第十章__生物标志化合物
生物标志化合物
（1）五环三萜烷
所谓五环三萜烷是由六个异戊二烯结构单元 组成的五个环包含有30个碳原子的环烷烃。五 环三萜烷可分为藿烷系列和非藿烷系列两类。
藿烷系列：E环为五员碳环，并且其碳数由
27～35（往往缺少C28）成完整系列。
非藿烷系列：E 环多为六员碳环，而且大多只
有30个碳原子。
19 18 12 11 25 2 3 1 9 10 5
2、无环类异戊二烯类烷烃
头 尾
C 20 （ 植 烷 ）
C 20 （ 植 烷 ） 2， 6， 10， 14--四 甲 基 十 六 烷
C 19 （ 姥 鲛 烷
C 19 （ 姥 鲛 烷 ） 2， 6， 10， 14-四 甲 基 十 五 烷
C 18 （ 降 姥 鲛
C 18 （ 降 姥 鲛 烷 ） 2， 6， 10-三 甲 基 十 五 烷
20
E
21 22 30
29 31
32 33
34 35
C
26 8 7
13 28 17 14
D
15
16
A
4
B
6
27
23
24
藿烷的骨架结构和碳原子排列顺序
藿烷结构示意图
五元环 E D 异丙基
C
A
B 甲基取代基 异构化主要发生位置
18α（H）—22，29，30—C27三降藿烷（Ts）
17α（H）—22，29，30—C27三降藿烷（Tm) 17α（H），21β（H）—C30藿烷 17α（H），21β（H）一升藿烷（22S） 17α（H），21β（H）一升藿烷（22R）
(C (C
25 26
C 33 ) C 34 )
奇偶优势指数 Ci 6Ci 2 C i 4 OEP ( OEP) 4C 4C
生物标志化合物地球化学
生物标志化合物还可以用于评估污染物的生态影响，例如，通过比较污染区域和非污染区域的生物标志化合物，可以了解污染物对生态系统的影响。
生物标志化合物在生态风险评估中的应用
04
CHAPTER
生物标志化合物地球化学在石油勘探中的应用
生物标志化合物是石油生成过程中有机物质演化的产物，它们在石油生成和演化过程中起着关键作用。
生物标志化合物可以用于识别污染源，通过分析污染物的化学特征和来源，可以追溯污染物的来源和传播途径。
生物标志化合物可以用于区分自然源和人为源的污染物，例如，某些特定的生物标志化合物可以指示特定类型的石油或重金属污染物的来源。
生物标志化合物还可以用于评估污染物的迁移和转化，例如，通过检测不同环境介质中的生物标志化合物，可以了解污染物的迁移和转化过程。
生物标志化合物在环境监测中具有重要作用，可以用于检测和评估环境污染物的存在和浓度。例如，某些特定的生物标志化合物可以指示石油、重金属、农药等污染物的存在。
生物标志化合物可以用于监测环境污染对生态系统的影响，例如，通过检测动物和植物组织中的污染物含量，可以评估环境污染对生物多样性和生态平衡的影响。
生物标志化合物在环境监测中的应用
生物标志化合物地球化学模型
建立生物标志化合物地球化学模型，模拟生物标志化合物的分布、迁移和转化过程，预测其对环境变化的响应。
高灵敏度分析技术
利用质谱、色谱等高灵敏度分析技术，提高生物标志化合物的检测限和准确性。
生物标志化合物地球化学新技术与新方法的发展
通过研究生物标志化合物在生态系统中的作用，为保护和合理利用自然资源提供科学依据。
随着技术的不断进步和研究的深入，生物标志化合物地球化学在石油勘探中的应用将更加广泛和深入，有望为石油勘探提供更加准确和可靠的依据。
生物标志化合物名词解释
生物标志化合物名词解释
生物标志化合物 (biomarker) 是指能够用于识别和追踪生物体内或周围环境中生物化学反应或生物过程的物质。
这些物质通常是特定生物分子的代谢产物或反应产物，具有高度的特异性和敏感性，能够反映特定生物体的生理和病理状态。
生物标志化合物广泛应用于生物监测、疾病诊断、药物研发等领域。
在生物化学领域，生物标志化合物通常指一类来源于生物体的含氢化合物，包括类异戊二烯型烷烃、甾体激素、维生素等。
这些物质在有机质演化过程中具有一定稳定性，基本保存了原始生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质的特殊分子结构信息。
因此，它们具有特殊的标志作用，可以用来研究生物体的历史演化和生命起源等问题。
生物标志化合物在有机地球化学研究中的应用
细菌或甲藻的色素。
第一节 基本概念
