Обратная Анализ подход к характеризации химической транспорта в красках
Summary
В этой статье, процедура для количественного параметры массы перевозки химических веществ в различных материалах представлена. Этот процесс включает в себя применения в основе диффузионной модели обратного анализа в пар профилей выбросов, записанные в режиме реального времени, масс-спектрометрии в высоком вакууме.
Abstract
Возможность напрямую характеризуют химического транспорта и взаимодействия, которые происходят в материале (т.е., подземные динамика) является жизненно важным компонентом в понимании загрязнений массоперенос и способность обеззараживания материалов. Если материал загрязнен, в течение долгого времени, транспортный высокотоксичных химических веществ (например, видов химических ОВ) из материала может привести к воздействию паров или передавать на кожу, что может привести к чрескожного контакта с персоналом, которые взаимодействуют с Материал. В связи с высокой токсичностью химических отравляющих веществ, освобождение следовых химических величин представляет значительный интерес. Отображение подземные распределительные концентрация и транспортные характеристики поглощенных агентов позволяет опасности воздействия должны быть оценены в непроверенных условиях. Кроме того, эти инструменты могут быть использованы для характеристики динамики подземных реакции в конечном счете разработать улучшенные средства дегазации или процедуры дезактивации. То достижения этой цели, обратную массу анализ транспортной подход моделирования была разработана, который использует времяразрешенные измерения масс-спектроскопии эмиссии паров из загрязненных лакокрасочных покрытий как входного параметра для расчета концентрационных профилей подземных. Подробная информация представлена на пробоподготовки, включая примеси и обработки материалов, применения масс-спектрометрии для измерения излучаемой загрязняющих паров и реализации обратного анализа с использованием физики на основе диффузии модель для определения транспортных свойств живых боевых отравляющих веществ включая дистиллированную горчица (HD) и нервно-паралитических VX.
Introduction
Механизмы масса транспортные, связанные с загрязнением материалов по отравляющих веществ приводятся в различных свернутых процессов, включая физических переходов состояний, химических взаимодействий между мобильными видов и материалов интерфейсов. Разработать эффективные технологии обеззараживания, оптимизированные процедуры дезактивации и прогнозирующих моделей, жизненно важно, чтобы процесс загрязнения хорошо понимают, в том числе перенос загрязняющих веществ в материалах через поглощения и последующего химического выброса обратно в окружающую среду. Следовательно, крайне важно, чтобы подходы разрабатываются, которые могут оценить профили концентрации подземных для загрязняющих-материал пар в зависимости от условий окружающей среды. Континуум-шкала, основанная на физике модель была разработана для прогнозирования распределения концентрации поглощенного вещества в загрязненной подложки. Экспериментально полученные параметры массовые транспортные возможность предсказывать тон паров излучение загрязненного материала сообщению обеззараживания. Способность прогнозировать распределение концентрации в материале может облегчить оценку потенциальных опасностей пара и, в свою очередь, позволит точные диагнозы токсикологической опасности 1. Такой подход позволяет для оценки загрязнения-материал парных конкретных параметров масса транспортных, таких как диффузии и насыщения концентрации, что, в свою очередь разрешение моделирования для других сценариев и условий. В этом исследовании мы рассматривали загрязнения жидкой фазы платежеспособных-дисперсионные, полиуретановых покрытий с боевых отравляющих веществ бис (2-хлорэтил) сульфида (дистиллированной горчицей, кожно-нарывного действия HD) и O -этил S – [2- (диизопропиламино) этил] methylphosphonothioate (VX), фосфорорганическими ОВ нервно-паралитического.
Разработанная методология характеризует профили газа десорбции из загрязненных материалов, в том числе боевых отравляющих веществ, таких как HD и VX, безмногие ограничения, которые препятствуют другие подходы 2,3. Временным разрешением измерения масс-спектрометрии загрязнений эволюции от загрязненных субстратов позволяют диффузным транспортной модели с обратного анализа для расчета параметров массовых перевозок для загрязняющего вещества в материале, в том числе поглощенной профиля концентрации для загрязняющего вещества, начиная от исходного события проникающей. С созданием в прогнозных возможностях для разграничения концентрационные профили примесей в материалах в зависимости от условий окружающей среды приходит способность оценивать токсикологические опасности и в конечном итоге разработать маршруты для действенной очистки.
В данной работе, детали, связанные с пробоподготовки представлены, в том числе работы с химических ОВ загрязнений, а также экспериментальной сбора данных от загрязненных материалов и последующего моделирования 4. Экспериментальные опыты были проведены как по алфавиту с началаribed в химический загрязнитель и источника дезинфицирующего документа 5 и будет обсуждаться в следующем разделе. Блок-схема для подготовки и анализа проб шагов в показана на рисунке 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Массовые транспортных параметров HD и VX в краске были определены с помощью цифровой обратной анализа паров данных о выбросах. С расчетных параметров, можно было затем производят зависящие от времени карты градиента концентрации загрязняющих веществ для распределения в лакокрасочного…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят доктора Wes Gordon (ECBC) за поддержку в конструкции прибора. Эта работа представляет совокупные результаты двух научно-исследовательских программ, финансируемых Эрик Левенштейн и Майкл Робертс (обороны Агентство по уменьшению угрозы) по программе CA08MSB317. В технических отчетов, приведенные здесь, могут быть получены в 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).
