Boyalar Kimyasal Ulaştırma Karakterizasyonu bir Ters Analizi Yaklaşımı
Summary
Bu yazıda, çeşitli malzemelerin kimyasalların toplu taşıma parametrelerini hesaplamak için bir prosedür sunulmuştur. Bu işlem, gerçek zamanlı, yüksek vakumda kütle spektrometresi ile kaydedildi emisyon profilleri buhar ters-bazlı analiz difüzyon modeli kullanılarak içerir.
Abstract
Doğrudan bir malzeme içinde meydana gelen kimyasal taşıma ve etkileşimleri karakterize etmek için yeteneği (yani yeraltı dinamikleri) kirletici kütle taşıma ve malzeme dezenfekte yeteneği anlamak hayati bir bileşendir. Bir malzeme kirlenmiş ise, zamanla, malzemeden (örneğin kimyasal savaş ajanı türler gibi) son derece toksik kimyasalların taşıma buhar çıkmasına neden olabilir veya etkileşim personele perkütan maruz kalmaya neden olabilir cilde, transfer malzemesi. Nedeniyle kimyasal savaş ajanlarının yüksek toksisite, iz kimyasal miktarlarda serbest önemli bir meseledir. Emilen maddelerin eşleme yeraltı konsantrasyonu dağıtım ve nakil özellikleri tehlikeler denenmemiş koşullarda değerlendirilmesini sağlar. Ayrıca, bu araçlar nihayetinde geliştirilmiş dekontaminasyonlara veya dekontaminasyon prosedürleri tasarım yeraltı reaksiyon dinamiklerini tanımlamak için kullanılabilir. To Bu hedefe ulaşmak, bir ters analiz toplu taşıma modelleme yaklaşımı yeraltı konsantrasyon profillerinin hesaplanması için giriş parametresi olarak kontamine boya kaplamalar buharı emisyonuna zaman çözüme kütle spektroskopisi ölçümleri kullanır geliştirildi. Ayrıntılar distile dahil kirletici ve malzeme taşıma, yayılan kirletici buhar ölçümü için kütle spektrometresi uygulama ve canlı kimyasal savaş ajanları taşıma özelliklerini belirlemek için bir fizik tabanlı difüzyon modeli kullanılarak ters analizi uygulanması da dahil olmak, numune hazırlama sağlanır hardal (HD) ve sinir ajanı VX.
Introduction
Kimyasal savaş ajanları ile materyallerin kirlenme ile ilgili kütle nakil mekanizmaları fiziksel durum geçişleri, Mobil türleri arasındaki kimyasal etkileşimleri ve malzemeler de dahil olmak üzere arayüzleri Evrişmiş çeşitli işlemler ile tahrik edilmektedir. Etkili dekontaminasyon teknolojileri, optimize edilmiş dekontaminasyon prosedürleri ve tahmin modelleri geliştirmek için, kirlenme süreci iyi emilimi ile malzemelerin içine kirleticilerin taşınması ve ortama geri sonraki kimyasal emisyon da dahil anlaşıldığı önemlidir. Sonuç olarak, bu yaklaşım, çevre koşullarının bir fonksiyonu olarak kirletici malzeme çifti için satıh-altı konsantrasyon profillerini değerlendirmek için geliştirilmiştir olması zorunludur. Bir süreklilik ölçekli, fizik-tabanlı model bir kontamine substrat emilen madde konsantrasyonu dağılımını tahmin etmek için geliştirilmiştir. Deneysel olarak türetilmiş toplu taşıma parametreler t tahminini etkinleştirmekO kirlenmiş malzeme sonrası dekontaminasyon emisyonun buhar. Bir malzeme konsantrasyon dağılımını tahmin becerisi potansiyel buhar tehlikelerin değerlendirmesini kolaylaştırmak ve, sırayla, toksikolojik tehlikeleri 1 doğru teşhis etkinleştirebilirsiniz. Bu yaklaşım, yayınım ve doygunluk konsantrasyonu gibi kirletici madde çifti özel toplu taşıma parametrelerinin tahmini için izin veren bir diğer senaryolar ve koşullar için dönüş izni modelleme. Bu çalışmada, kimyasal ajanlar bis (2-kloroetil) sülfid (damıtılmış hardal, kabarcıklı maddesi HD) ve O-etil S, solvent olarak dağılmış, poliüretan boya kaplama sıvı faz kirlenme tedavi eden – [2 (diisopropilamino) etil] methylphosphonothioate (VX), bir organofosfat sinir ajan.
Geliştirilen metodoloji olmadan, HD ve VX gibi kimyasal savaş ajanları dahil olmak üzere kontamine malzemelerin, gaz desorpsiyon profillerini karakterizediğer engel çok sayıda kısıtlama 2,3 yaklaşır. Kirlenmiş alt-tabakalardan kirletici evrim süre-çözülmüş kütle spektrometrisi ölçümleri orijinal olay geçirgenlik başlayarak kirletici için emilen konsantrasyon profili de dahil olmak üzere kirletici malzeme için, toplu taşıma parametreleri hesaplamak için ters analizi ile bir dağılım taşınması model sağlar. Çevre koşullarının bir fonksiyonu gibi malzemelerin kirletici konsantrasyonu profillerini tanımlamak için bir öngörü yeteneği kurulması ile toksikolojik tehlikeler ve sonuçta etkili dekontaminasyon için yollar geliştirmek için yetenek geliyor.
Bu yazıda, numune hazırlama ile ilgili detayları kimyasal savaş ajanı kirleticiler ile çalışma yanı sıra, kontamine materyallerden deneysel veri toplama ve sonraki modelleme 4 dahil sunulmaktadır. Deneysel çalışır azalan gibi gerçekleştirilmiştirkimyasal kirletici ve Dekontaminant kaynak belgedeki 5 ribed ve sonraki bölümde ele alınacaktır. Örnek hazırlama ve analiz adımları için bir akış şeması Şekil 1 'de yer alan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Boya HD ve VX için toplu taşıma parametreler buhar emisyon verilerinin sayısal ters analizi ile belirlenmiştir. Hesaplanan parametreler ile, daha sonra boya kaplama içerisinde kirletici maddelerin dağıtımı için zamana bağlı konsantrasyon gradyanı harita üretmek mümkün olmuştur. Ters analiz sonuçları SD boya HD çözünürlük VX daha yüksek olduğunu gösterdi, ama yayınım alt yaklaşık 5x oldu. Sonuçlar VX kirlilik profili SD boya tabakası nüfuz ise HD kirlilik, kaplamanın yüzeyinde yüksek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar alet tasarım desteği için Dr Wes Gordon (ECBC) teşekkür ederim. Bu çalışma programı CA08MSB317 altında Eric Lowenstein'a ve Michael Roberts (Savunma Tehdit Azaltma Dairesi) tarafından finanse edilen iki araştırma programlarından kümülatif sonuçlarını temsil eder. Bu tarifnamede değinilen teknik raporlar elde edilebilir 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" |
References
- 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).
