Os autores agradecem ao Dr. Wes Gordon (ECBC) para apoio em design instrumento. Este trabalho representa os resultados cumulativos de dois programas de investigação financiados por Eric Lowenstein e Michael Roberts (Defense Threat Reduction Agency) sob CA08MSB317 programa. Os relatórios técnicos aqui citados podem ser obtidas no <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. Suportes Condição de pintura para o ambiente desejado <ol><li> Predefinir a câmara ambiental para substrato condicionado à temperatura especificada e de humidade relativa (20 ° C, 50%). Certifique-se de que as condições de substrato são consistentemente mantido desde temperatura e teor de água podem influenciar significativamente as taxas de absorção em materiais. </li><li> Bata de 0,32 centímetros de espessura, os discos de aço inoxidável 5,08 centímetros de raio, com uma área de superfície de 20,25 cm2 com uma camada de tinta (sistema de revestimento de poliuretano alifático de MIL-DTL-53039, um solvente de dispersão (SD) 6) com uma espessura total de revestimento ( primer e acabamento) de aproximadamente 100 um. Colocar os substratos (com o número desejado de repetições) em tabuleiros de aço inoxidável com a superfície de ensaio a ser exposto a um agente químico para cima. </li><li> Cubra os substratos com placas de Petri. Coloque as bandejas contendo os substratos de teste na câmara ambiental por pelo menos 60 min, mas idealmente S / N, se possível. </li></ol> 2. Contaminação de pré-condicionados Substratos <ol><li> Don equipamentos de proteção individual, tais como jaleco, óculos de segurança e luvas. </li><li> ATENÇÃO: Obtenha os contaminantes químicos de armazenamento a frio e permitir frasco recipiente primário para atingir a RT. Os produtos químicos utilizados neste protocolo são Chemical Agent padrão analítico de materiais de referência (CASARM, 98,0% de pureza) e grau HD CASARM (89,0% de alta pureza) VX (ambos fase líquida) grau. Obter informações de pureza a partir de qualquer análise de cromatografia de ressonância ou gasosa / espectrometria de massa magnética nuclear e manter em arquivo. NOTA: CUIDADO: A manipulação de agentes de guerra química só deve ser realizada por pessoal treinado em uma instalação aprovada usando aplicáveis ​​precauções de segurança, de segurança e de garantia. </li><li> ATENÇÃO: Coloque a ferramenta de administração de agente com uma ponta de pipeta e configurar a ferramenta para fornecer uma gota de agente (por exemplo, 1 ml). Retire a tampa dofrasco de contaminantes, e coloque a tampa sobre a superfície do capô, fios para cima. Pegue a pipeta, e abaixe lentamente a ponta na solução contaminante. Coloque a ferramenta de administração de agente com o agente de acordo com as instruções do fabricante. Delicadamente, coloque a pipeta carregado na superfície de trabalho do capô, e recapitular o frasco contaminante. </li><li> CUIDADO: contaminar os substratos de ensaio. <ol><li> Retirar as bandejas que contêm os substratos de teste a partir da câmara ambiental. </li><li> Retirar as placas de Petri a partir dos substratos de teste, e depositadas na superfície do capuz. Fotografia digital de cada substrato de teste para gravar a aparência de cada substrato antes de contaminação. </li><li> Pegar a pipeta carregado e entregar uma única gota (por exemplo, 1 uL) de um agente para o primeiro substrato de teste. Cobrir o material contaminado com uma placa de Petri de poliestireno para minimizar a evaporação, enquanto a contaminação substratos adicionais. Repita a operação para cada substrato; recarregar a ponta da pipeta (Step 2.3) como necessário. NOTA: Coletar amostras de confirmação pipeta antes e após a administração de substratos para análise via cromatografia para confirmar a entrega em massa de contaminante. </li><li> Retirar as placas de Petri a partir dos substratos de ensaio e ajustado na superfície da capa. Fotografia digital de cada substrato de teste para registrar a interação contaminante-primas iniciais. </li><li> Cubra os substratos de teste com as placas de Petri. </li><li> Coloque a bandeja de substratos de volta para dentro da câmara ambiental. </li></ol></li></ol> Interação 3 Contaminantes-prima período de envelhecimento <ol><li> Antes de envelhecimento das amostras, ventilar o aço inoxidável de alto vácuo câmara experimental para prepará-lo para uso na Seção 4. </li><li> Permitir que os substratos contaminados para idade na câmara ambiental durante o período especificado, o que pode