Name: an inverse analysis approach to the characterization of chemical transport in paints
Uploaded: 2014-08-29T15:00:00
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Los autores agradecen al Dr. Wes Gordon (ECBC) para el apoyo en el diseño del instrumento. Este trabajo representa el resultado acumulado por dos programas de investigación financiados por Eric Lowenstein y Michael Roberts (Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa) bajo CA08MSB317 programa. Los informes técnicos citados en la presente memoria pueden obtenerse en <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. pintura Condición Sustratos para el medio ambiente deseado <ol><li> Memorice la cámara ambiental para sustrato acondicionado a la temperatura especificada y humedad relativa (20 ° C, 50%). Asegúrese de que las condiciones del sustrato se mantiene constante desde la temperatura y el contenido de agua pueden influir de manera significativa las tasas de absorción en materiales. </li><li> Escudo 0,32 cm de espesor, 5,08 cm de radio discos de acero inoxidable con una superficie de 20,25 cm 2 con una capa...

<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>

Parámetros de transporte de masa para HD y VX en la pintura se determinaron mediante el análisis inverso numérica de los datos de emisión de vapor. Con los parámetros calculados, era posible entonces producir mapas gradiente de concentración en función del tiempo para la distribución de contaminantes en la capa de pintura. Los resultados del análisis inversos demostraron que la solubilidad de HD en la pintura SD fue mayor que el VX, pero la difusividad fue de aproximadamente 5x inferior. Los resultados sugieren...

Los mecanismos de transporte de masa asociados con la contaminación de los materiales por los agentes de guerra química son impulsados ​​por una variedad de procesos incluyendo convolucionadas transiciones estado físico, interacciones químicas entre las especies móviles, y materiales de interfaces. Para desarrollar tecnologías eficaces de descontaminación, los procedimientos de descontaminación optimizados, y modelos de predicción, es vital que el proceso de contaminación se entiende bien, incluyendo el transporte de contaminantes en los materiales a través de la absorción y la emisión química subsecuente de nuevo en el medio ambiente. En consecuencia, es imperativo que se desarrollan enfoques que se pueden evaluar perfiles de concentración subsuperficial para pares de contaminantes de material como una función de las condiciones ambientales. A escala continua, el modelo basado en la física fue desarrollado para predecir la distribución de la concentración de agente de absorción en un sustrato contaminado. Parámetros de transporte de masas obtenidos experimentalmente permiten la predicción de tque el vapor de las emisiones de la contaminada mensaje material de descontaminación. La capacidad para predecir la distribución de la concentración de un material puede facilitar la evaluación de los riesgos potenciales de vapor y, a su vez, permitirá un diagnóstico preciso de los riesgos toxicológicos 1. Este enfoque permite una estimación de los parámetros específicos de par-contaminantes de material de transporte masivo como la concentración de la difusividad y la saturación que a su vez modelado permiso por otros escenarios y condiciones. En este estudio, hemos tratado a la contaminación en fase líquida de poliuretano, revestimientos de pintura con disolvente disperso con agentes de guerra química de bis (2-cloroetil) sulfuro (mostaza destilada, agente vesicante HD) y O etil S - [2 (diisopropilamino) etil] methylphosphonothioate (VX), un agente nervioso organofosforados. La metodología desarrollada caracteriza a los perfiles de desorción de gas a partir de materiales contaminados, incluyendo agentes de guerra química, como HD y VX, sinmuchas de las restricciones que dificultan el otro se acerca 2,3. Mediciones de espectrometría de masas de tiempo resuelto de la evolución de contaminantes a partir de sustratos contaminados permiten un modelo de transporte difusivo con análisis inverso para calcular los parámetros de transporte de masa para el contaminante en el material, incluyendo el perfil de concentración para el contaminante absorbido a partir del evento original de permeación. Con el establecimiento de una capacidad de predicción para delinear perfiles de concentración de contaminantes en los materiales en función de las condiciones ambientales viene la capacidad de evaluar los riesgos toxicológicos y en última instancia, desarrollar rutas para la descontaminación eficaz. En este trabajo, se presentan los detalles asociados con la preparación de muestras, incluyendo el trabajo con los contaminantes de agentes de guerra química, así como la recopilación de datos experimental de materiales contaminados y posterior modelado 4. Corridas experimentales se llevaron a cabo como descRibed en el documento de contaminantes químicos y fuente de descontaminante 5 y será discutido en la siguiente sección. Un diagrama de flujo para los pasos de preparación y análisis de la muestra en incluido en la 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 capacidad para caracterizar directamente el transporte química y las interacciones que se producen dentro de un material (es decir, la dinámica del subsuelo) es un componente vital en la comprensión de transporte de masa de contaminantes y la capacidad para descontaminar materiales. Si se contamina un material, con el tiempo, el transporte de productos químicos altamente tóxicos (tales como especies de agente de guerra química) fuera del material puede dar lugar a la exposición al vapor o transferir a la piel, lo que puede resultar en una exposición percutánea al personal que interactúan con el material. Debido a la alta toxicidad de los agentes de guerra química, la liberación de cantidades de trazas químicas es de gran preocupación. Características de distribución de la concentración del subsuelo Cartografía y transporte de agentes absorbidos permite a los riesgos de exposición que deben evaluarse en condiciones no probados. Además, estas herramientas se pueden utilizar para caracterizar la dinámica de reacción del subsuelo para diseñar en última instancia, la mejora de los procedimientos de descontaminación o descontaminantes. To lograr este objetivo, una masa análisis de enfoque de modelado transporte inverso fue desarrollado que utiliza medidas de espectroscopia de masas con resolución temporal de emisión de vapor de recubrimientos de pintura contaminadas como el parámetro de entrada para el cálculo de los perfiles de concentración del subsuelo. Los detalles figuran en la preparación de la muestra, incluyendo contaminantes y manejo de materiales, la aplicación de la espectrometría de masas para la medición de vapor contaminante emitida, y la aplicación de análisis inverso utilizando un modelo de difusión basado en la física para determinar las propiedades de transporte de agentes de guerra química en directo incluida el agua destilada mostaza (HD) y el agente nervioso VX.

