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

Författarna tackar Dr Wes Gordon (ECBC) om stöd i instrumentdesign. Detta arbete avser de ackumulerade resultat från två forskningsprogram som finansieras av Eric Lowenstein och Michael Roberts (Defense Threat Reduction Agency) under program CA08MSB317. De tekniska rapporter citerade häri kan erhållas <a href="http://www.dtic.mil">http://www.dtic.mil</a> .

1. skick Paint Substrat till önskad miljö <ol><li> Förinställda miljökammaren för substratkonditionering till angiven temperatur och relativ fuktighet (20 ° C, 50%). Se till att substratförhållanden konsekvent upprätthålls eftersom både temperatur och vatteninnehåll kan avsevärt påverka utnyttjandegrad i material. </li><li> Coat 0.32 cm tjock, 5,08 cm radie skivor av rostfritt stål med en yta på 20,25 cm 2 med ett skikt av färg (MIL-DTL-53039, lösningsmedel-spridbar (SD) alifatiska polyur...

<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>

Masstransportparametrar för HD och VX i färgen bestämdes via den numeriska omvända analysen av ånga utsläppsdata. Med beräknade parametrar, var det möjligt att sedan producera tidsberoende koncentration toningskartor för förorenings distribution i färgbeläggningen. De inversa analysresultat visade att lösligheten av HD i SD färgen var högre än VX, men diffusivitet var ungefär 5x lägre. Resultaten tyder på att HD-kontamination var mycket koncentrerad vid ytan av beläggningen, medan den VX kontaminatio...

De masstransportmekanismer som är förknippade med kontaminering av material genom kemiska stridsmedel är drivna av en variation av faltade processer inklusive fysiska tillståndsövergångar, kemiska interaktioner mellan mobila arter, och material gränssnitt. Att utveckla effektiva saneringsteknik, optimerade saneringsåtgärder och prediktiva modeller, är det viktigt att föroreningen processen är väl beskriven, inklusive transport av föroreningar i material via absorption och efterföljande kemiska utsläpp tillbaka till miljön. Därför är det viktigt att metoder utvecklas som kan utvärdera under ytan koncentrationsprofiler för förorenings-material paren som funktion av miljöförhållanden. Ett kontinuum-skalan, var fysikbaserad modell som utvecklats för att förutsäga koncentrationsfördelningen av absorberad medel i ett förorenat substrat. Experimentellt härledda parametrar masstransport möjliggör förutsägelse av tHan ånga utsläpp från förorenat material efter sanering. En förmåga att förutsäga koncentrationsfördelningen i ett material kan underlätta bedömningen av potentiella ånga faror och i sin tur möjliggör korrekta diagnoser av toxikologiska risker 1. Detta tillvägagångssätt möjliggör en uppskattning av föroreningsmaterial par specifika masstransportparametrar såsom diffusivitet och mättnadskoncentration som i sin tur tillåter modellering under andra scenarier och villkor. I denna studie har vi behandlat den flytande förorening av lösningsmedels spridda, polyuretan färg beläggningar fas med kemiska stridsmedel bis (2-kloroetyl) sulfid (destillerad senap, blister agent HD) och O-etyl S - [2 (diisopropylamino) etyl] methylphosphonothioate (VX), en organisk fosforförening nervgas. Den utvecklade metoden kännetecknar gas desorption profiler från förorenade material, inklusive kemiska stridsmedel som HD och VX, utanmånga av de restriktioner som hindrar andra närmar sig 2,3. Tidsupplösta masspektrometri mätningar av förorenings evolution från förorenade substrat möjliggöra en diffusiv transport modell med invers analys för att beräkna parametrar masstransport för det främmande ämnet i materialet, inklusive den absorberade koncentrationsprofilen för föroreningen med start från den ursprungliga trängnings händelsen. Med etableringen av en prediktiv förmåga som avgränsar koncentrationsprofiler av föroreningar i material som funktion av miljöförhållanden kommer förmågan att bedöma toxikologiska faror och slutligen utveckla vägar för effektiv sanering. I detta dokument är detaljerna i samband med provberedning presenterade, bland annat arbetet med kemisk krigföring agent föroreningar, samt insamling experimentella data från förorenat material och efterföljande modellering 4. Experimentella försök utfördes som described i den kemiska föroreningen och saneringskälldokument 5 och kommer att diskuteras i nästa avsnitt. Ett flödesschema för beredning och analysprov åtgärder som ingår 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

Möjligheten att direkt karakterisera kemiska transporter och interaktioner som inträffar inom ett material (dvs underjordiska dynamik) är en viktig del i att förstå föroreningsmasstransport och möjligheten att sanera material. Om ett material är förorenat med tiden kan transporten av mycket giftiga kemikalier (till exempel kemisk krigföring agent arter) av materialet leda ånga exponering eller överföra till huden, vilket kan leda till perkutan exponering för personal som interagerar med materialet. På grund av den höga toxiciteten för kemiska stridsmedel, är frisättningen av spår kemiska kvantiteter av betydande oro. Kartläggning under ytan distribution och transport koncentration egenskaper absorberade agenter gör exponeringsrisker som skall bedömas under oprövade förhållanden. Dessutom kan dessa verktyg användas för att karaktärisera ytan reaktionsdynamik att slutligen utforma förbättrade sanerings eller saneringsåtgärder. To nå detta mål var ett omvänt analys mass strategi transportmodellering utvecklats som utnyttjar tidsupplösta masspektroskopitaggade mätningar av ånga utsläpp från förorenade färg beläggningar som ingångsparameter för beräkning av ytan koncentrationsprofiler. Information finns på provberedning, inklusive föroreningar och materialhantering, tillämpningen av masspektrometri för mätning av avges föroreningsånga, och genomförandet av invers analys med ett fysikbaserat diffusion modell för att bestämma transportegenskaper levande kemiska stridsmedel inbegripet destillerat senap (HD) och nervgasen VX.

Den övre panelen i figur 3 visar exempel på den beräknade massflödet av VX och HD från SD målade underlag baserade på tidsupplöst masspektrometri för de viktigaste mass fragment av VX och HD (massa-till-laddningsförhållande, m / z = 114 och 109, respektive). En fyrpolig masspektrometer har tre huvudkomponenter: en jonisator, en massa analysator eller filter, och en avgift detektor. Gastyp joniseras via elektronstöt jonisering (varm fila stil elektronkällan), och de produce...

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 Inverse Analys Närma till karakterisering av kemiska Transport i Färger

I detta dokument är ett förfarande för kvantifiering av masstransportparametrar av kemikalier i olika material presenteras. Denna process innebär att anställa en invers-analys baserad diffusionsmodell till ånga utsläppsprofiler som registrerats av realtid, masspektrometri i högvakuum.

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

Fria radikaler i kemisk biologi: från Chemical beteende till biomarkörer utveckling

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

Isolering och kemisk karakterisering av lipid A från gramnegativa 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 guidad Materials Screening strategi för utvecklingen av kvantitativa Sol-gel protein från Microarrays

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 av en organisk magnet, Vanadium tetracyanoeten

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

Syntes och karakterisering av Supramolekylära 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

Glykan Nod Analys: En nedifrån och upp till 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

Mikroflödes pneumatiska Burar: En ny metod för In-chip Crystal svällning, manipulation och kontrollerad kemisk 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 experimentell metod för bedömning 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

Använda kapillärelektrofores att kvantifiera organiska syror från växtvävnad: ett pilotfall Undersöka<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Frön

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