Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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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Protocol
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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Representative Results
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 질량 분석 기준 및 데이터베이스의 사용을 통해 전자 충격 이온화 프로세스의 결과 (z) (예, NIST 질량 스펙트럼과 질량 단편 (m)에 할당 데이터베이스). 전자 충격 이온화 이벤트에서 작성된 특정 이온의 상대적으로 풍부한 분자 고유이며, 상당한주의가 특히 거의 단일 이온화 또는 단편화 이벤트를 거쳐야 예컨대 VX 및 HD와 같은 큰 분자에 대한 질량 분광 특성을 할당 할 필요가있다. 시간이 해결 실험이 수행되기 전에, 해당 기판의 준비 상태에 대한 전체 질량 스펙트럼이 존재하고 분석 챔버에 도입 된 종에 대한 특정 m / Z 피크의 상대적 풍요를 확인하기 위해 기록되었다. 이 검증은 확인 포함이 t에 예상되는 주요 대량 조각의 강도관심 그가 분석은 시스템의 다른 종의 기여와 콘볼 루션되지 않았습니다. 후속 실험에서 시분 측정치는 관심 분석 물질과 관련된 시간의 함수로서 특정 m / z 피크의 강도를 기록 하였다.
분광계 이온화에서 측정 것의 질량 분석 데이터는 가스의 분압의 형태이다. 본 연구의 경우, HD 및 일차 자속 계산에 사용 VX 단편위한 분압 값이 가능한 분자 특정 조각화 효율 보정 없음으로 질소 이온화 단면 표준에 기초한다. 프로토콜에서 규정 6.1 단계 검출기에 이들 분압 측정은 제 관한 헤르츠-크 누센 공식을 사용하여 질량 유속으로 변환된다 :
Equation은 1
여기서 내가 입사 분자 플럭스, P의 전 부분 압력 (PA) 측정, m은 종 (g / 분자), k는 볼츠만 상수 (J / K)이며, T는의 분자 질량은 N 개의 DET입니다 챔버 온도 (K). 이어서, 오염 된 표면으로부터 광속을 결정하기 위해, N (C)는, 검출기에서 측정 된 질량 유속은 N의 DET는, I는 질량 분광계 검출기 면적의 비율 (행 검출기 평행 단면적 곱하여 표면의 오염의 영역) 표면 오염 :
식 (2)
DET는 검출기의 면적이고, 여기서 C는 오염 된 영역은기판. 기판의 표면 아래에서 발생하는 종 확산 질량 전송과 관련된 시간에 정권도 3 포커스의 상단 패널에 나타내는 데이터. 질량 분석에 앞서 측정 VX 및 HD 상품 모두 기판 전에 진공 청소기로 청소하기 위해 도입에 잔류 벌크 액체와 SD-페인트에 정착을 유지하지 않았다는 것을 증명; VX 및 HD의 평균 최종 오염 면적은 각각 2 cm 2.6 ± 0.1 및 5.9 ± 0.6이었다. 이른 시간 체제는 (<1000 초) 데이터의 표면에 포집 또는 약하게 결합 된 부분적으로 상대적으로 높은 부분압뿐만 아니라 벌크 액체 오염물의 탈착시 이온화 동작 질량 분광계 평형 의해 영향 이러한 플롯에 포함되어 있지 않다 기판. 데이터는 질량 플럭스 율 지수의 감소로 시작 diffu의 파라미터 추정에 사용되는 데이터의 소스 인 확산 제한 레짐을 보여오염 된 기판의 표면 아래에서 시브 전송. 정권 전이의 정의는 증착 된 액체가 고갈 될 때까지 VX 및 HD 모두에 대해 일정한 증착 속도를 보여 주었다 붕규산 유리 기판 (불 투과성 재료)에 증착 VX의 증발 및 HD 액을 측정함으로써 확인 하였다. 연구 중에 복잡한 시스템을 포함하는 다양한 상호 작용을 설명하기 위해,도 3의 하단 패널은 오염되지 않은 페인트 기판으로부터 측정 된 배경 신호를 나타낸다. 단순하지 않은 시간의 진화뿐만 아니라 종의 프로파일 간 기능의 일치를합니다. 측정은 진공 조건 하에서 기록 된 바와 같이, 도장 기재에 갇힌 어떤 종의 코팅에서 확산 할 수있다. 이러한 관찰은 (분압에 비례) 기판 중 질량 유량의 비율은 쥐의 상대적인 풍부에 의해 영향을받을 수 있다는 가능성을 나타낸다물 및 용매를 포함하는 페인트 코팅의 다른 종의 고갈 전자.
