Une approche d'analyse inverse à la caractérisation des Transports chimique dans les peintures
Summary
Dans cet article, une procédure permettant de quantifier les paramètres de transport de masse de produits chimiques dans différents matériaux est présentée. Ce processus implique l'emploi d'un modèle de diffusion en fonction inverse de l'analyse de profils d'émission de vapeur enregistrées en temps réel, la spectrométrie de masse sous vide poussé.
Abstract
La capacité à caractériser directement transport de produits chimiques et les interactions qui se produisent dans un matériau (c'est à dire, la dynamique du sous-sol) est un élément essentiel dans la compréhension de transport de masse des contaminants et la capacité de décontaminer le matériel. Si un produit est contaminé, au fil du temps, le transport de produits chimiques hautement toxiques (comme les espèces d'agents de guerre chimique) sur le matériau peut entraîner une exposition à la vapeur ou de transférer à la peau, ce qui peut entraîner une exposition percutanée au personnel qui interagissent avec le matériau. En raison de la forte toxicité des agents chimiques de guerre, la libération de quantités de produits chimiques de traces est une préoccupation importante. Caractéristiques de distribution de concentration cartographie du sous-sol et de transport des agents absorbés permet risques d'exposition à évaluer dans des conditions non testés. En outre, ces outils peuvent être utilisés pour caractériser la dynamique des réactions du sous-sol de concevoir finalement décontaminants améliorées ou des procédures de décontamination. To atteindre cet objectif, une analyse de masse approche de modélisation du transport inverse a été développé qui utilise des mesures de spectroscopie de masse à résolution temporelle de l'émission de vapeur à partir de couches de peinture contaminés en tant que paramètre d'entrée pour le calcul des profils de concentration en sous-sol. Des détails sont fournis sur la préparation de l'échantillon, y compris les contaminants et la manutention, l'application de la spectrométrie de masse pour la mesure de la vapeur contaminant émis, et la mise en œuvre de l'analyse inverse en utilisant un modèle de diffusion basé sur la physique pour déterminer les propriétés de transport des vivants agents de guerre chimiques, y compris distillée moutarde (HD) et de l'agent neurotoxique VX.
Introduction
Les mécanismes de transport de masse associés à la contamination par des matériaux agents de guerre chimiques sont entraînés par une variété de procédés, y compris convolutés transitions d'état physique, les interactions chimiques entre les espèces mobiles, et des interfaces de matériaux. Pour développer des technologies efficaces de décontamination, les procédures de décontamination optimisés, et des modèles prédictifs, il est essentiel que le processus de contamination est bien compris, y compris le transport des contaminants dans les matériaux par absorption et l'émission ultérieure de produits chimiques dans l'environnement. Par conséquent, il est impératif que les approches sont développées qui peuvent évaluer des profils de concentration en sous-sol pour les paires de contaminants matériau en fonction de conditions environnementales. Un continuum échelle, le modèle basé sur la physique a été développé pour prédire la distribution de la concentration de l'agent absorbé dans un substrat contaminé. Les paramètres de transport de masse obtenu de façon expérimentale permettent la prédiction de la til la vapeur émission de la matière contaminée après décontamination. La possibilité de prédire la distribution de concentration dans un matériau peut faciliter l'évaluation des dangers potentiels et de vapeur, à son tour, permettre un diagnostic précis des risques toxicologiques 1. Cette approche permet une estimation des paramètres de transport de masse de contaminants matériau paire spécifiques tels que la diffusivité et la saturation concentration qui à son tour la modélisation de permis pendant d'autres scénarios et conditions. Dans cette étude, nous avons traité de la contamination en phase liquide de solvant dispersé, la peinture de polyuréthane avec des agents de guerre chimique bis (2-chloroéthyl) sulfure (moutarde distillée, agent vésicant HD) et O-éthyl S – [2 (diisopropylamino) éthyl] methylphosphonothioate (VX), un agent neurotoxique organophosphoré.
La méthodologie développée caractérise les profils de désorption du gaz à partir de matériaux contaminés, y compris les agents de guerre chimique comme HD et VX, sansla plupart des restrictions qui entravent d'autres approches 2,3. spectrométrie de masse mesures résolues en temps de l'évolution des contaminants à partir de substrats contaminés permettent un modèle de transport par diffusion à l'analyse inverse pour calculer les paramètres de transport de masse pour le contaminant dans le produit, y compris le profil de concentration absorbée pour le contaminant à partir de l'événement de perméation d'origine. Avec la mise en place d'une capacité prédictive pour délimiter les profils de concentration des contaminants dans les matériaux en fonction des conditions environnementales vient la capacité d'évaluer les risques toxicologiques et finalement développer des voies de décontamination efficace.
Dans cet article, les détails associés à la préparation de l'échantillon sont présentés, y compris le travail avec des contaminants de l'agent de guerre chimique, ainsi que la collecte de données expérimentales à partir de matériaux contaminés et la modélisation subséquente 4. Des essais expérimentaux ont été réalisés comme described dans le document de contaminant chimique source de décontaminant et 5 et qui sera discuté dans la section suivante. Un organigramme de préparation et d'analyse échantillon étapes inclus dans la figure 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Paramètres de transport de masse pour la HD et VX dans la peinture ont été déterminées par l'analyse inverse numérique des données d'émission de vapeur. Avec les paramètres calculés, il est alors possible de produire des cartes de gradient de concentration en fonction du temps de la distribution des contaminants dans le revêtement de peinture. Les résultats des analyses inverses ont montré que la solubilité de la peinture en HD SD était supérieur à VX, mais la diffusivité est environ 5 fois plu…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient le Dr Wes Gordon (SECB) pour le soutien à la conception de l'instrument. Ce travail présente les résultats cumulatifs de deux programmes de recherche financés par Eric Lowenstein et Michael Roberts (Threat Reduction Agency Défense) au titre du programme CA08MSB317. Les rapports techniques mentionnés ici peuvent être obtenus 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
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