豆甾醇和谷甾醇主要存在于陆源高等植物中，它是24-乙基-胆甾 烷[C29] 的前身;
胆甾醇（cholestanol）主要存在于水生生物和甲壳动物体内， 它是胆甾烷[C27]的前身；
第二节 饱和烃相关参数的地球化学意义
1.气相色谱图或GC/MS TIC中正构烷烃信息
正构烷烃的碳数分布、峰型、主峰 碳 位 置 、 ΣC22-/ΣC23+ 值 、 OEP 值 变 化等可提供有机质的母质类型、演 化程度及是否遭受过细菌微生物的 降解等重要信息
第二节 饱和烃相关参数的地球化学意义
第一节 基本概念
这些化合物具有稳定的基本碳骨架
在漫长的地质史或遭受强烈的异常降解作用 时，也仅发生失去某些官能团、碳碳双键的 氢化或芳构化过程，但会保留可辨认的、从 先驱物继承下来的基本碳骨架特征。
HO
O H3C CH3
Abietanoic acid
CH3 CH3
脱氢 H3C CH3
Abietine
植物叶、茎表层的保护膜（也称植物蜡）及类脂物的降 解产物是系列奇碳优势的长链烷烃的主要来源；
动、植物体中的激素是孕（雄）甾烷的先驱物； 动、植物体中的胆固醇是甾族系列化合物的前身； 松香烷（abietane）、松香亭（abietine）、西蒙内利
稀(simonellite)、惹稀(retene)这一系列三环二萜类化 合物来自高等植物树脂中的松香酸（醇）的降解产物；
第一节 基本概念
生物标志化合物是生物自身合成的
这些化合物具有明显的生物母源可追溯：他们来源 于高等动物、陆生植物、水生植物、浮游动物以及 细菌微生物的机体；或者是这些机体中的生物先驱 物在热力、压力及其各种催化作用或微生物作用 下，经过复杂的化学、物理变化转化而来的。
油气地球化学
一、名词解释1.生物圈: 是指生物生存的地球外圈，包括大气圈、水圈和地壳表层。
2.有机圈: 是以古今生物为来源的有机质的分布、演变空间。
有机圈包括生物圈。
3.地球化学界面：又称地球化学墙，是指Eh或pH值的某种特定值或特定界限，特定的矿物或沉积物只在界限一边存在，不在界限另一边出现。
4.有机物界面：又称有机物墙,位于Eh值为零的面上，在此界面之上为氧化环境，有机质不能保存；在此界面之下为还原环境，有机质才能保存。
5.干酪根：泛指一切不溶于常用有机溶剂的沉积岩中的有机质。
6.沥青“A”:用常用有机溶剂（如氯仿）从烃源岩中直接抽提出的可溶有机质称为沥青“A”7.沥青“B”有机溶剂抽提后的残渣，经高温热解后再用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。
8.沥青“C”：使用有机溶剂从沉积物或岩石中抽提出可溶有机质后，用有机溶剂从酸(HCl)处理过的沉积物或岩石中抽提出来的可溶有机质。
9.原油族组成:是族组分分离过程中得到的组成成分，包括饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质。
10.原油馏份组成：石油组分分析中，用某个温度范围内蒸馏出的馏分百分含量(重量或体积)所表示的石油组成11.有机显微组分：显微组分就是指这些在显微镜下能够认别的有机组分。
12.稳定碳同位素相对丰度：的度量可以用12C/13C比值表示，而习惯上以δ13C表示，即(表达式略)13.腐泥质：是在滞水盆地条件下（海湾、泻湖、湖泊等）堆积的有机淤泥。
14.腐殖质：是由高等植物的细胞和细胞壁（主要由木质素、纤维素、丹宁组成）在有氧条件下沉积而成的有机物质。
15.有机质成熟度：是指有机质的热演化水平，是沉积有机质在地温升高的条件下有机质化学性质和物理性变化规律的总和。
16.原油的热蚀变作用：是指在油藏条件下经历高温作用原油发生的地球化学作用过程。
17.储层的热蚀变作用：在储层中，石油和天然气中的烃类若处在更高温的地热系统中，会向着分子结构更稳定、自由能降低的方向继续演化，最终形成在该温度、压力下稳定的混合物。
生物标志化合物(杨)
二、正构烷烃系列的色谱质谱特征
色 谱 特征 ： 在 GC 图 和 GC — MS 总离子流 图 中 ，正 构烷 烃 是 以 近 于等 间距 分 布 的 。 在常 规色 谱 条 件 下 （色 谱程 控 升 温 的 终 温 低 于 300 ℃），正构烷烃 的 最 高出 峰碳 数 为 nC37左右。
质谱特征：碎片离子 相对强度变化随碎片 质量增加而减小。基 峰 m/z 57, 无特征碎 片离子。
