时光的秘密：Py-GCMS揭开琥珀的自然老化之谜

导读

在古老的森林深处，阳光透过树梢，洒落在一片片凝固的时光上——那是琥珀，大自然最神秘的馈赠，每一块都包裹着数百万年前的秘密。在历史的长河中，琥珀一直以其独特的美丽和稀有性被人们所珍视。在琥珀的世界里，波罗的海琥珀无疑是贵族，以其无与伦比的品质和深厚的文化底蕴，赢得了“琥珀之王”的美誉。沿着古老的琥珀之路，波罗的海琥珀曾是连接东西方文明的桥梁，它的美丽和神秘，至今仍然吸引着世界的目光。但随着时间的流逝，这些琥珀文物也遭受着老化的挑战，如开裂、变色和硬度下降，这使得它们变得脆弱。

最新研究，前沿科技

近期，岛津上海分析中心与中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心李青会教授和李星枰博士合作，采用热裂解-气相色谱质谱联用仪（Py-GCMS）结合非靶向代谢组学方法，对波罗的海琥珀的自然老化过程进行了深入研究。这项发表在《Journal of Cultural Heritage》上的研究，不仅为我们提供了琥珀老化机制的新见解，更为文物的保护提供了科学依据。

科学揭秘，琥珀老化

波罗的海琥珀，是一种在地质历史上形成的化石树脂，主要产自现今波罗的海周围的地区，包括波兰、立陶宛、拉脱维亚、俄罗斯、丹麦和德国等国家。波罗的海琥珀在历史上具有重要的文化和经济价值。它不仅被用作珠宝和装饰品，还是古代贸易和文化交流的重要商品。

图1 不同地区琥珀样品的照片

为了更好的了解琥珀的老化机制，中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心李星枰博士采用热裂解-气相色谱质谱联用仪（Py-GCMS）等一系列先进科学技术，对地质和考古发现的波罗的海琥珀进行了分析。

Py-GCMS分析琥珀样品中的化学结构

图2 样品制备过程

图3 岛津PY-3030D+GCMS-QP2020 NX

方案特点

样品用量少，前处理简单方便，无需溶剂提取，环境友好；

全自动进样，高通量运行效率高；

全新高速大容量涡轮分子泵，分离效能高，分析速度快，高灵敏度检测。

图4 样品TIC图及10个呈现上升趋势的老化标志物结构

图5 样品TIC图及10个呈现下降趋势的老化标志物结构

重要发现，保护意义

研究将非靶向代谢组学分析与热裂解气相色谱质谱结果相结合，快速有效地识别出了出土琥珀文物对比波罗的海地质琥珀样品中10个含量上升和10个含量下降的稳定变化老化标志物。在10个呈上升趋势的老化产物（图4）中，考古琥珀裂解产物中单萜烯类（R1、R2、R5-R8）含量明显增加，并检测出少量乳酸衍生物（R3）和丙二醇衍生物（R4）；而在10个呈下降趋势的老化产物（图5）中，琥珀酸（D4）含量逐渐减小，D2、D3、D5-D8为半日花烷型二萜的裂解产物。

琥珀的结构和成分非常复杂，特别是理清它的老化机理尤为困难。但是这些老化标志物的确认使得这一难题的解决成为可能，结果证实：琥珀中聚合半日花烷型二萜的氧化和琥珀酸酯化交联结构的水解是出土琥珀变脆的关键原因。因此，低氧、低光强和较低的湿度更利于重度老化琥珀文物的长期保存。此外，热裂解气相色谱质谱仪的稳定运行保证了此次样品复杂成分结果的高复现性，确保了数据分析结论的可靠。这些发现不仅丰富了我们对琥珀老化特性的认识，随着波罗的海琥珀老化机理的揭示，也为多数出土琥珀文物的长期保存提供了更为科学的建议。

专家心声

中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心李青会教授

李青会教授表示：琥珀从古至今一直是人们珍视的宝石，曾经是古代丝绸之路贸易中的重要进口材料，见证了中外文化的交流互鉴和融合创新。然而琥珀文物经历了长期的埋藏老化后，会不可避免地发生龟裂、变色、硬度下降等不良反应，并可能在储藏中进一步恶化。这要求我们探讨出土琥珀的老化机理，以优化其保存条件。出土琥珀样品样本量少，且成分非常复杂，对于分析仪器灵敏度和准确性要求较高。岛津PY-3030D和GCMS-QP2020 NX热裂解-气相色谱质谱联用仪完美地应对了这些问题，为我们精细解析老化琥珀的复杂成分提供了可靠支持，希望未来可以和岛津在科技考古方面有更多的合作。

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