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1 MOMA-GC POINT DAVANCEMENT - CNES LISA, 10 Mars 2014.

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1 1 MOMA-GC POINT DAVANCEMENT - CNES LISA, 10 Mars 2014

2 2 MOMA Martian Organic Molecules Analyser

3 ExoMars vs MSL Missions très proches dans leurs objectifs mais MSL est NASA et ExoMars ESA (+ ROSCOSMOS) … – Rover Curiosity de classe 900Kg – Rover Européen de classe 300Kg – Principale restriction à la détection de composés organiques sur Mars via MSL : Analyse de la surface et de lAtmosphère (or très forte oxydation) – Cest pourquoi ExoMars a une foreuse pouvant creuser à deux mètres de profondeur – Sinon techno différentes : RHU vs Panneaux Solaires, etc.

4 ExoMars 2018 : Rover avec foreuse sur Mars

5 SPDS : Chaine dextraction de léchantillon solide du sol (foreuse), de broyage pour le rendre poudreux et de distribution vers les instruments

6 MOMA : GC/LD MS Mars Organic Molecule Ana lyser Instrument Principal de la Charge Utile pour la question de la présence de traces de vie passées ou présentes à la surface et sub-surface de Mars Spectromètre de Masse couplé soit à un Chromatographe en Phase Gazeuse soit a un Laser (pour faire de la désorption). 32 fours permettent lanalyse déchantillons solides par GC-MS (et dérivatisation) Un réservoir ré-emplissable permet de faire du LD-MS déchantillon solides

7 MOMA : Présentation

8 MOMA : Organisation MPS (Allemagne) : Laser, Fours, TS – Fred Goesmann (PI) – Olaf Roders (CdP) – Eckhard Steinmetz (IS) Goddard-NASA (US) : MS and Main Electronic – Paul Mahaffy, will Brinckerhoff : Instrument Managers LISA/LATMOS (France) : GC – Francois Raulin (PI), Cyril Szopa (Co-PI) – Noël Grand (CdP et IS)

9 MOMA Modules and Responsibilities F. Goesmann, 5. February 2014

10 MOMA-GC : le Principe Chromatographic column=tube where the separation occurs (core of the GC) Parameters controlling the separation: nature of the compounds to analyze nature of the stationary phase (selectivity) columns dimensions (length (L), internal diameter (ID), stationary phase thickness (d f )) operating conditions (temperature, pressure drop) Stationary phase Chromatogram Chromatographic column Sample Principle of gas chromatography Chromatographic column Efficiency, resolution (power of separation)

11 11 Pas de colonne universelle en CPG => Utilisation de 4 colonnes complémentaires Restek Q-Bond or U-Bond Séparation des hydrocarbures en C1-C4, des composés inorganiques soufrés et dautres composés inorganiques Restek MXT-5 Séparation des composés organiques y compris des hydrocarbures de PM moyen, de composés moyennement polaires, de composés semi volatils et des composés dérivatisés Restek CLP Séparation de composés organiques polaires de PM élevé Agilent CP-Chirasil-Dex-CB column Séparation dénantiomères

12 MOMA-GC : le détecteur Detector development Detection limit in the order of 1 ppm this TCD is a Varian product, already miniaturized and spatialized for the COSAC Experiment onboard the ROSETTA Mission (ESA)

13 He Tank M T1 T2 Reverse Flow GC M2 GC M1 GC M4 GC M3 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 Vtank Filters C1 C2C3 J1 J2J3 J4 J5 J6 J7 J8J9 J10 J11 Gas Flow MOMA-GC With GC-MS interface Version Redondée T : Trap, GCM : GC Module, V : Valve, J : Jonction, C : Connector V18 V19 VSingleShot V20 V21 V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 C4 C5 Exhaust MS Splitter V29 V30

14 GC FM Design F. Goesmann, 5. February 2014 Consolidated design : -Structural Simulations ok, -Thermal Simulations ok, -Electronic Design Ready Valves Mitigation : -HsG Valve Base line (vibration tests done, thermal one in february) -Vibration tests done at MPS (december 2013) -New concept in study -Decision point in February Derivatisation Capsule Qualification in Progress

15 MOMA : Prototype

16 GC-MS Brassboard Coupling F. Goesmann, 5. February /14 MS GC Split Manifold GC-MS Testing Feb First end-to-end demonstration of functional performance of entire MOMA suite (oven, split manifold, GC and MS brassboards) Gas and liquid calibration compounds successfully separated and detected Implementation of automatic gain control tested for EI mode of operation Effect of GC trap temperature and saturation on background measured Detection limit of end-to-end system determined Total Ion Chromatogram Selected Ion Chromatograms TIC signal AGC trace Hexane Benzene Hexane Pentane Butane Column TCD Trap Oven Separation of hydrocarbon mixture on the GC brassboard 6 and GB2 MS brassboard

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21 MOMA AGM Greenbelt Nov 3-7, "Direct" mode Trap (-30°C/0°C) Sample Trap (300°C) GC/MS "Backflush" mode Step 1 Step 2 Trap (-30°C/0°C) Sample Trap (300°C) GC/MS Step 1 Step 2 2 traps (Tenax) used in « Direct » or « Backflush » mode

22 MOMA AGM Greenbelt Nov 3-7, Chemical Derivatization : 3 different reagents

23 From Bibring et al, Science, : From prebiotic chemistry to life

24 Le sol martien a été analysé en détail par les instruments des 2 sondes Viking, à partir de 1976, récemment par les instruments de Phoenix et actuellement de MSL. Aucun signe clair et non ambigü dune vie présente ou passée na été trouvé Aucune trace de composé organique volatil na été clairement mise en évidence. Or, la matière organique doit être présente sur Mars (météorites etc.. ) Les données recueillies par les nombreuses missions qui ont exploré Mars depuis Viking, montrent des régions très sèches depuis 3 milliards dannées – contrastées avec les régions humides (lits fluviatiles, sulphate minéraux signes de la présence de composés soufrés dissous dans leau liquide, etc). Nécessité dexplorer ces dernières et dy rechercher les matériaux organiques (abiotique ou biotique) ou des biominéraux. Seuls les 1er cm du sol ont été analysés et les données suggèrent la présence doxydants puissants dans le sol nécessité de tenir compte de ces données pour les futures missions nécessité davoir accès aux échantillons plus profonds Présence de composés réfractaires produits par loxydation nécessité dutiliser une pyrolyse à plus haute température que Viking ou des techniques de dérivatisation chimique


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