机械设备深度报告：实验分析仪器系列专题--光谱仪：市场规模持续提升，国产替代大有可为

光谱仪是利用光的色散、吸收、散射等现象得到与被分析物质有关的光谱，从而对物质成分、结构进行分析、测量的物理光学仪器。 光谱仪按照原理可分为吸收光谱、发射光谱和旋光光谱；按照应用可分为分子光谱和原子光谱。光谱仪上游行业为光谱仪零部件，包括电子元器件和光学元器件；相比质谱仪等其他分析仪器，光谱仪具有快速定性的优势，在较多应用场景具有不可替代的地位，下游行业包括科研院所、钢铁、矿业、环境检测、电子电器、石油化工等领域。 2020年我国光谱仪器市场规模达68.63亿元，高端光谱仪进口依赖度高。据SDI统计，2015-2020年我国光谱仪器市场规模分别为695/740/795/852/907/964百万美元，其中分子光谱仪器市场规模分别为303/328/355/385/418/452百万美元，复合增长率达8.3%；原子光谱仪器市场规模分别为392/412/440/467/489/512百万美元，复合增长率达5.5%。根据2022H1中国政府采购网可统计到的光谱仪采购信息，从数量来看，国产光谱仪占比已超50%，但主要集中在低价光谱仪区域；从金额来看，2022H1进口光谱仪约占我国光谱仪市场的75%，证明在高单价光谱仪领域我国进口依赖度高。 光谱仪国产替代大有可为，国内厂商研发持续发力。实验分析仪器属于典型的“卡脖子”行业，政策支持力度有望持续加大，高端仪器自主可控大势所趋，国产替代有望加快推进。光谱仪作为高端分析仪器，有望充分受益于高端仪器国产替代浪潮。以顺序扫描式波长色散X射线荧光光谱仪为例，该仪器与ICP、ICP-MS并称为无机多元素测试技术领域的三大支柱，应用范围包括冶金、建材、选矿、地质等，国内市场规模约300台/年，但国内厂商市场份额为0。在科技部国家重大科学仪器专项的支持下，钢研纳克成功研制了顺序式波长色散X射线荧光光谱仪——CNX-808，性能达到国际领先水平，实现了从0-1的突破。 光谱仪相关上市公司：聚光科技、钢研纳克、天瑞仪器、莱伯泰科、必创科技、大恒科技。 风险提示：疫情反复、政策变动等风险 1光谱仪：市场规模持续提升，国产替代大有可为 1.1光谱仪—通用分析仪器，应用领域广泛 光谱仪是利用光的色散、吸收、散射等现象得到与被分析物质有关的光谱，从而对物质成分、结构进行分析、测量的物理光学仪器。光谱仪的主要工作原理包括两类，一类为吸收光谱，另一类为发射光谱，前者是电磁辐射穿过物质产生的，需要通过内置光源（包含连续分布的一切波长的光）照射样品，使样品吸收对应能量的光子，因此吸收光谱需要观察彩色光谱中的黑色线条；后者是物质对外形成电磁辐射产生的，需要通过激发光源（提供使试样中被测元素蒸发解离、原子化和激发所需要的能量），让被测元素被激发后以光子的形式释放能量，因此发射光谱需要观察黑色光谱中的彩色条带。通过光谱仪对光信息进行抓取，再通过照相底片显影或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，可测知物品中含有元素种类，因而光谱仪被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业、石油化工等的检测中。 图表1：光谱仪原理（以吸收光谱为例） 光谱仪按照原理可分为吸收光谱、发射光谱和旋光光谱，其中吸收光谱包括紫外吸收、可见吸收、紫外可见吸收、红外吸收、气相分子吸收、原子吸收；发射光谱包括荧光、拉曼、微波等离子体等。 光谱仪按照应用可分为分子光谱和原子光谱，其中分子光谱指分子能态改变时的吸收或发射光谱，主要包括红外、紫外、可见、紫外可见、旋光等，其主要目的为了解分子内部信息，推断其整体结构。由于分子的电子态之间的跃迁中，总是伴随着振动和转动跃迁的，因而许多光谱线就密集在一起而形成分子光谱，因此分子光谱主要呈带状分布。原子光谱指原子中的电子在能量跃迁时所吸收或发射的吸收或发射光谱，主要包括原子吸收、原子发射、原子荧光等，其主要目的为确定物质中的元素种类。 