Name: an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints
Uploaded: 2014-08-29T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints at JoVE.com

De auteurs danken dr Wes Gordon (ECBC) voor steun in het instrument ontwerp. Dit werk vertegenwoordigt de cumulatieve resultaten van twee gefinancierd door Eric Lowenstein en Michael Roberts (Defensie Threat Reduction Agency) onder programma CA08MSB317 onderzoeksprogramma&#39;s. De hierin genoemde technische rapporten zijn verkrijgbaar op <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1 Voorwaarde Paint Substrates om de gewenste Milieu <ol><li> Stel de klimaatkamer voor substraat conditionering naar de opgegeven temperatuur en relatieve vochtigheid (20 ° C, 50%). Zorg ervoor dat de ondergrond voorwaarden consequent worden gehandhaafd, aangezien zowel de temperatuur en watergehalte aanzienlijk absorptie tarieven kunnen beïnvloeden in materialen. </li><li> Coat 0,32 cm dik, 5.08 cm straal schijven roestvrijstaal met een oppervlak van 20,25 cm2 met een verflaag (MIL-DTL-53039, een oplosmi...

<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>

Massatransport parameters voor HD en VX in de verf werden bepaald via de numerieke inverse analyse van damp emissiegegevens. Met berekende parameters, kon men produceert dan tijdsafhankelijke concentratiegradiënt map contaminant verspreiding in de verflaag. De inverse analyseresultaten toonden aan dat de oplosbaarheid van HD in de SD verf hoger dan VX, maar de diffusie ongeveer 5x lager. De resultaten suggereren dat de HD verontreiniging was zeer geconcentreerd aan het oppervlak van de coating, terwijl de VX besmetting...

Het massatransport mechanismen van verontreiniging van het door chemische strijdmiddelen worden aangedreven door een verscheidenheid van werkwijzen waaronder geconvolueerde fysische toestand overgangen, chemische interacties tussen mobiele soorten en materialen interfaces. Om effectief decontaminatie technologieën, geoptimaliseerd decontaminatie procedures, en voorspellende modellen te ontwikkelen, is het essentieel dat de verontreiniging proces goed wordt begrepen, waaronder het transport van verontreinigingen in materialen via absorptie en de daaropvolgende chemische emissie terug in het milieu. Bijgevolg is het noodzakelijk dat benaderingen ontwikkeld die ondergrond concentratieprofielen voor verontreiniging-materiaal paren als functie van omgevingscondities kunnen evalueren. Een continu-schaal natuurkundige model ontwikkeld om de concentratie verdeling van geabsorbeerde stof in een vervuilde substraat voorspellen. Experimenteel afgeleid massa parameters transport mogelijk te maken van de voorspelling van thij damp emissie uit de verontreinigde materiaal na ontsmetting. Het vermogen om de concentratieverdeling in een materiaal te voorspellen kan de beoordeling van mogelijke gevaren damp vergemakkelijken en, op zijn beurt mogelijk nauwkeurige diagnose van toxicologische risico 1. Deze aanpak maakt het mogelijk om een ​​schatting van de verontreiniging-materiaal paar parameters massatransport zoals diffusie en verzadiging concentratie die op hun beurt vergunning modellering voor een andere scenario&#39;s en voorwaarden. In deze studie hebben we de vloeistoffase verontreiniging van oplosmiddel gedispergeerde polyurethaan verflagen chemische strijdmiddelen bis (2-chloorethyl) sulfide (gedestilleerd mosterd, blaartrekker HD) en O-ethyl S behandeld - [2 (diisopropylamino) ethyl] methylphosphonothioate (VX), een organofosfaat zenuwgas. De ontwikkelde methodiek kenmerkt gas desorptie profielen van verontreinigde materialen, met inbegrip van chemische strijdmiddelen zoals HD en VX, zonderveel van de beperkingen die andere hinderen benadert 2,3. Tijdsopgeloste massaspectrometrie metingen verontreinigende evolutie van verontreinigde substraten zodat een diffusieve transport model inverse analyse massa transportparameters de berekening van de verontreiniging in het materiaal, met inbegrip van de geabsorbeerde concentratieprofiel voor de verontreiniging vanaf de oorspronkelijke permeatie event. Met de invoering van een voorspellend vermogen voor de afbakening concentratieprofielen van verontreinigingen in materialen als functie van de omgevingscondities is de mogelijkheid om toxicologische risico beoordelen en uiteindelijk routes voor effectieve ontsmetting ontwikkelen. In deze paper worden de gegevens in verband met de monstervoorbereiding gepresenteerd, waaronder het werken met chemische oorlogsvoering middel contaminanten, maar ook experimentele dataverzameling van verontreinigd materiaal en de daaropvolgende modellen 4. Experimentele proeven werden uitgevoerd als described in de chemische verontreiniging en ontsmettingsmiddel brondocument 5 en zal in de volgende paragraaf worden besproken. Een stroomschema voor de monstervoorbereiding en analyse stappen in opgenomen in figuur 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

