המחברים מודים לד&quot;ר ווס גורדון (ECBC) לתמיכה בעיצוב מכשיר. עבודה זו מייצגת את התוצאות המצטברות משתי תוכניות מחקר מומנו על ידי אריק לוינשטיין ומיכאל רוברטס (איום ביטחון הפחתת סוכנות) תחת CA08MSB317 תכנית. ניתן להשיג הדוחות הטכניים צוטטו במסמך זה <a href="http://www.dtic.mil">בhttp://www.dtic.mil.</a>

1 מצעי צבע מצב לאיכות הסביבה הרצויה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מראש את החדר הסביבתי למצע אוויר לטמפרטורה שנקבעה ולחות היחסית (20 מעלות צלזיוס, 50%). ודא שתנאי המצע נשמרים באופן עקבי מאז שתי טמפרטורה ותכולת מים יכולים להשפיע באופן משמעותי שיעורי ספיגה לחומרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל 0.32 ס&quot;מ עובי, דיסקי רדיוס 5.08 סנטימטר נירוסטה עם שטח פנים של 20.25 2 סנטימטר עם שכבה של צבע (מערכת MIL-DTL-53039, ממס מסיס (SD) אליפטי פוליאוריטן ציפוי 6) עם סך הכל עובי ציפוי ( פריימר ומעיל עליון) של כ 100 מיקרומטר. מניחים את מצעים (עם מספר רצוי של משכפל) על מגשי נירוסטה עם משטח הבדיקה להיחשף לסוכן כימי יפנה כלפי מעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כסה מצעים עם צלחות פטרי. מניחים את המגשים המכילים את מצעי המבחן לתוך התא הסביבתי לפחות 60 מילn אבל באופן אידיאלי O / N, אם אפשר. </li></ol> .2 זיהום של מצעים מותנים מראש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ציוד דון מגן אישי כגון חלוק מעבדה, משקפיים בטיחות, וכפפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: השג את המזהמים הכימיים מאחסון קר ולאפשר בקבוקון מיכל עיקרי לאזן לRT. הכימיקלים המשמשים בפרוטוקול זה הם כימית סוכן רגיל אנליטית עיון חומר (CASARM, טוהר 98.0%) HD כיתה וCASARM (89.0% טוהר גבוה) ציון VX (שניהם שלב נוזלי). לקבל מידע טוהר משתי כרומטוגרפיה תהודה או גז / ספקטרוסקופית מסה מגנטית גרעינית מנתח ולשמור על קובץ. הערה: זהירות: הטיפול בחומרי לחימה כימיים צריכה להתבצע רק על ידי אדם מיומן במסגרת שאושרה באמצעות אמצעי בטיחות, ביטחון, וערבות ישימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: התאם את כלי משלוח הסוכן עם קצה פיפטה ולהגדיר את הכלי כדי לספק טיפה של סוכן (לדוגמא, μl 1). Uncapבקבוקון מזהם, ולמקם את הכובע על פני השטח מכסה המנוע, אשכולות פונים כלפי מעלה. להרים את פיפטה, ולהוריד את הקצה לפתרון הזיהום לאט. טען את כלי משלוח הסוכן עם סוכן בהתאם להוראות היצרן. מניח בעדינות את פיפטה הועמסה על משטח עבודה למכסה המנוע, ולסכם את הבקבוקון המזהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: לזהם את מצעי המבחן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המגשים המכילים את מצעי מבחן מהתא הסביבתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את צלחות פטרי ממצעי המבחן, ולהגדיר על פני השטח מכסה המנוע. באופן דיגיטלי לצלם כל מצע בדיקה כדי להקליט את המראה של כל מצע לפני הזיהום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרים את פיפטה הטעונה ולספק טיפה אחת (לדוגמא, μl 1) של סוכן על גבי מצע המבחן הראשון. כסה את החומר המזוהם בצלחת פטרי קלקר כדי למזער אידוי ואילו זיהום מצעים נוספים. חזור על פעולה עבור כל אחד מצע; טען מחדש את קצה פיפטה (STEP 2.3) במידת הצורך. הערה: איסוף דגימות אישור פיפטה לפני ואחרי המינון של מצעים לניתוח באמצעות כרומטוגרפיה כדי לאשר משלוח המוני מזהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את צלחות פטרי ממצעי הבדיקה ולהגדיר על פני השטח מכסה המנוע. באופן דיגיטלי לצלם כל מצע בדיקה כדי להקליט את האינטראקציות מזהמים-חומר הראשונית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כסה מצעי בדיקה עם צלחות פטרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המגש של מצעים בחזרה לתוך התא הסביבתי. </li></ol></li></ol> תקופת הזדקנות אינטראקציה .3 מזהם-חומר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הזדקנות הדגימות, לפרוק תא ניסוי ואקום גבוה הנירוסטה כדי להכין אותו לשימוש בסעיף 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר מצעים המזוהמים לגיל בחדר הסביבתי לזמן שצוין, אשר יכול להיות מגוון המבוסס על הדינמיקה הכימית של חומר ההסביבה אינטראקציה (לדוגמא, 60 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר מצעים מenvironmקאמרי ental ומניחים על משטח העבודה של מכסה המנוע. הסר את צלחות פטרי ממצעי המבחן ודיגיטליים לצלם כל מצע כדי להקליט את האינטראקציות מזהמים-חומר הודעה ההזדקנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פעמיים להכיל את דגימות בדיקה (למשל, מיכלים אטומים מרובים) ולהעביר למכסה המנוע עובד עם תא ואקום גבוה. </li></ol> .4 אבק גבוה מדידת החמקן פליטה קאמרית תא הוואקום הגבוה הוא כלי נפח קטן נשאב על ידי משאבה טורבו מולקולרית גרירה ומשאבת גיבוי סרעפת (איור 2). ספקטרומטר מסת quadrupole הוא רכוב על יציאה באופן ישיר בפני בעל מצע בטמפרטורה מבוקרת ומשמש למדידת התפתחות גז בזמן אמת ממצעים מזוהמים בתנאי ואקום גבוהים. פרטים נוספים על מפרט תא הוואקום וחומרים כלולים בהתייחסות 4. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שהחדר פרק כראוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות: Unpackage הדגימות מוכנות בסעיף 3, ולהסיר צלחת פטרי ממצעי המבחן. מניחים מצע מבחן אחד לכל בעל מצע בטמפרטורה מבוקרת באמצעות פינצטה נירוסטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום את תא הוואקום ולהתחיל רצף המשאבה למטה. לבצע שלב זה באופן שהתא הוא ואקום בזמן גיל שצוין (לדוגמא, 60 דקות) ביחס לכאשר המצע היה מזוהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל בהקלטת ערוצי בר המוניים שנבחרו כפונקציה של זמן (מדידה ישירה של שטף מסה) מזוהות עם מסה מסוימת לערכי תשלום יחידה (m / z). למדוד מיני גז רקע ספציפיים, בנוסף לברי המסה העיקריים מהמולקולות של עניין (VX: מ &#39;/ z = 114; HD: מ&#39; / z = 109) בזמן אמת ב&lt; הרץ 0.25 עד הלחץ חלקי הזיהום יורד מתחת מגבלות זיהוי של ספקטרומטר המסה (10-8 Pa). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את עקומות פליטה למשך הפליטה של ​​מזהמים מהמצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעצור את הקלטת עקומות פליטה עם ספקטרומטר מסת פעם אחת השטף ההמוני המזהם ירד ל בסיס הלחץ קאמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent תא ואקום הגבוה ללחץ אטמוספרי. </li></ol> .5 לאחר טיפול הערכה לזיהום סך נותרים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את המכשיר קאמרי פליטת אדי ואקום הגבוה (HVVEC) ולהסיר את המצע מהתא באמצעות פינצטה נירוסטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המצע לתוך צנצנת זכוכית חילוץ ולהוסיף 20 מ&quot;ל של מיצוי בממסים לצנצנת (למשל, באלכוהול הרפואי: VX; כלורופורם: HD). מכסה את הצנצנת ולערבל את הצנצנת שלוש פעמים. השאר את המצע בממס החילוץ ל60 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לערבל את הצנצנת שלוש פעמים שוב ואז מסיר את הפקק מעל הצנצנת. בעזרת פיפטה נקייה, חד פעמית, זכוכית, להעביר כ 1 עד 2 מ&quot;ל של ממס חילוץ לבקבוקון אנליטיים לניתוח באמצעות גז או נוזלכרומטוגרפיה 7 למדוד את מסת המזהם שמורה בידי מצעים. </li></ol> .6 ניתוח נתונים ודוגמנות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המרת נתונים המוני גלם ספקטרומטריית (לחץ חלקי נגזר מיון הנוכחי נמדד) לשטף המוני מהמצע. השתמש בשילוב של נוסחת הרץ-קנודסן להמרת לחץ חלקי של מיני גז שאותרו לשטף אדי תקרית בגלאי וכולל גורם קנה מידה שמסביר את האזור המזוהם על פני המצע מאירוע הזיהום המקורי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשיטות הפוכות (למשל, אלגוריתם לבנברג-Marquardt) כדי לקבוע את ערכי ריכוז הרוויה ודיפוזיה קבועים (פרמטרים תחבורה המוניים מפתח) למזהם באמצעות ציפוי הצבע. השווה את השטף בניסוי נקבע אדים לשטף אדים ניבא (פתרון אנליטי לחוק השני של Fick עם תנאי שפה מתאימים מיושמות (ראה משוואה 4 מהתייחסות 4)). </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפרמטרי התחבורה ההמוניים לחזות את פרופילי ריכוז למערכת המזהם מהותית. </li></ol>

