본 논문에서는 다양한 재료의 화학 물질의 물질 전달 매개 변수를 정량화하기위한 절차가 표시됩니다. 이 프로세스는 실시간으로, 고진공에서 질량 분석법에 의해 기록 된 방출 프로파일을 수증기 역 확산 기반의 분석 모델을 이용하는 것을 포함한다.
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이 논문에서
요약
초록
직접 재료 내에서 발생하는 화학적 수송 및 상호 작용을 특성화 할 수있는 능력 (즉, 하부 표면 역학) 오염물 질량 수송 재료와의 오염을 제거하는 기능을 이해하는데 중요한 요소이다. 물질이 오염 된 경우, 시간이 지남에 따라, 재료 중 (예 : 화학전 에이전트 종)에 독성이 강한 화학 물질의 수송 증기에 노출 될 수 있습니다 또는 상호 작용 담당자에게 경피 노출 될 수있는 피부로 전송 재료. 때문에 화학 전쟁 에이전트의 높은 독성, 추적 화학 수량의 릴리스는 중요한 문제이다. 흡수 에이전트의 매핑 지하 농도 분포 및 전송 특성은 노출 위험이 검증되지 않은 상태에서 평가 될 수 있습니다. 또한, 이러한 도구는 결국 개선 decontaminants 또는 오염 제거 절차를 설계하는 지하 반응 동력학을 특성화하는데 사용될 수있다. TO이 목표를 달성, 역 분석 물질 전달 모델링 방법은 서브 표면 농도 프로파일의 계산을위한 입력 파라미터로 오염 된 페인트 코팅으로부터 수증기 배출량 시분 질량 분광 측정을 활용이 개발되었다. 세부 증류 포함하여 오염 물질 취급, 출사 오염물 증기의 측정 질량 분석의 어플리케이션 및 라이브 화학전 에이전트의 전송 특성을 측정하는 물리적 기반의 확산 모델을 이용하여 역 분석의 구현을 포함하여, 샘플 준비에 제공된다 겨자 (HD) 및 신경 가스 VX.
서론
화학전 에이전트 물질의 오염에 관련된 질량 수송 메커니즘은 물리적 상태 전이 휴대 종 사이의 화학적 상호 작용, 및 재료 인터페이스를 포함 컨벌루션 다양한 공정에 의해 구동된다. 효과적인 오염 제거 기술, 최적화 된 오염 제거 절차 및 예측 모델을 개발하기 위해, 오염 프로세스가 잘 흡수 통한 물질로 오염 물질의 수송 및 백 환경에 후속 화학 발광을 포함하여 이해하는 것이 중요하다. 따라서,이 방법은 환경 조건의 함수로서 오염물 물질 쌍에 대한 서브 표면 농도 프로파일을 평가할 수있는 것을 개발하는 것이 필수적이다. 연속체 스케일은 물리 기반 모델은 기판에 흡수 된 오염 화제의 농도 분포를 예측하기 위해 개발되었다. 실험적으로 유도 된 질량 수송 매개 변수 t의 예측을 가능하게그는 오염 물질 포스트 오염 제거에서 배출 증기. 물질의 농도 분포를 예측하는 능력은 잠재적 인 증기 위험의 평가를 용이하게하고, 차례 차례로, 독성 학적 유해성에 하나의 정확한 진단을 활성화 할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 확산 및 포화 농도 오염 물질 재료 쌍의 특정 대용량 전송 매개 변수의 추정을 허용하는 다른 시나리오 및 조건 차례 허가 모델링. 본 연구에서 우리는 화학전 에이전트 비스 (2 - 클로로 에틸) 설파이드 (증류 겨자, 블리스 에이전트 HD) 및 O 에틸 S와 용매 분산 폴리 우레탄 페인트 코팅의 액상 오염을 처리 한 - [2 - (다이 이소 프로필 아미노) 에틸] methylphosphonothioate (VX), 유기 인 신경 가스.
개발 된 방법론은하지 않고, HD 및 VX 같은 화학전 요원을 포함하여 오염 물질로부터 가스 탈착 프로파일을 특징다른 방해 제한 많은 2,3 접근한다. 오염 된 기판으로부터 오염물 진화 시분 질량 분광 측정은 원래 침투 이벤트로부터 시작 오염물에 대한 흡수 농도 프로파일을 포함한 재료의 오염 물질에 대한 질량 전송 매개 변수를 계산하는, 역 분석 확산 수송 모델에 대해 허용한다. 환경 조건의 함수로서 재료에 불순물 농도 프로파일을 서술하기위한 예측 능력의 설립과 독성 위험을 평가하고 궁극적으로 효과적인 오염 제거를위한 경로를 개발할 수있는 능력을 제공.
