Name: 在进行米勒 - 尤列实验 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-21T08:40:00.000+00:00
Duration: 11 min 10 s
Description: 了解米勒-尤列实验方法，通过模拟早期地球大气与海洋环境，利用电火花放电技术合成有机化合物，并使用高效液相色谱分析氨基酸等生命关键分子，为生命起源研究提供重要实验依据。

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本工作由美国国家科学基金会（NSF）和美国国家航空航天局（NASA）天体生物学项目共同资助，项目编号分别为化学演化研究中心 CHE-1004570 和戈达德天体生物学中心。E.T.P. 感谢 NASA 行星生物学实习项目提供的额外资助。作者还感谢 Asiri Galhena 博士在建立初期实验室设施过程中提供的宝贵帮助。

1. 搭建歧管/真空系统
<ol>
	<li>使用玻璃歧管将气体引入反应瓶中。该歧管可购买或由玻璃吹制设施自制，但必须包含可与真空系统、气体钢瓶、真空计及反应容器连接的真空密封接口。
	<ol>
		<li>在歧管上使用磨口玻璃接头和带阀门的玻璃插头。确保插头上的所有O型圈均能实现必要的密封。若使用磨口接头，必要时可涂抹适量真空脂以帮助密封。可使用硅基真空脂以避免潜在的有机污染。</li>
		<li>在歧管上使用玻璃活塞。仅需涂抹最低限度的真空脂以实现密封。</li>
		<li>测量歧管的体积。该体积将用于计算3 L反应瓶中的最终气体压力，应尽可能精确地测定。</li>
		<li>除非歧管具有足够接口可同时连接所有气体钢瓶，否则应一次连接一个钢瓶。连接时应包含一个旋塞，以便将歧管与环境大气隔离。</li>
		<li>使用合适、洁净、惰性且耐化学腐蚀和防漏的管路及Ultratorr真空接头将气体钢瓶连接至歧管。使用Ultratorr接头时，应手动拧紧。</li>
		<li>将可达到 &#60;1 mmHg 真空度的真空泵连接至歧管。真空泵的排气口应置于通风橱内，或通过其他方式妥善排风。
		<ol>
			<li>为确保快速达到真空并保护真空泵，应在歧管与真空泵之间安装捕集阱。推荐使用液氮指形冷阱，因其可防止NH3、CO2和H2O等挥发性物质进入泵体。需注意，当捕集的挥发性物质升温时，可能造成歧管内压力过高，导致玻璃破裂。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将可读取1 mmHg或更高精度的压差计或其他真空计连接至歧管。尽管可使用多种设备，但推荐使用汞柱压差计或麦克劳德真空计，因为汞的化学惰性较强。</li>
		<li>使用合适的温度计测量并记录环境温度。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 反应瓶的准备
<ol>
	<li>使用前，在空气中将所有玻璃器皿于 500 °C 加热至少 3 小时&#160;，以去除有机污染物。
	<ol>
		<li>用洁净的实验室擦拭纸和甲醇轻轻清洗钨电极，并在空气中干燥。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 200 ml 超纯水（18.2 MΩ cm，&#60;5 ppb TOC）倒入 3 L 反应烧瓶中。
	<ol>
		<li>放入一个预先清洁并灭菌的磁力搅拌子，以确保实验过程中可溶性气体快速溶解和反应物充分混合。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用少量真空润滑脂将钨电极固定在 3 L 反应烧瓶上，电极尖端在烧瓶内相距约 1 cm。用夹具固定。</li>
	<li>将带有内置旋塞的接头插入 3 L 反应烧瓶的瓶口，并用夹具固定。</li>
	<li>通过接头将 3 L 反应烧瓶连接至气体管路系统。使用夹子或夹具辅助固定烧瓶。
	<ol>
		<li>对所有连接处轻微涂抹润滑脂，以确保良好的真空密封。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>打开气体管路系统上的所有阀门和旋塞，但 Valve 6 和 Stopcock 1 除外（图 4），然后开启真空泵以抽空管路系统。当达到稳定的真空度读数 &#60;1 mmHg 后，关闭 Valve 1，并让系统静置约 15 分钟，检查是否存在真空泄漏。若未检测到泄漏，则进行步骤 2.8；否则需排查各连接处，直至发现并修复泄漏点。</li>
