📄 chemistry

EPR spectroscopy of traces of fossilized carbonaceous matter in agates of the Tevinsky deposit (Northern Kamchatka, Russia)

यह अध्ययन ईपीआर (EPR) स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके उत्तरी कामचटका, रूस के टेविंस्कीसे (Tevinsky) निक्षेप से अगेट (agates) में जीवाश्म कार्बनयुक्त पदार्थ की पहली खोज की रिपोर्ट करता है, जिसका उपयोग फंसे हुए कार्बनिक रेडिकल्स और थर्मल एनीलिंग (thermal annealing) के दौरान स्थानीयकृत कार्बन रेडिकल्स में उनके रूपांतरण को लक्षणबद्ध करने के लिए किया गया है।

मूल लेखक: Rudolf Mashkovtsev, Galina Palyanova

प्रकाशित 2026-07-15

📖 6 मिनट में पढ़ें🧠 गहराई से पढ़ें

CC BY 4.0

मूल लेखक: Rudolf Mashkovtsev, Galina Palyanova

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि आपके पास एक सुंदर, धारीदार पत्थर है जिसे अगेट (agate) कहा जाता है, जो उत्तरी कामचटका के तटों पर पाया गया है। यह दूध और बैंगनी क्वार्ट्ज के भंवर जैसा दिखता है, लेकिन इसके सूक्ष्म, सूक्ष्म रेशों के भीतर, इसने प्राचीन जीवन की एक रहस्यमयी उंगली का निशान (fingerprint) छिपा रखा है: एक प्रेतवत निशान। वैज्ञानिकों रुडोल्फ माशकोवत्सेव और गैलिना पल्यानोवा ने इन इन 'भूतों' को सुनने के लिए एक विशेष "चुंबकीय कान" जिसे इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (EPR) स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है, का उपयोग करने का निर्णय लिया।

बड़ी खोज: पत्थर में प्राचीन जीवन
वैज्ञानिकों ने पहली बार इन अगेट्स के अंदर फंसे जीवाश्म कार्बनस (carbonaceous matter - प्राचीन जैविक पदार्थ) के अवशेषों को खोजा। इस अगेट को एक समय कैप्सूल (time capsule) की तरह समझें। इसके सूक्ष्म छिद्रों में, चाल्सेडोनी (chalcedony) नामक खनिज के रेशों के बीच, कुछ सरल कार्बनिक रेडिकल्स (organic radicals) मौजूद हैं—मूल रूप से प्राचीन अणुओं के टूटे हुए हिस्से, जिनमें अभी भी एक "स्पिन" या चुंबकीय व्यक्तित्व है।

जब उन्होंने पत्थरों को छुए बिना पहली बार देखा, तो उन्हें चुंबकीय क्षेत्र में एक विशिष्ट "गूंज" सुनाई दी। यह गूंज तीन मुख्य पात्रों से आई थी:

मिथाइल रेडिकल (ĊH₃): एक छोटा, घूमता हुआ कार्बन परमाणु जो तीन हाइड्रोजन दोस्तों को थामे हुए है। यह इतनी स्वतंत्रता से घूम रहा था कि यह एक चिकने, गोल स्वर की तरह सुनाई दिया।
CH₂ जुड़वां (R₁ĊH₂ और R₂ĊH₂): दो थोड़े अलग प्रकार के कार्बन परमाणु जो दो हाइड्रोजन प्रत्येक को थामे हुए हैं। इनमें से एक, R₂ĊH₂, जिसे पहले कभी किसी सिलिका प्रणाली में नहीं देखा गया था।
CO₂⁻ रेडिकल: एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु जिसने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है, और एक लट्टू की तरह घूम रहा है।

"ग्राइंड" टेस्ट: कैप्सूल को तोड़ना
यहीं पर मामला पेचीदा हो जाता है। वैज्ञानिकों ने बेहतर अध्ययन के लिए पत्थरों को कुचलने की कोशिश की, यह सोचकर कि इससे मदद मिलेगी। लेकिन यह अंडों को देखने के लिए पक्षी के घोंसले को तोड़ने जैसा था; नाजुक जैविक रहस्य बंद छिद्रों में छिपे थे, और पत्थर को कुचलने से वे बाहर निकल गए।

