塗料中の化学輸送のキャラに逆解析アプローチ
Summary
本論文では、さまざまな材料中の化学物質の物質輸送パラメータを定量化するための手順が提示されている。このプロセスは、高真空中でリアルタイムの、質量分析によって記録された放出プロファイルを蒸気に逆解析ベースの拡散モデルを用いることを含む。
Abstract
材料内で発生する直接化学輸送や相互作用を特徴づける能力（ すなわち 、地下ダイナミクス）は、汚染物質の質量輸送と材料を除染するための能力を理解する上で重要な要素である。材料が汚染されている場合は、時間の経過とともに、材料のうち（そのような化学兵器剤の種のような）毒性の高い化学物質の輸送はと対話職員への経皮的浴びることができ、肌への蒸気曝露または転送をもたらすことができる材料。 、化学兵器の高い毒性のために、微量の化学量のリリースは、重大な関心事である。吸収された薬剤のマッピング地下濃度分布と輸送特性が露出の危険性がテストされていない条件で評価することができます。さらに、これらのツールは、最終的に改善された汚染除去または汚染除去手順を設計するために地下反応動力学を特徴付けるために使用することができる。 TOこの目標を達成するため、逆解析の質量輸送モデリングアプローチは、表面下濃度プロファイルの計算のための入力パラメータとして、汚染された塗装被膜からの蒸気放出の時間分解質量分光測定を利用して開発した。詳細は蒸留を含む生化学兵器の輸送特性を決定するために、物理ベース拡散モデルを用いて、汚染物質および材料の取扱い、放出された汚染物質の蒸気を測定するための質量分析の適用、及び逆解析の実施を含む、試料調製に設けられているマスタード（HD）および神経ガスVX。
Introduction
化学兵器による材料の汚染に関連する質量輸送機構は、物理的状態遷移、モバイル種間の化学的相互作用、および材料のインターフェースを含む畳み込みさまざまなプロセスによって駆動される。効果的な除染技術、最適化された除染手順、および予測モデルを開発するには、それが戻っ環境への吸収を介した材料への汚染物質の輸送とその後の化学発光を含む、汚染処理が十分に理解されていることが重要です。したがって、環境条件の関数として汚染物質材料のペアのための表面下濃度プロファイルを評価できるようなアプローチが開発されることが必須である。連続スケールは、物理ベースモデルは、汚染された基材に吸収された薬剤の濃度分布を予測するために開発された。実験的に得られた物質移動パラメータは、tの予測を可能にする彼は汚染された材料ポスト除染からの発光を蒸気。材料中の濃度分布を予測する能力は、潜在的な蒸気の危険性の評価を容易にし、今度は、毒物学的ハザード1の正確な診断を可能にすることができる。このアプローチは、他のシナリオや条件ターン許可モデリングにおけるように拡散率と飽和濃度などの汚染物質の材料ペア特有の物質輸送パラメータの推定が可能になります。本研究では、化学兵器ビス（2 -クロロエチル）スルフィド（蒸留マスタード、ブリスター剤HD）およびO -エチルSで溶媒分散、ポリウレタン塗料コーティングの液相汚染を処理している- [2-（ジイソプロピルアミノ）エチル]チオエート（VX）、有機リン神経ガス。
開発した方法論はせずに、HDおよびVXなどの化学兵器を含む汚染された材料からのガス放出プロファイルを特徴づける他のアプローチ2,3を妨げる規制の多く。汚染された基板からの汚染物質の進化の時間分解質量分析測定は、オリジナルの浸透イベントから始まるの汚染のために吸収された濃度プロファイルを含む材料中の汚染物質のための物質輸送パラメータを計算するための逆解析による拡散輸送モデルを可能にする。環境条件の関数として材料中の汚染物質の濃度プロファイルの輪郭を描くための予測能力の設立により毒性学的危険性を評価し、最終的には効果的な除染のためのルートを開発する能力が来る。
本論文では、試料調製に関連した詳細が化学兵器剤の汚染物質との仕事だけでなく、汚染された物質からの実験データの収集とその後のモデリング4を含む、提示されている。実験ランをDESCように行った化学汚染物質や汚染除去、ソース文書5にribed、次のセクションで説明します。 図1に含まれるのサンプル調製および分析手順のフローチャート。
Protocol
Representative Results
Discussion
塗料中のHDとVX用のマストランスポートパラメータは、蒸気排出データの数値逆解析によって決定した。算出されたパラメータと、それはその後、塗装中の汚染物質の分布の時間依存性濃度勾配マップを生成することが可能であった。逆解析結果はSD塗料におけるHDの溶解度がVXよりも高かったが、拡散率は低い約5倍であることが実証された。結果は、VX汚染プロファイルはSDペイントコーティ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、機器設計における支援のために博士ウェスゴードン（ECBC）をお願いいたします。この作品は、プログラムCA08MSB317下エリックローウェンスタインとマイケル·ロバーツ（防衛脅威削減局）が資金提供2研究プログラムからの累積の結果を表しています。本明細書に引用された技術報告書がで得ることができるhttp://www.dtic.mil 。
Materials
| Name of Material/Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Stainless Steel Tray | McMaster Carr | 4189T1 | 13-5/8" L x 9-3/4" W, http://www.mcmaster.com/#stainless-steel-trays/=p8dcgp |
| MIL-DTL-53039 solvent-dispersible aliphatic polyurethane coating system | Substrates supplied by internal source | ||
| Environmental Chamber | Custom Design. Full details on vacuum chamber specifications and materials included in reference 4. | ||
| bis(2-chloroethyl) sulfide | CASARM | TOXIC | |
| O-ethyl S-[2-(diisopropylamino)ethyl] methylphosphonothioate | CASARM | TOXIC | |
| Pipetter | Fisher Scientific | 22260201 | Range of 1.0 µL to 10 mL |
| Pipetter Tips | Fisher Scientific | 13-683-709 | 0.1 mL Volume |
| Stainless Steel High Vacuum Experimental Chamber | Custom Design | ||
| Quadrupole Mass Spectrometer | ExTorr | RGA300 | |
| Stainless Steel Tweezers | McMaster Carr | 5516A15 | Any stainless steel tweezers are appropriate. |