图表2：光谱仪主要分类 图表3：吸收光谱与发射光谱对比图 图表4：分子光谱与原子光谱对比图 产业链方面，光谱仪上游行业为光谱仪零部件，包括电子元器件和光学元器件，以X射线荧光光谱仪为例，其核心部件主要包括X射线探测器、脉冲幅度分析器、高压发生器、X光管、分光系统等；下游为应用领域，包括科研院所、钢铁、矿业、环境检测、电子电器、石油化工等领域，其中分子光谱仪的下游中生物制药领域占比较高，而原子光谱仪的下游中工业、环境与食品安全行业占比更高。 图表5：光谱仪产业链 图表6：分子光谱仪下游应用领域（2020年） 图表7：原子光谱仪下游应用领域（2020年） 光谱仪、质谱仪、色谱仪作为三种主流分析仪器，各有优劣。光谱仪与质谱仪均能进行物质结构与成分的定性分析，前者的优势在于操作便捷、检测速度快、无需破坏样品、价格相对较低，但整体而言精度与可靠性不及后者。为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的最大优势，可将两种或三种仪器进行联用来分析样品。联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷，是未来分析仪器发展的趋势所在。 图表8：光谱仪、质谱仪、色谱仪工作原理及优缺点对比 光谱法的优点： （1）分析速度较快:原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。 （2）操作简便:有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。 （3）不需纯样品:只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点。 （4）可同时测定多种元素或化合物:省去复杂的分离操作。 （5）选择性好:可测定化学性质相近的元素和化合物，如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，谱线可分开而不受干扰，因而光谱法成为分析这些化合物的得力工具。 （6）灵敏度高:可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10 g至10 g。 -8 -9 （7）样品损坏少:可用于古物以及刑事侦察等领域。 光谱法的缺点： （1）定量能力差：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。 （2）建模成本高：需要大量代表性样品进行化学分析建模，建模成本高，小批量样品检测应用时性价比低。 （3）存在曲线非线性问题：易受光学系统参数等外部或内部因素影响，经常出现曲线非线性问题，对检测结果的准确度影响较大。 1.2我国光谱仪市场规模约70亿，高端产品进口依赖度高 2020年我国光谱仪器市场规模达68.63亿元，是全球增速最快的市场之一。 据SDI统计 ，2015-2020年全球光谱仪器市场规模分别为7345/7612/7933/8280/8608/8964百万美元，其中分子光谱仪器市场规模分别为3787/3955/4141/4337/4534/4752百万美元，复合增长率达4.6%；原子光谱仪器市场规模分别为3558/3657/3792/3943/4074/4212百万美元，复合增长率达3.4%。 2015-2020年我国光谱仪器市场规模分别为695/740/795/852/907/964百万美元，若以2022/11/18日美元兑人民币汇率换算，2020年我国光谱仪器市场规模达68.63亿元，其中分子光谱仪器市场规模分别为303/328/355/385/418/452百万美元 ， 复合增长率达8.3%； 原子光谱仪器市场规模分别为392/412/440/467/489/512百万美元，复合增长率达5.5%，是全球增速最快的市场之一。 图表9：全球光谱仪器市场规模呈稳健增长 图表10：我国光谱仪器市场规模呈稳健增长 中国光谱仪市场规模占全球市场规模的比例较低，但呈持续上升趋势。