De mogelijkheid om rechtstreeks te karakteriseren chemisch transport en interacties die plaatsvinden binnen een materiaal (dat wil zeggen, ondergrondse dynamiek) is een essentieel onderdeel in verontreinigingen massatransport en de mogelijkheid om materialen te ontsmetten begrijpen. Als een materiaal wordt vervuild, tijd, het transport van zeer giftige stoffen (zoals chemische strijdmiddelen species) uit het materiaal kan leiden tot blootstelling damp of overdracht naar de huid, wat kan leiden tot percutane blootstelling aan personeel dat interactie met de materiaal. Door de hoge toxiciteit van chemische strijdmiddelen, het vrijkomen van chemische sporen hoeveelheden van groot belang. Mapping ondergrond concentratie distributie en transport eigenschappen van geabsorbeerd agenten stelt gevaren blootstelling worden beoordeeld in niet-geteste omstandigheden. Bovendien kunnen deze instrumenten worden gebruikt om ondergrondse reactie dynamiek karakteriseren om uiteindelijk te ontwerpen verbeterd ontsmettingsmiddelen of decontaminatie procedures. To dit doel te bereiken, werd een inverse analyse massatransport modelmatige benadering ontwikkeld die tijdopgeloste massa spectroscopie metingen van damp uitstoot van verontreinigde verflagen als parameter input voor de berekening van ondergrondse concentratie profielen gebruikt. Details worden verstrekt over de monstervoorbereiding, inbegrip van de verontreinigde en material handling, de toepassing van massaspectrometrie voor de meting van de uitgestoten verontreinigende damp, en de uitvoering van de inverse analyse met behulp van een physics-based diffusiemodel transport eigenschappen van levend chemische strijdmiddelen te bepalen waaronder gedestilleerd mosterd (HD) en het zenuwgas VX.

Het bovenpaneel van Figuur 3 toont voorbeelden van de berekende massa flux van VX en HD uit SD ondergronden basis van tijdsopgeloste massaspectrometrie voor de hoofdmassa fragmenten van VX en HD (massa tot lading ratio, m / z = 114 en 109, respectievelijk). Een quadrupool massaspectrometer bestaat uit drie hoofdonderdelen: een ionisator, een massa-analyzer of een filter, en een lading detector. Gas species geïoniseerd door elektroneninslag ionisatie (hot filament stijl elektronenbron)...

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

Een Inverse Analyse aanpak van de karakterisering van de Chemical Transport in Paints

In deze paper wordt een procedure voor het kwantificeren van de massa parameters van chemicaliën in verschillende materialen vervoer gepresenteerd. Dit proces omvat het gebruik van een inverse-analyse toplaag model emissieprofielen opgenomen door real-time, massaspectrometrie in hoog vacuüm damp.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Free Radicals in Chemical Biology: van chemische gedrag tot Biomarker Development

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

Isolatie en chemische karakterisering van Lipid A van Gram-negatieve bacteriën

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

A Guided Materials Screening Approach for Developing Quantitative Sol-gel Derived Protein Microarrays

A Guided Materialen Screening aanpak voor de ontwikkeling van kwantitatieve Sol-gel Afgeleid Eiwit Microarrays

Microarrays have found use in the development of high-throughput assays for new materials and discovery of small-molecule drug leads. Herein we describe a ...

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Chemical Vapor Deposition van een organische Magnet, Vanadium tetracyanoethyleen

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

Synthese en karakterisering van Supramoleculaire colloïden

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

Glycan Node Analyse: een bottom-up benadering van 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

Microfluïdische Pneumatische Cages: een nieuwe benadering voor de In-chip Crystal Trapping, manipulatie en gecontroleerde chemische behandeling

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

Originele experimentele aanpak voor het beoordelen van 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 ...

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

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

Met behulp van capillaire elektroforese te kwantificeren organische zuren uit Plant Tissue: A Case Test Onderzoeken<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Zaden

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