L'analyse isotopique spécifique à la position (PSIA) est une technique qui mesure la composition isotopique d'une certaine position dans une molécule. Il peut fournir des informations précieuses sur les mécanismes de formation d'une molécule.

Butane (C 4 H dix ) représente un hydrocarbure typique d'origine biotique ou abiotique dans des conditions terrestres profondes. Il possède deux isomères structuraux :le butane normal (n-butane) et l'isobutane (i-butane). Les compositions isotopiques intramoléculaires de C 4 H dix promettent de servir de nouveau thermomètre et traceur.

Un groupe de recherche international dirigé par le professeur Liu Yun de l'Institut de géochimie de l'Académie chinoise des sciences (IGCAS) a mené une modélisation de la chimie quantique avec des corrections au-delà de l'approximation harmonique et de l'approximation de Born-Oppenheimer pour obtenir des isotopes intramoléculaires et intermoléculaires précis du carbone et de l'hydrogène facteurs de fractionnement pour les isomères du butane à l'équilibre.

Les chercheurs ont également calculé le rapport d'abondance du n-butane à l'i-butane à des équilibres à différentes températures. Ils ont constaté que les calculs précédents des fractionnements isotopiques utilisant un traitement "seuil" n'étaient pas adaptés à l'étude des effets isotopiques dans et entre les isomères du butane.

Pendant ce temps, leurs résultats ont démontré que le facteur de fractionnement isotopique spécifique à la position d'équilibre de l'i-butane était presque le double de la valeur du n-butane pour les substitutions isotopiques du carbone ou de l'hydrogène, qui pourrait servir d'indicateur pour identifier les processus liés à l'isomérisation des alcanes.

"Notre calcul montre que l'abondance de l'i-butane à l'équilibre devrait théoriquement être bien supérieure à celle du n-butane. Cependant, le calcul contraste avec les observations en milieu naturel, indiquant que la proportion d'isomères de butane peut être contrôlée par des hydrocarbures précurseurs et des mécanismes de formation, " a déclaré le Dr Liu Qi de l'IGCAS. "Par exemple, la proportion peut hériter du kérogène et être modifiée par des processus cinétiques lors de la formation, et puis les processus de craquage du butane peuvent également affecter les distributions isotopiques dans le méthane, éthane, et propane."

Leurs résultats de calcul peuvent être encore utilisés pour calibrer des mesures expérimentales, la mise en place de nouveaux géothermomètres, et reconnaître les effets isotopiques cinétiques.

Les chercheurs envisagent l'application potentielle des équilibres isotopiques intramoléculaires comme géothermomètre ainsi que comme traceur des oxydations microbiennes et des origines abiotiques des hydrocarbures.

L'étude a été publiée dans Géologie chimique le 17 décembre.