파라미터 추정은 확산 제한 증기 방출 광속을 이용하여 수행 하였다. 확산의 픽의 제 2 법칙에 대한 분석 솔루션을 계산 착용감, 특정 오염 물질 재료의 조합 8 채도 및 확산 상수의 결정 수 있습니다. 물질로부터 질량 플럭스 크기뿐만 아니라 질량 플럭스의 시간 변화율을 포함한 증기 배출은, 물질에 대하여뿐만 아니라 물질 9의 오염물과 관련된 전송 파라미터와 오염물 분포에 의해 구동된다 11. 오염 물질의 분포가 공지되면, 오염 물질로부터의 광속은 1을 예측할 수있다. 반대로, 증기 배출 흐름은 기판과 마스크 투명도의 농도 분포 (본원에 기술 된 실험 절차와 유사 함)로 측정되는 경우ORT 파라미터를 결정할 수있다; 통상적으로, 역 분석 12,13 칭한다 기법. 이 실험에서는, 기판으로부터의 증기 유동에 대한 식은 확산 질량 수송 4,13 가정 유한 한 두께의 피막 중의 오염물 농도 프로파일에 대한 픽의 제 2 법칙에 일차원 (1D) 분석 용액을 통해 유도 될 수있다.도 4 유한 한 두께로 코팅 흡수 분자 확산에 대한 분석 용액 구속과 연관된 다른 경계 조건을 나타낸다. 계산의 모든 상세가 다른 4 문서화되고, 결과는 표 1에 요약되어있다.
증기 플럭스 측정으로부터 추정 질량 수송 파라미터 SD 페인트 코팅 내의 오염물 농도 분포 및 변화를 예측하기 위해 구현되었다. 이 결과는 제 위에 농도 필드를 나타내는 포함페인트 코팅 중 오염물의 확산의 시작에서 페인트 ickness (표면으로부터 벌크 액체 증발 후). 도 5의 상부 패널은 SD 페인트 코팅 HD 또는 VX의 공간 - 의존적 농도 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 표 1에 큰 포화 농도에 의해 나타낸 바와 같이, 코팅은, HD의 높은 질량을 흡수하더라도, 그것이 더 VX에 비해 기판의 표면 부근에 국소된다. 도 5의 하단 패널은 물질의 근방에 직원에게 건강 위험을 수득 할 수 도료로부터 오염 물질의 생성 된 증기 플럭스를 나타낸다. HD와 VX 간의 이동 현상의 차이점은 분자간 상호 작용이 상이한 분포를 생성하는 페인트 시스템을 통해 흡수 분자의 수송을 변경할 수 있음을 보여준다.
그림 1, 오염, 노화 및 기판에서 에이전트의 후속 방출을 측정하는 전처리하는 단계를 보여줍니다 기판 준비 및 측정 흐름도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
고진공 증기 배출 챔버도 2의 회로도. 기판은 직접 중극 질량 분석계 대향 온도 제어식 기판 홀더 상에 로딩된다. 챔버는 <10의 기본 압력 (로드 된 기판)을 가지고 - 7 펜실바니아와 펌핑다이어프램 백킹 펌프에 의해지지되는 터보 분자 펌프에 의해 드래그. 기판을 진공 챔버가 배기 도입 한 시스템은 <10 펌핑 다운되면 질량 분석기에서 질량 유량의 측정이 개시된다 - 아빠 2. 기판의 직경은 규모 기준의 역할을한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 위 : 오염 된 SD 화학 에이전트 방지 코팅 기판에서 증기 배출의 실험 측정에 따라 기판에서 VX (파란색) 및 HD (적색) 계산 플럭스. 특정 분석 물에 대한 주요 단편의 질량 분석 장치 (VX 측정 (이온 전류로부터 유도) 분압 : m / Z = 114; HD : m / z = 109)의 재료로부터 나오는 종의 시선 검출을 가정하여, 기판으로부터의 원래의 질량 플럭스에 직접적으로 관련 될 수있다. 표시된 데이터는 대량 표면 바인딩 오염 물질 액체가 탈착 만 확산 제한 물질 전달 정권위한 바닥 :. 오염되지 않은 페인트 기판에 의해 방출되는 가스 종에 대한 배경 분압 측정. 연구중인 시스템의 복잡성을 도시의 목적을 위해, 전체 시분 프로파일 총 챔버 압력은 10 이하로 감소 될 때 (데이터 수집의 시작점부터 포함 - 2 파, 초기 포인트되는 질량 분석 장치는 기록 있었다 ). 컬러 키가 검출 된 식별 종에 해당 특정 m / z 값을 나타낸다.
