Outils d’acquisition et d’analyse des spectres de masse

Plusieurs outils informatiques ont été conçus pour répondre aux besoins spécifiques du traitement de données COSIMA. Cette plateforme est accessible pour les membres de l’équipe COSIMA et porte le nom de pipeline COSIMA. Trois de ces outils ont été utilisés dans le cadre de cette thèse : la calibration et la somme des spectres de masse, et l’ajustement des pics. Ces outils ont été développés par J. Paquette et O. Stenzel (MPS).

3.7.1.1 Calibration et somme des spectres de masse

Les données délivrées par l’instrument COSIMA nécessitent en premier lieu une conversion du temps de vol des ions secondaires positifs et négatifs en un rapport m/z. La calibration des spectres de masse d’ions secondaires positifs peut être effectuée à l’aide de certains ions particuliers, tels que 1

H+, 12C+, Si(CH3)3+, 115In+ et 197Au+, qui sont présents dans la plupart des spectres de masse mesurés et dont le

temps de vol est à peu près connu. Les calibrations des spectres de masse du modèle de vol et du modèle de référence sont effectuées via la pipeline COSIMA. La somme de spectres de masse sélectionnés – de deux à plus de cinq cents – est réalisable une fois les spectres de masse calibrés. Ces sommes s’avèrent indispensables dans la recherche d’éléments dont l’intensité est faible. Par exemple, dans le cas du chrome 52Cr+ (m/z = 51,94), le pic est identifié de manière univoque lorsque plusieurs dizaine de spectres de masse cométaires sont additionnés.

3.7.1.2 Ajustement et intégration des pics

L’ajustement des pics est particulièrement nécessaire lorsqu’une quantification est recherchée. L’outil « Peak Fit » disponible sur la pipeline COSIMA utilise un algorithme Levenberg – Marquardt (Denis and Schabel 1996) pour ajuster un pic par une gaussienne dans un intervalle m/z donné. Entre une et quatre gaussiennes peuvent être ajustées sur un pic ou un ensemble de pic qui se juxtaposent, la forme du ou des pic(s) est également modifiable. La sélection du nombre de gaussiennes était déterminée au cas par cas. Le résultat final est un nombre de coup correspondant à l’intégral du pic ajusté.

3.7.2 Logiciel de corrélation

La recherche de corrélation entre certains pics au sein des spectres de masse d’ions secondaires, positifs et négatifs, s’est avérée utile. Les particules analysées par le modèle de vol produisent des spectres de masse, dont le signal consiste souvent en un mélange de deux composantes, l’une est cométaire, et l’autre résulte de la cible sur laquelle les particules ont été collectées, telles que le PDMS et l’indium. Un outil corrélant des pics en fonction du rapport m/z ou à un temps de vol donné présente trois avantages :

 Une indication concernant l’appartenance des pics à la composante cométaire. Certains ions, présents dans les spectres de masse d’ions positifs des particules analysées, ont une origine cométaire connue. C’est le cas de 56

Fe+ (m/z = 55,93) et de 24Mg+ (m/z = 23,99) qui sont absents de la contamination des cibles de noir d’or. Ainsi, les pics corrélés à ces éléments peuvent également posséder une origine cométaire. Inversement, il est aussi possible de chercher les pics anti-corrélés à un ion provenant de la contamination, tel que le fragment de PDMS Si(CH3)3+ (m/z = 73,05).

110  Une indication sur la nature de la composition des particules cométaires. Lorsque certains pics du spectre de masse sont définis comme ayant une origine cométaire, l’outil de corrélation peut rechercher d’éventuels liens entre ces ions. C’est le cas des ions inorganiques cométaires constituant les minéraux. La corrélation de certains éléments spécifiques peut permettre d’affiner leur composition et donc leur nature minéralogique.

 Une indication sur la présence de motifs répétitifs. La présence de polymère est recherchée au sein des particules cométaires, c’est le cas du polyoxyméthylène, ou POM. Les polymères sont constitués de motifs monomères répétés. Le monomère a une masse bien définie, dont la répétition de cet écart en masse au sein du spectre peut être mise en lumière grâce à un outil de corrélation.

Le logiciel de corrélation a été développé sous Labview par N. Fray (LISA), il détermine le coefficient de corrélation linéaire r entre deux masses données. Lorsque ce coefficient est compris entre 0,5 < r < 1,0 les deux masses sont fortement corrélées, et inversement entre -1,0 < r < -0,5 fortement

anti-corrélées.

3.8 Conclusion

L’un des objectifs de l’instrument COSIMA est de caractériser et quantifier la composition chimique des particules de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Au cours de la mission Rosetta, COSIMA a analysé de nombreuses particules cométaires. La méthodologie de traitement des spectres de masse d’ions secondaires positifs a été appliquée aux particules cométaires analysées.

La caractérisation du signal de la composante organique cométaire s’est appuyée sur un travail de calibration. Ces travaux ont été réalisés sur les instruments de référence (RM) et de laboratoire (OM) de COSIMA.

Le chapitre suivant présentera les spectres de masse de référence des échantillons utilisés au cours de ces travaux de thèse. Ces composés comprennent des molécules organiques pures, des minéraux et des analogues de la matière organique cométaire. Ces derniers inclus des échantillons extraterrestres, tels que des météorites carbonées, une micrométéorite ultracarbonée et de la matière organique insoluble extraite de météorite. Un analogue de la matière organique cométaire synthétisé en laboratoire par des réactions type Fischer-Tropsch a également été étudié.

111