<ol>
	<li>Willis, M. P., Mantooth, B. A., Lalain, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Methodology+for+the+Estimation+of+Chemical+Warfare+Agent+Mass+Transport+Dynamics,+Part+II:+Absorption.">Novel Methodology for the Estimation of Chemical Warfare Agent Mass Transport Dynamics, Part II: Absorption.</a> J. Phys. Chem. C. 116, 546-554 (2011).</li><li>Felder, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+Gas+Transport-Coefficients+from+Differential+Permeation,+Integral+Permeation,+and+Sorption+Rate+Data.">Estimation of Gas Transport-Coefficients from Differential Permeation, Integral Permeation, and Sorption Rate Data.</a> J. Membr. Sci. 3, 15-27 (1978).</li><li>Taviera, P., Mendes, A., Costa, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Determination+of+Diffusivity+and+Sorption+Coefficients+Using+Different+Time-lag+Models.">On the Determination of Diffusivity and Sorption Coefficients Using Different Time-lag Models.</a> J. Membr. Sci. 221, 123-133 (2003).</li><li>Willis, M. P., Gordon, W. O., Lalain, T. A., Mantooth, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Chemical+Agent+Transport+in+Paints.">Characterization of Chemical Agent Transport in Paints.</a> J. Hazard Mater. 260, 907-913 (2013).</li><li>Lalain, T., Mantooth, B., Shue, M., Pusey, S., Wylie, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Chemical Contaminant and Decontaminant Test Methodology Source Document. Second Edition. Report No. ECBC-TR-980. , (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> MIL-DTL-53039B: Coating Aliphatic Polyurethane, Single Component, Chemical Agent Resistant. , (2005).</li><li>Shue, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low-Level Analytical Methodology Updates to Support Decontaminant Performance Evaluations. Report No. ECBC-TR-883. , (2011).</li><li>Schwope, A. D., Klein, J. M., Sidman, K. R., Reid, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sorption-Desorption+Phenomena+of+Chemicals+from+Polymer+(Paint)+Films.">Sorption-Desorption Phenomena of Chemicals from Polymer (Paint) Films.</a> J. Hazard. Mater. 13, 353-367 (1986).</li><li>Li, F., Niu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+Volatile+Organic+Compounds+Indoors+-+Development+of+an+Integrated+Mass-Transfer-Based+Model+and+Its+Application.">Control of Volatile Organic Compounds Indoors - Development of an Integrated Mass-Transfer-Based Model and Its Application.</a> Atmos. Environ. 41, 2344-2354 (2007).</li><li>Li, F., Niu, J., Zhang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Physically-Based+Model+for+Prediction+of+VOCs+Emissions+from+Paint+Applied+to+an+Absorptive+Substrate.">A Physically-Based Model for Prediction of VOCs Emissions from Paint Applied to an Absorptive Substrate.</a> Build. Environ. 41, 1317-1325 (2006).</li><li>Li, F., Niu, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Estimation+of+VOCs+Diffusion+and+Partition+Coefficients+in+Building+Materials+via+Inverse+Analysis.">Simultaneous Estimation of VOCs Diffusion and Partition Coefficients in Building Materials via Inverse Analysis.</a> Build. Environ. 40, 1366-1374 (2005).</li><li>Li, F., Niu, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Inverse+Technique+to+Determine+Volatile+Organic+Compounds+Diffusion+and+Partition+Coefficients+in+Dry+Building+Material.">An Inverse Technique to Determine Volatile Organic Compounds Diffusion and Partition Coefficients in Dry Building Material.</a> Heat and Mass Transfer. 41, 834-842 (2005).</li><li>Li, F., Niu, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Inverse+Approach+for+Estimating+the+Initial+Distribution+of+Volatile+Organic+Compounds+in+Dry+Building+Material.">An Inverse Approach for Estimating the Initial Distribution of Volatile Organic Compounds in Dry Building Material.</a> Atmos. Environ. 39, 1447-1455 (2005).</li><li>Vesely, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+Liquids+in+Polymers.">Diffusion of Liquids in Polymers.</a> Int. Mater. Rev. 53, 299-315 (2008).</li><li>Goossens, E. L. J., van der Zanden, A. J. J., Wijen, H. L. M., van der Spoel, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Measurement+of+the+Diffusion+Coefficient+of+Water+in+Paints+and+Polymers+from+Their+Swelling+by+Using+an+Interferometric+Technique.">The Measurement of the Diffusion Coefficient of Water in Paints and Polymers from Their Swelling by Using an Interferometric Technique.</a> Prog. Org. Coat. 48, 112-117 (2003).</li><li>Arya, R. K., Vinjamur, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Concentration+Profiles+Using+Confocal+Raman+Spectroscopy+in+Multicomponent+Polymeric+Coatings-Model+Validation.">Measurement of Concentration Profiles Using Confocal Raman Spectroscopy in Multicomponent Polymeric Coatings-Model Validation.</a> J. Appl. Polym. Sci. 128, 3906-3918 (2013).</li></ol>

