广州地化所建立准确测定海底甲烷厌氧氧化过程生物标志物Crocetane碳同位素组成的新方法

  • 文/广州地化所 图/广州地化所 (中国科学院广州地球化学研究所)
  • 创建于 2022-05-12
  • 249

  Crocetane(2,6,11,15——四甲基十六烷),又称为藏花烷或番茄烷,是重要的脂质生物标志化合物,可作为甲烷厌氧氧化古菌ANME-2与硫酸盐还原菌(SRB)共养耦合的重要证据,对于判断海底甲烷渗漏环境与微生物活动具有重要作用,其含量与碳同位素组成是指示甲烷厌氧氧化过程的有力证据。Crocetane的碳同位素组成已被广泛应用于油气地球化学、生物地球化学和海洋科学等研究领域。
  然而,由于Crocetane与植烷互为同分异构体且均为类异戊二烯类化合物,它们的结构和性质较为相似,导致常规色谱柱很难将它们分离,严重阻碍了Crocetane单体碳同位素指标的应用。已报道的针对二者的分离多采用复杂前处理(例如进行尿素络合等)或增加色谱柱长度的方法,但在实际应用中前述方法并在低含量地质样品的测定时,且会导致色谱峰过宽、运行时间过长等问题;而前人使用过的计算方法在实验中会由于仪器响应的变化而产生较大误差。
  针对上述问题,来自中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室的国科大硕士生陈浩冬在导师熊永强研究员、李芸副研究员、蒋文敏副研究员的指导下,利用Deans-Switch技术优势,开发了全新的2D-GC-IRMS方法(图1),实现了地质样品中crocetane和植烷的有效分离和后续单体碳同位素的准确测定。GC1和GC2根据不同分离要求,配置了性质不同的气相色谱柱,在GC1中利用Cyclosil-B色谱柱将Crocetane和植烷从样品中分离并使用Deans-Switch阀切换至GC2,在GC2中利用B-PH色谱柱实现二者的完全分离。对正构烷烃和Crocetane及植烷的混合标样的分析表明二者经该方法分离后分离度可达1.5以上(图2),且分离后Crocetane和植烷的单体碳同位素组成与其的标准值相比并无明显分馏。整个分离过程无需繁琐的前处理步骤,避免了低含量地质样品的损失;同时也避免了利用加长色谱柱的分离方法导致的测试时间过长和色谱峰过宽的问题,在实验效率和分离效果上都有极大优势。
  利用该方法对具有不同Crocetane和植烷含量比的海底沉积物样品的测试均实现了Crocetane和植烷的基线分离,分离度>1.5(图3),说明化合物群中Crocetane和植烷的响应值并不影响该2D-GC-IRMS方法的分离效果,并首次准确报道了两个海底沉积物样品的Crocetane碳同位素组成,对甲烷厌氧氧化菌的来源与AOM的活跃层段提供有效信息。
  该研究受中国科学院青年创新促进会(批准号:2018386)的资助,成果发表于Journal of Chromatography A。

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967322000760?via%3Dihub

图1 2D-GC-IRMS装置示意图,其中DS表示Deans-switch,PCM表示气动控制模块

 

图2 通过2D-GC-MS系统对混合标样进行分析,其中(a)未经过Deans-switch切割的色谱图;(b)植烷和crocetane经过Deans-switch切割的色谱图; (c) 植烷和Crocetane的 IRMS图。

 

图3 海底沉积物样品D1 和 D2 的 2D-GC-IRMS 分析。其中(a)未经过Deans-switch切割的色谱图;(b)植烷和Crocetane经过Deans-switch切割的色谱图; (c) 植烷和Crocetane的 IRMS图。

责任编辑:刘虹洁