L'analisi isotopica posizione-specifica (PSIA) è una tecnica che misura la composizione isotopica di una determinata posizione in una molecola. Può fornire preziose informazioni sui meccanismi di formazione di una molecola.

Butano (C ₄ h ₁₀ ) rappresenta un tipico idrocarburo di origine biotica o abiotica in condizioni terrestri profonde. Ha due isomeri strutturali:butano normale (n-butano) e isobutano (i-butano). Le composizioni isotopiche intramolecolari di C ₄ h ₁₀ stanno promettendo di servire come un nuovo termometro e tracciante.

Un gruppo di ricerca internazionale guidato dal Prof. Liu Yun dell'Istituto di Geochimica dell'Accademia Cinese delle Scienze (IGCAS) ha condotto modelli di chimica quantistica con correzioni oltre l'approssimazione armonica e l'approssimazione di Born-Oppenheimer per ottenere isotopi intramolecolari e intermolecolari di carbonio e idrogeno fattori di frazionamento per isomeri di butano all'equilibrio.

I ricercatori hanno anche calcolato il rapporto di abbondanza tra n-butano e i-butano agli equilibri a varie temperature. Hanno scoperto che i calcoli precedenti dei frazionamenti isotopici utilizzando il trattamento "cutoff" non erano adatti per lo studio degli effetti degli isotopi all'interno e tra gli isomeri di butano.

Nel frattempo, i loro risultati hanno dimostrato che il fattore di frazionamento isotopico specifico della posizione di equilibrio di i-butano era quasi il doppio del valore di n-butano per le sostituzioni isotopiche di carbonio o idrogeno, che potrebbe servire come indicatore per identificare i processi legati all'isomerizzazione degli alcani.

"Il nostro calcolo mostra che l'abbondanza di i-butano all'equilibrio teoricamente dovrebbe essere molto maggiore di quella di n-butano. Tuttavia, il calcolo contrasta con le osservazioni in ambienti naturali, indicando che la proporzione di isomeri di butano può essere controllata da idrocarburi precursori e meccanismi di formazione, " ha detto il dottor Liu Qi dell'IGCAS. "Ad esempio, la proporzione può ereditare dal kerogene ed essere modificata da processi cinetici durante la formazione, e quindi i processi di cracking del butano possono anche influenzare le distribuzioni isotopiche nel metano, etano, e propano."

I loro risultati di calcolo possono essere ulteriormente utilizzati per calibrare misurazioni sperimentali, creazione di nuovi geotermometri, e riconoscere gli effetti degli isotopi cinetici.

I ricercatori prospettano la potenziale applicazione degli equilibri isotopici intramolecolari come geotermometro e tracciante per ossidazioni microbiche e origini abiotiche degli idrocarburi.

Lo studio è stato pubblicato su Geologia Chimica il 17 dicembre.