יש לי המחברים אין לחשוף.

פרמטרים תחבורה המוניים לHD וVX בצבע נקבעו באמצעות הניתוח ההפוך המספרי של נתוני פליטת אדים. עם פרמטרים מחושבים, אפשר היה אז כדי לייצר מפות מפל ריכוזים תלויי זמן להפצת זיהום בציפוי הצבע. תוצאות הניתוח ההפוכה הוכיחו כי המסיסות של HD בצבע SD הייתה גבוהה יותר מאשר VX, אבל diffusivity היה כ 5x נמוך יותר. מהתוצאות עולות כי זיהום HD היה מרוכז מאוד על פני השטח של הציפוי, ואילו פרופיל זיהום VX חדר דרך ציפוי צבע SD. לכן, דרישות טיהור לצבע SD תהיינה שונות המבוססות על המזהמים הכימיים. יישומים של שיטה זו מספקים הבנה בסיסית של קליטת מזהמים לחומרים וסופו של דבר, כלי ניבוי לאפיין את התנגדות הזיהום של חומרים. למרות שהעבודה מוצגת here הראה הבטחה, יש מספר רב של גורמים שצריכים להתחשב במערכות כמו אלה שמהותו מכילות הרבה אינטראקציות סבוכות. להרחיב את הגישה הזאת לעוד יותר מזהם מהותי מערכות לתנאים סביבתיים שונים ידרוש הערכה מתמשכת של השפעות על מדידות שטף המוניות. השפעות אלה כוללות desorption של מינים רבים מהתפזורת, מלבד analytes של ריבית כרמז באיור 3, אשר עשוי או לא עשוי לשנות את הדינמיקה ההמונית תחבורה ביחס לתנאים סביבתיים אחרים. לדוגמא, סביבת מדידת הוואקום עלולה לגרום לשינוי בהרכב ספג והתוכן (לדוגמא, מים וממסים אורגניים אחרים הקשורים לצבע) בהשוואה לתנאי לחץ סביבתיים שיכול בתורו לשנות את פרופיל האבולוציה המזהם. יישום של הטכניקה למערכות כימיות מתמשכות ביותר הדורשות טווח דינמי גדול יותר לpressu החלקימחדש מדידות עשויות לדרוש הערכה של רגישות מכשיר בכל הקשור ליחסים בין לחץ קאמרי ויון נוכחי נמדד. לעומת זאת, יישום של הטכניקה למינים כימיים נדיפים או תגובתי עשוי לדרוש שיקול זהיר של הזמן בין פינוי חדר ואיסוף נתונים (שלבים 4.3 ו4.4) כדי להבטיח נתונים שטף המוני קיימא. לבסוף, ייתכן שיש מנגנונים אחרים 14-16 ששולטים תחבורה המונית, כגון תחבורה נקבובית ודיפוזיה ההדדית או הצורך לתת דין וחשבון לטבע רב שכבתי של ציפויי צבע כמו פריימר ושכבות מעיל העליונים. כל השפעות אפשריות אלה בכל הקשור לאפיון מזהם כיום חלק ממחקרים מתמשכים.