variar com base na dinâmica de interação química material ao meio ambiente (por exemplo, 60 min). </li><li> Remover substratos do bienteental câmara e coloque sobre a superfície de trabalho do capô. Remova as placas de Petri de substratos de teste e tirar uma foto digital de cada substrato para gravar as interações contaminantes de material pós-envelhecimento. </li><li> Duas vezes contêm as amostras de teste (por exemplo, vários recipientes hermeticamente fechados) e transferir para a capa trabalhar com câmara de alto vácuo. </li></ol> 4. Alto Vácuo Medição Vapor Emissão Câmara A câmara de alto vácuo é um pequeno recipiente de volume bombeado por uma bomba de arrasto molecular turbo e uma bomba de diafragma de apoio (Figura 2). Um espectrómetro de massa de quadrupolo é montado sobre uma porta que está de frente para um suporte de substrato, com temperatura controlada e é usado para medir a libertação de gás em tempo real a partir de substratos contaminados sob condições de alto vácuo. Todos os detalhes sobre as especificações de câmara de vácuo e materiais estão incluídos na referência 4. <ol><li> Certifique-se de que a câmara está devidamente ventilado. </li><li> CUIDADO: Descompacte as amostras preparadas na Seção 3, e remover uma placa de Petri de substratos de teste. Coloque substrato um teste em cada detentor substrato com temperatura controlada, usando uma pinça de aço inoxidável. </li><li> Selar a câmara de vácuo e iniciar a seqüência de bomba para baixo. Executar este passo de modo a que a câmara é selada na altura determinada idade de vácuo (por exemplo, 60 minutos) em relação a quando o substrato foi contaminado. </li><li> Começar a gravar os canais de massa de fragmentos seleccionados como uma função do tempo (medida directa do fluxo de massa) identificado com massa específica por unidade de valores de carga (m / z). Medir as espécies específicas de gases de fundo para além dos fragmentos de massa de primários das moléculas de interesse (VX: m / z = 114; HD: m / z = 109), em tempo real, a &lt;0,25 Hz até que a pressão parcial de contaminantes cai abaixo dos limites de detecção do espectrómetro de massa (10-8 Pa). </li><li> Recolha as curvas de emissão paraa duração da emissão de contaminantes a partir do substrato. </li><li> Pare a gravação curvas de emissão com o espectrômetro de massa uma vez que o fluxo de massa de contaminante diminuiu para a linha de base pressão da câmara. </li><li> Ventilar a câmara de alto vácuo para a pressão atmosférica. </li></ol> 5 Pós-tratamento de Avaliação de Contaminantes total restante <ol><li> Abra o instrumento de alto vácuo câmara de emissão de vapor (HVVEC) e remova o substrato da câmara, usando uma pinça de aço inoxidável. </li><li> Colocar o substrato num frasco de vidro de extracção e adicionar 20 ml de solvente de extracção para o vaso (por exemplo, álcool isopropílico: VX: clorofórmio: HD). Tampe o frasco e agite o frasco três vezes. Deixar o substrato no solvente de extracção durante 60 minutos. </li><li> Agitar o frasco três vezes novamente e então Retire a tampa do frasco. Usando um, descartável, pipeta de vidro limpo, transferir aproximadamente 1 a 2 ml de solvente de extracção em um frasco para análise analítica através de gás ou líquidocromatografia de 7 para medir a massa de contaminantes retidos pelos substratos. </li></ol> 6 Análise e Modelagem de Dados <ol><li> Converter os dados de espectrometria de massa em bruto (pressão parcial derivado a partir de uma corrente iónica) medido ao fluxo de massa a partir do substrato. Usar uma combinação da fórmula de Hertz-Knudsen para conversão da pressão parcial do tipo de gás detectada a fluxo de vapor incidente no detector e incluem um factor de escala que representa a área contaminada no substrato a partir do evento de contaminação inicial. </li><li> Use métodos inversos (por exemplo, algoritmo de Levenberg-Marquardt) para determinar a concentração de saturação e de difusão de valores constantes (parâmetros de transporte de massa-chave) para o transporte de contaminantes através do revestimento de pintura. Compare o fluxo de vapor determinado experimentalmente a um fluxo de vapor prevista (uma solução analítica para a segunda lei de Fick, com condições de contorno apropriadas aplicadas (ver equação 4 de referência 4)). </li&gt; <li> Use os parâmetros de transporte de massa para predizer os perfis de concentração para o sistema de contaminantes material. </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>