	<li>对反应容器施加磁力搅拌。打开 Valve 1 和 Stopcock 1（图 4），抽空 3 L 反应烧瓶的顶空，直至压力降至 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>关闭 Valve 1（图 4），并监测 3 L 反应烧瓶内的压力。测得的压力应上升至水的饱和蒸气压。为确认无泄漏，此阶段需等待约 5 分钟。若在此期间 Valve 1 关闭状态下压力（压力计读数）持续上升，请检查 Stopcock 1 及反应烧瓶各连接处是否漏气。若未发现泄漏，则进入下一步。</li>
</ol>
3. 气态NH3的引入
<ol>
	<li>计算需通入歧管的气态 NH3 所需压力，以使 200 mmHg 的 NH3 进入反应瓶。具体计算方法详见讨论部分。</li>
	<li>在向歧管通入任何气体之前，关闭阀门 1 和 6 以及旋塞 1（图 4），其余阀门和旋塞保持开启。</li>
	<li>向歧管中通入 NH3，直至达到较低压力（约 10 mmHg），然后打开阀门 1（图 4）将歧管抽真空至压力 &#60;1 mmHg。重复此步骤 3 次。</li>
	<li>将 NH3 通入歧管，使其压力达到步骤 3.1 中确定的数值。</li>
	<li>打开旋塞 1（图 4），将 200 mmHg 的 NH3 引入 3 L 反应瓶中。NH3 将溶于反应瓶中的水中，压力会缓慢下降。</li>
	<li>当压力停止下降后，关闭旋塞 1（图 4），并记录压力计读数。该数值代表瓶内压力，后续将用于计算其他气体通入歧管时所需的压力。</li>
	<li>打开阀门 1（图 4），将歧管抽真空至压力 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>关闭阀门 2（图 4），并将 NH3 气体钢瓶从歧管上断开。</li>
</ol>
4. 甲烷（CH4）的引入
<ol>
	<li>计算需向歧管中引入的 CH4 气体压力，以确保向 3 L 反应瓶中引入 200 mmHg 的 CH4。示例计算见讨论部分。</li>
	<li>将 CH4 气体钢瓶连接至歧管。</li>
	<li>打开所有阀门和活塞，除阀门 6 和活塞 1（图 4）外，将歧管抽真空至压力 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>歧管抽真空后关闭阀门 1（图 4）。</li>
	<li>向歧管中引入 CH4，直至获得较低压力（约 10 mmHg），以清除管路中前步操作残留的杂质气体。打开阀门 1（图 4），将歧管再次抽真空至 &#60;1 mmHg。重复此步骤 2 次。</li>
	<li>向歧管中引入 CH4，直至达到步骤 4.1 中计算出的压力值。</li>
	<li>打开活塞 1（图 4），将 200 mmHg 的 CH4 引入 3 L 反应瓶中。</li>
	<li>当目标压力的 CH4 已引入 3 L 反应瓶后，关闭活塞 1（图 4），并记录压力计测得的压力值。</li>
	<li>打开阀门 1（图 4），将歧管抽真空至 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>关闭阀门 2（图 4），并将 CH4 钢瓶从歧管上断开。</li>
</ol>
5. 其他气体（例如&#160;N2）的引入
<ol>
	<li>此时无需引入其他气体。但若需要，建议加入 100 mmHg 的 N2。在此情况下，需计算需向真空操作线中通入的 N2 压力，以确保向 3 L 反应瓶中引入 100 mmHg 的 N2。示例计算见讨论部分。</li>
	<li>将 N2 气瓶连接至真空操作线。</li>
	<li>打开所有阀门和活塞，但 Valve 6 和 Stopcock 1 除外（图 4），并将真空操作线抽真空至压力 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>当真空操作线抽真空后，关闭 Valve 1（图 4）。</li>