본 논문에서는 샘플 준비와 관련된 세부 사항은 화학전 에이전트 오염 물질 일뿐만 아니라, 오염 물질로부터 실험 데이터 수집 및 이후의 모델링 4 포함되게됩니다. 실험 실행은 내림차순으로 실시 하였다화학 오염 물질 및 오염 제거제 소스 문서 5 ribed과 다음 장에서 논의 될 것이다. 샘플 준비 및 분석 단계에 대한 흐름도는도 1에 포함되어있다.
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프로토콜
원하는 환경으로 1 조건 페인트 기판
- 지정된 온도와 상대 습도 (20 ° C, 50 %)에 기판 조절을위한 환경 챔버를 미리 설정. 온도와 수분 함량이 모두 크게 물질로 흡수 속도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 기판 조건이 지속적으로 유지되어 있는지 확인합니다.
- 0.32 cm 후막, 전체 코팅 두께 도료 층 (6 MIL-DTL-53039, 용매 분 산성 (SD) 지방족 우레탄 코팅 시스템)을 20.25 cm (2)의 표면적이 5.08 cm 반경 스테인레스 스틸 디스크 ( 약 100 μm 인 프라이머와 탑 코트). 테스트 표면을 가진 스테인레스 강 트레이에 (원하는 수의 복제물)와 기판이 윗쪽 화학 약품에 노출되는 장소.
- 배양 접시와 기판을 커버. 적어도 60 마일의 환경 시험 챔버로 기판을 포함하는 트레이 배치N하지만 이상적으로 O / N, 가능하면.
미리 설정된 기판의 2 오염
- 같은 실험실 코트, 보호 안경, 장갑 등 돈 개인 보호 장비.
- 주의 : 냉장에서 화학 오염 물질을 구하여 차 용기의 뚜껑을 RT 평형 수 있습니다. 이 프로토콜에 사용되는 화학 물질은 화학 물질의 에이전트 표준 분석 참고 자료 (CASARM, 98.0 % 순도) 급 HD 및 CASARM (89.0 % 고순도) 등급 VX (모두 액상)입니다. 중 핵 자기 공명 또는 가스 크로마토 그래피 / 질량 분광 분석에서 순도 정보를 확인하고 파일을 유지한다.
참고 :주의 : 화학 전쟁 에이전트의 처리는 해당 안전, 보안 및 보증인의주의 사항을 사용하여 승인 된 시설에서 훈련받은 사람이 수행해야합니다. - 주의 : 피펫 팁 에이전트 전달 도구를 장착하고 에이전트의 액적 (예를 들어, 1 μl를) 제공하는 도구를 구성합니다. Uncap오염 물질 유리 병, 후드 표면에 캡을 씌워는 스레드가 위를 향. 피펫을 들고, 천천히 오염 물질 용액에 끝을 내립니다. 제조사의 지시에 따라 에이전트와 에이전트 전달 도구를 넣습니다. 조심스럽게 후드 작업 표면에로드 된 피펫을 배치하고 오염 물질 유리 병을 정리해.
- 주의 : 시험 기판을 오염.
- 환경 챔버에서 테스트 기판을 포함하는 트레이를 제거합니다.
- 테스트 기판에서 배양 접시를 제거하고 후드 표면에 설정합니다. 디지털 오염 전의 각 기판의 외관을 기록하기 위해 각 테스트 기판을 사진.
- 로드 피펫을 픽업 한 방울을 전달 (예를 들어, 1 μL) 제 시험 기판 상 화제. 추가 기판을 오염시키는 동안 증발을 최소화하기 위해 폴리스티렌 페트리 접시와 오염 물질을 커버. 각 기판에 대해 반복; (S를 피펫 팁을 다시로드필요에 따라) 2.3을 TEP.
참고 : 오염 물질의 질량 전달을 확인하기 전에 크로마토 그래피를 통해 분석을위한 기판의 투여 후 피펫 확인 샘플을 수집합니다. - 테스트 기판에서 배양 접시를 제거하고 후드 표면에 설정합니다. 디지털 초기 오염 재료의 상호 작용을 기록하기 위해 각 테스트 기판을 사진.
- 페트리 접시 테스트 기판을 커버.
- 다시 환경 챔버로 기판의 트레이를 배치합니다.
3 오염 물질 - 물질 상호 작용 노화 기간
- 샘플을 노화에 앞서, 섹션 4에서 사용을 위해 준비하기 위해 스테인리스 고진공 벤트 챔버 실험.
- 화학 물질 - 환경 상호 작용의 역학 관계 (예를 들면, 60 분)에 따라 변경 될 수 지정된 기간 동안 환경 챔버, 연령에 오염 된 기판을 허용합니다.