מנגנוני התחבורה המונית הקשורים לזיהום של חומרים על ידי חומרי לחימה כימיים מונעים על ידי מגוון רחב של תהליכים ומפותלים כולל מעברים פיזיים מדינה, אינטראקציות כימיות בין מינים ניידים, וממשקי חומרים. לפתח טכנולוגיות יעילות טיהור, נהלי טיהור מותאמים, ומודלי חיזוי, הוא חיוני, כי תהליך הזיהום מובן היטב, כולל התחבורה של מזהמים לחומרים באמצעות קליטה והפליטה הכימית שלאחר מכן בחזרה לסביבה. כתוצאה מכך, קיים הכרח כי גישות מפותחות שיכול להעריך את פרופילי ריכוז מתחת לפני הקרקע לזוגות מזהמים-חומר כפונקציה של תנאי סביבה. בקנה מידת רצף, מודל פיסיקה מבוססת פותחה כדי לחזות את התפלגות הריכוז של סוכן שקוע במצע מזוהם. פרמטרים תחבורה המוניים נגזרו באופן ניסיוני יאפשר החיזוי של tהוא אדי פליטה מתפקיד חומר החיטוי המזוהם. יכולת לחזות את חלוקת הריכוז בחומר יכולה להקל על הערכת סיכונים פוטנציאליים ואדים, בתורו, מאפשרת אבחון מדויק של מפגעי טוקסיקולוגי 1. גישה זו מאפשרת להערכת פרמטרים מזהמים מהותי זוג ספציפיים תחבורה המונית כגון ריכוז diffusivity ורוויה שבדוגמנות היתר תור לתרחישים ומצבים אחרים. במחקר זה, טפלנו בזיהום השלב הנוזלי של פיזור ממס, ציפויי צבע פוליאוריטן עם bis חומרי לחימה כימית (2-chloroethyl) גופרי (חרדל מזוקק, סוכן שלפוחית ​​HD) וO -ethyl S - [2 (diisopropylamino) methylphosphonothioate אתיל] (VX), גז עצבים organophosphate. המתודולוגיה שפותחה מאפיינת פרופילי desorption גז מחומרים מזוהמים, כוללים חומרי לחימה כימית כמו HD וVX, ללארב של ההגבלות שתקשינה על גישות אחרות 2,3. מדידות ספקטרומטריית מסת זמן נפתרה אבולוציה מזהם ממצעים מזוהמים לאפשר למודל תחבורה diffusive עם ניתוח הפוך לחישוב פרמטרים תחבורה המוניים לזיהום בחומר, כוללים פרופיל הריכוז נספג לזיהום החל מאירוע החלחול המקורי. עם הקמתה של יכולת ניבוי להתוויית פרופילי ריכוז של מזהמים בחומרים כפונקציה של תנאי סביבה מגיעה היכולת להעריך סיכוני טוקסיקולוגי וסופו של דבר לפתח מסלולים לטיהור יעילה. במאמר זה, את הפרטים הקשורים בהכנת מדגם מוצגים, לרבות עבודה עם מזהמי חומר לחימה כימית, כמו גם אוסף נתונים ניסיוני מחומרים מזוהמים ודוגמנות שלאחר מכן 4. ריצות ניסוי נערכו כיורדותribed במסמך המזהם הכימי ומקור decontaminant 5 ויידון בסעיף הבא. תרשים זרימה לשלבי הכנת מדגם וניתוח שבנכלל באיור 1.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="646">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Name of Material/Equipment</td>
			<td style="width:101px;">Company</td>
			<td style="width:97px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:245px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:203px;">Stainless Steel Tray</td>
			<td style="width:101px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:97px;">4189T1</td>
			<td style="width:245px;">13-5/8&#34; L x 9-3/4&#34; W, http://www.mcmaster.com/#stainless-steel-trays/=p8dcgp</td>
		</tr>
		<tr height="67">
			<td height="67" style="height:67px;width:203px;">MIL-DTL-53039 solvent-dispersible aliphatic polyurethane coating system</td>
			<td style="width:101px;"></td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:245px;">Substrates supplied by internal source</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:203px;">Environmental Chamber</td>
			<td style="width:101px;"></td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:245px;">Custom Design. Full details on vacuum chamber specifications and materials included in reference 4.</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;width:203px;">bis(2-chloroethyl) sulfide</td>
			<td style="width:101px;">CASARM</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:245px;">TOXIC</td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:203px;">O-ethyl S-[2-(diisopropylamino)ethyl] methylphosphonothioate</td>
			<td style="width:101px;">CASARM</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:245px;">TOXIC</td>
		</tr>
		<tr height="49">
			<td height="49" style="height:49px;width:203px;">Pipetter</td>
			<td style="width:101px;">Fisher Scientific</td>
			<td>22260201</td>
			<td style="width:245px;">Range of 1.0 &#181;L to 10 mL</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Pipetter Tips</td>
			<td style="width:101px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:97px;">13-683-709</td>
			<td style="width:245px;">0.1 mL Volume</td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:203px;">Stainless Steel High Vacuum Experimental Chamber</td>
			<td style="width:101px;"></td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:245px;">Custom Design</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Quadrupole Mass Spectrometer</td>
			<td style="width:101px;">ExTorr</td>
			<td style="width:97px;">RGA300</td>
			<td style="width:245px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:203px;">Stainless Steel Tweezers</td>
			<td style="width:101px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:97px;">5516A15</td>
			<td style="width:245px;">Any stainless steel tweezers are appropriate.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:203px;">Glass Extraction Jar</td>
			<td style="width:101px;">Scientific Specialties</td>
			<td style="width:97px;">170808</td>
			<td style="width:245px;">Jar fits a ~5 cm diameter substrate.&#160; Different glass jars with teflon lined lids are appropriate for different sized substrates.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:203px;">Chloroform</td>
			<td style="width:101px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:97px;">650498</td>
			<td style="width:245px;">HARMFUL.&#160; The extraction solvent for HD may change depending on the analytical method.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:203px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:101px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:97px;">650447</td>
			<td style="width:245px;">HARMFUL.&#160; The extraction solvent for VX may change depending on the analytical method.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:203px;">Pasteur Pipette</td>
			<td style="width:101px;">VWR</td>
			<td style="width:97px;">14673-010</td>
			<td style="width:245px;">size= 5 3/4&#34;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints

היכולת לאפיין תחבורה כימית ואינטראקציות המתרחשות בתוך חומר ישירות (כלומר, דינמיקה מתחת לפני הקרקע) היא מרכיב חיוני בהבנת תחבורה המונית מזהם והיכולת לטהר חומרים. אם חומר מזוהם, לאורך זמן, הובלת כימיקלים רעילים ביותר (כגון מיני חומר לחימה כימית) מהחומר יכולה לגרום לחשיפת אדים או להעביר לעור, אשר יכול לגרום לחשיפת מלעורית לאנשים שאינטראקציה עם חומר. בשל הרעילות הגבוהה של חומרי לחימה כימיים, השחרור של כמויות כימיות עקבות הוא דאגה משמעותית. מאפייני הפצת ריכוז מתחת לפני הקרקע מיפוי והובלה של סוכנים נספגו מאפשרים סכנות חשיפה להיות מוערכות בתנאים שלא נבדקו. יתר על כן, ניתן להשתמש בכלים אלה כדי לאפיין את דינמיקת תגובה מתחת לפני הקרקע כדי לתכנן סופו של דבר decontaminants השתפר או נהלי טיהור. To להשיג מטרה זו, גישת דוגמנות תחבורה המוני ניתוח הפוכה פותחה אשר מנצלת מדידות ספקטרוסקופיה המונית זמן נפתרו של פליטת אדים מציפוי צבע מזוהם כפרמטר הקלט לחישוב פרופילי ריכוז מתחת לפני הקרקע. פרטים מסופקים על הכנת מדגם, כוללים זיהום וטיפול בחומר, היישום של ספקטרומטריית מסה למדידת אדים מזהמים נפלטים, והיישום של ניתוח הפוך תוך שימוש במודל דיפוזיה פיסיקה מבוססת כדי לקבוע מאפייני הובלה של חומרי לחימה כימית בשידור חי לרבות מים מזוקקים חרדל (HD) וגז העצבים VX.

