由于琥珀中往往具有保存完好的內(nèi)含物（如昆蟲等），因此這種材料對(duì)于古生物學(xué)者而言是無價(jià)之寶。同樣，某些石英樣品中也包含有機(jī)內(nèi)含物，例如石油填充的液泡，這可以為地質(zhì)學(xué)家了解古代碳?xì)浠衔锪黧w的構(gòu)成提供重要信息。

目前，澳大利亞CSIRO石油公司以及MQPhotonics研究中心、奧地利Femtolasers Produktions以及德國(guó)Laser Zentrum Hannover的科學(xué)家們提出了一種方案——利用超快激光燒蝕技術(shù)在石英樣品上打孔，以提取樣品中的單個(gè)內(nèi)含物，并且不改變內(nèi)含物中石油的性質(zhì)，從而能讓地質(zhì)學(xué)家研究保存完整的、最原始的石油特征。^[1]

保持樣品的多樣性

CSIRO石油公司有機(jī)地質(zhì)化學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人Herbert Volk解釋道：“石英是構(gòu)成沙子的最常見材料，許多石油儲(chǔ)源是多孔的沙巖。流體可以在缺陷愈合的過程中被這些沙粒捕獲。”單片石英可以包括不同的流體內(nèi)含物，每種內(nèi)含物具有不同的分子以及/或同位素構(gòu)成，這與其各自的地質(zhì)演變環(huán)境有關(guān)。

現(xiàn)有的提取碳?xì)錁悠返募夹g(shù)包括：對(duì)石英樣品進(jìn)行機(jī)械碾壓或者熱燒爆，然后通過加熱或者溶劑的方法提取流體，最后利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)流體進(jìn)行分析。盡管這些技術(shù)能夠提供詳盡的分子數(shù)據(jù)，但樣品是大批量采集的，因此會(huì)導(dǎo)致不同內(nèi)含物的個(gè)體數(shù)據(jù)的丟失。

之前人們也曾經(jīng)嘗試?yán)眉す猓ɡ鏽eodymium:YAG以及erbium:YAG激光器）提取流體，但結(jié)果往往是激光與流體相互作用、而不是與流體周圍的石英相互作用，因此整個(gè)過程較難控制。

最近，研究人員又發(fā)現(xiàn)了新的提取技術(shù)：用Femtolasers公司的高能超快激光振蕩器取代YAG激光器。該激光器可輸出50fs的脈沖，中心波長(zhǎng)800nm，帶寬50nm。附帶的GC-MS采用20X、數(shù)值孔徑0.4的顯微物鏡將光束聚焦到樣品上。焦點(diǎn)處的峰值光強(qiáng)高于10¹⁴ W/cm²，這將引起石英中的多光子吸收，并引發(fā)干凈的非熱效應(yīng)打孔。

圖1：采用超快激光燒蝕技術(shù)可以釋放石英樣品中內(nèi)含物中捕獲的石油（左圖為燒蝕前，右圖為燒蝕后）。掃描電子顯微圖像（下圖）顯示了激光在石英樣品上打的孔。

選用振蕩器

采用超快振蕩器而不是放大器能夠降低成本。此外，由于石英樣品中的多光子打孔在略高于燒蝕閾值時(shí)處于最佳工作狀態(tài)，因此如果采用超快放大器，需要對(duì)入射光進(jìn)行高倍衰減。Femtolasers振蕩器中集成有多通Herriott單元，這可以同時(shí)降低重復(fù)頻率、并將單脈沖能量提升到所需水平。

Volk解釋說：“蒸發(fā)的碳?xì)浠锸紫缺坏蜏刳宀杉５蜏刳逵闪鹘?jīng)激光室的氦氣流構(gòu)成，流速為100mL/min。”隨后，碳?xì)浠飶牡谝粋€(gè)低溫阱中被釋放，在第二個(gè)具有逐步減小的氦氣流的低溫阱中重新匯聚，最后在進(jìn)行MS探測(cè)之前，在GC柱上分離出來。

實(shí)驗(yàn)中，重復(fù)頻率11MHz、160nJ的脈沖聚焦到石英晶體上，目標(biāo)是直徑50µm（圖1）的內(nèi)含物。激光在石英上打出直徑2µm的孔，直達(dá)內(nèi)含物（實(shí)驗(yàn)中首先以直徑10µm的內(nèi)含物作為目標(biāo)，但并沒有獲得足夠的石油以產(chǎn)生清晰的GC-MS信號(hào)）。GC-MS分析顯示了大量的中低分子量碳?xì)浠衔铮摲植继卣髋c整批碾壓技術(shù)獲得的結(jié)果相同。實(shí)驗(yàn)中并沒有探測(cè)到烯烴以及酮的存在。它們只會(huì)在較高的燒蝕溫度下獲得，這表明打孔過程是“冷”（多光子）打孔而非“熱”（熱燒蝕）打孔。

 Volk認(rèn)為：“我們的飛秒激光方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以分析單個(gè)內(nèi)含物的特性。采用傳統(tǒng)的Nd:YAG激光系統(tǒng)以及整批碾壓的方式不可能做到這一點(diǎn)。但是該方法的缺點(diǎn)在于從單個(gè)內(nèi)含物中釋放出來的石油量很小，因此這對(duì)常規(guī)GC-MS儀器的探測(cè)極限而言是個(gè)挑戰(zhàn)。我們希望進(jìn)一步改善該系統(tǒng)，從而將激光室與GC-MS設(shè)備之間的化合物損耗減到最小”。

Volk還提到瑞典SP技術(shù)研究所的Sandra Siljeström及其同事建議的采用飛行時(shí)間二級(jí)質(zhì)譜儀探測(cè)生物標(biāo)記，這可以提高系統(tǒng)的靈敏度。^[2]他說：“我們將就此展開合作”。

參考文獻(xiàn)

1. H. Volk et al., Org. Geochem. (2009), doi:10.1016/j.orggeochem.2009.05.006 (in press).

2. S. Siljeström et al., Organic Geochem. 40, p. 135 (2009)