- environm에서 기판을 제거후드의 작업 표면에 ental 실과 장소. 테스트 기판에서 배양 접시를 제거하고 디지털 포스트 노화 오염 물질 물질의 상호 작용을 기록하는 각각의 기판을 촬영.
- 시험 샘플 (예를 들면, 여러 개의 밀폐 용기)을 두 번 포함 높은 진공 챔버와 함께 작업 후드에 전송할 수 있습니다.
(4) 높은 진공 증기 배출 챔버 측정
고진공 챔버는 터보 분자 펌프 및 드래그 다이어프램 백킹 펌프 (도 2)에 의해 펌핑 된 소량의 용기이다. 사중 극 질량 분석 장치는 직접 온도 제어, 기판 홀더에 대향하고 높은 진공 조건 하에서 오염 된 기판으로부터 실시간 가스 방출을 측정하는 데 사용되는 포트에 장착된다. 진공 챔버의 사양 및 재료에 대한 자세한 내용은 참조 4에 포함되어 있습니다.
- 챔버가 제대로 배출되어 있는지 확인합니다.
- 주의: 제 3 항에서 제조 한 샘플을 풀어야하고, 시험 기재로부터 페트리 접시를 제거. 스테인레스 스틸 핀셋을 사용하여 각 온도 제어 기판 홀더에 하나의 테스트 기판을 놓습니다.
- 진공 챔버를 밀봉하고 펌프 다운 시퀀스를 시작한다. 챔버는 지정된 연령시에 진공 밀폐되도록이 단계를 수행한다 (예, 60 분) 기판이 오염되었을 때와 관련하여.
- 단위 전하 값 당 비 질량 (m / z)로 식별 시간의 함수 (질량 유량을 직접 측정)로 선정 대량 조각 채널을 녹화 시작합니다. 오염 물질 분압이 검출 한계 이하로 떨어질 때까지 <0.25 Hz에서 실시간으로 :; (m / Z = 109 HD m / Z = 114 VX) 관심있는 분자에서 기본 질량 단편뿐만 아니라 특정 배경 가스 종을 측정 (- 8 파 10) 질량 분석기의.
- 위한 방출 곡선을 모아서기판으로부터 오염 물질의 방출이 지속.
- 오염물 질량 플럭스 실 압력 기준으로 감소되면 질량 분광계와 함께 방출 곡선을 기록을 중지.
- 대기압 고진공 벤트 챔버.
전체 남은 오염 물질에 대한 5 후 처리 평가
- 고진공 증기 배출 챔버 (HVVEC) 기기를 열고 스테인리스 핀셋을 이용하여 상기 챔버로부터 상기 기판을 제거.
- 유리 추출 항아리에 기판을 배치하고 항아리에 추출 용매 20 ㎖ 추가 (예를 들면, 이소 프로필 알콜 : VX를 클로로포름 : HD). 항아리 모자와 항아리 세 번 소용돌이 친다. 60 분 동안 추출 용매에 기판을 둡니다.
- 다시 항아리 세 번 소용돌이 다음 항아리 uncap. 깨끗한, 일회용 유리 피펫을 사용하여, 기체 또는 액체를 통하여 분석을위한 분석 바이알로 추출 용매의 약 1 내지 2 ㎖에 전송할크로마토 7은 기판에 의해 유지 오염물 질량을 측정한다.
(6) 데이터 분석 및 모델링
- 기판으로부터 질량 플럭스 것의 질량 분석 데이터 (측정 된 이온 전류로부터 유도 분압)을 변환한다. 검출기에 입사 증기 플럭스로 검출 된 가스 종의 부분압을 변환 헤르츠-크 누센 식의 조합을 사용하여 원래의 오염 이벤트에서 기판상의 오염 된 지역을 차지하고 스케일링 인자를 포함한다.
- 페인트 코팅을 통해 오염 물질 수송에 대한 포화 농도 및 확산 상수 값 (키 대량 전송 매개 변수)를 결정하기 위해 역 방법 (예를 들면, 개의 Levenberg-마르카토 알고리즘)를 사용합니다. 예측 증기 유량에 실험적으로 결정 증기 유량 비교 (적용 적절한 경계 조건으로 픽의 제 2 법칙에 대한 분석 솔루션을 (참조에서 식 사 4 참조)).
- 오염 물질 재료 시스템에 대한 농도 프로파일을 예측하기 위해 대량 전송 매개 변수를 사용합니다.