הפנל העליון של דוגמאות איור 3 מציג את השטף מחושב ההמוני של VX ו HD ממצעים מצויר SD מבוסס על ספקטרומטריית מסת הזמן נפתרו לברי המסה העיקריים של VX ו HD (מסה ​​לתשלום יחס, מ &#39;/ z = 114 ו109, בהתאמה). יש ספקטרומטר מסת quadrupole שלושה מרכיבים עיקריים: ionizer, מנתח המוני או מסנן, וגלאי תשלום. מיני גז מיוננים באמצעות יינון השפעת האלקטרונים (מקור אלקטרונים חם נימה סגנון), והיונים מיוצרים מוזרקים לתוך מסנן המוני quadrupolar בדרך להגעה לגלאי כוס או מכפיל האלקטרונים פאראדיי למדידת יון נוכחי (פרופורציונאלי ללחץ חלקי של גזים שנמדדו ). למכשיר המשמש בשיטה זו, ionizer היה ממוקם ב, קרבת קו ראייה אל פני השטח המצע קרוב (&lt;סנטימטר 3.5) כך שמינים הנפלטים ממצע מזוהם (זווית פליטה הגיעה לשיא של נורמלי מצע) התגלו באופן מועדף ופסאודו באופן מיידי. היונים המרכיבים את היון הנוכחי בגלאם הצטרף לברי מסה (m) עם מדינת יינון ספציפי (z), הנובע מתהליך יינון השפעת האלקטרונים באמצעות סטנדרטים עצמאיים המוניים ספקטרומטריית ומסדי נתונים (לדוגמא, ספקטרום המוני NIST מסד הנתונים). השפע היחסי של יונים מסוימים שנוצרו באירוע יינון השפעת אלקטרונים הוא מולקולה ספציפית, וזהירות רבה נדרשת בהקצאת חתימה ספקטראלית המונית במיוחד עבור מולקולות גדולות יותר, כמו VX וHD, אשר רק לעתים רחוקות עוברות אירועי יינון או פיצול יחידים. לפני ניסויי זמן נפתרו בוצעו, ספקטרום מסה מלא לתנאי הכנת מצע מקביל נרשם כדי לאמת את הנוכחות ושפע יחסי של פסגות מ &#39;/ z הספציפיות למינים שהוכנסו לתא הניתוח. אימות זה כלל המאשר כי עוצמת בר המסה העיקרית הצפוי לtהוא אנליטי של עניין לא היה ומפותל עם תרומות ממינים אחרים במערכת. מדידות הזמן נפתרו בניסויים הבאים אז נרשמו העצמה של פסגות מ &#39;/ z ספציפיים כפונקציה של הזמן קשור עם analytes של עניין. נתוני ספקטרומטריית מסת גלם הם בצורה של לחצים חלקיים של גזים כפי שנמדדו בionizer של ספקטרומטר. במחקר זה, ערכי לחץ חלקיים עבור HD הראשוני ושברי VX משמשים לחישובי השטף מבוססים על תקן חתך יינון חנקן ללא תיקון ליעילות פיצול מולקולה ספציפית אפשרית. כמפורט בפרוטוקול, שלב 6.1, מדידות לחץ חלקיות אלה בגלאי מומרות תחילה לשטף המוני באמצעות נוסחת הרץ-קנודסן המתייחסת: <img alt="משוואת 1" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51825/51825eq1.jpg" /> Equation 1 בי det N, i, הוא שטף אירוע מולקולרי, אני P, נמדד לחץ חלקי (Pa), מ &#39;היא המסה המולקולרית של המינים (ז / מולקולה), k הוא קבוע בולצמן (J / K), וT הוא טמפרטורת החדר (K). לאחר מכן, על מנת לקבוע את השטף מהמשטח המזוהם, ג N, שטף המסה נמדד בגלאי, det N, i, היא מכפלה של היחס של שטח גלאי ספקטרומטר מסה (אזור חתך רוחב של מקביל גלאי ל מזוהם משטח) לאזור של זיהום על פני השטח: <img alt="משוואה 2" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51825/51825eq2.jpg" /> משוואה 2 בי Det הוא האזור של גלאי וג הוא האזור המזוהם עלהמצע. הנתונים שמוצגים בפנל העליון של איור 3 התמקדות במשטר הזמן הקשורים בתחבורה ההמונית diffusive למינים שמקורם בתת הקרקע של המצע. מדידות לפני ספקטרומטריית מסה הוכיחו כי שני טיפות HD VX ולא נשארו נייחים על SD-הצבע עם נוזל בכמות גדולה שיורית על המצע לפני כניסתה לואקום; האזור המזוהם הסופי הממוצע לVX וHD היה 2.6 ± 0.1 ו5.9 ± 0.6 2 סנטימטר, בהתאמה. משטר זמן הקדום (&lt;1,000 שניות) נתונים אינם כלולים בחלקות אלה, אשר מושפעים בחלקו על ידי איזון ספקטרומטר מסה לפעולת ionizer בלחצים חלקיים גבוהים יחסית, כמו גם desorption של זיהום נוזל בכמות גדולה, כי הוא לכוד או בחולשה קשורה על פני השטח של המצע. נתונים להפגין משטר מוגבל דיפוזיה שמתחיל בירידה הדרגתית בשיעור שטף המוני והוא המקור של הנתונים המשמשים לאמידת פרמטר של diffuתחבורת sive ממתחת לפני הקרקע של המצע המזוהם. ההגדרה של המעבר במשטרים אושרה על ידי מדידת אידוי של VX ונוזל HD הופקד על מצעי זכוכית בורוסיליקט (חומר בלתי חדיר), שהראה שיעור אידוי קבוע עבור שני VX וHD עד שהנוזלים שהופקדו היה מדולדלים. לצורך המחשת האינטראקציות השונות המרכיבות את המערכת המורכבת תחת מחקר, הפנל התחתון באיור 3 מציג את אותות הרקע נמדדו ממצע צבע מזוהם. שים לב להתפתחות בזמן שאינו מונוטונית כמו גם צירוף מקרים של תכונות על פני פרופילי מינים. כמדידות נרשמות בתנאי ואקום, כל אחד מהמינים שנלכדו במצע הצבע מסוגל לשדר החוצה של הציפוי. תצפית זו ממחישה את האפשרות שהשיעור של שטף מתוך המצע (הפרופורציונלי ללחץ חלקי) מסה יכול להיות מושפע על ידי השפע היחסי של עכברושדואר של דלדול של מינים אחרים בציפוי, כוללים ממסים מים וצבע. הערכת פרמטר בוצעה באמצעות שטף פליטת אדים מוגבל דיפוזיה. הכושר המחושב, שהוא פתרון אנליטי לחוק השני של Fick של דיפוזיה, מאפשר הקביעה של רוויה וקבועה diffusivity לשילובים המזהמים-חומר הספציפי 8. פליטת אדים, ובכלל זה את גודל השטף ההמוני, כמו גם את שיעור שינוי של השטף ההמוני הזמן, מחומר מונעת על ידי הפצת הזיהום ביחס לחומר, כמו גם פרמטרים הקשור להובלה עם הזיהום בחומר 9- 11. אם ההפצה של זיהום ידוע, ולאחר מכן את שטף המזהמים מהחומר ניתן לחזות 1. בניגוד לכך, אם שטף פליטת אדים נמדד (בדומה להליך הניסוי שתואר במסמך זה), הפצת הריכוז במצע וTranspהפרמטרים אורט ניתן לקבוע; טכניקה המכונית גם ניתוח הפוך 12,13. בניסוי זה, ביטוי לשטף אדים מהמצע ניתן לגזור באמצעות פתרון חד ממדי (1D) אנליטיים לחוק השני של Fick לפרופיל הריכוז המזהם בעובי ציפוי סופי, בהנחת תחבורה ההמונית diffusive 4,13. איור 4 ממחיש את תנאי שפה שונות הקשורים להגבלת הפתרון אנליטי לדיפוזיה מולקולרית