Os autores não têm nada a revelar.

Parâmetros de transporte de massa para HD e VX na pintura foram determinadas através da análise inversa numérica dos dados de emissão de vapor. Com os parâmetros calculados, foi possível produzir, em seguida, mapas de gradiente de concentração dependentes do tempo para a distribuição de contaminantes em que o revestimento de pintura. Os resultados das análises demonstraram que o inverso da solubilidade HD na tinta DP era superior VX, mas a difusividade era de aproximadamente 5 vezes inferior. Os resultados s...

Os mecanismos de transporte de massa associadas com a contaminação de materiais de agentes de guerra química são accionados por uma variedade de processos incluindo convolvidos transições de estado físico, interacções químicas entre as espécies móveis, e interfaces de materiais. Para desenvolver tecnologias eficazes de descontaminação, os procedimentos de descontaminação otimizados e modelos de previsão, é vital que o processo de contaminação é bem compreendida, incluindo o transporte de contaminantes em materiais por meio de absorção e subsequente emissão de produtos químicos de volta para o meio ambiente. Por conseguinte, é imperativo que as abordagens são desenvolvidas que podem avaliar perfis de concentração de subsuperfície para pares de contaminantes de material em função das condições ambientais. A escala contínua, o modelo baseado em física foi desenvolvido para prever a distribuição da concentração de agente absorvido em um substrato contaminado. Parâmetros de transporte de massa obtida experimentalmente permitirá a previsão do tele vapor emissão do contaminado pós material de descontaminação. A capacidade de prever a distribuição da concentração em um material pode facilitar a avaliação dos riscos potenciais e de vapor, por sua vez, permitir diagnósticos precisos de riscos toxicológicos 1. Esta abordagem permite uma estimativa dos parâmetros de transporte de massa de material de par-contaminantes específicos, tais como a difusividade e a concentração de saturação, que por sua vez permitem a modelação por outros cenários e condições. Neste estudo, foram tratados a contaminação da fase líquida, de revestimentos de pintura de poliuretano disperso em solvente com os agentes de guerra química de bis (2-cloroetil) sulfeto (mostarda destilada, agente blister HD) e O-etil S - [2 (diisopropilamino) etil] methylphosphonothioate (VX), um agente nervoso organofosforado. A metodologia desenvolvida caracteriza perfis de dessorção de gás a partir de materiais contaminados, incluindo agentes de guerra química, como HD e VX, semmuitas das restrições que impedem outras abordagens 2,3. Medições de espectrometria de massa resolvida no tempo de evolução de contaminantes a partir de substratos contaminados permitir um modelo de transporte por difusão com análise inversa para calcular os parâmetros de transporte de massa para o contaminante no material, incluindo o perfil de concentração absorvida para o contaminante a partir do evento de permeação original. Com o estabelecimento de uma capacidade de previsão para delinear perfis de concentração de contaminantes em materiais em função das condições ambientais, vem a capacidade de avaliar riscos toxicológicos e, finalmente, desenvolver rotas para a descontaminação eficaz. Neste trabalho, os detalhes associados com a preparação da amostra são apresentados, incluindo o trabalho com contaminantes agente de guerra química, bem como a recolha de dados experimentais a partir de materiais contaminados e modelagem posterior 4. Ensaios experimentais foram realizados como described no contaminante químico e fonte descontaminante documento 5 e será discutido na próxima seção. Um fluxograma para preparação e análise de amostra passos apresentados na Figura 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

