Name: an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints
Uploaded: 2014-08-29T15:00:00
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Gli autori ringraziano il Dr. Wes Gordon (ECBC) per il supporto nella progettazione dello strumento. Questo lavoro rappresenta i risultati cumulativi dei due programmi di ricerca finanziati da Eric Lowenstein e Michael Roberts (Defense Threat Reduction Agency) nell&#39;ambito del programma CA08MSB317. Le relazioni tecniche citate nel presente documento sono disponibili presso <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. Substrati Condizione Paint per l&#39;ambiente desiderato <ol><li> Preset la camera ambientale per il substrato di condizionamento alla temperatura specificata e umidità relativa (20 ° C, 50%). Accertarsi che le condizioni del substrato sono costantemente mantenuti in quanto sia la temperatura e contenuto di acqua può influenzare in modo significativo i tassi di assorbimento nei materiali. </li><li> Cappotto spesso 0,32 centimetri, dischi in acciaio inox 5,08 centimetri raggio con una superficie di 20,25 centimet...

<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>

Parametri di trasporto di massa per HD e VX nella vernice sono stati determinati tramite l&#39;analisi inversa numerica dei dati sulle emissioni di vapore. Con parametri calcolati, è stato possibile quindi produrre mappe concentrazione gradiente tempo-dipendenti per la distribuzione dei contaminanti nel rivestimento di vernice. I risultati delle analisi inversa hanno dimostrato che la solubilità di HD nella vernice SD era superiore VX, ma la diffusività è stato di circa 5 volte inferiore. I risultati suggeriscono ch...

I meccanismi di trasporto di massa connessi con la contaminazione dei materiali da agenti di guerra chimica sono guidati da una varietà di processi convoluta tra cui le transizioni di stato fisico, le interazioni chimiche tra le specie mobili, e interfacce materiali. Per sviluppare tecnologie efficaci di decontaminazione, le procedure di decontaminazione, ottimizzate e modelli predittivi, è essenziale che il processo di contaminazione è ben compreso, compreso il trasporto di contaminanti nei materiali tramite l&#39;assorbimento e la successiva emissione di sostanze chimiche di nuovo nell&#39;ambiente. Di conseguenza, è imperativo che gli approcci siano sviluppati in grado di valutare i profili di concentrazione del sottosuolo per le coppie di contaminanti-materiale in funzione delle condizioni ambientali. Un continuum di scala, il modello basato sulla fisica è stato sviluppato per prevedere la distribuzione di concentrazione di agente assorbita in un substrato contaminato. Parametri di trasporto di massa Sperimentalmente derivati ​​consentono la previsione di tegli emissione del vapore contaminato dal materiale post decontaminazione. La capacità di prevedere la distribuzione di concentrazione in un materiale in grado di facilitare la valutazione dei rischi potenziali di vapore e, a sua volta, consentire diagnosi accurate di pericoli tossicologici 1. Questo approccio consente una stima di coppia parametri di trasporto di massa specifici contaminanti-materiale, come la diffusività e la saturazione di concentrazione che a sua volta permesso di modellazione per altri scenari e condizioni. In questo studio, abbiamo trattato la contaminazione fase liquida, di rivestimenti di vernice poliuretanica disperso solvente con agenti di guerra chimica bis (2-cloroetile) solfuro (senape distillata, agente blister HD) e O etilico S - [2 (diisopropylamino) etil] methylphosphonothioate (VX), un agente nervino organofosfati. La metodologia sviluppata caratterizza i profili di desorbimento di gas da materiali contaminati, tra cui agenti di guerra chimica come HD e VX, senza chemolte delle restrizioni che ostacolano altri approcci 2,3. Risolte nel tempo misure di spettrometria di massa di evoluzione contaminante a partire da substrati contaminati consentono un modello di trasporto diffusivo con analisi inversa per calcolare i parametri di trasporto di massa per il contaminante nel materiale, ivi compreso il profilo di concentrazione assorbita per il contaminante a partire dall&#39;evento permeazione originale. Con la creazione di una capacità predittiva per delineare i profili di concentrazione dei contaminanti nei materiali in funzione delle condizioni ambientali viene la capacità di valutare i rischi tossicologici e, infine, sviluppare percorsi per la decontaminazione efficace. In questo lavoro, i dettagli associati con la preparazione del campione sono presentati, compreso il lavoro con agenti contaminanti guerra chimica, nonché la raccolta di dati sperimentali da materiali contaminati e la successiva modellazione 4. Prove sperimentali sono state condotte come discribed nel contaminante chimico e la fonte decontaminante documento 5 e sarà discusso nella prossima sezione. Un diagramma di flusso per la procedura di preparazione del campione e analisi in incluso in 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

La possibilità di caratterizzare direttamente il trasporto chimica e le interazioni che si verificano all&#39;interno di un materiale (ad esempio, la dinamica del sottosuolo) è una componente vitale nella comprensione trasporto di massa dei contaminanti e la capacità di decontaminare i materiali. Se un materiale è contaminato, nel corso del tempo, il trasporto di prodotti chimici altamente tossici (come ad esempio le specie di agenti di guerra chimica) fuori il materiale può provocare l&#39;esposizione a vapori o trasferire alla pelle, che può provocare l&#39;esposizione percutanea a personale che interagiscono con il materiale. A causa della elevata tossicità di agenti di guerra chimica, il rilascio di quantità chimici tracce è di notevole preoccupazione. Mappatura sottosuolo distribuzione di concentrazione e di trasporto caratteristiche degli agenti assorbite permette pericoli di esposizione da valutare nelle condizioni testate. Inoltre, questi strumenti possono essere utilizzati per caratterizzare le dinamiche di reazione del sottosuolo per la progettazione definitiva decontaminanti miglioramento o procedure di decontaminazione. To raggiungere questo obiettivo, una massa di analisi approccio di modellazione del trasporto inverso è stato sviluppato che utilizza risolta in tempo misure di spettroscopia di massa di emissioni di vapore da pitture contaminate come parametro di input per il calcolo dei profili di concentrazione sottosuolo. Ulteriori dettagli sono forniti in preparazione del campione, tra cui contaminanti e la movimentazione dei materiali, l&#39;applicazione della spettrometria di massa per la misurazione del vapore emesso contaminante, e la realizzazione di analisi inversa utilizzando un modello di diffusione basato sulla fisica per determinare le proprietà di trasporto di agenti di guerra chimica vivi compresi distillata senape (HD) e l&#39;agente nervino VX.

Il pannello superiore della Figura 3 mostra esempi di flusso di massa calcolata di VX e HD da substrati SD-dipinta basati sulla spettrometria di massa risolta in tempo per le principali frammenti di massa di VX e HD (mass-a-carica rapporto, m / z = 114 e 109, rispettivamente). Uno spettrometro di massa a quadrupolo ha tre componenti principali: uno ionizzatore, un analizzatore di massa o di filtro, e un rivelatore di carica. Specie di gas sono ionizzati tramite ionizzazione ad impatto ...

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

Un approccio di analisi inversa per la caratterizzazione dei Trasporti Chemical nelle vernici

In questo lavoro, una procedura per quantificare i parametri di trasporto di massa di sostanze chimiche in vari materiali è presentato. Questo processo prevede l&#39;impiego di un modello di diffusione basato inversa analisi al vapore profili di emissione registrati dal tempo reale, spettrometria di massa in alto vuoto.

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

Research

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