בעובי ציפוי קליטה סופי. הפרטים מלאים של החישוב מתועדים במקום אחר 4, והתוצאות מסוכמות בטבלה 1. הפרמטרים התחבורה ההמוניים מוערכים ממדידות שטף האדים יושמו כדי לחזות את הפצת זיהום ריכוז והתפתחות בתוך ציפוי צבע SD. תוצאה זו כלולה המייצגת את שדה הריכוז על הickness של הצבע בתחילת דיפוזיה של החומר המזהם אל מחוץ לציפוי הצבע (לאחר אידוי נוזל בכמות גדולה מהשטח). הפנל העליון של איור 5 מדגים תוצאות סימולציה להפצת הריכוז המרחבי תלויה של HD או VX בציפוי צבע SD. למרות שהציפוי נספג מסה גבוהה יותר של HD, כפי שצוין על ידי ריכוז הרוויה גדול יותר מפורט בטבלה 1, שהוא יותר מקומי קרוב לפני השטח של המצע לעומת VX. הפנל התחתון של איור 5 ממחיש את שטף אדים כתוצאה מחומרים המזהמים מהצבעים, אשר יכול להניב סכנות בריאותיות לאנשים בסביבתו של החומר. ההבדלים בתופעות מעבר בין HD ו VX להוכיח כי אינטראקציות מולקולאריים יכולות לשנות את התחבורה של קליטת מולקולות באמצעות מערכות הצבע כדי ליצור הפצות שונות. <img alt = FO &quot;איור 1&quot;: = src תוכן רוחב &quot;5in&quot; = &quot;/ קבצים / ftp_upload / 51,825 / 51825fig1highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; איור 1 הכנת תשתית ותרשים זרימת מדידה הממחישה את שלבים לנפשיים מראש, זיהום, הזדקנות, ומדידת הפליטה הבאה של סוכן ממצעים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51825/51825fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51825/51825fig2highres.jpg" width="500" /> איור 2 סכמטי של תא פליטת אדי ואקום הגבוה. מצעים מועמסים על בעל מצע בטמפרטורה מבוקרת באופן ישיר בפני ספקטרומטר מסת quadrupole. התא יש לחץ בסיס (אין מצע הטעון) של &lt;10-7 אבא ונשאבעל ידי משאבה לגרור מולקולרית טורבו שנתמכת על ידי משאבת גיבוי סרעפת. מצעים הם הציגו עם תא הוואקום פרק, ומדידות של זרימה המונית בספקטרומטר המסה תחלנה ברגע שהמערכת נשאבת במורד &lt;10-2 אבא. קוטר מצע משמש כנקודת התייחסות בקנה מידה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51825/51825fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51825/51825fig3highres.jpg" width="500" /> שטף VX (כחול) ו HD (אדום) מחושב ממצעים המבוססים על מדידה ניסיונית של פליטת אדים ממצעי ציפוי עמיד סוכן הכימי SD מזוהם: איור 3 למעלה. הלחץ החלקי (הנגזר מיון הנוכחי) הנמדד בספקטרומטר המסה של שברים העיקריים לאנליטי נתון (VX<html> : מ &#39;/ z = 114; HD: מ &#39;/ z = 109) יכול להיות קשור ישירות לשטף המסה המקורי מהמצע, בהנחת איתור קו ראייה של מינים הנפלטים מהחומר. הנתונים המוצגים הם למשטר התחבורה ההמוני המוגבל בדיפוזיה רק כאשר בתפזורת, נוזל מזהם הנכנס משטח יש desorbed תחתון:. מדידות לחץ חלקי רקע למיני גז הנפלטים על ידי מצע צבע מזוהם. לצורך המחשת המורכבות של המערכת הנחקרת, הפרופילים מלאים הזמן לפתור כלולים מנקודת איסוף נתונים (כאשר בסך הכל לחץ קאמרי ירד מתחת 10 הראשונית - 2 אבא, השלב המוקדם ביותר שבו ספקטרומטר המסה יכול להקליט ). מפתח הצבע ממחיש ערכים מ &#39;/ z ספציפיים שמתאימים לזיהו מינים שזוהו. עומס / 51,825 / 51825fig4highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; הגדרת איור 4 קליטת diffusive המולקולרית 1D נשלטת על ידי החוק של Fick, כוללים תנאי שפת הגדרת משתנים:. תת C, ריכוז של חומר מזהם במצע; תת C, ישב, ריכוז הרוויה; z, מרחק לאורך העובי של הציפוי הקולט ; D תת, diffusivity של זיהום בציפוי; תת t, עובי של ציפוי הצבע. למודל המתאר את המדידה תחת ואקום להתפתחות זיהום מהמצע, המודל מניח כי בz = 0, לא יהיה ממשק ואקום ציפוי, הנקודה שבה שולטת תחבורה מוגבלת דיפוזיה. הצורה של הפתרון אנליטי לחוק של Fick עם תנאי שפה אלה והשימוש הבא שלה עם חישובי ניתוח הפוכים מפורטות בrefereפליטות 4. <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51825/51825fig5highres.jpg" width="500" /> איור 5 למעלה: מחושב פרופילי ריכוז משטף המוני בניסוי שיקבע ממצעי צבע עבור כל סוכן כפונקציה של עומק ציפוי צבע באמצעות ניתוח הפוך. הפרופילים משקפים את ההתפלגות בנקודה שבי שטף האדים מהחומר המזוהם לבוא אך ורק ממתחת לפני הקרקע והוא נקבע על ידי תחבורה ההמונית diffusive. בסך הכל, במקרה זה, יותר מסת HD נספג ועושה זאת בחלק דק יותר של סרט הצבע בהשוואה לVX. הבדל זה בא לידי ביטוי בערכי מקדם ריכוז הרוויה ודיפוזיה המחושבים תחתון:. פרופילי שטף מחושב אדים המבוססים על פרופילי ריכוז נקודת התחלה בחלק העליון של הדמות. , שטף האדים תלוי הזמן מחושב תואם את expנתונים erimental שמוצגים באיור 3 בכל קשור לניבוי את ההבדל היחסי בהתפתחותו של כל סוכן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51825/51825fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="540" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr height="24"><td height="24" style="height:24px;width:180px;"> סוכן </td><td style="width:180px;"> Diffusivity (מ &#39;2 / ים) </td><td style="width:180px;"> רוויה (ג / מ 3) </td></tr><tr height="24"><td height="24" style="height:24px;width:180px;"> VX </td><td style="width:180px;"> 9.91 ± 0.07 × 10 -14 </td><td style="width:180px;"> 5.32 ± 0.03 × 10 4 </td></tr><tr height="24"><td height="24" style="height:24px;width:180px;"> HD </td><td style="width:180px;"> 2.11 ± 0.04 × 10 &amp;# 8211; 14 </td><td style="width:180px;"> 1.17 ± 0.01 × 10 5 </td></tr></tbody></table> תוצאות טבלת 1 תחבורה המונית הערכת הפרמטר לVX וHD אינטראקציה עם צבע SD. לוח מותאם מהתייחסות 4.

