特定位置同位素分析(PSIA)是一種測量分子中特定位置的同位素組成的技術。它可以提供有關分子形成機理的有價值的信息。

丁烷(C ₄ H ₁₀)代表在深地球條件下具有生物或非生物來源的典型碳氫化合物。它具有兩種結構異構體：正丁烷(正丁烷)和異丁烷(異丁烷)。C ₄ H ₁₀的分子內同位素組成有望用作新型溫度計和示蹤劑。

由中國科學院地球化學研究所的劉云教授領導的國際研究小組進行了量子化學建模，并進行了諧波近似和Born-Oppenheimer近似之外的校正，以獲取準確的分子內和分子間碳氫同位素平衡時丁烷異構體的分餾因子。

研究人員還計算了各種溫度下平衡狀態下正丁烷與異丁烷的豐度比。他們發現，以前使用“截斷”處理進行的同位素分餾計算不適用于研究丁烷異構體內部和之間的同位素效應。

同時，他們的結果表明，對于碳或氫同位素取代，異丁烷的平衡位置特異性同位素分餾因子幾乎是正丁烷值的兩倍，這可能是鑒定與異丁烷異構化有關的過程的指標。烷烴。

“我們的計算表明，理論上，異丁烷在平衡狀態下的豐度應比正丁烷的豐度大得多。但是，該計算與自然環境中的觀察結果相反，表明丁烷異構體的比例可能受前體烴的控制。和形成機制”，IGCAS的劉琦博士說。“例如，該比例可以從干酪根繼承并在形成過程中通過動力學過程進行修飾，然后丁烷的裂解過程也可能影響甲烷，乙烷和丙烷中的同位素分布。”

他們的計算結果可進一步用于校準實驗測量，建立新的地熱儀以及識別動力學同位素效應。研究人員展望了分子內同位素平衡作為地熱儀以及微生物氧化和碳氫化合物非生物起源示蹤劑的潛在應用。

該研究于12月17日發表在《化學地質》上。