जब उन्होंने अगेट को मोटे तौर पर कुचला, तो मिथाइल रेडिकल का सिग्नल चार गुना कम हो गया। जब उन्होंने इसे महीन पाउडर में पीस दिया, तो CH₂ जुड़वां और CO₂⁻ रेडिकल के सिग्नल पूरी तरह से गायब हो गए। यह पता चला कि पीसने की प्रक्रिया ने उन रेडिकल्स को रखने वाले छोटे पिंजरों को नष्ट कर दिया, जिससे वे हवा में निकल गए।

हालाँकि, यहाँ एक मोड़ आया। पीसने के बाद, वैज्ञानिकों ने पाउडर को तेज़ इलेक्ट्रॉनों (10 kGy की खुराक) से ज़ैप किया। यह पत्थर को जगाने के लिए एक झटके देने जैसा था। अचानक, कुछ गायब हुए रेडिकल्स (जैसे R₂ĊH₂) फिर से अस्तित्व में आ गए! इससे सिद्ध हुआ कि मूल अणु पूरी तरह से गायब नहीं हुए थे; वे बस पत्थर के टूटने पर अपना चुंबकीय "स्पिन" खो बैठे थे। विकिरण ने उन्हें एक नया स्पिन दिया, जिससे वे फिर से जीवित हो गए ताकि EPR मशीन उन्हें सुन सके।

हीट टेस्ट: रहस्यों को पकाना
इसके बाद, टीम ने पत्थरों को पकाने का निर्णय लिया, उन्हें कमरे के तापमान से लेकर 700°C तक चरण-दर-चरण गर्म किया, यह देखने के लिए कि ये प्राचीन रेडिकल्स गर्मी में कितने लंबे समय तक जीवित रह सकते हैं।

कम गर्मी (200°C - 260°C): CH₂ जुड़वां और CO₂⁻ रेडिकल सबसे पहले पार्टी छोड़कर जाने वाले पात्र थे। वे 200°C और 260°C पर क्रमशः गायब हो गए।
मध्यम गर्मी (290°C - 400°C): एक नया पात्र प्रकट हुआ! एक कार्बन रेडिकल (Ċ) दिखाई दिया जिसका एक विशिष्ट चुंबकीय हस्ताक्षर (g-फैक्टर 2.0032) था। जैसे-जैसे गर्मी बढ़ी, यह नया रेडिकल मजबूत होता गया। वैज्ञानिकों ने देखा कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ा, सिग्नल का "आकार" बदल गया। यह दो आकारों (गाऊसी और लोरेंत्ज़ियन) के मिश्रण के रूप में शुरू हुआ, लेकिन जैसे-जैसे गर्मी ने हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और कार्बन के बीच के बंधों को तोड़ा, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पत्थर को छोड़कर चले गए। इससे सिग्नल एक शुद्ध, चिकने वक्र (curve) जैसा दिखने लगा।
उच्च गर्मी (500°C - 550°C): पार्टी समाप्त हो गई। ग्रे पत्थर सफेद हो गए, और सभी कार्बन रेडिकल्स गायब हो गए। कार्बनिक पदार्थ पूरी तरह से टूट गया (पायरोलिसिस हो गया)।
अत्यधिक गर्मी (600°C - 700°C): लेकिन रुकिए! जब उन्होंने गर्मी को 600°C तक बढ़ाया, तो पत्थरों के अंदर काले धब्बे दिखाई दिए, और एक अलग कार्बन रेडिकल फिर से प्रकट हुआ। इसका एक थोड़ा अलग चुंबकीय हस्ताक्षर (g = 2.0025) और एक बहुत ही संकीर्ण सिग्नल था। यह कार्बन का एक नया, पुनर्गठित रूप था। 700°C तक, पत्थर सफेद, फटे हुए और राख से ढके हुए थे, और रेडिकल्स लगभग खत्म हो चुके थे।

