Name: an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints
Uploaded: 2014-08-29T15:00:00
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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,...

<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>

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

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

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.

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

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

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 ...

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

A Materials Guided Approach Triagem de Desenvolvimento de quantitativos Sol-gel derivados de microarrays de proteína

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 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

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

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

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

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

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

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 ...