| Glass Extraction Jar | Scientific Specialties | 170808 | Jar fits a ~5 cm diameter substrate. Different glass jars with teflon lined lids are appropriate for different sized substrates. |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 650498 | HARMFUL. The extraction solvent for HD may change depending on the analytical method. |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 650447 | HARMFUL. The extraction solvent for VX may change depending on the analytical method. |
| Pasteur Pipette | VWR | 14673-010 | size= 5 3/4" |
Referencias
- Willis, M. P., Mantooth, B. A., Lalain, T. Novel Methodology for the Estimation of Chemical Warfare Agent Mass Transport Dynamics, Part II: Absorption. J. Phys. Chem. C. 116, 546-554 (2011).
- Felder, R. M. Estimation of Gas Transport-Coefficients from Differential Permeation, Integral Permeation, and Sorption Rate Data. J. Membr. Sci. 3, 15-27 (1978).
- Taviera, P., Mendes, A., Costa, C. On the Determination of Diffusivity and Sorption Coefficients Using Different Time-lag Models. J. Membr. Sci. 221, 123-133 (2003).
- Willis, M. P., Gordon, W. O., Lalain, T. A., Mantooth, B. A. Characterization of Chemical Agent Transport in Paints. J. Hazard Mater. 260, 907-913 (2013).
- Lalain, T., Mantooth, B., Shue, M., Pusey, S., Wylie, D. . The Chemical Contaminant and Decontaminant Test Methodology Source Document. Second Edition. Report No. ECBC-TR-980. , (2011).
- . . MIL-DTL-53039B: Coating Aliphatic Polyurethane, Single Component, Chemical Agent Resistant. , (2005).
- Shue, M., et al. . Low-Level Analytical Methodology Updates to Support Decontaminant Performance Evaluations. Report No. ECBC-TR-883. , (2011).
- Schwope, A. D., Klein, J. M., Sidman, K. R., Reid, R. C. Sorption-Desorption Phenomena of Chemicals from Polymer (Paint) Films. J. Hazard. Mater. 13, 353-367 (1986).
- Li, F., Niu, J. Control of Volatile Organic Compounds Indoors – Development of an Integrated Mass-Transfer-Based Model and Its Application. Atmos. Environ. 41, 2344-2354 (2007).
- Li, F., Niu, J., Zhang, L. A Physically-Based Model for Prediction of VOCs Emissions from Paint Applied to an Absorptive Substrate. Build. Environ. 41, 1317-1325 (2006).
- Li, F., Niu, J. L. Simultaneous Estimation of VOCs Diffusion and Partition Coefficients in Building Materials via Inverse Analysis. Build. Environ. 40, 1366-1374 (2005).
- Li, F., Niu, J. L. An Inverse Technique to Determine Volatile Organic Compounds Diffusion and Partition Coefficients in Dry Building Material. Heat and Mass Transfer. 41, 834-842 (2005).
- Li, F., Niu, J. L. An Inverse Approach for Estimating the Initial Distribution of Volatile Organic Compounds in Dry Building Material. Atmos. Environ. 39, 1447-1455 (2005).
- Vesely, D. Diffusion of Liquids in Polymers. Int. Mater. Rev. 53, 299-315 (2008).
- Goossens, E. L. J., van der Zanden, A. J. J., Wijen, H. L. M., van der Spoel, W. H. The Measurement of the Diffusion Coefficient of Water in Paints and Polymers from Their Swelling by Using an Interferometric Technique. Prog. Org. Coat. 48, 112-117 (2003).
- Arya, R. K., Vinjamur, M. Measurement of Concentration Profiles Using Confocal Raman Spectroscopy in Multicomponent Polymeric Coatings-Model Validation. J. Appl. Polym. Sci. 128, 3906-3918 (2013).