	<li>向真空操作线中通入 N2，直至达到较小压力（约 10 mmHg）。打开 Valve 1（图 4）将真空操作线再次抽真空至 &#60;1 mmHg。重复此操作 2 次。</li>
	<li>向真空操作线中通入 N2，直至达到步骤 5.1 中计算出的压力值。</li>
	<li>打开 Stopcock 1（图 4），向反应瓶中通入 100 mmHg 的 N2。</li>
	<li>当反应瓶中通入目标压力的 N2 后，关闭 Stopcock 1（图 4），并使用压力计记录压力。</li>
	<li>打开 Valve 1（图 4），将真空操作线抽真空至 &#60;1 mmHg。</li>
	<li>关闭 Valve 2（图 4），并将 N2 气瓶从真空操作线断开。</li>
</ol>
6. 开始实验
<ol>
	<li>当所有气体均已通入反应瓶后，关闭旋塞1和阀门1（图4），将反应瓶从真空操作台断开，使环境空气进入操作台，从而使操作台恢复至环境压力。</li>
	<li>小心地将反应瓶从操作台拆下后，将其放置于不会受到干扰的位置（例如&#160;置于空的通风橱内）。</li>
	<li>断开真空泵，并小心取下冷阱，在完全正常运行的通风橱内进行放气。</li>
	<li>固定连接至高频火花发生器的特斯拉线圈。</li>
	<li>将另一端的钨电极连接至电气接地，以确保电流能够有效地通过两个电极之间的间隙。</li>
	<li>根据制造商提供的技术文档，将火花发生器的输出电压设定为约30,000 V。</li>
	<li>在启动火花前，关闭通风橱的活动窗，作为装置与实验人员之间的安全防护屏障。开启特斯拉线圈以开始实验，并以每小时开启1小时、关闭1小时的循环方式持续放电2周（或其他所需时间）。</li>
</ol>
7. 实验结束
<ol>
	<li>通过关闭特斯拉线圈来终止实验。</li>
	<li>打开旋塞1（图4），缓慢将环境空气引入反应瓶中，以便取下适配器和钨电极，从而采集样品。如有需要，可使用真空泵将反应瓶中的有害反应气体抽出。</li>
</ol>
8. 收集液体样品
<ol>
	<li>使用焦化的玻璃移液管从反应烧瓶中取出液体样品，注意尽量减少接触污染物，例如避免移液管接触真空润滑脂或其他非无菌表面而引入污染物。
	<ol>
		<li>将样品转移至无菌的塑料或玻璃容器中。与玻璃容器相比，塑料容器在冷冻时更不易开裂或破碎。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>密封样品容器，并储存在能够达到 -20 °C 或更低温度的冷冻设备中，因为不溶性产物可能导致样品溶液在 0 °C 时无法冻结。</li>
</ol>
9. 清洁仪器
<ol>
	<li>使用洁净的实验室擦拭纸仔细清除装置接口、接头和活塞以及钨电极周围玻璃上的真空脂。</li>
	<li>用甲苯彻底清洗第9.1步中所述的相同表面，以完全去除玻璃器皿上的有机真空脂。若使用硅脂，高温裂解后高真空脂可能仍残留在玻璃器皿上，从而引发后续问题，详见讨论部分。</li>
	<li>使用毛刷并按以下顺序依次用下列溶剂彻底清洗反应瓶：超纯水（18.2 MΩ·cm，&#60;5 ppb TOC）、含5%清洗剂的超纯水（18.2 MΩ·cm，&#60;5 ppb TOC）、甲醇、甲苯、甲醇、含5%清洗剂的超纯水（18.2 MΩ·cm，&#60;5 ppb TOC），最后用超纯水（18.2 MΩ·cm，&#60;5 ppb TOC）冲洗。</li>
	<li>用铝箔覆盖反应瓶所有开口，并用铝箔包裹接头及其组件。</li>
	<li>所有玻璃器皿用铝箔包裹后，在空气中于500 °C下至少高温灼烧&#160;3小时&#160;。</li>
	<li>用甲醇轻轻清洗电极，然后自然晾干。</li>
</ol>
10. 样品分析
注意：在制备用于分析的样品时，采用酸水解方案（例如其他文献中已有详细描述的方法15）有助于获得更多的氨基酸。对回收样品的一部分进行水解，可实现对游离氨基酸及其在非生物条件下合成的酸不稳定性前体物质的同时分析。
<ol>
	<li>进行氨基酸分析时，应采用合适的技术（如基于液相色谱和质谱的方法，或其他适当的方法）。此类分析技术包括高效液相色谱-荧光检测法（HPLC-FD）14，以及超高效液相色谱-荧光检测联用飞行时间正电喷雾电离质谱法（UHPLC-FD/ToF-MS）12,13。本论文描述的是采用三重四极杆质谱仪（QqQ-MS）结合HPLC-FD进行的质谱分析。</li>
</ol>

