好奇号的衍生化实验在火星的巴格诺德沙丘揭示了有机分子

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自2012年以来,美国宇航局的好奇号探测器一直在探索盖尔陨石坑中古代宜居环境的性质和范围。通过使用火星样品分析(SAM)调查,寻找有机化合物并确定其来源(前生物、生物或非生物)的特征是该任务的一个关键部分。到目前为止,源于沉积物的有机分子,包括氯化碳氢化合物、含硫有机物、烷基和芳香族化合物的碎片以及中链烷烃,已经在钻探的岩石样品中被确认(1,2,3)。

美国宇航局好奇号探测器上的火星样品分析(SAM)仪器上的湿化学实验是为了促进对极性分子如氨基酸和羧酸的气相色谱质谱分析。一份新的报告介绍了在火星上用N-甲基-N-(叔丁基二甲基硅基)三氟乙酰胺衍生剂从巴格诺德沙丘舀出的沙子进行的这种成功的湿化学实验的结果。(4) 没有检测到氨基酸衍生物。然而,检测到了化学衍生化的苯甲酸和氨。与衍生化的磷酸和苯酚相匹配的质谱也存在,还有一些含氮分子和尚未确定的高分子量化合物。这些化合物的来源,包括那些可能是SAM背景的内部化合物,都得到了研究。在火星上进行的这项衍生化实验扩大了火星样品中存在的分子清单,并展示了一个强大的工具,以进一步实现对生物或前生物相关的极地有机分子的搜索。

在GC-色谱图中检测到衍生化的苯甲酸丰度为442±82pmol,匹配度非常高。苯甲酸的生产有几种可能的途径。非挥发性有机物,如苯甲酸或苯羧酸盐,可能是陨石有机物氧化的产物,已被预测为在火星表面上层积累,浓度高达500ppm(重量)。苯甲酸可能来自于甲苯前体,如果在火星上存在,可以连续氧化成苄醇、苯甲醛,最后变成苯甲酸。
除了苯甲酸盐,还检测到了含氮化合物,如叔丁基二甲基硅基胺(衍生化的氨),这是一种含氮的无机化合物,根据其质谱和Chirasil-β Dex柱*获得的色谱中的保留时间确定,丰度约为7±1nmol。还检测到12种含氮化合物,即衍生化的氨、氰化氢、衍生化的异氰酸酯、异氰基甲烷、三氟乙腈、乙腈、丙烯腈、丙腈、异丁腈、丁烯腈、二甲氨基乙腈和苯腈。

*在Chirasildex-beta-CD柱上。
1991年在Riva del Garda毛细管色谱研讨会上,Volker Schurig教授报告了他使用独特的毛细管气相色谱柱的第一个结果,该色谱柱涂有与聚硅氧烷弹性体结合的过O-甲基化-β-CD。

在包容式气相色谱中,在聚硅氧烷中稀释的过甲基化环糊精被涂在高分辨率的毛细管柱上,在0到150摄氏度之间很好地解析了低活化的对映体–从高极性的羧酸到极性的饱和碳氢化合物。将β-CD锚定在聚硅氧烷基质上产生了一种聚合手性固定相。它成功地热固定在玻璃体毛细管表面,使CD固定相可以在超临界流体色谱中用于对映体分离。

参考文献

1.Szopa, C. et al. First detections of dichlorobenzene isomers and trichloromethylpropane from organic matter indigenous to Mars mudstone in Gale Crater, Mars: results from the Sample Analysis at Mars instrument onboard the Curiosity rover. Astrobiology 20, 292–306 (2020). doi: 10.1089/ast.2018.1908

2.Freissinet, C. et al. Detection of long-chain hydrocarbons on Mars with the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument. In Ninth International Conference on Mars abstr. no. 6123 (Lunar and Planetary Institute, 2019). https://www.hou.usra.edu/meetings/ninthmars2019/pdf/6123.pdf

3.Eigenbrode, J. L. et al. Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale Crater, Mars. Science 360, 1096–1101 (2018). DOI: 10.1126/science.aas9185

4.Freissinet, C. et al. Organic molecules in the Sheepbed Mudstone, Gale Crater, Mars. J. Geophys. Res. Planets 120, 495–514 (2015). https://doi.org/10.1002/2014JE004737Millan, M., Teinturier, S., Malespin, C.A. et al. Organic molecules revealed in Mars’s Bagnold Dunes by Curiosity’s derivatization experiment. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01507-9

5.Schurig V.; Separation of enantiomers by gas chromatography. J Chromatogr A . 2001, 906(1-2):275-99. doi: 10.1016/s0021-9673(00)00505-7.

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