在火星上寻找有机物开始于30多年前。海盗号GC/MS和凤凰号上最新的热演化气体分析仪(TEGA)都未能成功探测到火星土壤中的有机物。

 

  关于“失踪”的火星有机物的最新假设是，在这些分析的热解步骤中，有机物被热分解成二氧化碳，这是由最近在火星土壤中发现的约1wt%高氯酸盐引起的。

 

  为了避免这个问题，人们开发了一种完全不同的方法来分析火星上的有机物，使用基于电化学的总有机碳(TOC)分析仪，称为火星有机碳分析仪(MOCA)。

 

  MOCA是一种体积小、重量轻、功耗低的仪器，可将有机物电化学氧化为二氧化碳。随后对二氧化碳进行检测和量化，以确定土壤中TOC的含量。MOCA可以利用火星土壤中的高氯酸盐作为电解质，因此只需要缓冲溶液。

 

  通过一系列概念验证测试，MOCA被证明可以在低至10 mg/kg的浓度下，使用铂和硼掺杂金刚石(BDD)电极氧化各种低分子量含1 - 5碳的分子，包括含碳13的分子。MOCA也可用于陆地环境中溶解TOC的现场分析。

 

  Stroble S T^[1]等人介绍了一种新型的基于电化学的总有机碳分析仪，命名为火星有机碳分析仪(MOCA)，用于分析火星土壤中的有机物。

 

  通过使用电化学方法，创造了一种小型、轻便、低功耗、概念验证的原型仪器，它不需要紫外线、高温烤箱或腐蚀性试剂。该仪器还可以选择性地利用火星土壤中存在的高氯酸盐作为电解液，因此只需要缓冲溶液。

 

  图1. MOCA原型系统。^[1]

 

  人们提出了一种完全不同的探测火星上有机物的方法，即基于总有机碳(TOC)分析的方法。虽然TOC分析仪无法确定土壤中存在的特定有机物，但它可以确定存在的有机碳的数量，并允许评估可居住性和生物潜力，而不依赖于任何特定有机分子的存在。

 

  然而，用于地球应用的商用TOC分析仪通常又大又重，需要大量的功率。此外，他们在测量前使用腐蚀性试剂，紫外线和/或高温烤箱将有机物转化为二氧化碳。这些因素限制了使用这种TOC分析仪在火星上进行现场分析或在地球上进行现场分析的可行性。

 

  图2. 。在不同的背景电解液中，在为-173 mA/cm²的条件下氧化1h。^[1]

 

  在目前的概念验证设计中，MOCA体积小、重量轻、功耗低。研究表明，在初始浓度低至10毫克/千克有机碳的情况下，钼酸钙能够将各种低分子量(1−5碳)同时含有¹²C和¹³C的有机物电化学氧化成二氧化碳。

 

  两种不同的检测器，RGA和NDIR，被用来测量产生的二氧化碳，并随后对样品中的TOC量进行量化。MOCA被证明是探测火星上有机物质的理想仪器，因为它能够利用土壤中已存在的约1wt%高氯酸盐作为背景电解液，从而消除了对高腐蚀性试剂的需求，只需要缓冲溶液。

 

  尽管已经证明了MOCA的概念验证，但在将其整合到未来的火星任务或商业化用于地球上的环境现场分析之前，该仪器还需要进一步的开发。

 

  [1] Stroble S T, Kounaves S P. An Electrochemically Based Total Organic Carbon Analyzer for Planetary and Terrestrial On-Site Applications[J]. Analytical Chemistry, 2012, 84(14): 6271-6276.

 

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