<ol><li>Oparin, A. I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOparin%2C+AI+%22The+Origin+of+Life%22">The Origin of Life</a>. , Izd. Moskovshii Rabochii. (1924).</li>
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<li>Miller, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Production+of+Amino+Acids+Under+Possible+Primitive+Earth+Conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions.</a> Science. 117, 528-529 (1953).</li>
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</ol>

作者声明不存在竞争性财务利益。

本实验方案中描述的多个步骤对于安全、正确地开展米勒-尤里（Miller-Urey）类型实验至关重要。首先，所有将与反应瓶或样品接触的玻璃器皿和样品操作工具均需灭菌。灭菌方法是使用超纯水（18.2 MΩ cm，总有机碳含量 &lt;5 ppb）彻底冲洗待处理物品，随后用铝箔包裹，并在空气中 500 °C 下高温灼烧至少 3 小时。设备完成灼烧后，在准备样品进行分析的过程中，必须注意避免有机污染。可通过佩戴腈手套、实验服和护目镜来降低污染风险。操作样品时应远离身体，因为常见的污染源包括指纹、皮肤、头发和呼出的气体。应避免接触湿手套，并不得使用任何乳胶或尼龙材料。第二，在向反应瓶中通入气体之前，必须对反应瓶进行充分的脱气处理，这一步骤至关重要。即使反应瓶中存在微量分子氧，在电火花引入甲烷（CH4）等易燃气体时也可能引发爆炸风险。脱气过程中，瓶内水会沸腾，导致无法获得稳定的真空读数。此时可采用两种方法：1）通过冷冻-解冻循环进行脱气（通常使用 3 次循环），或 2）直接对液体溶液进行脱气。在后一种情况下，虽会损失少量水，但相对于总体积而言损失量较小。第三，必须精心构建一套配备完善且高效的装置，以确保在整个实验过程中电极间产...