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경계 조건을 포함 픽의 법칙에 의해 지배 1D 분자 확산 흡수도 4 정의, 변수의 정의 :. C 서브, 기판의 오염 물질의 농도, C 서브, 토, 포화 농도, Z, 흡수 코팅의 두께를 따라 거리 ; D 부, 피막 중의 오염물의 확산; 서브 t, 페인트 코팅의 두께. 기판으로부터 오염물 진화 진공 하에서 측정 설명 모델의 경우, 모델은 Z = 0으로, 진공 코팅 인터페이스 지점에서의 확산이 제한된 전송 지배있을 것이라고 가정한다. 이러한 경계 조건 및 역 분석 계산과 그 이후의 사용과 픽의 법칙에 대한 분석 솔루션의 양식]을 참조에 자세히 설명되어 있습니다후부 4.
도 5 위 : 역 분석을 이용하여 페인트 코팅 깊이의 함수로서 각각의 에이전트에 대한 페인트에서 실험적으로 결정 기판 질량 유속에서의 농도 프로필을 계산. 프로파일은 오염 물질로부터의 기상 플럭스로부터 지하 전적으로 와서 질량 확산 수송에 의해 결정되는 위치에서 분포를 반영한다. 전반적으로,이 경우, 더 많은 HD 질량은 흡수되어 VX에 비하여 도막의 얇은 부분에 그렇게한다. 이러한 차이는 계산 된 포화 농도 및 확산 계수 값에 반영되어 바닥 :. 도면의 상부에있는 시작점 농도 프로파일에 기초하여 산출 증기 유속 프로파일. 계산 된 시간에 따른 기상 플럭스 경험치 일치각 에이전트의 진화의 상대적 차이를 예측에 관한 그림 3 erimental 데이터를 저장합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 에이전트 | 확산 (m 2 / s의) | 채도 (g / m 3) |
| VX | 9.91 ± 0.07 × 10 -14 | 5.32 ± 0.03 × 10 4 |
| HD | 2.11 ± 0.04 × 10# 8211; 14 | 1.17 ± 0.01 × 10 5 |
표 1 대량 전송 매개 변수 추정 VX와 HD는 SD 페인트와의 상호 작용에 대한 결과. 표 참조 사에서 적응.
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Discussion
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 물질 재료 시스템에이 방법을 확장합니다. 이러한 효과는 다른 환경 조건에 대량 수송 역학 기준을 변경하지 않을 수있다 그림 3에서 언급으로 관심의 분석, 이외의 대부분에서 여러 종의 탈착을 포함한다. 예를 들어, 진공 측정 환경은 흡수 조성물 및 함량의 변화를 유발할 수있다 (예를 들면, 물, 페인트와 관련된 다른 유기 용매) 차례로 오염물 진화 프로파일을 변경할 수 대기압 조건에 비해.
부분 pressu위한 더 큰 동적 범위를 필요로 높은 영구 화학 시스템에 대한 기술의 응용측정은 챔버 압력과 측정 된 이온 전류의 관계에 관해서 기기 감도의 평가를 재 요구할 수있다. 반대로, 높은 휘발성 또는 반응성 화학 종에 대한 기술의 응용 프로그램은 가능한 질량 유량 데이터를 확인하기 위해 챔버 대피 및 데이터 수집 (4.3 및 4.4 단계) 사이의 시간의 신중한 고려가 필요할 수 있습니다.
마지막으로, 다공질 전송과 상호 확산 또는 프라이머 및 탑 코트 층과 같은 페인트 코팅의 적층 특성을 고려하여 필요에 따라 물질 전달을 제어하는 다른 메커니즘 14-16,있을 수있다. 오염 물질 수송의 특성과 관련하여이 가능 영향은 모두 현재 진행중인 연구의 일부입니다.
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Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Acknowledgments
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 .
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center. Aberdeen Proving Ground, MD. (2011).
- MIL-DTL-53039B: Coating Aliphatic Polyurethane, Single Component, Chemical Agent Resistant. , U.S. Army Research Laboratory, Weapons and Materials Research Directorate, Materials Applications Branch, Specifications and Standards Office. Aberdeen Proving Ground, MD. (2005).
- Shue, M., et al. Low-Level Analytical Methodology Updates to Support Decontaminant Performance Evaluations. Report No. ECBC-TR-883. , Aberdeen Proving Ground, MD. U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center. (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.
- 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).
