גישה הפוכה ניתוח לאפיון כימי תחבורה בצבעים
Summary
במאמר זה, הליך לכימות הפרמטרים תחבורה ההמוני של כימיקלים בחומרים שונים מוצג. תהליך זה כרוך העסקת מודל דיפוזיה מבוססת הפוך-ניתוח לאדי פרופילי פליטה שנרשמו על ידי בזמן אמת, ספקטרומטריית מסה בואקום גבוה.
Abstract
היכולת לאפיין תחבורה כימית ואינטראקציות המתרחשות בתוך חומר ישירות (כלומר, דינמיקה מתחת לפני הקרקע) היא מרכיב חיוני בהבנת תחבורה המונית מזהם והיכולת לטהר חומרים. אם חומר מזוהם, לאורך זמן, הובלת כימיקלים רעילים ביותר (כגון מיני חומר לחימה כימית) מהחומר יכולה לגרום לחשיפת אדים או להעביר לעור, אשר יכול לגרום לחשיפת מלעורית לאנשים שאינטראקציה עם חומר. בשל הרעילות הגבוהה של חומרי לחימה כימיים, השחרור של כמויות כימיות עקבות הוא דאגה משמעותית. מאפייני הפצת ריכוז מתחת לפני הקרקע מיפוי והובלה של סוכנים נספגו מאפשרים סכנות חשיפה להיות מוערכות בתנאים שלא נבדקו. יתר על כן, ניתן להשתמש בכלים אלה כדי לאפיין את דינמיקת תגובה מתחת לפני הקרקע כדי לתכנן סופו של דבר decontaminants השתפר או נהלי טיהור. To להשיג מטרה זו, גישת דוגמנות תחבורה המוני ניתוח הפוכה פותחה אשר מנצלת מדידות ספקטרוסקופיה המונית זמן נפתרו של פליטת אדים מציפוי צבע מזוהם כפרמטר הקלט לחישוב פרופילי ריכוז מתחת לפני הקרקע. פרטים מסופקים על הכנת מדגם, כוללים זיהום וטיפול בחומר, היישום של ספקטרומטריית מסה למדידת אדים מזהמים נפלטים, והיישום של ניתוח הפוך תוך שימוש במודל דיפוזיה פיסיקה מבוססת כדי לקבוע מאפייני הובלה של חומרי לחימה כימית בשידור חי לרבות מים מזוקקים חרדל (HD) וגז העצבים VX.
Introduction
מנגנוני התחבורה המונית הקשורים לזיהום של חומרים על ידי חומרי לחימה כימיים מונעים על ידי מגוון רחב של תהליכים ומפותלים כולל מעברים פיזיים מדינה, אינטראקציות כימיות בין מינים ניידים, וממשקי חומרים. לפתח טכנולוגיות יעילות טיהור, נהלי טיהור מותאמים, ומודלי חיזוי, הוא חיוני, כי תהליך הזיהום מובן היטב, כולל התחבורה של מזהמים לחומרים באמצעות קליטה והפליטה הכימית שלאחר מכן בחזרה לסביבה. כתוצאה מכך, קיים הכרח כי גישות מפותחות שיכול להעריך את פרופילי ריכוז מתחת לפני הקרקע לזוגות מזהמים-חומר כפונקציה של תנאי סביבה. בקנה מידת רצף, מודל פיסיקה מבוססת פותחה כדי לחזות את התפלגות הריכוז של סוכן שקוע במצע מזוהם. פרמטרים תחבורה המוניים נגזרו באופן ניסיוני יאפשר החיזוי של tהוא אדי פליטה מתפקיד חומר החיטוי המזוהם. יכולת לחזות את חלוקת הריכוז בחומר יכולה להקל על הערכת סיכונים פוטנציאליים ואדים, בתורו, מאפשרת אבחון מדויק של מפגעי טוקסיקולוגי 1. גישה זו מאפשרת להערכת פרמטרים מזהמים מהותי זוג ספציפיים תחבורה המונית כגון ריכוז diffusivity ורוויה שבדוגמנות היתר תור לתרחישים ומצבים אחרים. במחקר זה, טפלנו בזיהום השלב הנוזלי של פיזור ממס, ציפויי צבע פוליאוריטן עם bis חומרי לחימה כימית (2-chloroethyl) גופרי (חרדל מזוקק, סוכן שלפוחית HD) וO -ethyl S – [2 (diisopropylamino) methylphosphonothioate אתיל] (VX), גז עצבים organophosphate.
המתודולוגיה שפותחה מאפיינת פרופילי desorption גז מחומרים מזוהמים, כוללים חומרי לחימה כימית כמו HD וVX, ללארב של ההגבלות שתקשינה על גישות אחרות 2,3. מדידות ספקטרומטריית מסת זמן נפתרה אבולוציה מזהם ממצעים מזוהמים לאפשר למודל תחבורה diffusive עם ניתוח הפוך לחישוב פרמטרים תחבורה המוניים לזיהום בחומר, כוללים פרופיל הריכוז נספג לזיהום החל מאירוע החלחול המקורי. עם הקמתה של יכולת ניבוי להתוויית פרופילי ריכוז של מזהמים בחומרים כפונקציה של תנאי סביבה מגיעה היכולת להעריך סיכוני טוקסיקולוגי וסופו של דבר לפתח מסלולים לטיהור יעילה.
במאמר זה, את הפרטים הקשורים בהכנת מדגם מוצגים, לרבות עבודה עם מזהמי חומר לחימה כימית, כמו גם אוסף נתונים ניסיוני מחומרים מזוהמים ודוגמנות שלאחר מכן 4. ריצות ניסוי נערכו כיורדותribed במסמך המזהם הכימי ומקור decontaminant 5 ויידון בסעיף הבא. תרשים זרימה לשלבי הכנת מדגם וניתוח שבנכלל באיור 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרמטרים תחבורה המוניים לHD וVX בצבע נקבעו באמצעות הניתוח ההפוך המספרי של נתוני פליטת אדים. עם פרמטרים מחושבים, אפשר היה אז כדי לייצר מפות מפל ריכוזים תלויי זמן להפצת זיהום בציפוי הצבע. תוצאות הניתוח ההפוכה הוכיחו כי המסיסות של HD בצבע SD הייתה גבוהה יותר מאשר VX, אבל diffusivity…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לד"ר ווס גורדון (ECBC) לתמיכה בעיצוב מכשיר. עבודה זו מייצגת את התוצאות המצטברות משתי תוכניות מחקר מומנו על ידי אריק לוינשטיין ומיכאל רוברטס (איום ביטחון הפחתת סוכנות) תחת CA08MSB317 תכנית. ניתן להשיג הדוחות הטכניים צוטטו במסמך זה בhttp://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).
