析，檢測呼氣中的復雜化學成分變化，幫助疾病診斷。
pgaTOF過程氣體分析儀
半導體制造上，隨著芯片越來越小，制造過程中對純度的要求也越來越高。為了保證芯片功能大小的準確性，就要求測量出從未見過的所有化合物，并需要極高的靈敏度。在半導體制造過程中，需要嚴格監測污染物，保證質量控制，避免設備污染造成的產品損壞、成本增高和產量降低。
pgaTOF質譜儀，實現半導體制程中氣體組分的高靈敏度實時分析
TOFWERK推出了pgaTOF過程氣體分析質譜儀，通過目標氣體分析，致力于關鍵半導體應用運行條件監控和調整優化。pgaTOF適用于多種半導體應用場景反應器健康狀態（RHS）監控，反應終點監測、等離子體診斷和過程優化。它采用快速靈敏的飛行時間（TOF）質譜分析儀，以‘亞’秒級采集效率進行全物種全譜檢測；具有寬動態響應范圍，可瞬時全譜檢測制程反應過程中所有前體物，中間和最終產物以及其他雜質。同時具有高可靠性、高移動性和長期穩定性。
CI-IMS-TOF分離同分異構體
在ASMS上TOFWERK推出了結合離子淌度裝置的Vocus CI-IMS-TOF，用于空氣質量、食品、和香料的快速分析，其特色是可檢測同分異構體的種類和數量。
TOFWERK Vocus-IMS-TOF儀器的示意圖。藍色和橙色離子路徑分別表示TOF單獨測量和IMS-TOF測量
Vocus CI-IMS-TOF中，首先由Vocus化學離子源產生母離子，同待測物分子碰撞后產生產物離子，隨后產物離子被引入IMS分離室。分離室中充滿惰性緩沖氣體（如氮氣、氦氣等），在3毫巴壓強條件下，產物離子沿著9米長的蛇形路徑單向移動。離子的移動由弱電場調控。碰撞截面積小的離子以較小的摩擦力穿過緩沖氣體，相對于碰撞截面積較大的離子更早到達漂移區末端。離子在IMS漂移區中移動的總時間被稱為IMS遷移時間，其與分子的碰撞截面積（CCS）負相關。Vocus CI-IMS-TOF使用的是由太平洋西北國家實驗室（PNNL）開發的無損離子操作（SLIM）專利技術，SLIM構造在芯片上，在緊湊的體積內實現數米的淌度分離。（MOBILion是SLIM專利技術商業用途的獨家擁有者。TOFWERK已經獲得授權在TOFWERK相關質譜儀產品中集成SLIM硬件和技術。）
Vocus CI-IMS-TOF能進行毫秒級的同分異構體監測，更能為原位進樣添加多一維度視角，為復雜基體中痕量目標物的實時在線且精準精確定性定量分析提供了堅實的硬件支撐和數據支持。
400-6699-117 轉 6239
