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

Forfatterne takker Dr. Wes Gordon (ECBC) for støtte i instrument design. Dette arbeidet representerer de akkumulerte resultater fra to forskningsprogrammer finansiert av Eric Lowenstein og Michael Roberts (Defense Threat Reduction Agency) under program CA08MSB317. De tekniske rapporter sitert heri kan fås <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. Tilstand Maling Underlag til ønsket Miljø <ol><li> Forhåndsinnstilt miljøkammer for substrat kondisjone til den angitte temperatur og relativ fuktighet (20 ° C, 50%). Sørg for at underlaget forholdene er konsekvent opprettholdt siden både temperatur og vanninnhold i betydelig grad kan påvirke absorpsjon priser på materialer. </li><li> Coat 0,32 cm tykke, 5,08 cm radius rustfrie plater med et areal på 20,25 cm 2 med et lag av maling (MIL-DTL-53039, et løsningsmiddel-dispergerbar (SD) alifatisk ...

<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>

Massetransport parametere for HD og VX i malingen ble bestemt via den numeriske inverse analyse av damputslippsdata. Med beregnede parametere, var det mulig å produsere og deretter tidsavhengige konsentrasjonsgradient kart for forurensningen fordeling i malingsbelegget. Den inverse analyseresultatene viste at løseligheten av HD i SD malingen var høyere enn VX, men diffusivitet var omtrent 5x lavere. Resultatene tyder på at HD kontaminering var svært konsentrert ved overflaten av belegget, mens VX kontaminering prof...

De massetransportmekanismer er forbundet med forurensning av materialer ved kjemiske stridsmidler er drevet av en rekke forskjellige prosesser inklusive konvolverte fysiske tilstandsoverganger, kjemiske interaksjoner mellom mobile arter, og materialer grensesnitt. For å utvikle effektive dekontaminering teknologier, optimalisert dekontaminering prosedyrer, og prediktive modeller, er det viktig at forurensning prosessen er godt forstått, inklusive transport av forurensninger i materialer via absorpsjon og påfølgende kjemisk utslipp i miljøet. Derfor er det viktig at tilnærminger er utviklet som kan evaluere grunnen konsentrasjonsprofiler for miljøgifter-materiale parene som funksjon av miljøforhold. En kontinuum-skala, ble fysikk-baserte modellen som er utviklet for å forutsi fordeling av konsentrasjonen absorbert middel i en forurenset substrat. Eksperimentelt avledet massetransport parametere aktivere prediksjon av than damp utslipp fra forurenset materiale innlegget dekontaminering. En evne til å forutsi konsentrasjonen distribusjon i et materiale kan lette vurderingen av potensielle farer damp og i sin tur gjøre det mulig nøyaktige diagnoser av toksikologiske farer en. Denne tilnærmingen gjør det mulig for en estimering av miljøgifter-materiale par spesifikke massetransport parametere som diffusiviteten og metning konsentrasjon som i sin tur tillatelse modellering for en andre scenarier og betingelser. I denne studien har vi behandlet væskefasen forurensning av løsemiddel-spredt, polyuretan maling belegg med kjemiske stridsmidler bis (2-kloretyl) sulfid (destillert sennep, blemme agenten HD) og O -etyl S - [2 (diisopropylamino) etyl] methylphosphonothioate (VX), et organofosfat nervegass. Den utviklet metodikk karakteriserer gass desorpsjon profiler fra forurensede materialer, inkludert kjemiske stridsmidler som HD og VX, utenmange av de restriksjoner som hindrer andre tilnærminger 2,3. Tid-løst massespektrometri måling av forurensningen evolusjon fra forurensede substrater tillate en diffusive transport modell med invers analyse for å beregne massetransportparametere for forurensningen i materialet, herunder den absorberte konsentrasjonsprofilen for forurensningen som starter fra den opprinnelige gjennomtrengelighet event. Med etableringen av en prediktiv evne for opptegning konsentrasjons profiler av forurensninger i materialer som funksjon av miljøforhold kommer muligheten til å vurdere toksikologiske farer og til slutt utvikle ruter for effektiv dekontaminering. I denne utredningen, er detaljene knyttet til prøveopparbeidelse presentert, herunder arbeid med kjemisk stridsmiddel forurensninger, samt eksperimentelle datainnsamling fra forurensede materialer og påfølgende modellering fire. Eksperimentelle forsøk ble gjennomført som synkenderibed i kjemisk forurensning og dekontaminanten kildedokumentet 5 og vil bli diskutert i neste avsnitt. Et flytskjema for prøveopparbeidelse og analyse trinn i inkludert i figur 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

