丁烷中特定位置同位素分析(PSIA)技术——新型地球化学示踪剂

特定位置同位素分析(PSIA)是一种测量分子中特定位置的同位素组成的技术。它可以提供有关分子形成机理的有价值的信息。

丁烷(C ₄ H ₁₀)代表在深地球条件下具有生物或非生物来源的典型碳氢化合物。它具有两种结构异构体：正丁烷(正丁烷)和异丁烷(异丁烷)。C ₄ H ₁₀的分子内同位素组成有望用作新型温度计和示踪剂。

由中国科学院地球化学研究所的刘云教授领导的国际研究小组进行了量子化学建模，并进行了谐波近似和Born-Oppenheimer近似之外的校正，以获取准确的分子内和分子间碳氢同位素平衡时丁烷异构体的分馏因子。

研究人员还计算了各种温度下平衡状态下正丁烷与异丁烷的丰度比。他们发现，以前使用“截断”处理进行的同位素分馏计算不适用于研究丁烷异构体内部和之间的同位素效应。

同时，他们的结果表明，对于碳或氢同位素取代，异丁烷的平衡位置特异性同位素分馏因子几乎是正丁烷值的两倍，这可能是鉴定与异丁烷异构化有关的过程的指标。烷烃。

“我们的计算表明，理论上，异丁烷在平衡状态下的丰度应比正丁烷的丰度大得多。但是，该计算与自然环境中的观察结果相反，表明丁烷异构体的比例可能受前体烃的控制。和形成机制”，IGCAS的刘琦博士说。“例如，该比例可以从干酪根继承并在形成过程中通过动力学过程进行修饰，然后丁烷的裂解过程也可能影响甲烷，乙烷和丙烷中的同位素分布。”

他们的计算结果可进一步用于校准实验测量，建立新的地热仪以及识别动力学同位素效应。研究人员展望了分子内同位素平衡作为地热仪以及微生物氧化和碳氢化合物非生物起源示踪剂的潜在应用。

该研究于12月17日发表在《化学地质》上。