俄巧用質譜法成功剖析一種生物燃料成分

俄羅斯科研人員發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻可制成生物燃料，但其中雜質較多且難以辨識。為此研究者用一種特殊“熏蒸”法與質譜法結合，分辨出了這種生物燃料的所有成分，為改進這種燃料品質鋪平了道路。

通過新方法，研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與一種植物色素和數(shù)種有機染料較為近似。

鈍頂螺旋藻是一種藍綠色浮游生物，體長可達500微米，分布在熱帶和亞熱帶的部分淡水湖中。莫斯科物理技術學院和莫斯科國立大學的研究者在新一期英國《歐洲質譜學雜志》上報告說，這種螺旋藻能將其生活環(huán)境中的碳酸和太陽能轉化成糖類和其他營養(yǎng)物質來養(yǎng)活自己，其生長和分裂增殖的速度快于很多進行光合作用的生物，具有用以研制生物燃料的潛質。

在實驗中，研究人員先對鈍頂螺旋藻進行干燥處理，再用一種模擬石油生成條件的反應器將其加熱到300攝氏度并同時施加高壓，結果得到了液態(tài)可燃物和沉淀在反應器底部的稠密膠質物。但初步分析顯示，這兩種物質都含有大量雜質，這些雜質會干擾研究者分析這種生物燃料的有用成分，妨礙進一步改進工藝以提高燃料品質。

從理論上說，綜合運用物質分離、檢測離子電荷與質量之比（質荷比）并分析光譜的質譜法可以鑒定上述螺旋藻燃料的成分。為了提高這種鑒定效果，俄研究人員在用鈍頂螺旋藻制作燃料前，先用重水和強堿溶液的蒸氣“熏蒸”并浸透該螺旋藻。在這兩種蒸氣的作用下，重水中的重氫（即氘元素）會融入該螺旋藻的多種分子中。在將如此加工過的螺旋藻制成燃料后，研究者用“傅里葉變換離子回旋共振質譜法”，即根據給定場中的離子回旋頻率來測量離子質荷比的質譜分析方法，對該燃料的分子進行分析。

這種質譜法能對含有重氫的分子進行分辨率更高的成分檢測。檢測中所得到的特殊光譜還能與普通鈍頂螺旋藻燃料的光譜進行對照，協(xié)助確定該燃料的所有成分。

參與這項研究的生物化學專家伊格爾·波波夫介紹說，通過上述新方法研究者發(fā)現(xiàn)鈍頂螺旋藻燃料的主要成分中沒有石油所含的碳氫化合物，其燃料成分與植物色素“亮綠”和數(shù)種有機染料較為近似。此外，該燃料還含有由氮族元素形成的鎓化合物和氮氣等雜質。

波波夫認為，上述發(fā)現(xiàn)有助于研究者進一步分析鈍頂螺旋藻燃料的哪種成分更適合加工成高效燃料，這種螺旋藻的哪個品種富含燃料成分。在解決這兩個問題后，研究者將嘗試通過基因改造培育出更適合制作生物燃料的鈍頂螺旋藻。