उन्होंने क्या खारिज किया
यह शोध पत्र बहुत स्पष्ट है कि ये सिग्नल क्या नहीं हैं।

ये क्वार्ट्ज में पाए जाने वाले सामान्य संदिग्धों, जैसे कि ऑक्सीजन-कमी वाले E'1 केंद्र (कम से कम, प्रारंभिक बिना कुचले हुए नमूने 6-1 में) नहीं हैं।
ये केवल रैंडम शोर (noise) नहीं हैं; विशिष्ट पैटर्न (जैसे मिथाइल रेडिकल के लिए 1:3:3:1 विभाजन) ज्ञात कार्बनिक अणुओं से पूरी तरह मेल खाते हैं।
ये स्थायी नहीं हैं। पेपर स्पष्ट रूप से दिखाता है कि ये रेडिकल्स नाजुक हैं; वे पीसने या गर्म करने के साथ गायब हो जाते हैं, जो साबित करता है कि वे पत्थर के भीतर विशिष्ट, नाजुक जेबों में फंसे हुए हैं।

वे कितने निश्चित हैं?
वैज्ञानिक इस बारे में बहुत आश्वस्त हैं कि उन्होंने क्या मापा है। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने स्पिनों को गिना। उदाहरण के लिए, उन्होंने एक नमूने में मिथाइल रेडिकल की सांद्रता 0.4×10¹⁵ स्पिन प्रति ग्राम मापी। उन्होंने प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाने के लिए कंप्यूटर पर सिग्नल आकृतियों का अनुकरण (simulate) किया, जिससे पुष्टि हुई कि लाइन शेप वास्तव में गाऊसी और लोरेंत्ज़ियन कार्यों का मिश्रण थे।

हालाँकि, जब बात इस पर आती है कि R₂ĊH₂ रेडिकल क्यों अद्वितीय है या अज्ञात कार्बनिक यौगिक (R₁ और R₂) वास्तव में किन चीजों से बने हैं, तो पेपर स्वीकार करता है कि ये अभी भी रहस्य हैं। वे जानते हैं कि रेडिकल्स मौजूद हैं और गर्मी एवं विकिरण के तहत वे कैसे व्यवहार करते हैं, लेकिन वे पूर्ण पहचान जिनसे वे प्राचीन अणु आए थे, अभी भी एक पहेली बनी हुई है।

संक्षेप में, यह पेपर एक जासूसी कहानी है जहाँ सुराग चुंबकीय स्पिन हैं। टेविंस्की (Tevinsky) के अगेट केवल सुंदर पत्थर नहीं हैं; वे प्राचीन कंटेनर हैं जिनमें कार्बनिक पदार्थ की हल्की, घूमती हुई गूँज है जो लगभग 45 मिलियन वर्षों तक जीवित रही, जिसे केवल कुचलने, गर्म करने और इलेक्ट्रॉनों से ज़ैप करने के सावधानीपूर्ण मिश्रण द्वारा प्रकट किया गया।

तकनीकी सारांश: एगेट में जीवाश्म कार्बनिक पदार्थों के अवशेषों का EPR स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा अध्ययन

समस्या और संदर्भ
इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (EPR) स्पेक्ट्रोस्कोपी क्रिस्टोक्रिस्टलाइन क्वार्ट्ज, जैसे कि एगेट्स (agates) में सूक्ष्म अशुद्धियों और जालक दोषों (lattice defects) की पहचान करने के लिए एक मानक उपकरण है। जबकि ऑक्सीजन-कमी वाले $E'$ केंद्रों और विभिन्न ऑक्सीजन होल केंद्रों जैसे पैरामैग्नेटिक केंद्रों का एगेट्स में व्यापक दस्तावेजीकरण किया गया है, इन विशिष्ट भूवैज्ञानिक संरचनाओं के भीतर कार्बनिक रेडिकल्स (organic radicals) का पता लगाना अब तक कठिन रहा है। यद्यपि जैविक उत्पत्ति वाले सेडिमेंटरी क्रिस्टोक्रिस्टलाइन क्वार्ट्ज जैसे कि फ्लिंट्स (flints) और चर्ट्स (cherts) में कार्बनिक रेडिकल्स अक्सर देखे जाते हैं, लेकिन एगेट्स में उनकी उपस्थिति की रिपोर्ट पहले कभी नहीं की गई थी। यह अध्ययन उत्तरी कामचटका, रूस के टेविंस्कीसे dépôt (Tevinsky deposit) के एगेट्स में कार्बनिक रेडिकल्स के अस्तित्व और प्रकृति के संबंध में ज्ञान के अंतराल को संबोधित करता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
यह शोध एक इओसीन बेसाल्टिक और एंडेसिटिक संरचना, टेविंस्की dépôt से एकत्र किए गए चार एगेट एमिग्डाल्स (amygdales) पर केंद्रित था। नमूनों को ग्रे कैलसेडोनी (gray chalcedony) वाले क्षेत्रों को अलग करने के लिए आयताकार पट्टियों और टुकड़ों में संसाधित किया गया था। प्रयोगात्मक दृष्टिकोण में शामिल थे:

नमूना तैयारी: नमूनों का विश्लेषण तीन अवस्थाओं में किया गया: अखंड बल्क फ्रैगमेंट के रूप में, मोटे कुचलने (175–450 μm) के बाद, और एगेट मोर्टार में महीन पीसने (100–300 μm) के बाद।
तापीय उपचार (Thermal Treatment): बल्क नमूनों का तापीय स्थिरता की जांच के लिए 200°C से 700°C के बीच स्टेपवाइज आइसोक्रोनल एनीलिंग (15 मिनट प्रति चरण) किया गया।
विकिरण (Irradiation): चुनिले नमूनों को पैरामैग्नेटिक केंद्रों के पुनरुत्थान का परीक्षण करने के लिए वैन डी ग्रेव त्वरक (Van de Graaff accelerator) का उपयोग करके फास्ट इलेक्ट्रॉन विकिरण (2.4 MeV, 10 kGy) के अधीन किया गया।
EPR मापन: रेडियोपन SE/X 2543 स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके रूम टेम्परेचर (RT) और 77 K पर स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड किए गए। सिग्नल संतृप्ति (saturation) को रोकने और संकीर्ण रेखाओं का पता लगाने के लिए माइक्रोवेव पावर, मॉड्यूलेशन एम्प्लीट्यूड और गेन जैसे मापदंडों को अनुकूलित किया गया। स्पिन सांद्रता को DPPH संदर्भ के विरुद्ध परिमाणित किया गया।

मुख्य परिणाम
इस अध्ययन ने सफलतापूर्वक एगेट्स में जीवाश्म कार्बनिक पदार्थों के अवशेषों की पहचान की, जो कई विशिष्ट कार्बनिक रेडिकल्स द्वारा अभिलक्षित हैं:

अनुपचारित नमूनों में रेडिकल्स की पहचान:
- $\dot{C}H_3$ (मिथाइल रेडिकल्स): इसे एक क्वाटेट (1:3:3:1) के रूप में देखा गया जिसमें आइसोट्रोपिक हाइपरफाइन कपलिंग ( $A_{iso} \approx 22.6$ G) और $g$ -वैल्यू 2.0025 है। कपलिंग मान $SiO_2$ की सतह के साथ कमजोर संपर्क का सुझाव देता है।
- $R_1\dot{C}H_2$ और $R_2\dot{C}H_2$ : इन्हें ट्रिपलेट (1:2:1) के रूप में पहचाना गया। $R_1\dot{C}H_2$ चर्ट्स में पाए जाने वाले रेडिकल्स के समान है, जबकि $R_2\dot{C}H_2$ (जिसका कपलिंग 17.5 G है) सिलिका प्रणालियों में एक नवीन अवलोकन है, जो संभावित रूप से मैक्रोमॉलिक्यूलर नेटवर्क या $SiO_2$ सतह से बंधन का संकेत देता है।
- $CO_2^-$ रेडिकल्स: इन्हें $g=2.0006$ पर एक एकल रेखा द्वारा पहचाना गया, जिसका श्रेय तेज़ घूमने वाले रेडिकल्स को दिया गया है।
- स्थानीयकरण (Localization): ये कार्बनिक रेडिकल्स विशेष रूप से माइक्रोक्रिस्टलाइन कैलसेडोनी भागों में पाए गए, जिससे पता चलता है कि वे कैलसेडोनी फाइबर के बीच बंद छिद्रों (closed pores) में स्थित हैं।
यांत्रिक प्रसंस्करण के प्रभाव:
- मोटे कुचलने से कार्बनिक रेडिकल संकेतों की तीव्रता लगभग चार गुना कम हो गई और अज्ञात केंद्र ( $g=2.004–2.007$ ) समाप्त हो गए।
- महीन पीसने से $R_1\dot{C}H_2$ और $R_2\dot{C}H_2$ के सिग्नल गायब हो गए, हालांकि $R_2\dot{C}H_2$ को विकिरण के माध्यम से आंशिक रूप से बहाल किया जा सकता था।
- विखंडन (Fragmentation) ने छिद्रों को नष्ट कर दिया, जिससे कार्बनिक पदार्थ बाहर निकल गए। महत्वपूर्ण रूप से, पीसने से वे $OH $समूह नष्ट हो गए जो पहले$ E' $केंद्रों के निर्माण को दबाते थे; इसके बाद ग्राउंड नमूनों के विकिरण ने$ E' $केंद्र ($ g_{\perp} \approx 2.0017$) का पता लगाने की अनुमति दी, जो बल्क नमूनों में अनुपस्थित था।
तापीय एनीलिंग और कार्बन रेडिकल्स का विकास:
- निम्न-तापमान व्यवहार: $\dot{C}H_3$ रेडिकल्स की तीव्रता 200°C तक बढ़ी और फिर 400°C पर ब्लीचिंग (bleaching) हुई। $R_1\dot{C}H_2$ , $R_2\dot{C}H_2$ , और $CO_2^-$ क्रमशः 200°C और 260°C पर नष्ट हो गए।
- उच्च-तापमान कार्बन रेडिकल ( $\dot{C}$ ): 290°C से ऊपर एनीलिंग करने पर, जटिल कार्बनिक अणुओं में स्थानीयकृत एक नया कार्बन रेडिकल ( $\dot{C}$ $\dot{C}$ ) प्रकट हुआ।
  - 300–450°C: रेडिकल ने $g=2.0032$ प्रदर्शित किया जिसकी लाइनविड्थ ( $\Delta B_{pp}$ ) ~5.4 G थी। लाइन शेप गॉसियन (Gaussian) और लोरेंत्ज़ियन (Lorentzian) कार्यों का मिश्रण था।
  - 450–550°C: नमूने सफेद होने के साथ ही सिग्नल गायब हो गया, जिसका कारण पायरोलिसिस (pyrolysis) और कार्बनिक यौगिकों का टूटना है।
  - 600–700°C: नमूनों के आंतरिक भागों में काले धब्बे दिखाई दिए, और $\dot{C}$ रेडिकल शिफ्ट हुए $g$ -फैक्टर 2.0025 और संकीर्ण लाइनविड्थ (1.1–1.8 G) के साथ पुनः प्रकट हुआ। लाइन शेप मुख्य रूप से गॉसियन हो गया।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र EPR स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से एगेट्स में जीवाश्म कार्बनिक पदार्थों के अवशेषों की पहली पहचान का दावा करता है। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि कार्बनिक रेडिकल्स और उन्हें रखने वाली छिद्र संरचनाओं की अखंडता बनाए रखने के लिए एगेट्स का अध्ययन बल्क नमूनों पर किया जाना चाहिए; पीसने से विशिष्ट रेडिकल्स का नुकसान होता है और दोष परिदृश्य (defect landscape) बदल जाता है।

यह शोध इन कार्बनिक रेडिकल्स के तापीय विकास का विस्तृत विवरण प्रदान करता है। उच्च तापमान (600–700°C) पर $g$ -फैक्टर का 2.0032 से 2.0025 में बदलाव और लाइन शेप का मिश्रित गॉसियन/लोरेंत्ज़ियन प्रोफाइल से शुद्ध गॉसियन प्रोफाइल में परिवर्तन, कार्बनिक पदार्थ के अधिक ग्रेफाइटिक या कार्बन-समृद्ध अवस्था में पुनर्गठन, और हाइड्रोजन एवं ऑक्सीजन के निकलने के प्रमाण के रूप में व्याख्या किया गया है। निष्कर्ष चर्ट्स के अवलोकनों के अनुरूप हैं लेकिन टेविंस्की एगेट्स के विशिष्ट तापीय स्थिरता रेंज और रेडिकल व्यवहारों को उजागर करते हैं।

इसी तरह के और पेपर