Evnen til å karakterisere direkte kjemisk transport og interaksjoner som forekommer i løpet av et materiale (dvs. undergrunns dynamikk) er en viktig komponent i å forstå kontaminant massetransport og evnen til å dekontaminere materiale. Hvis et materiale er forurenset over tid, kan transport av svært giftige kjemikalier (for eksempel kjemisk stridsmiddel arter) ut av materialet resultere i dampeksponering eller overføre til huden, noe som kan føre til perkutan eksponering for personell som samhandler med materiale. På grunn av den høye giftighet av kjemiske stridsmidler, er frigjøring av kjemiske spormengder av stor betydning. Kartlegging grunnen konsentrasjon distribusjon og transport egenskapene absorbert agenter gjør eksponeringsfarer skal vurderes i uprøvde forhold. Videre kan disse verktøyene kan brukes til å karakterisere undergrunnsreaksjonsdynamikken til slutt å utforme forbedrede decontaminants eller dekontaminering prosedyrer. To oppnå dette målet, ble en invers analyse massetransport modellering tilnærming utviklet som utnytter tids løst massespektroskopi målinger av damp utslipp fra forurenset maling belegg som inngangsparameter for beregning av undergrunnen konsentrasjonsprofiler. Detaljer er gitt på prøvepreparering, inkludert kontaminant og materialhåndtering, anvendelse av massespektrometri for måling av emittert kontaminant damp, og gjennomføring av invers analyse ved hjelp av en fysikk-baserte diffusjon modell for å bestemme transportegenskaper av levende kjemiske stridsmidler herunder destillert sennep (HD) og nervegass VX.

Den øvre delen av figur 3 viser eksempler på beregnede massefluks av VX og HD fra SD-malt substrater basert på tid-løst massespektrometri for hovedmassen fragmenter av VX og HD (masse-til-charge-forhold, m / z = 114 og 109, henholdsvis). En kvadrupol massespektrometer har tre hovedkomponenter: et ioniserte, en masse analysator eller filter, og en kostnad detektor. Gass arter er ionisert via elektron innvirkning ionisering (varm glødetråd stil elektron-kilde), og de produserte ion...

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

En invers Analyse Tilnærming til Karakterisering av Chemical Transport i Maling

I dette papir, er en fremgangsmåte for å kvantifisere de massetransportparametere av kjemikalier i forskjellige materialer presenteres. Denne prosessen innebærer å ansette en invers-analyse basert spredningsmodell til damp profiler utslipps registrert av real-time, massespektrometri i høyt vakuum.

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

Frie radikaler i Chemical Biology: fra Kjemisk Behavior til utvikling av biomarkører

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

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A fra Gram-negative bakterier

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

En Guidet Materialer Screening tilnærming for å utvikle kvantitative Sol-gel produsert Protein Mikromatriser

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 Nedfall av en organisk 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 ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering av supra 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

Glycan Node analyse: En bottom-up tilnærming til 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

Microfluidic Pneumatiske Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulasjon og kontrollert kjemisk behandling

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

Original eksperimentell tilnærming for å vurdere Transport Fuel Stabilitet

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

Bruke Kapillær elektroforese å kvantifisere organiske syrer fra Plant Tissue: En Test Case Undersøke<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Seeds

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