如何确定琥珀的真实性和出处

　　来自德国美因茨约翰内斯-古腾堡大学无机和分析化学研究所的Oluwadayo O. Sonibare 和Thorsten Hoffmann，以及地球科学与地球系统科学系的Stephen F. Foley正在探索一种精确测定琥珀的起源与真实性的方法。德国琥珀博物馆推荐的是通过比较盐浴中的密度来区分相关材料，这种方案适用于常规鉴定，但不能满足科学探讨。研究人员的目的是对“尼日利亚Ameki形成的始新世琥珀分子组成和化学分类学”进行阐明。他们在研究中得到了位于米尔海姆的GERSTEL公司的研究与开发项目经理Eike Kleine-Benne博士的支持。

　　所有琥珀的共同点是它们均为相同的有机材料，最初都是供体树中流出的树浆经固化后形成的树脂。从化学角度来说，琥珀是一种可归于萜烯一族、被称为聚酯的不均匀的混合物。琥珀这个术语要追溯到低地德语的“ bernen ” 一词，意为“燃烧”的意思。琥珀确实具有可燃性，且燃烧时有浓烈的芳香气味。琥珀仅有限地溶解于醇、醚、氯仿或松节油。经研磨以后的物质带负电并在375 ℃熔解。基于琥珀的这些化学和物理性质可以有意地将其进行热解并利用气相色谱法和质量敏感型检测对热解碎片产物进行分析, 由此获得有关其组成，性质及起源的知识。

　　化学分析细节

　　据Oluwadayo O.Sonibare博士介绍，植物树脂的化石化是一个复杂的成熟过程，它包括了可挥发成分的散失以及萜类化合物的聚合和交联，且此过程可持续100万年。琥珀是复杂的各种天然萜类化合物的混合物，在结构上它们源于植物排放的异戊二烯。与纯萜烯不同的是萜类化合物含有官能团。了解一种琥珀的化学成分, 这对于区分天然也即真正的和仿制的琥珀，确定琥珀的起源以及进行扩展性的研究都将是很有帮助的。

　　用于表征琥珀的重要分析手段包括红外光谱，拉曼光谱以及对琥珀萃取物进行质量敏感型检测的气相色谱质谱或者是琥珀热解后的气相色谱质谱测定。Kleine-Benne博士介绍说，红外光谱用于检测诸如波罗的海琥珀(Ostseebernstein)与其他琥珀的区别。这里重要的区别标志在于1250~1175cm-1之间所谓的巴尔肩;它们是与波罗的海琥珀中的琥珀酸联系在一起的，Kleine-Benne博士如是说。

　　红外光谱在对不同性质和来源的琥珀进行区别时很快就受到限制，因为大多数的琥珀显示的图谱是相似的，从而对个体的特征性识别难以进行。拉曼光谱则有助于捕捉琥珀在成熟过程中的差异，但不能确定其地理起源。气相色谱质谱只能解析可溶性组分的分子结构，只是这部分的组分几乎占不到树脂总量的20%。热解气相色谱质谱则不同，Kleine-Benne博士解释到, 它能给用户提供这样的可能，也即将聚合物的成分，也就是说琥珀的非水溶性和非挥发性的大分子，分解成单个组分，将这些组分分离并针对其分子结构用质谱进行准确无误的鉴别。

　　热解气相色谱质谱法

　　该研究所使用的尼日利亚Ameki形成始新世琥珀样品是由格拉斯哥大学的亨特利安博物馆提供的。样品材料经过研磨以每200µg为一单位在480℃持续热解20s。热解气相色谱-质谱由以下设备组合而成：安捷伦气相色谱6890N 配以GERSTEL冷进样系统，GERSTEL热解吸装置，GERSTEL多功能进样器和安捷伦质谱5795B 惰性XL(三轴)。热解本身使用的GERSTEL-Pyro，一个特殊的热解模块，是由GERSTEL-TDU稍作改装扩展而成的。