生物标志化合物 正构烷烃
杨胜洪 三矿QX182
一、正构烷烃系列的结构特征
在沉积有机质及石油中，正构烷烃通常都是主要成 分，它们是结构最为简单的一类化合物，仅由直链结构 组成，分子通式为CnH2n+2。 正构烷烃系列不仅提供有关生油母质方面的信息，而 且还能反应源岩的沉积环境和氧化特征。原油中正构烷 烃系列的组成是母源性质的客观反映，其组成特征也是 指示油—油关系、成熟度最为直观的指标。
正构烷烃碳数的确定一般依据姥鲛烷及植烷，在常规色谱条件下， nC17 和 nC18 的确定无误 ，由此确定其他正构烷烃的碳数 。在 GC—MS分析中，通常用m/z85质量色谱图来突出总离子流中正 构烷烃的分布，特别是在其含量相对低时（如低成熟的样品或生 物降解油），有必要应用m/z85或m/z 57质量色谱图来确定正构 烷烃的分布。
严重生物降解
5 依据正构烷烃与生物标志化合物组合特征判断原油的成藏期次
根据Peters等对原油降解级别的划分, 25-降藿烷代表原油曾遭受 过强烈的生物降解作用达到了中等—严重降解程度。
6 烃源岩倾油倾气性研究
虽然不同类型干酪根的一般结构是类似的，但是I型干酪根富含长 链的脂肪族结构，热降解时会形成大量液态烃(长链脂肪烃)，即倾油 性强;而III型干酪根则由大量多芳香核组成，脂基是次要的，发生热 降解时，多形成大量气态烃(短链脂肪烃)和多环芳烃.因此，可认为 倾油烃源岩的氯仿沥青“A'’以脂肪烃占优势，即其总离了流图 (TIC)上以正构烷烃占显著优势，而倾气烃源岩的氯仿沥青“A'’则 以芳烃占优势，即其TIC上以芳烃化合物占绝对优势.
生物标志化合物
狮25井E31泥岩 m/z85质量色谱图
A b u n d a n c e T IC : 2 0 0 8 S 5 3 5 .D 1 .8 e + 0 7 1 .6 e + 0 7 1 .4 e + 0 7 1 .2 e + 0 7 1 e + 0 7 8 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 * 4 0 0 0 0 0 0 * 2 0 0 0 0 0 0 n C 1 2 * 1 0 .0 0 T im e --> * n C 3 5 n o r-P r P r P h n C 2 3
来源于细菌；
β-胡萝卜烷（carotane）和γ-胡萝卜烷来源于高等植物、 细菌或甲藻的色素。
第一节 基本概念
豆甾醇和谷甾醇主要存在于陆源高等植物中，它是24-乙基-胆甾 烷[C29] 的前身;
胆甾醇（cholestanol）主要存在于水生生物和甲壳动物体内， 它是胆甾烷[C27]的前身；
第一节 基本概念
姥鲛烷（ pristane）、植烷 (phtane)、降姥鲛烷（ norpristane）和法呢烷（ farnesane）等系列类异戊二稀烷
烃（isoprenoids）等的前身物是叶绿素的α侧链植醇；
高碳数的藿烷来源于四羟基细菌烷脱羟基后经加氢还原的 产物；
桉叶油烷（eudesmane）来自高等植物β-桉叶油醇； 8β（H）补身烷（ drimane）。是由锥满醇合成的，主要
C 3 8
5 .0 1 0 0 .0 1 0 5 .0 2 0 0 .0 2 0 5 .0 3 0 0 .0 3 0 5 .0 4 0 0 .0 4 0 5 .0 5 0 0 .0 5 0 5 .0 6 0 0 .0 6 0 5 .0 7 0 0 .0 7 0 5 .0 0 T i m e -->
13含氮有机化合物解析PPT课件
CH甲3胺NH2
(三C2乙H5胺)3N
CH甲3-N异H丙-C胺H(CH3)2
CH 3
CH 3CH 2-NC- H 2CH 2CH 3
NH 2 NH 2
CH 3-C2 H -C-HC2 H -CH-3CH
甲乙丙胺
2,4 - 己二胺
2. N上连有脂肪烃基的芳香胺的命名：
以芳香胺为母体，脂肪烃基作为取代基，并
NaOH
△
酶
RCOON+aNH3 RCOO+HNH3
苄青霉素
O H2C C NH
S N
CH3 CH3
COONa
（三）与亚硝
O RCN2H +HN 2 O
O RCOH+N2 +H2O
尿素 （脲） 结构:
O
H2N C NH2
是哺乳动物小便中的主要成分，成人每日从 小便中排出的尿素约为25-30g；尿素是农业中重 要的肥料，也是医药工业的重要原料，也可用作 药物；尿素合成是化学发展史上的里程碑。
胺的化学性质（三条）
（一）碱性与成盐 （二）与亚硝酸的反应 （三）酰化反应
三、重要的胺（胆碱和肾上腺素）
1.胆碱(氢氧化β -羟乙基三甲基铵/HO-CH2CH2N（C+H3）3OH
-
)
广泛存在生物体内，最初在胆汁中发现，故叫胆碱。
1.是卵磷脂的组成部分，在脑组织和蛋黄中含量较高。 2.是季铵碱，碱性与NaOH相似，能促进油脂生成磷脂，防 止脂肪在肝脏沉积。
COOH
β
S 3 - 噻吩甲酸 β - 噻吩甲酸
α
O CHO 2 - 呋喃甲醛 α - 呋喃甲醛
β COOH
生物标志化合物-油田讲课
②碳 数 分 布
在原始有机质中，正构烷烃液态烃碳数分布非常宽，可达C6－ C70，由于采用的抽提方法及分析仪器的限制，正构烷烃的碳数 分布的差异较大。以索氏抽提法和GC/MS仪器分析为例： 索氏抽提法一般使用的溶剂为氯仿（也有加入部分强极性溶剂） 或石油醚，其回流温度在80℃左右，在抽提过程和溶剂挥发定 量过程中，轻组分损失较大。一般可从n C10检测出。
①生物标志化合物是生物自身合成的 ②这些化合物具有稳定的基本碳骨架
③这些化合物能够提供一些重要信息
第一节 基本概念
生物标志化合物是生物自身合成的
这些化合物具有明显的生物母源可追溯：他们来源 于高等动物、陆生植物、水生植物、浮游动物以及 细菌微生物的机体；或者是这些机体中的生物先驱 物在热力、压力及其各种催化作用或微生物作用下， 经过复杂的化学、物理变化转化而来的。
第一节 基本概念
姥鲛烷（pristane）、植烷(phtane)、降姥鲛烷（norpristane）和法呢烷（farnesane）等系列类异戊二稀烷
烃（isoprenoids）等的前身物是叶绿素的α侧链植醇；
高碳数的藿烷来源于四羟基细菌烷脱羟基后经加氢还原的 产物；
桉叶油烷（eudesmane）来自高等植物β-桉叶油醇； 8β（H）补身烷（drimane）。是由锥满醇合成的，主要
0
柴达木盆地咸水湖相烃源岩(E)饱和烃GC-MS总离子流图
A b u n d a n c e T IC : M 5 .5 e + 0 7 5 e + 0 7 4 .5 e + 0 7 4 e + 0 7 3 .5 e + 0 7 3 e + 0 7 2 .5 e + 0 7 2 e + 0 7 1 .5 e + 0 7 1 e + 0 7 5 0 0 0 0 0 0 1 0 .0 0 T i e --> m 2 0 .0 0 3 0 .0 0 4 0 .0 0 5 0 .0 0 6 0 .0 0 C 3 9 7 0 .0 0 C 1 1 P r P h C 1 8 C 1 7 S 1 0 0 6 9 .D
油气地球化学生物标志化合物
泥炭岩芯的生物标志化合物散布和单体氢同位素的资料和它们与气候转变的关系。
前人对该区的大化石分析显示[15], 泥炭植物群落的转变与气候变湿和/ 或变冷或多或少是同时发生的。
这些详细的生物大化石研究结果为开展本区的生物标志化合物及其古气候意义的研究制造了条件。
从英格兰北部Bolton Fell泥炭中部掏出一根40cm长的泥炭岩芯, 分析前贮存在- 20e 的冰箱中。
为了幸免污染, 去除岩芯外层, 按1cm距离分割岩芯并持续搜集样品。
210Pb 定年结果显示, 该泥炭岩芯顶部 0-30cm的沉积速度为a,两倍标准误差(2R)为. 8mm/ a。
底部30-40cm的沉积速度也看做不变。
如此该泥炭顶部0-40沉积所经历的时刻估算约为 222 年。
大化石分析参考文献[15] 。
用于生物标志化合物分析的样品前处置和仪器分析方式( 包括单体氢同位素分析) 请参阅文献[16]。
该泥炭岩芯经历了222 年, 期间最重要的全世界气候事件是发生在19世纪后半叶到20世纪中期的严寒事件, 这确实是欧洲闻名的第二个小冰期。
图 1 列出了与这一寒寒气候事件相对应的一些生物标志化合物的散布和同位素特点。
CPI-acid为正构脂肪酸碳优势指数; DD-C23为C23正构烷烃氢同位素( j ) ; 阴影部份指示了第二个小冰期的范围; 温度资料据文献[17]与气候转变有关的生物标志化合物在该泥炭岩芯中, 正构烷烃一个最明显的散布特点是其主峰化合物显现规律性的迁移, 即40-31cm以C31为主峰; 31-18cm C31主峰慢慢地被C23主峰所取代; 18-8cm C23主峰又慢慢地被C31主峰所取代; 8-0cm 以C31为主峰。
正构烷烃比值C23/ C31发生规律性转变的深度对应的是历史上的冷期( 1827--1949 A. D. ) , 即欧洲闻名的第二个小冰期( 见图1) 。
尽管植物属种的彼此取代和分子沉积后的改造作用都有可能造成生物标志化合物的转变, 但在那个地址生物标志化合物的这种规律性转变要紧与气候转变有关。
地球化学复习资料
地球化学复习资料1、异戊二烯型化合物：习惯上把链状的萜类叫做异戊二烯型化合物，而把环状的异戊二烯型化合物称为萜类，统称萜类化合物。
2、同位素效应:由于同位素不同引起单质或化合物在物理、化学性质上发生微小变化的现象3、同位素分馏：在各种自然过程中，由于同位素的效应引起同位素的相对含量在不同相之间的变化4、干酪根：沉积物和沉积岩中不溶于非氧化的无机酸、碱和常用有机溶剂的一切有机质。
5、腐殖质：通常用来指土壤和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的有机质。
6、低熟油：指所有非干酪根晚期热降解成因的各类低温早熟的非常规石油。
7、生物标志物：是沉积物（岩）、原油、油页岩和煤中那些来源于生物体，在有机质演化过程中具有一定稳定性，没有或很少发生变化，基本保存了原始生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质特殊分子结构信息的有机化合物。
8、质谱法：是通过研究分子量和离子化的分子碎片来认识分子结构的一种现代分析技术。
9、质谱图：将每一次扫描的记录，应用质荷比对检测器响应值作图，就可以得到由色谱分离的某一种化合物的质谱图。
10、质量色谱图：将所有扫描的记录分别在质荷比一定的情况下，应用保留时间（或扫描数）对响应值作图，得到的就是反应具有不同分子量或构型的一系列化合物的质量色谱图。
11、总离子流图：按到达检测器的离子先后、数量多少排列出的谱图(TIC图)12、生物成因气：指在成岩作用或有机质演化早期阶段，微生物群体的发酵和合成作用形成的以甲烷气体为主的天然气。
13、热成因气：有机质热分解生成的天然气，这里的有机质包括干酪根、煤、可溶有机质和石油。
一．富有机质形成的有利条件富含有机质的沉积形成有几个必要条件，首先需要有充足的有机物供给，有机物主要来自（直接或间接）初级生产者：陆生植物或浮游植物。
其次在沉积环境中水流的速度必须很慢，以至于细粒的有机质得以沉淀聚集。
同时非有机质沉积速度要较慢，以不降低有机质的含量，最后沉积物中的有机质还必须被良好的保存，不被氧化或生物降解。
生物标志化合物地球化学
a.前峰型 b.双峰型
形成原因： ①在强还原环境中，由腊水解形成的偶数碳酸 和醇以及植烷酸或植醇的还原作用超过了脱羧 基作用，同时形成偶奇优势与植烷优势； ②在不同催化剂存在条件下，脂肪酸分解机理 不同。
蒙脱石催化条件下，脂肪酸→少一个碳原 子的奇碳数正烷烃；
（ 据 Tissot 等 ）
（据Tissot等）
第三节 异构和反异构支链烷烃
异构和反异构支链烷烃也是生物合成的 烃，其主要特征是2-碳位上含甲基取代基(异构) 和3-碳位上含甲基取代基(反异构)。
低分子量的异构及反异构脂肪酸也见于海 洋有机体的类脂化合物中。在近代沉积物和古 代沉积物以及石油中，都见有异构和反异构支 链烷烃存在，被认为是生物成因的特征。
其中含量最多，分布最广的是iC19的老鲛烷 和iC20的植烷；此外，降姥鲛烷iC18、异十六烷 iC16、法泥烷iC15也是常见的。
植烷（2，6，10，14四甲基十六烷）
姥鲛烷（2，6，10，14四甲基十五烷）
二、异戊二烯型烃的相对丰度 研究表明， 无环异戊二烯烃成因不是单一的， 尤其是规则型的异戊二烯烃不仅来自叶绿素的 植醇侧链，而且还与细菌有关。 有关研究认为： （1）实验结果：高温高压下直接加热植醇得到 了iC20，iC19，iC18，iC16，iC15，及可能有iC14 的饱和类异戊二烯烃。 （对叶绿素加热，获得有关的产物）
据我国各大油田资料，Pr/Ph确与原始沉积 环境有关，梅博文等统计认为：
咸水深湖相，强还原,Pr/Ph,0.2~0.8,植烷优 势；淡水-微咸水深湖相，还原，Pr/Ph，0.8~2.8 姥植均势；
淡水湖相 弱氧化-弱还原 2.8~4.0，姥鲛烷 优势,另外：①随成熟度增大，Pr/Ph增大； ②随成熟度增大，Pr/nC17，Ph/nC18降低等。
生物标志物
生物学有效剂量标志物
与重要的亚细胞靶结构相互作用的暴露 物质剂量即生物学有效剂量。
生物学有效剂量标志物举例 标志物 暴露 生物学介质 DNA加合物 苯并芘 组织、白细胞 蛋白质加合物 环氧乙烷，TNT 红细胞
易感性标志物
可测得的遗传或获得性因素的指示物。易感 性本身不引起疾病，但可影响暴露引发疾病 的概率。
第三节 研究方法
研究实例 1
研究题目 波兰某工业区环境中芳香族化合物暴露人群的DNA加合物研究
测量指标 DNA加合物/淋巴细胞DNA（介质）
测量方法
荧光检测竞争ELISA法、DNA加合物32P后标记技术
研究设计 横断面分析研究
暴露组 对照组 煤焦油作业工人 当地城市居民、近郊农民
排除年龄、吸烟、其他职业暴露等因素影响 比较3组DNA加合物水平
内部剂量标志物举例 标志物 暴露 生物学介质 Cotinine 香烟中的尼古丁 体液 铅 环境中的铅 体液及组织(如头发、指甲、牙齿) 4-A* TNT 体液（血液、尿液） DDE DDT 脂肪组织 黄曲霉毒素 食物中的黄曲毒 体液 霉素 致突变实验 化学性致突变物 体液 * 4-氨基-2,6-二硝基甲苯
生物标志物的选择
• 关联性：所选用的生物学标志物应与所 研究的暴露-疾病关系有关联 • 真实性：所选用的暴露标志物应能反映 暴露有无及其剂量 • 可靠性：即可重复性 • 稳定性：所选用的标志物应相对稳定
应用生物学标志物应注意的问题
• 个体间变异：不同个体同一组织器官中 标志物的出现频率和量有可能相差很大 • 组织间变异：同一个体不同组织器官之 间标志物出现的频率和量可能差别较大 • 测定方法；不同测定方法的灵敏度不同 • 样本含量：由于测定方法的复杂性或费 用问题，样本含量一般较小，因此统计 把握度较低
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第十章
生物标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 常用图件 质量色谱图 某一质量（ 某一质量（或 某一质量范围） 某一质量范围）离 子流强度的总和与 时间（或扫描次数） 时间（或扫描次数） 的对应关系图叫质 量色谱图。 量色谱图。
A C==C B 顺式 A C==C B D A B A A C==C B A C==C B A 反式 A D B
第十章
生物标志化合物 CH3 C C H C C CH3 C H
第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 1.顺、反异构 顺 (2)环状化合物的顺、反异构体 环状化合物的顺、 环状化合物的顺
第十章
生物标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 常用图件 总离子流图(RIC) 总离子流图 或重建离子流图） （或重建离子流图） 每次质量分析（扫描） 每次质量分析（扫描） 采集到的各种离子强 度叠加起来叫总离子 流强度。 流强度。总离子流强 度与时间（ 度与时间（或扫描次 数）的对应关系构成 了总离子流图。 了总离子流图。
第十章
生物标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 有机化合物的同分异构体分为两类： 有机化合物的同分异构体分为两类：结构异构体 和立体异构体。 和立体异构体。立体异构是指化合物的结构式相同但 立体构型不同的现象。立体异构体又可分为： 立体构型不同的现象。立体异构体又可分为：顺、反 异构（或几何异构）、对映异构（或旋光异构） 异构（或几何异构）、对映异构（或旋光异构）和构 ）、对映异构 象异构三种形式。 象异构三种形式。生物有机质中的化合物常存在立体 异构现象。 异构现象。
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生物标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 1. 色谱分析法 （1）基本原理
放大器 载气 记录仪
数据标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 1. 色谱分析法 （2）主要概念及术语 保留时间：是指化合物滞留在色谱柱的时间， 保留时间：是指化合物滞留在色谱柱的时间，也就是 从进样品器进入到色谱柱后经色谱分离并到达检测器 的时间。 的时间。保留时间的长短跟化合物的色谱保留行为有 关。化合物的分子半径越小、内能越低，其色谱的保 化合物的分子半径越小、内能越低， 留时间越短。 留时间越短。
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第一节 基本概念和理论基础 一、概念 生物标志化合物（Biomarkers)是指沉积有机质或 生物标志化合物（Biomarkers)是指沉积有机质或 矿物燃料（如原油和煤）中那些来源于活的生物体，在 矿物燃料（如原油和煤）中那些来源于活的生物体， 有机质的演化过程中具有一定的稳性、基本保存了原始 有机质的演化过程中具有一定的稳性、 化学组份的碳架特征、没有或较少发生变化，记录了了 化学组份的碳架特征、没有或较少发生变化， 原始生物母质的特殊分子结构信息的有机化合物， 原始生物母质的特殊分子结构信息的有机化合物，具有 特殊的标志性意义。 特殊的标志性意义。
顺式） 当环上有两个或两个以上的碳原子连 （顺式） H CH3 着两个不同的原子或基团时，就存在顺、 着两个不同的原子或基团时，就存在顺、 C H 反异构。 反异构。若两个相同的基团都在环平面的 C C 同一方叫顺式（ 同一方叫顺式（cis-), 在不同一方的叫反 CH3 式（trans-）。 一般，基团分布在环平面 ）。 一般， C 上方的键用实线表示， 上方的键用实线表示，分布在下方的用虚 C 线表示。 线表示。 反式） （反式）
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生物标志化合物
第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 1. 色谱分析法 （2）主要概念及术语 色谱图： 色谱图：是化合物 经色谱分离并经检 测器对其检测后， 测器对其检测后， 得到的一系列化合 物相对强度（ 物相对强度（电信 号）与其保留时间 之间的二维关系图。 之间的二维关系图。
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第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 1.顺、反异构 顺 (2)环状化合物的顺、反异构体 环状化合物的顺、 环状化合物的顺
CH3
H CH3 H
CH3
H CH3 H
顺1,2-二甲基环己烷 1,2-
反1,2-二甲基环己烷 1,2-
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第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 2.对映异构 对映异构
第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 3.构象异构体 构象异构体 同一构型的化合物， 同一构型的化合物，由于单键的旋转产生的分子中 各原子或基团在空间的不同排列形式叫构象。 各原子或基团在空间的不同排列形式叫构象。 构型和构象都是表示分子中原子或基团的空间分布， 构型和构象都是表示分子中原子或基团的空间分布， 但构型仅指相对的空间分布关系， 但构型仅指相对的空间分布关系，不会因为键的旋转而 使分子结构有所改变。因此， 使分子结构有所改变。因此，分子中存在具有构型特征 的结构单元的存在， 的结构单元的存在，是形成具有构象异构体化合物的基 本特征。 本特征。
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第一节 基本概念和理论基础 二、立体异构体的概念 2.对映异构 对映异构
H H 1 R构型 构型 4 HO 3 COOH CH3 2 HO
当分子中有n个手征性碳 当分子中有n 原子时， 原子时，有2n个异构体
C
乳酸
CH3
H
COOH S构型 构型 HO CH3 COOH
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我们把具有“实物”与“镜影”这种特征的现象称之为 我们把具有“实物” 镜影” 手征性” 当与碳原子连接的四个原子（或基团） “手征性”。当与碳原子连接的四个原子（或基团）的空问分布 具有手征性特征子，这个碳原子就叫手征性碳原子。 具有手征性特征子，这个碳原子就叫手征性碳原子。 对应异构体用R 标记， 表示Ractus,意思是“ Ractus,意思是 对应异构体用R、S标记，R表示Ractus,意思是“右”; S Sinirtar,意为 意为“ 拉丁文。 为Sinirtar,意为“左” ，拉丁文。 S、R的确定采用“序列规则”法。首先，根据将与手征性 的确定采用“序列规则” 首先， 碳原子相连的四个原子（或基团）确定一个先后顺序， 碳原子相连的四个原子（或基团）确定一个先后顺序，即按与手 征性碳原子相连的原子的原子序数由小到大排列，分别用1 征性碳原子相连的原子的原子序数由小到大排列，分别用1到4 表示。将标为1的基团放在观察者的最远位置，再从基团4开始， 表示。将标为1的基团放在观察者的最远位置，再从基团4开始， 的顺序，如果是顺时针方向排列，则称“ 构型 构型， 按4、3、2的顺序，如果是顺时针方向排列，则称“R”构型，若 是反时针方向，则为S构型。生物有机质常以R构型为主。 是反时针方向，则为S构型。生物有机质常以R构型为主。
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 m/z 369 （2）主要概念及术语 化合物电离方式： 化合物电离方式：
R
m/z 148+R 藿烷系列产生的碎子示意图 m/z 191
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 （2）主要概念及术语 常用图件 质谱图： 质谱图： 总离子流图（或重建离子流图）： 总离子流图（或重建离子流图）： 质量色谱图： 质量色谱图：
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 （2）主要概念及术语 扫描模式：也叫操作模式， 扫描模式：也叫操作模式，指在化合物在色谱分离 并经过离子化作用后，对电离后的离子（或碎片） 并经过离子化作用后，对电离后的离子（或碎片） 进行质量检测的方式。 多离子检测和全扫描两种 进行质量检测的方式。分多离子检测和全扫描两种 扫描模式。 扫描模式。
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 （1）方法和原理
数据处理 样品分离 接口 离子化 质量分析 离子检测
计算机 传输线
色谱
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 （2）主要概念及术语 化合物电离方式：不同结构类型的化合物，在不同的电 化合物电离方式：不同结构类型的化合物， 离方式作用下产生离碎片的特征是存在差别的。 离方式作用下产生离碎片的特征是存在差别的。常用的 方法是电子轰击。化合物在一定能量的电子轰击下， 方法是电子轰击。化合物在一定能量的电子轰击下，会 产生形形色色的离子。不同结构特征的化合物， 产生形形色色的离子。不同结构特征的化合物，产生的 这些离子是存在差别的。 这些离子是存在差别的。这种差别就是质谱分析方法的 基础。 基础。
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第一节 基本概念和理论基础 三、生物标志物的常用分析方法 2. 色谱 质谱分析法 色谱/质谱分析法 （2）主要概念及术语 多离子检测（MID）：也称之为选择离子监测（SIM）， ）：也称之为选择离子监测 多离子检测（ ）：也称之为选择离子监测（ ）， 检测过程只对研究中感兴趣的离子进行检测。 检测过程只对研究中感兴趣的离子进行检测。由于在一 次扫描过程中检测的离子数目较少， 次扫描过程中检测的离子数目较少，有充分的时间对不 同的离子进行扫描，有利于提高仪器的灵敏度和信噪比， 同的离子进行扫描，有利于提高仪器的灵敏度和信噪比， 使定量更准确。其不足是不能得到化合物的质谱图。 使定量更准确。其不足是不能得到化合物的质谱图。