A capacidade de caracterizar diretamente o transporte química e interações que ocorrem dentro de um material (ou seja, a dinâmica do subsolo) é um componente vital para a compreensão de transporte de massa de contaminantes ea capacidade de descontaminar materiais. Se um material é contaminado, ao longo do tempo, o transporte de produtos químicos altamente tóxicos (tais como as espécies de agentes de guerra química) para fora do material pode resultar na exposição a vapor ou a transferência para a pele, o que pode resultar na exposição percutânea para o pessoal que interagem com o material. Devido à alta toxicidade dos agentes de guerra química, a liberação de quantidades vestigiais químicos é uma preocupação significativa. Distribuição de concentração de Mapeamento e do transporte subterrâneos características de agentes absorvidos permite Perigos de ser avaliada em condições não testadas. Além disso, estas ferramentas podem ser usadas para caracterizar a dinâmica de reacção abaixo da superfície, em última análise desenho melhorado descontaminantes ou processos de descontaminação. To atingir esse objetivo, uma massa análise abordagem de modelagem de transporte inverso foi desenvolvido que utiliza medidas de espectroscopia de massa resolvidos no tempo de emissão de vapor de revestimentos de pintura contaminadas como um parâmetro de entrada para o cálculo dos perfis de concentração de subsuperfície. Os detalhes são fornecidos na preparação de amostras, incluindo contaminantes e movimentação de materiais, a aplicação de espectrometria de massa para a medição de vapor contaminante emitida, ea implementação de análise inversa utilizando um modelo de difusão de base física para determinar as propriedades de transporte de agentes químicos de guerra ao vivo, incluindo destilada mostarda (HD) e o agente de VX.

O painel superior da Figura 3 mostra exemplos de fluxo de massa calculada de VX a partir de substratos e de HD-SD pintado com base em espectrometria de massa de tempo resolvido para os principais fragmentos de massa de VX e HD (massa-para-carga razão, m / z = 114 e 109, respectivamente). Um espectrômetro de massa quadrupolo tem três componentes principais: um ionizador, um analisador de massa ou de filtro, e um detector de carga. Espécies de gás são ionizados por meio de ionizaç...

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

Neste trabalho, um procedimento para a quantificação dos parâmetros de transporte em massa de produtos químicos em vários materiais é apresentada. Este processo envolve o emprego de um modelo de difusão baseada inversa-análise de perfis de emissão de vapor registados pelo tempo real, a espectrometria de massa em alto vácuo.

Uma abordagem de análise inversa à caracterização dos Transportes Química em Tintas

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.3K visualizações.  U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center.  Neste trabalho, um procedimento para a quantificação dos parâmetros de transporte em massa de produtos químicos em vários materiais é apresentada. Este processo envolve o emprego de um modelo de difusão baseada inversa-análise de perfis de emissão de vapor registados pelo tempo real, a espectrometria de massa em alto vácuo. 

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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.

Radicais Livres em Biologia Química: de comportamento químico para o Desenvolvimento de biomarcadores

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

Química

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.

Isolamento e Caracterização química do lípido A de bactérias Gram-negativas

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.

Chemical Vapor Deposition de um ímã Orgânica, vanádio tetracianoetileno

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.

Síntese e Caracterização de Supramoleculares Colloids

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.

Glicanos Análise Node: uma abordagem de baixo para cima para 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.

Gaiolas pneumáticas microfluídicos: uma nova abordagem para In-chip de cristal Trapping, Manipulação e controlada Tratamento Químico

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.

Abordagem Experimental original para avaliação dos transportes de combustível Estabilidade

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.

Usando Eletroforese Capilar para quantificar ácidos orgânicos a partir de tecido da planta: um caso de teste de exame<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Sementes

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.

Caracterizando o transporte de elétrons através de biofilmes vivos

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.

Pretargeted Radioimmunotherapy baseado na reação de Diels-Alder de demanda inversa elétron

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