Positionspecifikke isotopeffekter i butan-et nyt geokemisk sporstof

Positionsspecifik isotopanalyse (PSIA) er en teknik, der måler isotopsammensætningen af ​​en bestemt position i et molekyle. Det kan give værdifuld information om et molekyls dannelsesmekanismer.

Butan (C ₄ H ₁₀ ) repræsenterer et typisk kulbrinte med en biotisk eller abiotisk oprindelse under dybe jordforhold. Det har to strukturelle isomerer:normal butan (n-butan) og isobutan (i-butan). De intramolekylære isotopsammensætninger af C ₄ H ₁₀ er lovende at tjene som et nyt termometer og sporstof.

En international forskningsgruppe ledet af Prof. Liu Yun fra Institute of Geochemistry of the Chinese Academy of Sciences (IGCAS) gennemførte kvantemekemodellering med korrektioner ud over den harmoniske tilnærmelse og Born-Oppenheimer-tilnærmelsen for at opnå præcis intramolekylær og intermolekylær kulstof- og brintisotop fraktioneringsfaktorer for butanisomerer ved ligevægt.

Forskerne beregnede også overflodforholdet mellem n-butan og i-butan ved ligevægt ved forskellige temperaturer. De fandt ud af, at de tidligere beregninger af isotopfraktioner ved hjælp af "cutoff" -behandling ikke var egnede til undersøgelse af isotopeffekter i og mellem butanisomerer.

I mellemtiden, deres resultater viste, at ligevægtspositionsspecifikke isotopfraktioneringsfaktorer for i-butan var næsten det dobbelte af værdien af ​​n-butan for enten carbon- eller hydrogenisotopsubstitutioner, som kan tjene som en indikator til at identificere de processer, der er relateret til isomerisering af alkaner.

"Vores beregning viser, at overflod af i-butan ved ligevægt teoretisk set burde være meget større end for n-butan. Imidlertid er beregningen står i kontrast til observationer i naturlige omgivelser, angiver, at andelen af ​​butanisomerer kan kontrolleres af forstadier til carbonhydrider og dannelsesmekanismer, "sagde Dr. Liu Qi fra IGCAS." F.eks. andelen kan arve fra kerogen og ændres ved kinetiske processer under dannelse, og derefter kan krakningsprocesserne af butan også påvirke isotopfordelingerne i metan, etan, og propan. "

Deres beregningsresultater kan yderligere udnyttes til kalibrering af eksperimentelle målinger, etablering af nye geotermometre, og genkende kinetiske isotopeffekter.

Forskerne forudser den potentielle anvendelse af intramolekylære isotop -ligevægte som geotermometer samt sporstof for mikrobielle oxidationer og kulbrinteres abiotiske oprindelse.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Kemisk geologi den 17. december.