地球生命起源的本质仍是科学界最难以捉摸的重大问题之一。20世纪20年代，俄罗斯生物学家亚历山大·奥巴林（Alexander Oparin）与英国进化生物学家、遗传学家约翰·霍尔丹（John Haldane）提出了“原始汤”的概念1,2，用以描述早期地球海洋中可能含有促进化学进化的有机化合物。然而，直到20世纪50年代，化学家才开始系统地开展实验室研究，旨在阐明在早期地球条件下，有机分子如何从简单的起始物质合成。其中最早的一项研究报道于1951年，通过辐照水溶液中的CO2成功合成了甲酸3。
1952年，当时还是芝加哥大学研究生的Stanley Miller向Harold Urey提出进行一项实验，以评估生命起源所需的重要有机化合物是否可能在早期地球条件下非生物合成。该实验使用一套定制的玻璃装置（图1A）进行，旨在模拟原始地球环境。Miller的实验通过电火花放电作用于代表早期大气的气体混合物，并在存在液态水储层（代表原始海洋）的条件下模拟闪电过程。该装置还分别利用加热套和冷凝器模拟蒸发和降水过程。有关Miller所用装置的具体细节可参见其他文献4。经过一周的电火花作用后，烧瓶内的物质发生了明显变化：水变为浑浊的红褐色5，电极上积聚了黄褐色物质4。这项开创性工作被认为是首次在模拟原始地球条件下有意识、高效地合成生物分子的实验。
<img alt="钨电极反应装置示意图；用于实验的5L和3L烧瓶、冷凝器、接头。" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51039/51039fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51039/51039fig1.jpg" width="500px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图1"> 
图1. 本文讨论的两种装置的比较。 用于原始米勒-尤里实验的经典装置（A）与本方案中所述的简化装置（B）。<a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51039/51039fig1highres.jpg" target="_blank">点击此处查看高清图像</a>。
在1953年米勒（Miller）经典实验结果发表之后，为了探索在多种可能的早期地球条件下生成对生命重要的有机化合物的可能性，研究人员进行了大量火花放电实验的变体研究，例如使用其他气体混合物。例如，曾测试了CH4/H2O/NH3/H2S气体混合物是否能够生成含硫的编码α-氨基酸，但未检测到这些氨基酸6。对经电火花作用的CH4/NH3混合气体进行气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析，发现生成了α-氨基腈，即氨基酸的前体物质7。1972年，米勒及其同事采用一种更简单的装置（最初由奥罗（Oró）引入8，见图1B），通过将CH4、N2和少量NH3暴露于电火花中，成功合成了当时已在默奇森（Murchison）陨石中鉴定出的全部编码α-氨基酸9和非蛋白质氨基酸10。此后，利用相同的简化实验设计，研究人员对含有H2O、N2以及CH4、CO2或CO的气体混合物进行电火花处理，以研究氢氰酸、甲醛和氨基酸的产率如何随大气中碳物种的氧化态变化而变化11。
除了多年来对替代实验设计的探索之外，自米勒的经典实验以来，分析技术也取得了重大进展。这些进展使得近期对米勒存档的电火花放电实验样品进行更深入的研究成为可能，而此类研究是米勒在20世纪50年代所拥有的技术无法实现的。米勒的火山模拟实验12（首次报道于1955年4）以及1958年含有H2S的实验13被证实生成了比经典实验更广泛种类和更高丰度的多种氨基酸和胺类化合物，其中包括许多此前在火花放电实验中未被鉴定出的物质。
本文所述实验可使用多种气体混合物进行。通常情况下，此类实验至少包含含碳气体、含氮气体和水。通过适当规划，几乎可以探索任意组成的气体混合物，但需考虑体系中的一些化学因素。例如，水相的 pH 值会对其中发生的化学反应产生显著影响14。
本文所述方法旨在指导研究人员使用简化的3 L反应容器开展类似于米勒-尤里实验的火花放电实验，该装置如米勒1972年发表文献中所描述。9,10. 由于本实验涉及高电压电弧作用于易燃气体，因此必须 至关重要的 去除 O2 从反应烧瓶中排出，以消除爆炸风险，因为甲烷或一氧化碳等含碳还原性气体在燃烧时可能发生爆炸，或氢气发生反应2 与氧气。
在准备进行本实验时，还有一些额外的细节需要注意。首先，凡涉及玻璃真空管线和加压气体的操作，均存在固有的内爆和超压风险。 因此，必须始终佩戴安全眼镜。 其次，该实验通常在低于大气压的条件下进行。这可以最大限度地降低对多通管路和反应烧瓶造成过压的风险。尽管玻璃器皿可能具有等于或高于大气压的耐压等级，但不建议使用超过1 atm的压力。在这些实验中，压力可能因不溶于水的H2 从还原性气体（如 CH4 和 NH3）。过度加压可能导致密封泄漏，从而允许大气中的 O₂ 进入2 进入反应烧瓶，从而可能引发燃烧并导致爆炸。第三，必须注意的是，若对该实验方案进行修改以开展实验的变体操作，需仔细规划，以确保不会产生不安全的条件。第四，强烈建议潜在的实验操作者通读整个实验方案 仔细地 在尝试本实验之前，应多次练习，以确保操作者熟悉潜在的陷阱，并确认所有必要的硬件设备均已备齐并妥善安装。最后，涉及可燃气体的实验必须遵守操作者所在机构的环境健康与安全管理部门的相关规定。在开展任何实验之前，请务必遵守这些建议。本方案中详述的所有步骤均符合作者所在机构的环境健康与安全指南。

