由於(yu) 琥珀中往往具有保存完好的內(nei) 含物（如昆蟲等），因此這種材料對於(yu) 古生物學者而言是無價(jia) 之寶。同樣，某些石英樣品中也包含有機內(nei) 含物，例如石油填充的液泡，這可以為(wei) 地質學家了解古代碳氫化合物流體(ti) 的構成提供重要信息。

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

保持樣品的多樣性

CSIRO石油公司有機地質化學研究小組負責人Herbert Volk解釋道：“石英是構成沙子的最常見材料，許多石油儲(chu) 源是多孔的沙岩。流體(ti) 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(ti) 內(nei) 含物，每種內(nei) 含物具有不同的分子以及/或同位素構成，這與(yu) 其各自的地質演變環境有關(guan) 。

現有的提取碳氫樣品的技術包括：對石英樣品進行機械碾壓或者熱燒爆，然後通過加熱或者溶劑的方法提取流體(ti) ，最後利用氣相色譜-質譜聯用儀(yi) （GC-MS）對流體(ti) 進行分析。盡管這些技術能夠提供詳盡的分子數據，但樣品是大批量采集的，因此會(hui) 導致不同內(nei) 含物的個(ge) 體(ti) 數據的丟(diu) 失。

之前人們(men) 也曾經嚐試利用激光（例如neodymium:YAG以及erbium:YAG激光器）提取流體(ti) ，但結果往往是激光與(yu) 流體(ti) 相互作用、而不是與(yu) 流體(ti) 周圍的石英相互作用，因此整個(ge) 過程較難控製。

最近，研究人員又發現了新的提取技術：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的脈衝(chong) ，中心波長800nm，帶寬50nm。附帶的GC-MS采用20X、數值孔徑0.4的顯微物鏡將光束聚焦到樣品上。焦點處的峰值光強高於(yu) 10¹⁴ W/cm²，這將引起石英中的多光子吸收，並引發幹淨的非熱效應打孔。

圖1：采用超快激光燒蝕技術可以釋放石英樣品中內(nei) 含物中捕獲的石油（左圖為(wei) 燒蝕前，右圖為(wei) 燒蝕後）。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，由於(yu) 石英樣品中的多光子打孔在略高於(yu) 燒蝕閾值時處於(yu) 最佳工作狀態，因此如果采用超快放大器，需要對入射光進行高倍衰減。Femtolasers振蕩器中集成有多通Herriott單元，這可以同時降低重複頻率、並將單脈衝(chong) 能量提升到所需水平。

Volk解釋說：“蒸發的碳氫化物首先被低溫阱采集。低溫阱由流經激光室的氦氣流構成，流速為(wei) 100mL/min。”隨後，碳氫化物從(cong) 第一個(ge) 低溫阱中被釋放，在第二個(ge) 具有逐步減小的氦氣流的低溫阱中重新匯聚，最後在進行MS探測之前，在GC柱上分離出來。

實驗中，重複頻率11MHz、160nJ的脈衝(chong) 聚焦到石英晶體(ti) 上，目標是直徑50µm（圖1）的內(nei) 含物。激光在石英上打出直徑2µm的孔，直達內(nei) 含物（實驗中首先以直徑10µm的內(nei) 含物作為(wei) 目標，但並沒有獲得足夠的石油以產(chan) 生清晰的GC-MS信號）。GC-MS分析顯示了大量的中低分子量碳氫化合物，該分布特征與(yu) 整批碾壓技術獲得的結果相同。實驗中並沒有探測到烯烴以及酮的存在。它們(men) 隻會(hui) 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認為(wei) ：“我們(men) 的飛秒激光方法的優(you) 點在於(yu) 可以分析單個(ge) 內(nei) 含物的特性。采用傳(chuan) 統的Nd:YAG激光係統以及整批碾壓的方式不可能做到這一點。但是該方法的缺點在於(yu) 從(cong) 單個(ge) 內(nei) 含物中釋放出來的石油量很小，因此這對常規GC-MS儀(yi) 器的探測極限而言是個(ge) 挑戰。我們(men) 希望進一步改善該係統，從(cong) 而將激光室與(yu) GC-MS設備之間的化合物損耗減到最小”。

Volk還提到瑞典SP技術研究所的Sandra Siljeström及其同事建議的采用飛行時間二級質譜儀(yi) 探測生物標記，這可以提高係統的靈敏度。^[2]他說：“我們(men) 將就此展開合作”。

參考文獻

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)