当前中国光谱仪在全球的市场份额仍较低，全球最大的光谱仪市场集中在美国、加拿大、欧洲等地。但是随着中国原子、分子、X射线荧光等不同类型的光谱仪下游应用市场逐渐拓宽,如工业制造、医疗、新能源汽车、食品与环境检测等领域的市场崛起，中国光谱仪在全球市场占比由2015年的9.46%提升至2020年的10.75%。 图表11：中国光谱仪市场规模占全球市场规模的比例持续上升 高端光谱仪进口依赖度高。光谱仪属于高端分析仪器产业,由于欧、美、徳、日等发达国家地区在工业领域相较于中国具备先发优势,其工业制造业以及检测行业起步较早,因此在高端仪器制造领域亦存在先发优势。根据2022年1-6月份中国政府采购网可统计到的光谱仪采购信息，光谱仪中标数量为410套，中标金额约1.69亿，其中国产光谱仪中标数量为233套，平均单价为17.12万元，进口光谱仪中标数量为180套，平均中标单价为70.71万元。从数量来看，国产光谱仪占比已超50%，但主要集中在低价光谱仪区域；从金额来看，2022H1进口光谱仪约占我国光谱仪市场的75%，且品牌所属地也集中在英、美、德、日四个国家，证明在高单价光谱仪领域我国进口依赖度高。 图表12：2022H1国产光谱仪与进口光谱仪中标数量占比图表13：2022H1国产光谱仪与进口光谱仪中标金额占比 赛默飞、HORIBA是中标金额占比最高的两个品牌。根据化工仪器网统计的信息，2022H1十二个光谱仪进口品牌的中标金额之和约1.12亿元，占比66.5%，其中赛默飞、HORIBA是唯二占比超过10%的品牌，占比分别为17.5%、12.0%；十八个光谱仪国产品牌的中标金额之和约2975.66万元，占比17.6%，其中普析、海光中标金额占比最高，分别为2.5%、2.2%，国产品牌间尚未拉开明显的差距。 此外，拥有经济、科技、人才等众多优势的北京和上海是国产光谱仪首先发展起来的地方，在化工仪器网统计的18个国产品牌中，有8个品牌归属于北京，5个归属于上海。 图表14：2022H1光谱仪中标品牌情况 1.3政策推动光谱仪产业发展，国产替代大有可为 实验分析仪器属于典型的“卡脖子”行业，政策支持力度有望持续加大，高端仪器自主可控大势所趋，国产替代有望加快推进。科学仪器是国家战略核心科技力量，是一个国家科技创新能力及综合国力的体现。作为科技创新的必要基础和重要成果，科学仪器的“高端化”、“国产化”与“自主可控”，已经成为我国科技行业发展的原动力，也是行业未来的必然方向。因此，中央政府高度重视国产科学仪器发展，先后出台多项政策支持国产科学仪器发展。2022年9月，国务院决定对部分领域设备更新改造贷款阶段性财政贴息和加大社会服务业信贷支持，政策面向高校、职业院校、医院等九大领域的设备购置和更新改造，总规模预估为1.7万亿。同月，财政部等五部门联合下发《关于加快部分领域设备更新改造贷款财政贴息工作的通知》，对2022/12/31前新增的10个领域设备更新改造贷款贴息2.5个百分点，期限2年，额度2000亿元以上。光谱仪作为高端分析仪器，有望充分受益于国产替代浪潮。 图表15：近年实验分析仪器相关政策梳理（部分） 政策利好下，国内光谱仪采购重回年内高点，其中学校采购发力明显。据化工仪器网统计，中国政府采购网显示（仅包含部分项目），9、10月份光谱仪采购金额分别为6338、6608万元，又重回年内高点，其中学校光谱仪9、10月份采购金额分别达2294、3245万元，于10月创年内新高，发力明显。我们预计在利好政策持续催化下，高校更新仪器设备节奏加快，11、12月份光谱仪采购仍有望保持高景气度。 图表16：2022H1国产光谱仪与进口光谱仪中标数量占比图表17：2022H1国产光谱仪与进口光谱仪中标金额占比 图表18：政策刺激下，高校更新仪器设备节奏加快 国产替代大有可为，国内厂商持续研发光谱仪新品。随着我国下游需求提升、利好政策驱动和光谱仪技术不断更新迭代，下游应用领域持续拓宽，中国光谱仪的增量市场增大，光谱仪向小型化、便携化趋势发展，中国光谱仪技术渐渐成熟，正在朝