<table><tbody><tr><td>玻璃塞用于歧管</td><td>Chemglass</td><td>CG-983-01</td><td></td></tr><tr><td>高真空润滑脂</td><td>Apiezon</td><td>N/A</td><td>型号 M/N</td></tr><tr><td>硅基高真空润滑脂</td><td>道康宁（Dow Corning）</td><td>1597418</td><td></td></tr><tr><td>特氟龙PFA管</td><td>McMaster-Carr</td><td>51805K54</td><td></td></tr><tr><td>Ultra-Torr真空接头</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-6</td><td></td></tr><tr><td>干式旋片真空泵</td><td>Edwards</td><td>A72401905</td><td></td></tr><tr><td>U型管压力计</td><td>Alta-Robbins</td><td>100SS</td><td></td></tr><tr><td>钨电极</td><td>Diamond Ground Products</td><td>TH2-1/16</td><td>含2%二氧化钍</td></tr><tr><td>甲醇</td><td>Alfa Aesar</td><td>N/A</td><td>超纯HPLC级</td></tr><tr><td>聚四氟乙烯涂层磁力搅拌子</td><td>McMaster-Carr</td><td>5678K127</td><td></td></tr><tr><td>气态NH&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Airgas</td><td>AMAHLB</td><td>纯度99.99%</td></tr><tr><td>气态CH&lt;sub&gt;4 &lt;/sub&gt;</td><td>Airgas</td><td>ME UHP300</td><td>纯度99.99%</td></tr><tr><td>气态N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Airgas</td><td>NI UHP300</td><td>纯度99.999%</td></tr><tr><td>特斯拉线圈</td><td>Electro-Technic Products</td><td>15001</td><td>型号 BD-50E</td></tr><tr><td>24小时插电式基本定时器</td><td>通用电气公司（General Electric Company）</td><td>15119</td><td></td></tr><tr><td>清洗洗涤剂</td><td>Alconox</td><td>1104</td><td></td></tr><tr><td>甲苯</td><td>赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）</td><td>N/A</td><td>Optima级</td></tr><tr><td>Luna苯基-己基HPLC色谱柱</td><td>Phenomenex</td><td>00G-4257-E0</td><td>品牌：Luna</td></tr><tr><td>甲酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F0507</td><td>用于配制50 mM甲酸铵溶液</td></tr></tbody></table>

进行米勒-尤里实验

Conducting Miller-Urey Experiments

1953年，斯坦利·米勒（Stanley Miller）报道了利用一种模拟原始地球大气-海洋系统的装置，从简单的气体起始原料中生成生物分子的实验结果。米勒向装置中加入200 ml水、100 mmHg的H2、200 mmHg的CH4和200 mmHg的NH3，然后在回流条件下对混合物施加电火花放电一周，同时加热水。本文的目的是为读者提供一个通用的实验方案，可用于使用简化的3 L反应瓶进行米勒-尤里（Miller-Urey）类型的火花放电实验。由于实验涉及将易燃气体暴露于高压电火花下，因此有必要强调可降低爆炸风险的关键步骤。本文所述的一般性操作步骤可推广用于设计和开展多种模拟原始行星环境的电火花放电实验。