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결과
VX와 HD (의 주요 질량 조각을위한 시간이 해결 질량 분석을 기반으로 SD-그린 기판에서 계산 된 질량 VX의 플럭스와 HD의 그림 3을 표시 예제의 상단 패널 전하 대 질량비, m / Z = 114 및 109, 각각). 이온화, 질량 분석기 또는 필터 및 전하 검출기 : 사중 극 질량 분석 장치는 세 개의 주요 구성 요소를 갖는다. 가스 종은 전자 충격 이온화 (핫 필라멘트 스타일 전자 원)을 통해 이온화되고, 생성 된 이온을 이온 전류를 측정하기위한 측정 가스의 부분압 (비례 패러데이 컵 또는 전자 증 검출기에 도달하는 도중에 quadrupolar 질량 필터에 주입 ). 오염 된 기판 (출사 각 기판 정상 고점)로부터 방출 종 우선적으로 검출 하였다 있도록이 방법에 사용되는 기기의 경우, 이온화 장치는, 기판 표면에, 시선 근접성 (<3.5 cm) 가까이에 위치시키고,의사 순간적으로. 검출기에서의 이온 전류를 포함 이온은 특정 이온화 상태 독립적 질...
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토론
페인트 및 HD 용 VX 질량 전송 파라미터 증기 배출 데이터의 수치 해석을 통해 역 결정 하였다. 계산 된 파라미터들, 그 다음에 페인트 코팅의 오염물 분배 시간에 따른 농도 구배 맵을 생성 할 수 있었다. 역 분석 결과는 SD에서 HD 페인트의 용해도가 VX보다 높은 것을 증명하지만, 확산은 대략 5 배 이하였다. 결과 VX 오염 프로필 SD 페인트 코팅을 통하여 침투하는 반면 HD 오염, 피막의 표면에 고농도의 것을 제안한다. 따라서, SD 페인트에 대한 오염 제거 요구 사항은 화학 오염 물질에 따라 다를 것입니다. 이 방법의 응용 분야는, 궁극적으로, 재료의 오염 저항의 특성을 예측 도구를 오염 물질로 흡수의 기본적인 이해를 제공하고.
작업 시간을 제시하지만감수는 본질적으로 많은 얽혀 상호 작용을 포함하는 이와 같은 시스템에서 고려해야 할 여러 가지 요소, 약속을 보여 주었다. 질량 유속 측정에 영향의 지속적인 평가가 필요합니다 다른 환경 조건에 대한 더 많은 오염 물...
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공개 사항
저자가 공개하는 게 없다.
감사의 글
저자는 장비 설계 지원을위한 박사 웨스 고든 (ECBC)를 감사합니다. 이 작품은 프로그램 CA08MSB317에서 에릭 뭐냐 마이클 로버츠 (국방 위협 감소 기관)에 의해 자금이 연구 프로그램에서 누적 된 결과를 나타냅니다. 여기에 인용 된 기술 보고서를 얻을 수있다 http://www.dtic.mil .
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 스테인레스 스틸 트레이 | McMaster Carr | 4189T1 | 13-5/8" L x 9-3/4" W, http://www.mcmaster.com/#stainless-steel-trays/=p8dcgp |
| MIL-DTL-53039 용제 분산성 지방족 폴리우레탄 코팅 시스템 | 내부 소스 | ||
| 환경 챔버 | . 진공 챔버 사양 및 재료에 대한 자세한 내용은 참조 4에 포함되어 있습니다. | ||
| 비스 (2- 클로로 에틸) 설파이드 | CASARM | TOXIC | |
| O < / em>- 에틸 < / em >- [2- (디 이소 프로필 아미노) 에틸] 메틸 포스 포노 티오 에이 | CASARM | 독성 | |
| Pipetter | Fisher Scientific | 22260201 범위 1.0 µ l to 10 ml | |
| Pipetter Tips | Fisher Scientific | 13-683-709 | 0.1 ml 용량 |
| 스테인레스 스틸 고진공 실험 챔버 | 맞춤형 설계 | ||
| 사중극자 질량 분석기 | ExTorr | RGA300 | |
| 스테인레스 스틸 핀셋 | McMaster Carr | 5516A15 | 모든 스테인레스 스틸 핀셋이 적합합니다. |
| 유리 추출 용기 | Scientific Specialties | 170808 | 용기는 직경 ~ 5cm의 기판에 맞습니다. 테프론이 늘어선 뚜껑이 있는 다양한 유리병은 다양한 크기의 기판에 적합합니다. |
| 클로로포름 | 시그마-알드리치 | 650498 | 유해합니다. HD에 대한 추출 용매는 분석 방법에 따라 변경될 수 있습니다. |
| 이소프로판올 | 시그마-알드리치 | 650447 | 유해합니다. VX의 추출 용매는 분석 방법에 따라 변경될 수 있습니다. |
| 파스퇴르 피펫 | VWR | 14673-010 | 크기 = 5 3/4" |
참고문헌
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재인쇄 및 허가
