Name: an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints
Uploaded: 2014-08-29T15:00:00
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Les auteurs remercient le Dr Wes Gordon (SECB) pour le soutien à la conception de l&#39;instrument. Ce travail présente les résultats cumulatifs de deux programmes de recherche financés par Eric Lowenstein et Michael Roberts (Threat Reduction Agency Défense) au titre du programme CA08MSB317. Les rapports techniques mentionnés ici peuvent être obtenus <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. Condition peinture substrats à l&#39;environnement désiré <ol><li> Présélectionner la chambre climatique pour le substrat conditionné à la température spécifiée et d&#39;humidité relative (20 ° C, 50%). Veiller à ce que les conditions de substrat sont constamment maintenus depuis la température et la teneur en eau peuvent influencer de manière significative les taux d&#39;absorption dans les matériaux. </li><li> Manteau de 0,32 cm d&#39;épaisseur, en acier inoxydable disques en acier de 5,08 cm de ...

<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>

Paramètres de transport de masse pour la HD et VX dans la peinture ont été déterminées par l&#39;analyse inverse numérique des données d&#39;émission de vapeur. Avec les paramètres calculés, il est alors possible de produire des cartes de gradient de concentration en fonction du temps de la distribution des contaminants dans le revêtement de peinture. Les résultats des analyses inverses ont montré que la solubilité de la peinture en HD SD était supérieur à VX, mais la diffusivité est environ 5 fois plu...

Les mécanismes de transport de masse associés à la contamination par des matériaux agents de guerre chimiques sont entraînés par une variété de procédés, y compris convolutés transitions d&#39;état physique, les interactions chimiques entre les espèces mobiles, et des interfaces de matériaux. Pour développer des technologies efficaces de décontamination, les procédures de décontamination optimisés, et des modèles prédictifs, il est essentiel que le processus de contamination est bien compris, y compris le transport des contaminants dans les matériaux par absorption et l&#39;émission ultérieure de produits chimiques dans l&#39;environnement. Par conséquent, il est impératif que les approches sont développées qui peuvent évaluer des profils de concentration en sous-sol pour les paires de contaminants matériau en fonction de conditions environnementales. Un continuum échelle, le modèle basé sur la physique a été développé pour prédire la distribution de la concentration de l&#39;agent absorbé dans un substrat contaminé. Les paramètres de transport de masse obtenu de façon expérimentale permettent la prédiction de la til la vapeur émission de la matière contaminée après décontamination. La possibilité de prédire la distribution de concentration dans un matériau peut faciliter l&#39;évaluation des dangers potentiels et de vapeur, à son tour, permettre un diagnostic précis des risques toxicologiques 1. Cette approche permet une estimation des paramètres de transport de masse de contaminants matériau paire spécifiques tels que la diffusivité et la saturation concentration qui à son tour la modélisation de permis pendant d&#39;autres scénarios et conditions. Dans cette étude, nous avons traité de la contamination en phase liquide de solvant dispersé, la peinture de polyuréthane avec des agents de guerre chimique bis (2-chloroéthyl) sulfure (moutarde distillée, agent vésicant HD) et O-éthyl S - [2 (diisopropylamino) éthyl] methylphosphonothioate (VX), un agent neurotoxique organophosphoré. La méthodologie développée caractérise les profils de désorption du gaz à partir de matériaux contaminés, y compris les agents de guerre chimique comme HD et VX, sansla plupart des restrictions qui entravent d&#39;autres approches 2,3. spectrométrie de masse mesures résolues en temps de l&#39;évolution des contaminants à partir de substrats contaminés permettent un modèle de transport par diffusion à l&#39;analyse inverse pour calculer les paramètres de transport de masse pour le contaminant dans le produit, y compris le profil de concentration absorbée pour le contaminant à partir de l&#39;événement de perméation d&#39;origine. Avec la mise en place d&#39;une capacité prédictive pour délimiter les profils de concentration des contaminants dans les matériaux en fonction des conditions environnementales vient la capacité d&#39;évaluer les risques toxicologiques et finalement développer des voies de décontamination efficace. Dans cet article, les détails associés à la préparation de l&#39;échantillon sont présentés, y compris le travail avec des contaminants de l&#39;agent de guerre chimique, ainsi que la collecte de données expérimentales à partir de matériaux contaminés et la modélisation subséquente 4. Des essais expérimentaux ont été réalisés comme described dans le document de contaminant chimique source de décontaminant et 5 et qui sera discuté dans la section suivante. Un organigramme de préparation et d&#39;analyse échantillon étapes inclus dans la figure 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

La capacité à caractériser directement transport de produits chimiques et les interactions qui se produisent dans un matériau (c&#39;est à dire, la dynamique du sous-sol) est un élément essentiel dans la compréhension de transport de masse des contaminants et la capacité de décontaminer le matériel. Si un produit est contaminé, au fil du temps, le transport de produits chimiques hautement toxiques (comme les espèces d&#39;agents de guerre chimique) sur le matériau peut entraîner une exposition à la vapeur ou de transférer à la peau, ce qui peut entraîner une exposition percutanée au personnel qui interagissent avec le matériau. En raison de la forte toxicité des agents chimiques de guerre, la libération de quantités de produits chimiques de traces est une préoccupation importante. Caractéristiques de distribution de concentration cartographie du sous-sol et de transport des agents absorbés permet risques d&#39;exposition à évaluer dans des conditions non testés. En outre, ces outils peuvent être utilisés pour caractériser la dynamique des réactions du sous-sol de concevoir finalement décontaminants améliorées ou des procédures de décontamination. To atteindre cet objectif, une analyse de masse approche de modélisation du transport inverse a été développé qui utilise des mesures de spectroscopie de masse à résolution temporelle de l&#39;émission de vapeur à partir de couches de peinture contaminés en tant que paramètre d&#39;entrée pour le calcul des profils de concentration en sous-sol. Des détails sont fournis sur la préparation de l&#39;échantillon, y compris les contaminants et la manutention, l&#39;application de la spectrométrie de masse pour la mesure de la vapeur contaminant émis, et la mise en œuvre de l&#39;analyse inverse en utilisant un modèle de diffusion basé sur la physique pour déterminer les propriétés de transport des vivants agents de guerre chimiques, y compris distillée moutarde (HD) et de l&#39;agent neurotoxique VX.

Le panneau supérieur de la figure 3 présente des exemples de flux de masse calculée de VX et HD à partir de substrats SD peint basé sur la spectrométrie de masse à temps résolu pour les principaux fragments de masse de VX et HD (masse sur charge rapport, m / z = 114 et 109, respectivement). Un spectromètre de masse quadripolaire comporte trois volets principaux: un ioniseur, un analyseur de masse ou de filtre, et un détecteur de charge. les espèces de gaz sont ionisées par ...

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

Une approche d&#39;analyse inverse à la caractérisation des Transports chimique dans les peintures

Dans cet article, une procédure permettant de quantifier les paramètres de transport de masse de produits chimiques dans différents matériaux est présentée. Ce processus implique l&#39;emploi d&#39;un modèle de diffusion en fonction inverse de l&#39;analyse de profils d&#39;émission de vapeur enregistrées en temps réel, la spectrométrie de masse sous vide poussé.

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

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

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