电火花放电实验所合成的产物可能相当复杂，可用于研究这些产物的分析方法多种多样。本文讨论了文献中分析氨基酸时较为常用的几种技术。色谱法和质谱法是分析米勒-尤里型电火花放电实验所产生的复杂化学混合物时极具信息量的技术。氨基酸分析可采用以下方法进行 o邻苯二甲醛/N-乙酰-L-半胱氨酸（OPA/NAC）16一种手性试剂对，可标记伯氨基团，生成可在非手性固定相上分离的荧光非对映异构体衍生物。 图2 显示了通过高效液相色谱-荧光检测联用三重四极杆质谱（HPLC-荧光检测-QqQ-MS）获得的OPA/NAC衍生化氨基酸标准品的色谱图。该标准品所含氨基酸通常在米勒-尤里型火花放电实验中生成。这些氨基酸的种类列于下表 表1典型的样品和分析空白的代表性荧光轨迹如图所示 图3，展示了米勒-尤里型电火花放电样品的分子复杂性。该样品的色谱图如 图3 通过火花放电实验制备，起始条件如下：300 mmHg 的 CH4，250 mmHg 的 NH3，...

米勒-尤里实验是一项关于有机化合物非生物合成的开创性研究，可能与生命起源相关。将简单气体引入玻璃装置中，并通过电火花放电，模拟早期地球大气-海洋系统中闪电的作用。实验持续进行一周，随后对收集的样品进行分析，以检测其中是否存在生命所需的化学基本组分。

