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俄巧用质谱法成功剖析一种生物燃料成分

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  新华社莫斯科6月28日电(记者栾海)俄罗斯科研人员发现钝顶螺旋藻可制成生物燃料,但其中杂质较多且难以辨识。为此研究者用一种特殊“熏蒸”法与质谱法结合,分辨出了这种生物燃料的所有成分,为改进这种燃料品质铺平了道路。

  通过新方法,研究者发现钝顶螺旋藻燃料的主要成分中没有石油所含的碳氢化合物,其燃料成分与一种植物色素和数种有机染料较为近似。

  钝顶螺旋藻是一种蓝绿色浮游生物,体长可达500微米,分布在热带和亚热带的部分淡水湖中。莫斯科物理技术学院和莫斯科国立大学的研究者在新一期英国《欧洲质谱学杂志》上报告说,这种螺旋藻能将其生活环境中的碳酸和太阳能转化成糖类和其他营养物质来养活自己,其生长和分裂增殖的速度快于很多进行光合作用的生物,具有用以研制生物燃料的潜质。

  在实验中,研究人员先对钝顶螺旋藻进行干燥处理,再用一种模拟石油生成条件的反应器将其加热到300摄氏度并同时施加高压,结果得到了液态可燃物和沉淀在反应器底部的稠密胶质物。但初步分析显示,这两种物质都含有大量杂质,这些杂质会干扰研究者分析这种生物燃料的有用成分,妨碍进一步改进工艺以提高燃料品质。

  从理论上说,综合运用物质分离、检测离子电荷与质量之比(质荷比)并分析光谱的质谱法可以鉴定上述螺旋藻燃料的成分。为了提高这种鉴定效果,俄研究人员在用钝顶螺旋藻制作燃料前,先用重水和强碱溶液的蒸气“熏蒸”并浸透该螺旋藻。在这两种蒸气的作用下,重水中的重氢(即氘元素)会融入该螺旋藻的多种分子中。在将如此加工过的螺旋藻制成燃料后,研究者用“傅里叶变换离子回旋共振质谱法”,即根据给定场中的离子回旋频率来测量离子质荷比的质谱分析方法,对该燃料的分子进行分析。

  这种质谱法能对含有重氢的分子进行分辨率更高的成分检测。检测中所得到的特殊光谱还能与普通钝顶螺旋藻燃料的光谱进行对照,协助确定该燃料的所有成分。

  参与这项研究的生物化学专家伊格尔·波波夫介绍说,通过上述新方法研究者发现钝顶螺旋藻燃料的主要成分中没有石油所含的碳氢化合物,其燃料成分与植物色素“亮绿”和数种有机染料较为近似。此外,该燃料还含有由氮族元素形成的鎓化合物和氮气等杂质。

  波波夫认为,上述发现有助于研究者进一步分析钝顶螺旋藻燃料的哪种成分更适合加工成高效燃料,这种螺旋藻的哪个品种富含燃料成分。在解决这两个问题后,研究者将尝试通过基因改造培育出更适合制作生物燃料的钝顶螺旋藻。