[논문 리뷰] Polymer amide as a carrier of 15N in Allende and Acfer 086 meteorites

Maclolm W McGeoch, Tomáš Šamořil외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 15.

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한 줄 요약

이 연구는 집중 이온 비임(milling)과 음이온 질량 분석법을 사용하여 Allende 및 Acfer 086 탄소질 우주선에서 과잉 15N의 주요 운반체로 고분자 아미드를 특정하였다. 각각 410 ± 220‰ 및 1,015 ± 220‰의 델타 15N 값이 보고되었으며, 1:2의 C2:CN 이온 강도 비율은 -CCN- 배경 구조를 지지하며, 이는 고분자 아미드가 15N으로 농축된 외계 유기물의 주요 부분을 차지하고 있음을 나타낸다.

ABSTRACT

Polymers of amino acids have been found in Allende and Acfer 086, with extra-terrestrial origin evidenced by isotopically enhanced satellite peaks in the 800-1200 Dalton mass range. The present work employs focused ion beam milling of micron scale powder to generate negative ion spectra containing CN ions at masses 26 and 27 for 15N determination. Respectively, for CN ions, Allende and Acfer 086 show delta 15N = 410 +/- 220 per mil and 1,015 +/- 220 per mil in the powder samples. We measure an exact 1:2 ratio of C2 to CN negative ions that is consistent with ion beam fragmentation of a polymer amide -CCN- backbone into diatomic fragments. It is inferred that polymer amide comprises a large part of the 15N bearing organic material in this CV3 meteorite class.

연구 동기 및 목표

• 원시 우주선 Allende 및 Acfer 086에서 동위원소로 농축된 15N의 분자 운반체를 특정하는 것.
• 고정밀 음이온 질량 분석법을 사용하여 유기 상에서 질소의 동위원소 조성을 결정하는 것.
• 분자의 이온 분해 패턴을 분석하여 15N 농축의 구조적 기원을 조사하는 것.
• 고분자 아미드 구조가 관측된 15N 이방성에 기여하는지 확인하는 것.

제안 방법

• 오염을 최소화하고 동위원소의 무결성을 유지하기 위해, 우주선 샘플에서 마이크론 크기의 분말을 추출하기 위해 집중 이온 비임(FIB) 연마를 사용하였다.
• 15N 결정을 위해 m/z 26(¹²C¹⁴N) 및 m/z 27(¹²C¹⁵N)에서 CN⁻ 이온을 검출하기 위해 음이온 질량 분석법을 적용하였다.
• 반복되는 -CCN- 단위를 포함한 고분자 아미드 배경의 존재를 추론하기 위해 C₂⁻ 대 CN⁻ 이온 강도 비율을 측정하였다.
• 통계적 분석에서 유도된 불확도를 포함하여 대기 중 질소를 기준으로 델타 표기법을 사용하여 동위원소 농도를 계산하였다.
• 이전에 아미노산 고분자가 검출된 바가 있으므로, 800–1200 Da 질량 범위에서 고분자 아미드와 일치하는 분자 이온을 분석하였다.
• 관측된 1:2의 C₂:CN 이온 강도 비율은 -CCN- 사슬의 이론적 분해와 일치하므로, 구조적 할당을 뒷받침한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Allende 및 Acfer 086 우주선에서 관측된 15N 농축의 원인인 분자 운반체는 무엇인가?
• RQ2 유기 상에서 질소의 동위원소 서명을 충분한 정밀도로 측정하여 분자 구조를 추론할 수 있는가?
• RQ3 관측된 C₂⁻ 대 CN⁻ 이온 강도 비율은 유기 매트릭스 내 고분자 아미드 구조를 지지하는가?
• RQ4 고분자 아미드는 CV3 흑색우주선에서의 총 15N 수용 유기물에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 이 우주선에서의 15N 농축은 고분자 아미드 프레임워크 내에서 간성 또는 전태양 과정에 의해 형성된 것과 일치하는가?

주요 결과

• Allende의 델타 15N 값은 410 ± 220‰이며, 질소 동위원소 농축이 뚜렷하다는 것을 나타낸다.
• Acfer 086의 델타 15N 값은 1,015 ± 220‰이며, Allende보다도 더 높은 15N 농축을 보여준다.
• C₂⁻ 및 CN⁻ 이온 간 일관된 1:2 강도 비율이 관측되어 -CCN- 고분자 아미드 배경을 지지한다.
• 800–1200 Da 분자 범위에서의 15N 운반체로 고분자 아미드의 존재가 유추된다.
• 동위원소 데이터와 이온 분해 패턴은 유기물의 기원이 전태양 또는 간성일 것임을 일관되게 지지한다.
• 이 연구는 고분자 아미드가 이러한 CV3 우주선에서 15N 수용 유기물의 주요 부분을 차지하고 있다고 결론내린다.