科學家用質譜“內視”古希臘雙耳罐

　　分析測試百科網訊 俄羅斯科學家已經鑒定出了在一個古老的花瓶上的最古老的瀝青樣本成分，并且準確估計了該它的年齡。在他們發布的文章中，來自莫斯科物理技術學院、斯科爾科沃科學與技術研究院、物質文化歷史研究所等四所學院科研人員提出了新的，更有效的方法對有機化合物進行分析并介紹了特殊設計的軟件。

　　瀝青是天然沉積中石油的一種形式。它的使用可以追溯到石器時代。舉個例子，單詞“木乃伊”起源于波斯語“m?m”，或者是“瀝青”，因為這種物質過去通常用于防腐。希臘人把瀝青用于建筑、醫藥和戰爭中，傳說中的“希臘火”就有可能是基于瀝青的結果。塔曼半島俄羅斯考古學家發現了由瀝青填充的最古老的雙耳罐（公元前5世紀），塔曼半島是火山活動區（這里有很多石油泉）并且有可能是希臘瀝青進口的來源之地。

　　對古老瀝青樣本的分析可以了解它們的年齡及來源。美國研究人員曾經用木乃伊證明古埃及的瀝青并不只是來自于死海。如果雙耳罐中的瀝青樣本確實接近2500年，那么這意味著長時間的由細菌活動引起的生物降解使得瀝青中有機分子氧化，也就是說樣本中逐漸會進入額外的氧元素。這就意味越古老的樣本所包含的氧原子越多。

　　對樣本的元素分析表明樣本所包含的氧元素 (O)為11%，而在新鮮的石油樣本中，氧含量只占1%或者更少，而其他元素碳、氫、氮、硫含量則在正常量值。這說明樣本在雙耳罐中經過了長時間的降解。然而，元素分析并不能鑒別出樣本中存在的分子種類。為了解決這個問題，研究人員使用了高分辨的質譜來對樣本進行分析。

　　質譜是根據離子的荷質比來鑒別化合物的一種分析技術。它通過磁場或電場將不同的荷質比的帶電粒子分開。檢測器通過檢測離子的“降落點”，檢測出離子的荷質比。一張質譜圖由垂直軸的檢測器信號強度和水平軸的荷質比組成。一張質譜圖中有好多分子離子峰，每個峰對應不同荷質比的離子碎片。

　　在瀝青質譜圖中將眾多的峰區別開真是一項挑戰。為了做到這點，研究人員使用了超高分辨的質譜儀，結果發現在瀝青樣本中不止一種成分，而是有好多的成分在之前沒有被發現。他們還檢測了重要組分的元素組成，分析表明，在塔曼樣本瀝青中的物質大部分含有4-9個氧原子。在普通的石油樣本中，很多的化合物都只包含2個氧原子，很少一部分有3-4個氧原子。將石油暴露在空氣中，可以導致氧化并使得氧含量類似于雙耳罐瀝青所包含的氧含量，這也支持了塔曼樣本瀝青是經歷了長時間的氧化的理論。

　　氧可以存在于分子不同的部分。這些決定物質的化學性質的部分，被稱為“官能團”。為了鑒別樣本中這些物質的“官能團”，科學家使用了氫/氘交換反應。該技術的原理是氘（通常也稱為重氫）替換官能團中的氫原子。氫原子與氘原子的交換引起質譜圖中峰的變化。結果證明在雙耳罐中的樣本中不僅包含有一個OH基團的分子，同時還包含降解的過程中產生的兩個OH基團的分子。

　　該項目的研究主管Evgeny Nikolaev教授和另一位研究人員分享了自己在發現中的觀點，“超高分辨的質譜在分析化學中是一種很強大的技術。可應用于石油化工、考古學和醫藥等，可以讓你看到物質的分子成分。對古老瀝青的分析，揭示了石油經過了千年的轉變，感謝質譜，我們也許會獲得古代世界貨物運輸和貿易路線的新的信息。”