Watch this Scientific Journal Video about An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints at JoVE.com

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

במאמר זה, הליך לכימות הפרמטרים תחבורה ההמוני של כימיקלים בחומרים שונים מוצג. תהליך זה כרוך העסקת מודל דיפוזיה מבוססת הפוך-ניתוח לאדי פרופילי פליטה שנרשמו על ידי בזמן אמת, ספקטרומטריית מסה בואקום גבוה.

גישה הפוכה ניתוח לאפיון כימי תחבורה בצבעים

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

an-inverse-analysis-approach-to-characterization-chemical-transport

Google

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.3K Views.  U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center.  במאמר זה, הליך לכימות הפרמטרים תחבורה ההמוני של כימיקלים בחומרים שונים מוצג. תהליך זה כרוך העסקת מודל דיפוזיה מבוססת הפוך-ניתוח לאדי פרופילי פליטה שנרשמו על ידי בזמן אמת, ספקטרומטריית מסה בואקום גבוה. 

Video: An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

רדיקלים חופשיים בביולוגיה כימית: מהתנהגות כימית לפיתוח סמנים ביולוגיים

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS can be subdivided into three domains: the distal O-polysaccharide, a core oligosaccharide, and the lipid A domain consisting of a lipid A molecular species and 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid residues (Kdo). The lipid A domain is the only component essential for bacterial cell survival. Following its synthesis, lipid A is chemically modified in response to environmental stresses such as pH or temperature, to promote resistance to antibiotic compounds, and to evade recognition by mediators of the host innate immune response. The following protocol details the small- and large-scale isolation of lipid A from gram-negative bacteria. Isolated material is then chemically characterized by thin layer chromatography (TLC) or mass-spectrometry (MS). In addition to matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS, we also describe tandem MS protocols for analyzing lipid A molecular species using electrospray ionization (ESI) coupled to collision induced dissociation (CID) and newly employed ultraviolet photodissociation (UVPD) methods. Our MS protocols allow for unequivocal determination of chemical structure, paramount to characterization of lipid A molecules that contain unique or novel chemical modifications. We also describe the radioisotopic labeling, and subsequent isolation, of lipid A from bacterial cells for analysis by TLC. Relative to MS-based protocols, TLC provides a more economical and rapid characterization method, but cannot be used to unambiguously assign lipid A chemical structures without the use of standards of known chemical structure. Over the last two decades isolation and characterization of lipid A has led to numerous exciting discoveries that have improved our understanding of the physiology of gram-negative bacteria, mechanisms of antibiotic resistance, the human innate immune response, and have provided many new targets in the development of antibacterial compounds.

Isolation and characterization of the lipid A domain of lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria provides insight into cell surface based mechanisms of antibiotic resistance, bacterial survival and fitness, and how chemically diverse lipid A molecular species differentially modulate host innate immune responses.

בידוד ואפיון כימי ליפידים מחיידקים גראם שליליים

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in traditional materials, including low cost and mechanical flexibility. In a similar vein, it would be advantageous to expand the use of organics into high frequency electronics and spin-based electronics. This work presents a synthetic process for the growth of thin films of the room temperature organic ferrimagnet, vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) by low temperature chemical vapor deposition (CVD). The thin film is grown at &#60;60 &#176;C, and can accommodate a wide variety of substrates including, but not limited to, silicon, glass, Teflon and flexible substrates. The conformal deposition is conducive to pre-patterned and three-dimensional structures as well. Additionally this technique can yield films with thicknesses ranging from 30 nm to several microns. Recent progress in optimization of film growth creates a film whose qualities, such as higher Curie temperature (600 K), improved magnetic homogeneity, and narrow ferromagnetic resonance line-width (1.5 G) show promise for a variety of applications in spintronics and microwave electronics.

We present the synthesis of the organic-based ferrimagnet vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) via low temperature chemical vapor deposition (CVD). This optimized recipe yields an increase in Curie temperature from 400 K to over 600 K and a dramatic improvement in magnetic resonance properties.

כימית החמקן הפקדת של מגנט אורגני, ונדיום Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

סינתזה ואפיון של קולואידים מולקולריים

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Glycan Node Analysis: A Bottom-up Approach to Glycomics

Synthesized in a non-template-driven process by enzymes called glycosyltransferases, glycans are key players in various significant intra- and extracellular events. Many pathological conditions, notably cancer, affect gene expression, which can in turn deregulate the relative abundance and activity levels of glycoside hydrolase and glycosyltransferase enzymes. Unique aberrant whole glycans resulting from deregulated glycosyltransferase(s) are often present in trace quantities within complex biofluids, making their detection difficult and sometimes stochastic. However, with proper sample preparation, one of the oldest forms of mass spectrometry (gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) can routinely detect the collection of branch-point and linkage-specific monosaccharides ("glycan nodes") present in complex biofluids. Complementary to traditional top-down glycomics techniques, the approach discussed herein involves the collection and condensation of each constituent glycan node in a sample into a single independent analytical signal, which provides detailed structural and quantitative information about changes to the glycome as a whole and reveals potentially deregulated glycosyltransferases. Improvements to the permethylation and subsequent liquid/liquid extraction stages provided herein enhance reproducibility and overall yield by facilitating minimal exposure of permethylated glycans to alkaline aqueous conditions. Modifications to the acetylation stage further increase the extent of reaction and overall yield. Despite their reproducibility, the overall yields of N-acetylhexosamine (HexNAc) partially permethylated alditol acetates (PMAAs) are shown to be inherently lower than their expected theoretical value relative to hexose PMAAs. Calculating the ratio of the area under the extracted ion chromatogram (XIC) for each individual hexose PMAA (or HexNAc PMAA) to the sum of such XIC areas for all hexoses (or HexNAcs) provides a new normalization method that facilitates relative quantification of individual glycan nodes in a sample. Although presently constrained in terms of its absolute limits of detection, this method expedites the analysis of clinical biofluids and shows considerable promise as a complementary approach to traditional top-down glycomics.

This article presents an enhanced form of a novel bottom-up glycomics technique designed to analyze the pooled compositional profile of glycans in unfractionated biofluids through the chemical breakdown of glycans into their constituent linkage-specific monosaccharides for detection by GC-MS. Potential applications include early detection of cancer and other glycan-affective disorders.

ניתוח צומת glycan: גישה מלמטה למעלה כדי glycomics

Synthesized in a non-template-driven process by enzymes called glycosyltransferases, glycans are key players in various significant intra- and ...

