Los científicos rusos han identificado los componentes de la muestra de betún más antigua que se encuentra en un jarrón antiguo y han hecho una estimación precisa de su edad. En su artículo en el Revista de espectrometría de masas , los investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú MIPT, el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo Skoltech, el Instituto de Historia de la Cultura Material, el Instituto Talrose para Problemas Energéticos de Física Química y el EmanuelEl Instituto de Física Bioquímica de la Academia de Ciencias de Rusia IBCP RAS propone un enfoque nuevo y más efectivo para el análisis de compuestos orgánicos e introduce un software especialmente diseñado.
El betún es una forma de petróleo que se encuentra en los depósitos naturales. Su uso se remonta a la Edad de Piedra. La palabra "momia", por ejemplo, deriva de la "momia" o "betún" persa, porque esta sustancia se utilizó enembalsamamiento. Los griegos utilizaron el betún en la construcción, la medicina y la guerra: es posible que el legendario "fuego griego" se basara en el betún. El ánfora más antigua llena de betún siglo V a. C. fue descubierta por arqueólogos rusos en la península de Taman, una región altamente volcánicamente activa numerosas filtraciones de petróleo se encuentran allí y una posible fuente de betún importado por los griegos.
Más oxígeno a medida que pasa el tiempo
El análisis de muestras antiguas de betún puede revelar su edad y origen. Los investigadores estadounidenses han usado una momia para demostrar que el antiguo betún egipcio no provenía exclusivamente del Mar Muerto. Si la edad de la muestra de betún del ánfora es cercana a2.500 años, esto implica un período prolongado de biodegradación debido a la actividad de las bacterias, causando la oxidación de las moléculas orgánicas en el betún, es decir, la introducción gradual de oxígeno adicional en la muestra. Esto significa que las muestras más antiguas contienen más átomos de oxígeno.
El análisis elemental de la muestra de Taman indicó un contenido de oxígeno O del 11%, en oposición al 1% o menos en muestras de petróleo fresco, con los otros elementos: carbono C, hidrógeno H, nitrógeno N y azufre S - presente en las cantidades normales. Esto indica que la muestra se había degradado durante mucho tiempo dentro del ánfora; aparentemente había estado allí durante 2.500 años. Sin embargo, el análisis elemental no identifica los tipos demoléculas presentes en la muestra. Para hacer esto, los investigadores utilizaron espectrometría de masas de ultra alta resolución.
La espectrometría de masas es una técnica analítica que clasifica las partículas cargadas en un campo eléctrico y / o magnético en función de su relación masa-carga m / z. Las moléculas con un valor z inicial de 0 se cargan ionizan.El campo magnético / eléctrico permite que los iones se separen, en este caso espacialmente. El detector determina la relación masa-carga de una partícula por su punto de "aterrizaje". Un espectro de masas es un gráfico de la intensidad de la señal del detector en el eje vertical versusrelación masa-carga en el eje horizontal. Un espectro de masa es un patrón de picos, cada uno correspondiente a un ion con una relación masa-carga específica. Permite la identificación de las sustancias constituyentes en la muestra.
Espectros de masa de betún de la ánfora A, petróleo de Siberia que estuvo expuesto al ozono B y petróleo de Siberia antes de la exposición al ozono C.
Una mirada más cercana
Distinguir los numerosos picos en los espectros de masas de betún entre sí es un desafío. Para hacer esto, los investigadores utilizaron las técnicas avanzadas de espectrometría de masas de alta resolución desarrolladas en el laboratorio, que les permitieron distinguir moléculas cuyas masas difieren solo poruna fracción de la de un electrón. Esto significaba que ninguno de los componentes individuales de la muestra de betún, y hay decenas de miles de ellos, escapó de su atención. También determinaron la composición elemental de los componentes. El análisis revelóque entre las sustancias de la muestra de betún de Taman que contienen oxígeno, la mayoría tiene de cuatro a nueve átomos de oxígeno O. Sin embargo, las muestras de petróleo ordinario contienen numerosos compuestos con dos átomos de oxígeno y muy pocos de los que tienen tres o cuatro átomos de oxígeno.el petróleo al ozono O conduce a la oxidación y presta sustancias con un contenido de oxígeno similar al del betún desde el ánfora vea la ilustración de arriba para compararrison, que respalda la teoría de que la muestra de Taman tiene el efecto de la oxidación prolongada.
El oxígeno puede estar presente en diferentes 'segmentos' de una molécula. Los 'segmentos' que determinan las propiedades químicas de la sustancia se denominan grupos funcionales. Para identificar los grupos funcionales de las sustancias en la muestra, los científicos utilizaronla reacción de intercambio de hidrógeno / deuterio. El principio detrás de esta técnica es que el deuterio D, también conocido como hidrógeno pesado, solo reemplazará los átomos de hidrógeno H que son parte de un grupo funcional. Sustitución de un átomo de deuterio por un hidrógenoátomo en una molécula hace que su pico en el gráfico de espectro de masas se desplace. Resultó que hubo un intercambio adicional de hidrógeno / deuterio en el caso del betún antiguo, en comparación con la muestra fresca. Esto condujo a los autores del artículopara concluir que la muestra de la ánfora contenía moléculas no solo con un grupo OH sino también con dos grupos OH que son productos del proceso de degradación.
El supervisor de investigación de este trabajo es el profesor Evgeny Nikolaev, director científico del Laboratorio de Física Ion y Molecular de MIPT, el mismo laboratorio del Instituto de Problemas Energéticos de Física Química de la Academia de Ciencias de Rusia y el Laboratorio de Espectrometría de Masasen el Centro Espacial Skoltech. Él y el investigador postdoctoral Yuri Kostyukevich en Skoltech, quien realizó los experimentos principales en este proyecto, compartieron su perspectiva sobre el descubrimiento: "La espectrometría de masas de resolución ultraalta es una técnica inmensamente poderosa en química analítica. Aplicada a la petroquímica, arqueologíay la medicina proporciona una información valiosa sobre la composición molecular de una sustancia. El análisis del betún antiguo ya ha revelado mucho sobre las transformaciones que experimenta el petróleo a lo largo de milenios. Gracias a la espectrometría de masas, podríamos obtener nueva informaciónsobre el tráfico de mercancías y las rutas comerciales en el mundo antiguo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :