杨若宸
毕业时间：2026年5月（博士）
毕业去向：中石化石油化工科学研究院
导师：史权 教授
学科专业：能源环境科学与工程
研究方向：新能源污染控制机理与技术
学位论文题目
现代沉积物中大分子脂质生物标志物分析及其分布特征
Analysis of Lipid Biomarkers in Modern Sediments and Their Environmental Characteristics
论文摘要
现代沉积物有机质（sediment organic matter, SOM）作为干酪根的直接前体物，蕴含丰富的地球化学信息。然而，传统生物标志物研究长期聚焦于C40以下的烃类组分，对于占沉积物可抽提有机质绝对优势的大分子及极性脂质缺乏认知。本文以现代湖泊与海洋表层沉积物可抽提总脂为研究对象，聚焦于传统气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS）方法难以有效检测的大分子及极性脂质生物标志物，运用高分辨质谱（high resolution mass spectrum, HRMS）、液相色谱（liquid chromatogram, LC）、离子淌度谱及串联质谱等技术手段，开展了分析方法开发、分子组成表征、分子结构鉴定等工作，进一步探讨其环境指示意义研究。研究内容涵盖四个层面：首先，对沉积物可抽提总脂进行多种电离源下的HRMS表征，明确非烃组分的分子组成特征，初步瞄准其中潜在的生物标志物；进而，选择珠江口、东海、南海及太平洋等不同环境的现代沉积物，分别针对色素类（叶黄素、叶绿素）、细胞膜脂类（甘油二烷基甘油四醚、细菌藿四醇、神经酰胺）及高碳数多萜类三类生物标志物建立分析方法。
沉积物可抽提总脂表征结果表明，现代SOM以非烃组分为主体，其主要分子组成为含氧化合物与氮氧化合物，少见硫氧化合物。通过碱水解方法断裂酯键，从而实现非烃组分进一步表征，结果表明非烃中含有大量高碳数脂肪酸、脂肪醇组分。此外，也包含许多长链氮氧化合物。上述分子组成特征提示，非烃组分中可能存在鞘脂类等生物标志物，为后续特定类型化合物的分析提供了初步指向。
针对色素类脂质标志物，通过LC-HRMS分析方法实现了在线脱盐，从而在东海陆架区沉积物中表征了四萜含氧化合物（认为可能为叶黄素类化合物）。鉴定出贻贝黄素、岩藻黄质等叶黄素类组分，指示了硅藻、绿藻及褐藻的生源输入。此外，开发了基于铜置换反应的前处理方法，利用铜离子对镁卟啉及脱镁卟啉的高效置换，实现了叶绿素来源卟啉的选择性富集，通过定性、定量分析，揭示了叶绿素a在地质体中的浓度量级及可能存在的分子降解路径，为地质环境中初级生产力重建与降解程度反演提供证据。
针对细胞膜脂类标志物，建立了基于HRMS的多域生物标志物同时检测方法，无需衍生化处理即可同时检测异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚（isoprenoid glyceryl dialkyl glycerol tetraether,, iso-GDGTs，古菌域标志物）、神经酰胺（真核生物域标志物）和细菌藿四醇（细菌域标志物）三类域特异性膜脂。基于三类脂质标志物的检测，解析了珠江口、南海及太平洋等不同环境沉积物中有机质的生物来源构成：远海样品中古菌标志物占优势，近岸样品中三类生物标志物占比相当，展示了细胞膜脂标志物在示踪沉积有机质来源方面的应用潜力。
在沉积物中检测到碳数分布为C35至C80、疑似类异戊二烯单元构成的萜类化合物。通过多平台HRMS交叉验证、LC分离、离子淌度谱及串联质谱的多维度表征，提供了该类信号的色谱保留特征、碰撞截面积范围以及质谱碎裂模式。上述证据支持这些信号可能为一系列多萜类化合物，暗示沉积有机质中生物标志物的碳数分布边界可能远超传统认知。
本研究从全组分表征到特定类型化合物分析，揭示了非烃组分的分子组成信息，拓展了色素类、细胞膜脂类及高碳数烃类标志物的检测边界，为深入理解沉积有机质的生物来源构成与早期成岩演化机制提供了新的分析手段与分子证据。
关键词：现代沉积物；大分子脂质；生物标志物；高分辨质谱；色素类化合物；细胞膜脂；多萜
创新点
（1）建立了基于铜置换反应的叶绿素类卟啉质谱分析方法，该方法克服了地质体中其他金属卟啉的干扰，实现了对叶绿素来源卟啉的选择性表征，揭示了叶绿素a在地质背景中的浓度量级及分子组成特征。（见第3章）
（2）建立了基于HRMS的多生物域细胞膜脂标志物检测方法，基于三类标志物的质谱响应特征，提出了评估不同生物域相对贡献的方案，为复杂地质基质中沉积有机质生物域来源解析提供了研究思路和技术手段。（见第4章）
（3）在沉积物中检测到疑似类异戊二烯萜类化合物，碳数分布为C35至C80，表征了该类信号的色谱保留特征、碰撞截面积范围及质谱碎裂模式，大幅度拓展了沉积物中萜类生物标志化合物的分布范围。（见第5章）
发表学术论文
[1]杨若宸; 张恩权; 何晨; 吴建勋; 张亚和; 郑强; 史权. 基于UPLC-Orbitrap MS检测海洋沉积物中C40含氧化合物. 质谱学报 2026, 47 (1), 80–89.
[2]Hu, H.; Li, S.; Wang, Y.; Yang, R.; Wu, J.; Zhang, W.; He, C.; Li, H.; Zhang, Y.; Zhu, D.; Shi, Q. Molecular characterization of petroleum acids from diverse geological origins via n-Butylsilane reduction. Fuel 2024, 374
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.132429[3]Li, Y.; Zhang, Y.; Liu, M.; Yang, R.; Liang, Y.; Shi, Q. Reactivity and Molecular Transformation of Dissolved Organic Matter during the Treatment of Coal Gasification Wastewater. ACS ES and T Water 2024, 4 (11), 4908–4916
https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00538[4]Yang, R.; Xia, X.; Chen, J.; He, C.; Zhang, Y.; Wu, J.; Shi, Q. A copper substitution approach for the selective analysis of chlorophyll-derived porphyrins in modern geological and environmental samples. Journal of Chromatography A 2026, 1777
https://doi.org/10.1016/j.chroma.2026.466989