生物标记化合物及其地球化学意义

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1、第十三章生物标志化合物及其地球化学意义生物标志化合物地球化学属于基础有机地球化学的研究范畴，是研究地球各圈层中有机分子的结构、成因、分布、地球化学转化过程、原理及其应用的科学，在油气勘探（特别是研究石油的生成、运移、油油对比、油源对比等方面）、古沉积环境重建及现代环境有机污染物分析评价等许多领域都有重要应用。第一节生物标志化合物的概念及立体化学基础第二节生物标志化合物的分析与鉴定第三节主要的生物标志化合物第四节生物标志化合物在油气地球化学中的应用第十三章生物标志化合物及其地球化学意义第一节生物标志化合物

2、的概念及立体化学基础一、概念生物标志化合物（biomarker），又称为：生物标志物、分子化石、化学化石、分子标志物、地球化学化石。定义：是指原油和沉积有机质中源于活的生物体，具有特征、稳定的碳骨架，在成岩和深成热解作用过程中没有或很少发生变化，而基本保持能被识别和追踪其原始先质的碳骨架的化合物。生物标志物主要因其结构的特殊性与复杂性而比其它化合物含有更多的信息，其携带信息的方式主要包括：1）生物标志物的分子结构特征；2）生物标志物的分子三维结构，包括结构异构体和立体异构体；3）生物标志物的组合特征，如

3、同系物；4）生物标志物的分子同位素组成。结构上继承性使其具有标志有机质来源及原始环境的作用；结构上的变异性，又使其能够追溯有机质经历的演化过程。用分子标志化合物进行地化研究的依据：分子标志物陆地植物海洋水生生物湖泊水生生物来源于生物构型地质构型转化王铁冠，地质大辞典中称生物标志物为系指存在于地壳和大气圈中的有机化合物，其分子结构必须与某种特定的天然先质化合物之间具有明确的联系。因此，确认为生物标志物的有机化合物应具备以下特征：1）具有生物成因的分子结构；2）分子结构的基本骨架具有热稳定性；3）有可能与属

4、于特定的界、门、纲、目、科、属或种的生物分子之间，可建立对应的“前身物—地质产物”（precursor－product）关系。生物标志物的前身物指的是在生物体中存在的与生物标志物碳骨架结构一致的化合物，它们通常含有官能团，例如，在原核生物中广泛存在的细菌蒮烷四醇即是地质体中蒮烷的前身物。生物标志物藿烷与其前身物细菌藿烷四醇的成因关系二、生物标志化合物的立体化学描述有机化合物结构的各种化学标示法环烷烃的结构表示方法同分异构体分子式相同而其结构基团的排列不同的化合物称同分异构体。甲烷、乙烷和丙烷只有一种同分

5、异物体。然而，丁烷则有两种碳骨架结构，即正丁烷和异丁烷，但其分子式均为C4H10。随着每一化合物碳数的增加，同分异构体的数目呈指数增加。如癸烷的可能同分异构体有75个。立体化学及命名C*—H代表“操纵杆”，弯曲箭头表示距观察者最近的三个取代基按优先权呈顺时针由大到小的排序，即该三维结构表示了不对称碳原子的一个“R”构型。立体化学命名（R，S）R构型是指当最低质量的序位远离观察者方向时，其余3个基团所具质量数以顺时针方向降低；反之则为S。立体化学命名（α和β）α：所指的键指向纸内（一般用虚线或空心圆圈标识

6、）β：所指的键指向纸外（一般用实线或实心圆点标识）生物标志化合物常见的修饰命名和其它命名（据PetersandMoldowan,1993）第一节生物标志化合物的概念及立体化学基础第二节生物标志化合物的分析与鉴定第三节主要的生物标志化合物第四节生物标志化合物在油气地球化学中的应用第十三章生物标志化合物及其地球化学意义第二节生物标志化合物的分析与鉴定早期饱和烃馏分芳烃馏分目前主要是快速发展的链烃标记物（如Pr、Ph）GC分析环状化合物GC－MS分析图13－2饱和烃样品的GC谱图和GC/MS谱图对比GC-MS

7、分析同一油样得到甾烷和萜烷质量色谱图（上、下图）上可以检测出因含量低在GC图（中）上看不到的甾烷和萜烷的峰每个峰代表一种萜烷（能出191质量色谱峰的）191217一、GC-MS分析的重要性与质量色谱图甾烷和萜烷的峰因含量低在GC图上看不出来，但色谱质谱上能检测到检测器约在每3秒钟扫描一次特定的质量范围（通常为50~600amu）就可形成一个质谱图，因此，每一张质谱图绘出了在扫描期间撞击在检测器上所有离子的质/荷（m/z）比和响应值的关系。一个典型的“扫描流程”需要约90分钟，按质谱仪每3秒一次扫描设定的

8、质量范围，每一个样品可以产生1800张质谱图[(90分×60秒/分/3（秒/扫描）]。二、质谱图及化合物的鉴别“质谱图”为恒定扫描数（与时间有关）m/z与仪器响应值的关系图，是从GC中流出的每一种化合物所形成的所有碎片离子的相对强度分布（图13-3）。质谱图十分有用，因为它们往往显示了分子的质量（某些分子发生离子化，但不进一步裂解）以及用于推断结构的特殊碎片型式。理想情形，每一个GC峰只代表一种已分离的化合物，它只有唯一的一张质谱图，可用于