科学家用质谱“内视”古希腊双耳罐
分析测试百科网讯 俄罗斯科学家已经鉴定出了在一个古老的花瓶上的最古老的沥青样本成分，并且准确估计了该它的年龄。在他们发布的文章中，来自莫斯科物理技术学院、斯科尔科沃科学与技术研究院、物质文化历史研究所等四所学院科研人员提出了新的，更有效的方法对有机化合物进行分析并介绍了特殊设计的软件。
沥青是天然沉积中石油的一种形式。它的使用可以追溯到石器时代。举个例子，单词“木乃伊”起源于波斯语“m?m”，或者是“沥青”，因为这种物质过去通常用于防腐。希腊人把沥青用于建筑、医药和战争中，传说中的“希腊火”就有可能是基于沥青的结果。塔曼半岛俄罗斯考古学家发现了由沥青填充的最古老的双耳罐（公元前5世纪），塔曼半岛是火山活动区（这里有很多石油泉）并且有可能是希腊沥青进口的来源之地。
对古老沥青样本的分析可以了解它们的年龄及来源。美国研究人员曾经用木乃伊证明古埃及的沥青并不只是来自于死海。如果双耳罐中的沥青样本确实接近2500年，那么这意味着长时间的由细菌活动引起的生物降解使得沥青中有机分子氧化，也就是说样本中逐渐会进入额外的氧元素。这就意味越古老的样本所包含的氧原子越多。
对样本的元素分析表明样本所包含的氧元素 (O)为11%，而在新鲜的石油样本中，氧含量只占1%或者更少，而其他元素碳、氢、氮、硫含量则在正常量值。这说明样本在双耳罐中经过了长时间的降解。然而，元素分析并不能鉴别出样本中存在的分子种类。为了解决这个问题，研究人员使用了高分辨的质谱来对样本进行分析。
质谱是根据离子的荷质比来鉴别化合物的一种分析技术。它通过磁场或电场将不同的荷质比的带电粒子分开。检测器通过检测离子的“降落点”，检测出离子的荷质比。一张质谱图由垂直轴的检测器信号强度和水平轴的荷质比组成。一张质谱图中有好多分子离子峰，每个峰对应不同荷质比的离子碎片。
在沥青质谱图中将众多的峰区别开真是一项挑战。为了做到这点，研究人员使用了超高分辨的质谱仪，结果发现在沥青样本中不止一种成分，而是有好多的成分在之前没有被发现。他们还检测了重要组分的元素组成，分析表明，在塔曼样本沥青中的物质大部分含有4-9个氧原子。在普通的石油样本中，很多的化合物都只包含2个氧原子，很少一部分有3-4个氧原子。将石油暴露在空气中，可以导致氧化并使得氧含量类似于双耳罐沥青所包含的氧含量，这也支持了塔曼样本沥青是经历了长时间的氧化的理论。
氧可以存在于分子不同的部分。这些决定物质的化学性质的部分，被称为“官能团”。为了鉴别样本中这些物质的“官能团”，科学家使用了氢/氘交换反应。该技术的原理是氘（通常也称为重氢）替换官能团中的氢原子。氢原子与氘原子的交换引起质谱图中峰的变化。结果证明在双耳罐中的样本中不仅包含有一个OH基团的分子，同时还包含降解的过程中产生的两个OH基团的分子。
该项目的研究主管Evgeny Nikolaev教授和另一位研究人员分享了自己在发现中的观点，“超高分辨的质谱在分析化学中是一种很强大的技术。可应用于石油化工、考古学和医药等，可以让你看到物质的分子成分。对古老沥青的分析，揭示了石油经过了千年的转变，感谢质谱，我们也许会获得古代世界货物运输和贸易路线的新的信息。”