El panel superior de la Figura 3 muestra ejemplos de el flujo de masa calculada de VX y HD a partir de sustratos pintados SD basadas en la espectrometría de masas de tiempo resuelto para los principales fragmentos de masa de VX y HD (-masa-carga relación, m / z = 114 y 109, respectivamente). Un espectrómetro de masas cuadrupolo tiene tres componentes principales: un ionizador, un analizador de masas o de filtro, y un detector de carga. Especies de gas se ionizan mediante ionización...

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

Un enfoque de análisis inverso a la caracterización de Transporte de Productos Químicos en Pinturas

En este trabajo se presenta un procedimiento para cuantificar los parámetros de transporte masivo de productos químicos en diversos materiales. Este proceso implica el empleo de un modelo de difusión basado inversa-análisis a vapor perfiles de emisión registrados por tiempo real, espectrometría de masas en alto vacío.

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

Radicales Libres en Biología Química: del comportamiento químico al desarrollo de biomarcadores

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

Investigación

Química

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Aislamiento y Caracterización química del lípido A de bacterias 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 Materiales guiada criterio de selección para el desarrollo cuantitativas sol-gel microarrays de proteínas derivadas

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

Deposición de vapor químico de un imán Orgánica, vanadio 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

Síntesis y caracterización de supramoleculares Coloides

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

El análisis de glicanos Nodo: un enfoque de abajo hacia arriba para Glicómica

Synthesized in a non-template-driven process by enzymes called glycosyltransferases, glycans are key players in various significant intra- and ...

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Jaulas neumáticas de microfluidos: Un nuevo enfoque para In-chip de cristal reventado, manipulación y tratamiento químico controlado

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

Enfoque experimental original para evaluar el transporte de combustible Estabilidad

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

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Utilizando electroforesis capilar para cuantificar ácidos orgánicos a partir de Tejidos Vegetales: Un caso de prueba del examen<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Semillas

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