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. Herein, we introduce a microfluidic-based technology, employing a double-layer microfluidic device, which can trap and localize in situ and ex situ synthesized structures on microfluidic channel surfaces. Crucially, we show how such a device can be used to conduct controlled chemical reactions onto on-chip trapped structures and we demonstrate how the synthetic pathway of a crystalline molecular material and its positioning inside a microfluidic channel can be precisely modified with this technology. This approach provides new opportunities for the controlled assembly of structures on surface and for their subsequent treatment.

Herein, we describe the fabrication and operation of a double-layer microfluidic system made of polydimethylsiloxane (PDMS). We demonstrate the potential of this device for trapping, directing the coordination pathway of a crystalline molecular material and controlling chemical reactions onto on-chip trapped structures.

כלובי פניאומטיים Microfluidic: גישה חדשנית עבור In-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

Original Experimental Approach for Assessing Transport Fuel Stability

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several technological changes to fulfill environmental and economic requirements. These developments have resulted in increasingly severe operating conditions whose suitability for conventional and alternative fuels needs to be addressed. For example, fatty acid methyl esters (FAMEs) introduced as biodiesel are more prone to oxidation and may lead to deposit formation. Although several methods exist to evaluate fuel stability (induction period, peroxides, acids, and insolubles), no technique allows one to monitor the real-time oxidation mechanism and to measure the formation of oxidation intermediates that may lead to deposit formation. In this article, we developed an advanced oxidation procedure (AOP) based on two existing reactors. This procedure allows the simulation of different oxidation conditions and the monitoring of the oxidation progress by the means of macroscopic parameters, such as total acid number (TAN) and advanced analytical methods like gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR). We successfully applied AOP to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics of a model molecule (methyl oleate) and commercial diesel and biodiesel fuels. These developments represent a key strategy for fuel quality monitoring during logistics and on-board utilization.

Oxidation stability of transport fuels has become a concern for future fuel development. This work presents an original methodology developed by IFP Energies Nouvelles for assessing fuel stability using two different reactors. This methodology was successfully applied to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics and pathways of model molecules and commercial fuels.

גישה ניסויית מקורית להערכת יציבות הובלת דלק

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic acids containing three to six carbons), such as malate and citrate, are critical to the proper functioning of many biological systems, where they function in cellular respiration and can serve as indicators of cell health. In foods, organic acid content can have significant impact on taste, with increased SCCA levels resulting in a sour or &#34;acid&#34; taste. Because of this, methods for the rapid analysis of organic acid levels are of particular interest to the food and beverage industries. Unfortunately, however, most methods used for SCCA quantification are dependent on time-consuming protocols requiring the derivatization of samples with hazardous reagents, followed by costly chromatographic and/or mass spectrometric analyses. This method details an alternate method for the detection and quantification of organic acids from plant material and food samples using free zonal capillary electrophoresis (CZE), sometimes simply referred to as capillary electrophoresis (CE). CZE provides a cost-effective method for measuring SCCAs with a low limit of detection (0.005 mg/ml). This article details the extraction and quantification of SCCAs from plant samples. While the method provided focuses on measurement of SCCAs from coffee beans, the method provided can be applied to multiple plant-based food materials.

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

This article presents a method for the detection and quantification of organic acids from plant material using free zonal capillary electrophoresis. An example of the potential application of this method, determining the effects of a secondary fermentation on organic acid levels in coffee seeds, is provided.

באמצעות אלקטרופורזה נימים לכמת חומצות אורגניות מרקמות צמח: מקרה מבחן בחינה<em&gt; קפה ערביקה</em&gt; זרעים

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under physiologically relevant conditions.1 These measurements are performed on living biofilms in aqueous medium using source and drain electrodes patterned on a glass surface in a specialized configuration referred to as an interdigitated electrode (IDA) array. A biofilm is grown that extends across the gap connecting the source and drain. Potentials are applied to the electrodes (ES and ED) generating a source-drain current (ISD) through the biofilm between the electrodes. The dependency of electrical conductivity on gate potential (the average of the source and drain potentials, EG = [ED + ES]/2) is determined by systematically changing the gate potential and measuring the resulting source-drain current. The dependency of conductivity on gate potential provides mechanistic information about the extracellular electron transport process underlying the electrical conductivity of the specific biofilm under investigation. The electrochemical gating measurement method described here is based directly on that used by M. S. Wrighton2,3 and colleagues and R. W. Murray4,5,6 and colleagues in the 1980&#39;s to investigate thin film conductive polymers.

A protocol for measuring electrical conductivity of living microbial biofilms under physiologically relevant conditions is presented.

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

Pretargeted Radioimmunotherapy Based on the Inverse Electron Demand Diels-Alder Reaction

While radioimmunotherapy (RIT) is a promising approach for the treatment of cancer, the long pharmacokinetic half-life of radiolabeled antibodies can result in high radiation doses to healthy tissues. Perhaps not surprisingly, several different strategies have been developed to circumvent this troubling limitation. One of the most promising of these approaches is pretargeted radioimmunotherapy (PRIT). PRIT is predicated on decoupling the radionuclide from the immunoglobulin, injecting them separately, and then allowing them to combine in vivo at the target tissue. This approach harnesses the exceptional tumor-targeting properties of antibodies while skirting their pharmacokinetic drawbacks, thereby lowering radiation doses to non-target tissues and facilitating the use of radionuclides with half-lives that are considered too short for use in traditional radioimmunoconjugates. Over the last five years, our laboratory and others have developed an approach to in vivo pretargeting based on the inverse electron-demand Diels-Alder (IEDDA) reaction between trans-cyclooctene (TCO) and tetrazine (Tz). This strategy has been successfully applied to pretargeted positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) imaging with a variety of antibody-antigen systems. In a pair of recent publications, we have demonstrated the efficacy of IEDDA-based PRIT in murine models of pancreatic ductal adenocarcinoma and colorectal carcinoma. In this protocol, we describe protocols for PRIT using a 177Lu-DOTA-labeled tetrazine radioligand ([177Lu]Lu-DOTA-PEG7-Tz) and a TCO-modified variant of the colorectal cancer targeting huA33 antibody (huA33-TCO). More specifically, we will describe the construction of huA33-TCO, the synthesis and radiolabeling of [177Lu]Lu-DOTA-PEG7-Tz, and the performance of in vivo biodistribution and longitudinal therapy studies in murine models of colorectal carcinoma.

This protocol describes the synthesis and characterization of a trans-cyclooctene (TCO)-modified antibody and a 177Lu-labeled tetrazine (Tz) radioligand for pretargeted radioimmunotherapy (PRIT). In addition, it details the use of these two constructs for in vivo biodistribution and longitudinal therapy studies in a murine model of colorectal cancer.

Radioimmunotherapy pretargeted התגובה תגובת דילס-אלדר דרישה אלקטרון הופכי

While radioimmunotherapy (RIT) is a promising approach for the treatment of cancer, the long pharmacokinetic half-life of radiolabeled antibodies can ...