DESI成像 + 高分辨质谱：揭秘陨石有机物演化，解锁太阳系早期生命密码

2026-03-09 10:01:55, 沃特世沃特世科技（上海）有限公司

在地球之外，生命诞生的“种子”可能早已存在于陨石之中。碳质球粒陨石含有的丰富可溶有机质（Soluble Organic Matter, SOM），被认为是生命起源前化学演化的重要物质基础。然而，这些关键有机分子在陨石中是如何分布、又如何演化的，一直是未解之谜。

近日，中国科学院地质与地球物理研究所杨蔚研究员团队在《The Innovation Geoscience》发表一项突破性研究。运用沃特世先进分析技术10 μm级高分辨率成像与高分辨率质谱SELECT SERIES MRT，实现陨石SOM研究的双重突破，首次在微米尺度上揭示了水蚀变过程如何调控有机分子的空间分布与组成，为理解地外有机演化提供了新视角。

图1. 图文摘要。

研究思路

SOM“在哪里”和“是什么”的双维解析

文章中选取9块不同类型、不同水蚀变程度的陨石，覆盖从普通球粒陨石到碳质球粒陨石、从弱到强水蚀变的序列。通过两条技术路线，分别从微观和宏观尺度开展精准分析：

1. 微观定位：

DESI-HRMS成像绘制SOM“分布图”

采用解吸电喷雾电离 - 高分辨质谱成像（DESI-HRMS Imaging）技术，在陨石抛光截面上进行10 µm高精度步长扫描，直接可视化SOM的微米级空间分布。结合质量分辨率约20万、精度<1 ppm的多反射飞行时间质谱（MRT），实现了SOM分子式指认。DESI空间分辨率的提升使其可以精准匹配扫描电镜照片（BSE）和能谱分析结果（EDS）（图4和5），从而建立有机分子与无机矿物上的空间关联。

对于地球和行星科学而言，相比于其他技术，DESI是第一次在分子尺度上原位研究有机物演化，从而研究有机 - 无机的相互作用（表1）。而相较于MALDI而言，DESI对样品制备要求较低，不需要制成超薄切片（图2）。

图2. DESI测试原理和陨石现场测试照片。

表1. DESI-MRT和其他地学原位有机分析技术对比。

2. 宏观比较：

UPLC-MRT技术解码SOM“组成谱”

利用超高效液相色谱 - 高分辨质谱（UPLC-SELECT SERIES MRT）分析甲醇提取物。色谱分离有效降低了离子抑制，显著提升了跨样品比较的可靠性。该技术共检出约3,000种SOM组分，并基于组学统计方法，系统解析了不同陨石样本间的组成差异。

技术突破（一）

10 μm成像分辨率精准定位矿物 - 有机物关联

研究团队采用链接 - 红.png Waters DESI XS源结合SELECT SERIES MRT高分辨质谱，将成像空间分辨率提升至10 μm，质谱分辨率达到20万，较此前技术实现翻倍提升。采用刀口法对DESI成像分辨率进行评估，可以达到10 μm级别。

图3. DESI XS-SELECT SERIES MRT成像分辨率评估。

这一突破让科研人员可清晰分辨陨石中不同矿物相（如层状硅酸盐、碳酸盐）和微观物理结构中的SOM分布和组成差异。DESI成像显示表明SOM在碳酸盐矿物中显著贫化，而在层状硅酸盐中含量较高，但分布高度不均，倾向于围绕球粒细粒边缘富集（图4），揭示了流体活动对有机物迁移的关键作用。

图4. 碳质球粒陨石中可溶性有机质的空间分布（DESI成像叠加电镜图像）。

以Murchison(默奇森)陨石为典型代表，通过Waters DESI XS-SELECT SERIES成像技术（10 μm分辨率 + 亚1 ppm质量精度），锁定与碳酸钙（图5K, Ca EDS）相关的特征离子，直观呈现碳酸盐与层状硅酸盐中有机物的分布差异，揭示矿物对特定有机物的选择性亲和性。

图5. Murchison陨石中与碳酸盐相关分子的DESI‑HRMS成像结果（A‑I）与背散射电子图像（BSE）及能谱面扫图（EDS）。

技术突破（二）

SELECT SERIES MRT高达20万分辨率、

亚ppm质量精度

SELECT SERIES MRT采用多反射飞行时间质谱，采用MRT模式分辨率达到20万，结合<1 ppm质量精度，实现对质量数接近化合物的分离，显著提升数据可靠性（图6B）。

图6. Murchison陨石中不同矿物相/结构间可溶性有机质组成差异。

技术突破（三）

采用组学技术对不同类型、

不同水蚀变程度的陨石进行研究

应用链接 - 红.png Waters ACQUITY Premier UPLC系统与SELECT SERIES MRT质谱联用对不同类型、不同水蚀变程度的陨石进行分析：

检测约3,000种SOM化合物：

基于保留时间与高分辨MS/MS数据，明确CM陨石中CHN/CHNO类化合物随含水蚀变程度增加而富集（图7）。

母体环境印记：

Tarda陨石（D型小行星来源）与CM群陨石的SOM在极性与异构体组成上存在显著差异，印证太阳系不同区域有机合成路径的分化。

氧化还原状态调控：

Orgueil陨石（CI1）因经历更氧化性蚀变，其SOM以CHO类为主，而还原性环境的CM陨石则以CHN类为主导。

图7. 不同陨石中可溶性有机质组成和相对含量。

文章信息

通讯作者：杨蔚（研究员），第一作者：董明潭（博士生）。

杨蔚，中国科学院地质与地球物理研究所研究员，嫦娥3号、4号任务科学家团队成员，嫦娥5号、6号月球样品使用责任人，载人航天工程月球与行星科学专家组专家。长期从事行星科学研究，在嫦娥3号、4号着陆区月壤物质组成，嫦娥5号、6号月海玄武岩地球化学特征和形成机制等方面取得系列成果。在Nature、NSR、NC、EPSL、GCA等期刊发表论文150余篇，其中第一或通讯作者论文50余篇，SCI总引6,000余次。

论文信息：

Soluble organic matter evolution during aqueous alteration in carbonaceous chondrites

Mingtan Dong,Wei Yang,Jialong Hao, Sen Hu, and Yangting Lin

https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2026.100199

沃特世技术

为行星科学装上“高清显微镜”

此次研究利器链接 - 红.png Waters DESI XS离子源与SELECT SERIES MRT高分辨质谱仪，不仅提供了前所未有的空间与质谱分辨率，更通过与ACQUITY Premier UPLC系统联用，实现了从“在哪里”到“是什么”的分析。

从星际尘埃到陨石切片，从复杂混合物到单个分子信号 - 沃特世以精准数据，连接起宇宙化学与生命起源的微观证据链。

DESI XS

沃特世精心设计的DESI XS使质谱成像能够发挥稳定性、可靠性和简便性，实为创新锤炼之作。这款离子源可部署在沃特世高分辨率质谱仪（HRMS）产品组合中，带来一套灵活的解决方案，确保所有成像分析客户均能稳定获得高性能。DESI XS是沃特世新一代DESI MS成像技术开发的基础，可满足未来对MS成像分析的需求。