　　图1. 琥珀分析中使用的设备

　　更多相关技术细节：该TDU是在拆分模式下运行，以便于除去过量的溶剂。冷作业系统的设定温度是300℃以用来作为热裂接口。气相色谱用分离模式操作(1:20)并装备了ZB- 5MS石英柱(30m×0.25µm×0.25mm)。GC柱炉的温度程序设置如下：60℃(2min)-6 ℃/ min -300℃(10min)。用氦气作载气使用1ml/min的恒定流速。质谱仪在电子轰击(EI)离子化模式下操作，电离能设定在70eV，源温和四极(Quadrupol)温度分别设定为230℃和150℃。全扫描质谱记录的质量范围为50~650D。化学工作站软件用于采集和处理数据。单个化合物通过对比质谱图与质谱资料库或文献资料的数据来鉴定。

　　通往发现之路

　　首先对琥珀研磨样品进行纯热解。在色谱图上确定了与文献描述相符的一系列成分，这里是一些脂肪酸(FA)，即正菊酸(FA I)，萘-1-羧酸-1,2,3,4,4 a,7,8,8 a-八氢-1,4a,6-三甲基(FA II)，萘-1 -羧酸-1,2,3,4,4a,7,8,8 a-八氢1,4,5,6 - 四甲基 (FA III)和萘-1 - 羧酸-1,2,3,4,4a,5,8,8 a-八氢-1,4a,6 - 三甲基-5- 亚甲基 (FA V)。

　　为了得到更多的信息, 对进入热裂解气相色谱的琥珀样品在原位加入四甲基氢氧化铵(TMAH)，即：在20s的连续热解步骤中进行甲酯化衍生，这个过程也被称为热化学分解。这里，脂肪酸转变成相应的脂肪酸甲基酯(脂肪酸甲酯)：正菊酸甲酯(FAMEI), 萘-1-甲酸基-1,2,3,4,4a,7,8,8a-八氢-1,4a,6-三甲基甲酯 (FAME II)，萘-1- 甲酸基 1,2,3,4,4 a,7,8,8 a-八氢-1,4a,5,6 - 四甲基甲酯(FAME III)，甲基-1,2,3,4-四氢-1,5,6-三甲基-1-萘甲酸甲酯(FAME IV)，萘-1-甲酸基-1,2,3,4,4a,5,8,8a-八氢-1,4a,6 - 三甲基-5 - 甲基甲酯(FAME V)和甲基- 16,17 - Dinorcallitrisat (FAMEVI)。

　　图2. 来自尼日利亚的始新世琥珀的裂解气相色谱质谱图与热化学分解气相色谱质谱图的比较。

　　关于单纯的热解与热化学分解步骤的区别, Eike Kleine-Benne博士解释如下：“在裂解色谱图中FA(I)和FA(II)，FA(III)和FA(V)的峰型较宽，呈一定程度的锯齿型，这是极性化合物，如脂肪酸，在非极性柱上分离时的一个典型表现。与此相反，在热化学分解-色谱图中相应的甲酯化合物FAME(I)，FAME(II)，FAME(III)和FAME(V)则被洗脱为相互分离的锐锋。而FAME(IV)和FAME(VI)只有在热化学分解色谱图中才被识别到。由此明显可见，加入四甲基氢氧化铵的热解可以提供更详细的样品信息。”

　　Oluwadayo O.Sonibare博士提到，之前进行的一项研究提供了关于尼日利亚-Ameki形成的始新世树脂化石的分子组成的第一手资料。热裂解气相色谱质谱分析清楚地表明，该琥珀属于Ib类型，由规则拉布素型结构演变而来，但对琥珀酸的含量不足。该琥珀的热解产物以拉布素二萜类化合物和一些倍半萜类为主。 琥珀中拉布素型二萜类的专属性存在以及植物三萜类化合物的缺席表明该树脂起源于针叶植物。

　　美因茨约翰内斯-古腾堡大学的Oluwadayo O.Sonibare博士，Thorsten Hoffmann教授和Stephen F.Foley教授，借助于手中所掌握的这种工具，可以追索琥珀的起源。不仅如此，它还能为琥珀研究提供更广泛的信息。