1953年，斯坦利·米勒（Stanley Miller）报告了利用模拟早期地球环境的装置，从简单的气体起始原料中生成生物分子的实验结果，……

以下实验的总体目标是进行米勒-尤里火花放电实验。首先，将水加入反应烧瓶中以模拟早期地球的海洋。第二步，向反应烧瓶中引入一组气体，以模拟原始大气条件。接下来，在反应瓶内施加电火花放电。为了模拟原始地球上的闪电环境，通过荧光检测的高效液相色谱以及火花放电样品的氨基酸分析，可检测到对生命具有重要意义的分子。米勒-尤里实验有助于回答生命起源领域的一些关键问题，例如，哪些类型的前生命条件可能促进了特定有机化合物的合成，而这些化合物被认为是生命所必需的。开始该实验前，按照文本方案中所述设置多通管和真空系统。向一个三升的反应瓶中加入200毫升超纯水。放入一个预先清洗并灭菌的磁力搅拌子，以确保可溶性气体迅速溶解并充分混合反应物。开始搅拌实验。使用少量真空润滑脂将钨电极固定在三升反应烧瓶上，电极尖端间距约为一厘米。在烧瓶内部用夹子固定。将带有内置旋塞的接头插入三升反应烧瓶的瓶口，并用夹子固定。通过适配器将三升反应烧瓶连接到气体分配管路上。使用夹子或夹钳固定烧瓶。打开气体分配管路上除阀门六和活塞二以外的所有阀门。关闭连接至反应烧瓶的所有旋塞。开启真空泵以抽空真空歧管。当真空度稳定并低于1毫米汞柱时，关闭阀门一，使真空歧管静置约15分钟，以检查是否存在漏气。15 分钟后，对反应容器施加磁力搅拌。打开阀门一和旋塞一，抽空三升反应瓶的顶空部分，直至压力降至低于一毫米汞柱。根据文本方案中所述，计算需通入歧管的气态氨气所需压力。确保第六号阀门关闭，关闭第一号阀门以及连接至反应瓶的所有旋塞，同时保持第二号旋塞打开。在向 manifold 中引入任何气体之前，先将氨气通入 manifold 以达到预定压力，打开旋塞一，向三升反应瓶中通入 200 毫米汞柱的氨气。氨气会溶解在反应瓶的水中，压力将缓慢下降。当压力停止下降后，关闭旋塞一，并记录压力计读取的压力值。该数值表示烧瓶内的压力，将用于计算后续引入歧管的其他气体的压力。打开阀门一，将歧管抽真空至压力低于一毫米汞柱。关闭阀门二，并将氨气钢瓶与歧管断开。根据文本方案中所述方法计算出需通入歧管的甲烷压力后，确保关闭第六个阀门及与反应瓶相连的所有旋塞，同时打开其他所有阀门及第二个旋塞，将歧管抽真空至压力低于1毫米汞柱，随后关闭第一个阀门。歧管抽真空完成后，向其中通入甲烷，直至达到计算所得压力。然后打开第一个旋塞，将200毫米汞柱压力的甲烷引入三升反应瓶中。关闭旋塞一。当甲烷达到三升反应瓶中预定压力后，记录压力计测得的压力，打开阀门，将歧管抽真空至低于1毫米汞柱。最后，关闭阀门二，并将甲烷钢瓶从管路中拆下。确保阀门六和所有旋塞处于关闭状态，反应烧瓶的阀门也应关闭，同时保持其他所有阀门和旋塞二处于打开状态。将多通管路抽真空至压力低于一毫米汞柱，关闭阀门一。待多通管路抽真空后，向其中通入氮气，直至达到计算所需的压力。此时，打开旋塞一，向反应烧瓶中引入100毫米汞柱的氮气。关闭旋塞一。当氮气达到反应瓶中预期压力后，打开阀门一，用压力计记录压力，并将分配管路抽真空至低于1毫米汞柱。关闭阀门二，断开氮气钢瓶与歧管的连接。通过关闭旋塞一和阀门一，将反应瓶与歧管分离。待所有气体均已通入反应瓶后，打开阀门六，使环境空气进入歧管，使歧管压力恢复至环境压力。固定连接高频火花发生器的特斯拉线圈。将另一端的钨电极连接至电气接地，以确保电流能够高效地通过两个电极之间的间隙。在启动火花之前，根据制造商提供的技术文档，将火花发生器的输出电压设置为约 30,000 伏。关闭通风橱的玻璃门，以在装置与实验人员之间形成安全屏障。开启特斯拉线圈以启动实验，使火花放电持续进行两周，采用每小时开启一次、每次一小时的循环模式。通过关闭特斯拉线圈停止实验，打开活塞一，缓慢将环境空气引入反应烧瓶，以便拆卸适配器和钨电极，从而可按需采集样品。可使用真空装置通过校准的玻璃移液管将反应烧瓶中的有毒反应气体抽出。从反应烧瓶中移取液体样品时，应小心操作，尽量减少接触可能由移液管接触真空油脂或其他非无菌表面引入的污染物。将样品转移至无菌的塑料或玻璃容器中，密封样品容器，并置于可达到零下20摄氏度或更低温度的冷冻箱中保存，因为不溶性产物可能阻止样品溶液在0摄氏度时冻结。使用洁净的实验室擦拭纸从装置的接口处去除真空润滑脂。包括适配器、活塞以及钨电极周围的玻璃表面。用甲苯彻底清洗这些相同的表面，以完全去除玻璃器皿上的有机真空润滑脂。若使用硅脂，高温真空脂可能在热解后残留在玻璃器皿上，从而引发后续问题，具体详见文本方案。随后，需按照文本方案中列出的顺序，使用毛刷和所列溶剂彻底清洗反应瓶。用铝箔覆盖反应瓶所有开口处，并用铝箔包裹接头及其组件。待所有玻璃器皿均用铝箔包裹后，在空气中于500摄氏度下热解至少三小时。最后，用甲醇轻轻清洗电极，并使其在空气中晾干，然后按照文中所述方案分析样品。此处显示的色谱图是通过高效液相色谱联用荧光检测和三重四极杆质谱法获得的醛类（Aldi aldehyde）、乙酰-L-半胱氨酸（acetyl L cysteine）或O-P-A-N-A-C衍生化氨基酸标准品的结果。该标准品中包含的氨基酸通常可在米勒-尤里型火花放电实验中生成。图中还展示了典型样品与分析空白对照的代表性荧光图谱，以展示米勒-尤里型电火花放电样品的分子复杂性。该色谱图样本是在初始条件下使用300毫米汞柱的甲烷、250毫米汞柱的氨气和250毫米的水，通过火花放电实验获得的。观看本视频后，您应能充分理解如何开展一次火花放电实验。

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