分子化石的影响因素和分析方法

4．1．2　分子化石的影响因素和分析方法

4．1．2．1　影响因素

分子化石在地质体中的分布一方面受生物有机体的影响，不同生物类型会有不同的分子化石分布特征，这在前面已经简单讨论。另一方面，分子化石的分布还强烈地受到其进入沉积物以后所经历的各种地质作用的影响，其中比较重要的因素有与成岩或成土作用相伴的有机质熟化作用、微生物降解作用、水洗作用、运移作用等。

熟化作用将使分子化石发生脱官能团、脱水、硫化、加氢、异构化和芳构化作用，使非烃类化合物如酸、醇向烃类化合物、生物构型向地质构型、不稳定地质构型向稳定地质构型转化。由甾醇转化成甾烷就是一个典型的例子。生物体中的甾烯醇向沉积物中的甾烷醇、甾烷酮、甾烯酮、甾烯、甾二烯，再向沉积岩中的甾烷、重排甾烷、芳甾烷的转化，就是生物体中的有机分子在进入沉积物以后，在熟化作用过程中所形成的一系列化合物。

微生物降解作用是另一个相当重要的影响因素。就烃类而言，微生物降解的先后顺序是:低分子量的正构烷烃、高分子量的正构烷烃、支链烷烃、类异戊二烯烷烃、环烷烃、芳烃、20R规则甾烷、20S规则甾烷、20S重排甾烷、20R重排甾烷。微生物降解作用与氧化作用、水洗作用常常是同时进行。

运移作用使得分子化石在地质体中的分布变得复杂，造成原地和异地分子化石共存。特别是，从一些老地层中检测到的分子化石，其原生性问题需要配合其他地球化学指标加以论证。

特别值得注意的是，由于绝大多数的分子化石指标受多因素的影响，因此，在利用这些指标分析生物源、沉积环境条件的变化时，必须结合实际地质情况，并采用多指标进行综合分析，否则容易得出错误的结论。

4．1．2．2　分析方法

一个地质样品中分子化石的分析可分两个步骤，首先是将分子化石从载体(沉积物、岩石、生物大化石等)中分离出来，并进一步进行各组分的分离。然后再针对不同的研究目的和不同的分子化石，对各种分子化石进行仪器分析。

1．分子化石的富集、分离和纯化分子化石常呈分散状态存在于各种载体中，在对它们进行仪器的分析鉴定之前，必须对它们进行富集和组分分离，这是后续仪器分析成败的关键。从固相载体中分离分子化石采用的方法是用有机溶剂、水或其他溶剂将其萃取出来，即分子化石的抽提。常用的有机溶剂是氯仿、二氯甲烷，或一些混合溶剂，如苯—甲醇—丙酮等。抽提的方法很多，有索氏抽提、冷浸泡抽提、超声波抽提、搅拌抽提、加压抽提等。索氏抽提是目前应用最广的方法，这种抽提比较完全，但抽提时间过长，轻组分大多散失。超声波抽提效益高，时间短，但抽提量过大。

液相载体(如水)中的分子化石含量低、类型复杂、取样量大，对样品的前处理要求严格，其中有一步失误，就会造成很大误差。在处理样品过程中要特别重视玻璃器具的洁净、溶剂的选择和纯化、树脂的空白处理、溶剂洗脱、洗脱液浓缩等环节。常用的富集方法有树脂吸附富集法、多种溶剂洗脱法、多种溶剂萃取法、多柱联柱富集法等。

抽提出来的分子化石是各种组分的混合物，必须进一步进行组分的分离和纯化。采用的主要方法有柱色层、薄层色谱、络合加成等。柱色层法是各种分离方法的基础。薄层色谱法对于分离量少的多组分混合物较便利。络合加成法是分离直链烃、支链烃和环状烃的有效方法。多采用5分子筛、尿素、硫脲作为络合剂。5分子筛对于C₂以上的正构烷烃吸附能力很强，不吸附支链烷烃和环烷烃。其吸附较完全，回收率高，适于定量分析，但操作麻烦，脱附流程太长。尿素分子在正构烷烃及其衍生物存在下头尾相接形成平行管状或螺旋状晶体，横切面为六角形，通道中心直径为5，正好适合于直链分子形成笼状加成物或络合物;而具支链和环状分子直径太大，无法形成络合物。该方法操作简单、快速，但分离不完全。络合加成法往往在分析分子化石的单体同位素以前经常采用。

2．仪器分析和鉴定分子化石经过富集、分离和纯化后，有些组分就可以直接进行仪器分析，有些组分则还要进行衍生化，以使仪器分析效果更好。衍生化方法多种多样(如酯化、硅烷化等)，视分子化石种类和仪器配置而定，这里不再详细讨论。

比较常用的分析仪器有:用于测定官能团的红外光谱仪、紫外光谱仪;用于结构分析的核磁共振波谱仪、电子顺磁共振波谱仪、X光衍射仪、透射电镜;其他如氨基酸分析仪、蛋白质的电泳技术、古DNA的PCR技术等。

目前最为引人瞩目的是用于分子化石成分和定量分析的仪器，它们可分成三个系列:

(1)色谱系列。包括气相色谱仪(GC)、高温气相色谱仪(HT-GC)、裂解气相色谱仪(Py-GC)、液相色谱仪(LC)、高效液相色谱仪(HPLC)等。

(2)色谱-质谱联用系列。包括气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)、气相色谱-质谱-质谱联用仪(GC-MS-MS)、裂解气相色谱-质谱联用仪(Py-GC-MS)等。

(3)色谱-同位素比质谱联用系列。包括气相色谱-燃烧-同位素比质谱联用仪(GC-C-IRMS，适合于分子化石单体碳、氮同位素分析)、气相色谱-热转换-同位素比质谱联用仪(GC-TC-IRMS，适合于分子化石单体H，O同位素分析)、气相色谱-燃烧/热转换-同位素比质谱联用仪(GC-C/TCIRMS，适合于分子化石单体C，N，H，O同位素分析)。

另外，国际上还将光谱仪、色谱仪和质谱仪三者联用组合成分析分子化石的仪器。

仪器的具体配置和分析条件的设定，据分析样品的不同而变化，如气相色谱仪的色谱柱的选择、升温条件等。这里不再讨论。