Mokslininkai naudoja masės spektrometrą senovės graikų amforos analizei

MAVEN Science Instruments Explained - Why Mars Lost its Atmosphere (Birželis 2019).

Anonim

Rusijos mokslininkai nustatė seniausio bitumo pavyzdžio sudedamąsias dalis senovės vazoje ir tiksliai įvertino jo amžių. " Magistro spektrometrijos žurnale" pateiktame straipsnyje bendradarbiaujama su mokslininkais siūlo naują ir efektyvesnį organinių junginių analizės metodą ir supažindina specialiai sukurtą programinę įrangą.

Bitumas yra natūralių nuosėdų rasta nafta. Jo naudojimas prasideda akmens amžiuje. Pavyzdžiui, žodis "mumija" kilęs iš persų žodžio bitumui, nes ši medžiaga buvo naudojama balzamuoti. Graikai naudojo bitumą statyboje, medicinoje ir karuose - galbūt legendinis "graikų ugnis" buvo pagrįstas bitumu. Seniausia amfora, užpildyta bitumu (5 a. Prieš BCE), buvo atrasta rusų archeologų Tamanų pusiasalyje, ugnikalne aktyviai veikiančiame regione (ten yra daugybė naftos tepalų) ir galimas graikų importuoto bitumo šaltinis.

Didesnis deguonis laikui bėgant

Senovės bituminių pavyzdžių analizė atskleidžia jų amžių ir kilmę. JAV mokslininkai naudojo mumiją, kad pademonstruotų, jog senovės egiptiečių bitumas neatsiranda tik iš Negyvosios jūros. Jei amfuro bitumo amžius iš tiesų yra artimas 2500 metams, tai reiškia, kad dėl bakterijų aktyvumo pasireiškia ilgalaikis biologinio skilimo periodas, dėl kurio biologinės molekulės oksiduojamos bitumyje, ty laipsniškas papildomo deguonies įvedimas į mėginį. Tai reiškia, kad vyresni mėginiai turi daugiau deguonies atomų.

Elementalinė Taman mėginio analizė parodė, kad deguonies (O) kiekis yra 11 proc., Palyginti su ne mažiau kaip 1 proc. Šviežių naftos pavyzdžių, o kiti elementai - anglies (C), vandenilio (H), azoto (N) ir sieros (S), buvo nustatytos numatomose sumose. Tai rodo, kad mėginys jau ilgą laiką pablogino amforą; matyt, jis buvo ten 2, 500 metų. Tačiau elementinė analizė nenustato molekulių rūšių, esančių mėginyje. Norėdami tai padaryti, mokslininkai naudojo ultra-spinduliuotės skysčių spektrometrą.

Masės spektrometrija yra analitinė technika, pagal kurią sorbuoja įkrovusias daleles elektriniame ir (arba) magnetiniame lauke, atsižvelgiant į jų masės ir energijos santykį (m / z). Molekulės, kurių pradinė z reikšmė yra 0, yra įkrauta (jonizuota). Magnetinis / elektrinis laukas atskiria jonus, šiuo atveju erdviniu būdu. Detektorius nustato dalelių masės ir paklaidos santykį jo nusileidimo tašku. Masės spektras - detektoriaus signalo intensyvumo (vertikalios ašies) grafikas, lyginant su masės ir pakopos santykiu (horizontalioje ašyje). Masės spektras yra smailių modelis, kiekvienas atitinkantis joną, turinčią specifinį masės ir įkrovos santykį. Tai leidžia identifikuoti sudedamąsias medžiagas imtyje.

Mišrūs bituminiai spektrai iš amforos (A), ozono (B) iš Sibiro naftos ir naftos iš Sibiro prieš sąlytį su ozonu (C).

Iš arčiau

Išskirti daugybę bitų masių spektrų smailių. Tuo tikslu mokslininkai naudojo laboratorijoje sukurtus pažangiausius ultravioletinę skystųjų skysčių masių spektrometrijos metodus, kurie leido jiems atskirti molekules, kurių masės skiriasi tik elektronų dalimi. Tai reiškė, kad ne vienas iš atskirų bitumo pavyzdžio sudedamųjų dalių iš dešimčių tūkstančių nepastebėjo jų dėmesio. Jie taip pat nustatė sudedamųjų dalių elementinę sudėtį. Analizė parodė, kad tarp Taman bitumo mėginio turinčių medžiagų, kuriose yra deguonies, daugiausiai yra keturios arba devynios deguonies (O) atomų. Paprasto nafto pavyzdžiuose yra daug junginių su dviem deguonies atomais ir labai nedaug iš trijų ar keturių deguonies atomų. Atskleisti naftą į ozoną sukelia oksidaciją ir suteikia medžiagas, kurių deguonies kiekis yra panašus į amforą turinčio bitumo kiekį, ir tai patvirtina teoriją, kad Taman mėginys turi ilgalaikio oksidacijos poveikį.

Deguonis iš tiesų gali būti skirtinguose molekulės "segmentuose". Šie "segmentai", kurie lemia cheminės medžiagos savybes, vadinami funkcinėmis grupėmis. Kad būtų galima identifikuoti mėginių medžiagų funkcines grupes, mokslininkai naudojo vandenilio ir deuterio mainų reakciją. Šio metodo principas yra tas, kad deuteris (D), dar vadinamas sunkiu vandeniliu, pakeis tuos vandenilio (H) atomus, kurie yra funkcinės grupės dalis. Deuterio atomo pakeitimas vandenilio atomu molekulėje sukelia jo didžiausią įtaką svyruojančiam masės spektro diagrama. Pasirodo, kad senojo bitumo atveju, palyginus su šviežiu mėginiu, buvo papildomas vandenilio ir deuterio keitimas. Tai leido autoriaus darbui padaryti išvadą, kad amforo mėginyje yra molekulių ne tik viena OH grupė, bet ir dvi OH grupės, kurios yra skilimo proceso produktai.

"Ultragresioji masės spektrometrija yra labai galinga analizės chemijos technika. Taikoma naftos chemijai, archeologijai ir medicinai, ji suteikia vertingos informacijos apie cheminės medžiagos molekulinę sudėtį. Senojo bitumo analizė jau daug atsiskleidė apie transformacijas, kurios naftos per tūkstantmečius. Dėl masinės spektrometrijos galėtume gauti naujos informacijos apie prekių srautus ir prekybos maršrutus senoviniame pasaulyje ", - sakė vienas iš projekto vadovų profesorius Jevgenijus Nikolajevas.

menu
menu