Uma abordagem de análise inversa à caracterização dos Transportes Química em Tintas

Chemistry

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Summary

Neste trabalho, um procedimento para a quantificação dos parâmetros de transporte em massa de produtos químicos em vários materiais é apresentada. Este processo envolve o emprego de um modelo de difusão baseada inversa-análise de perfis de emissão de vapor registados pelo tempo real, a espectrometria de massa em alto vácuo.

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Willis, M. P., Stevenson, S. M., Pearl, T. P., Mantooth, B. A. An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints. J. Vis. Exp. (90), e51825, doi:10.3791/51825 (2014).

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Abstract

A capacidade de caracterizar diretamente o transporte química e interações que ocorrem dentro de um material (ou seja, a dinâmica do subsolo) é um componente vital para a compreensão de transporte de massa de contaminantes ea capacidade de descontaminar materiais. Se um material é contaminado, ao longo do tempo, o transporte de produtos químicos altamente tóxicos (tais como as espécies de agentes de guerra química) para fora do material pode resultar na exposição a vapor ou a transferência para a pele, o que pode resultar na exposição percutânea para o pessoal que interagem com o material. Devido à alta toxicidade dos agentes de guerra química, a liberação de quantidades vestigiais químicos é uma preocupação significativa. Distribuição de concentração de Mapeamento e do transporte subterrâneos características de agentes absorvidos permite Perigos de ser avaliada em condições não testadas. Além disso, estas ferramentas podem ser usadas para caracterizar a dinâmica de reacção abaixo da superfície, em última análise desenho melhorado descontaminantes ou processos de descontaminação. To atingir esse objetivo, uma massa análise abordagem de modelagem de transporte inverso foi desenvolvido que utiliza medidas de espectroscopia de massa resolvidos no tempo de emissão de vapor de revestimentos de pintura contaminadas como um parâmetro de entrada para o cálculo dos perfis de concentração de subsuperfície. Os detalhes são fornecidos na preparação de amostras, incluindo contaminantes e movimentação de materiais, a aplicação de espectrometria de massa para a medição de vapor contaminante emitida, ea implementação de análise inversa utilizando um modelo de difusão de base física para determinar as propriedades de transporte de agentes químicos de guerra ao vivo, incluindo destilada mostarda (HD) e o agente de VX.

Introduction

Os mecanismos de transporte de massa associadas com a contaminação de materiais de agentes de guerra química são accionados por uma variedade de processos incluindo convolvidos transições de estado físico, interacções químicas entre as espécies móveis, e interfaces de materiais. Para desenvolver tecnologias eficazes de descontaminação, os procedimentos de descontaminação otimizados e modelos de previsão, é vital que o processo de contaminação é bem compreendida, incluindo o transporte de contaminantes em materiais por meio de absorção e subsequente emissão de produtos químicos de volta para o meio ambiente. Por conseguinte, é imperativo que as abordagens são desenvolvidas que podem avaliar perfis de concentração de subsuperfície para pares de contaminantes de material em função das condições ambientais. A escala contínua, o modelo baseado em física foi desenvolvido para prever a distribuição da concentração de agente absorvido em um substrato contaminado. Parâmetros de transporte de massa obtida experimentalmente permitirá a previsão do tele vapor emissão do contaminado pós material de descontaminação. A capacidade de prever a distribuição da concentração em um material pode facilitar a avaliação dos riscos potenciais e de vapor, por sua vez, permitir diagnósticos precisos de riscos toxicológicos 1. Esta abordagem permite uma estimativa dos parâmetros de transporte de massa de material de par-contaminantes específicos, tais como a difusividade e a concentração de saturação, que por sua vez permitem a modelação por outros cenários e condições. Neste estudo, foram tratados a contaminação da fase líquida, de revestimentos de pintura de poliuretano disperso em solvente com os agentes de guerra química de bis (2-cloroetil) sulfeto (mostarda destilada, agente blister HD) e O-etil S - [2 (diisopropilamino) etil] methylphosphonothioate (VX), um agente nervoso organofosforado.

A metodologia desenvolvida caracteriza perfis de dessorção de gás a partir de materiais contaminados, incluindo agentes de guerra química, como HD e VX, semmuitas das restrições que impedem outras abordagens 2,3. Medições de espectrometria de massa resolvida no tempo de evolução de contaminantes a partir de substratos contaminados permitir um modelo de transporte por difusão com análise inversa para calcular os parâmetros de transporte de massa para o contaminante no material, incluindo o perfil de concentração absorvida para o contaminante a partir do evento de permeação original. Com o estabelecimento de uma capacidade de previsão para delinear perfis de concentração de contaminantes em materiais em função das condições ambientais, vem a capacidade de avaliar riscos toxicológicos e, finalmente, desenvolver rotas para a descontaminação eficaz.

Neste trabalho, os detalhes associados com a preparação da amostra são apresentados, incluindo o trabalho com contaminantes agente de guerra química, bem como a recolha de dados experimentais a partir de materiais contaminados e modelagem posterior 4. Ensaios experimentais foram realizados como described no contaminante químico e fonte descontaminante documento 5 e será discutido na próxima seção. Um fluxograma para preparação e análise de amostra passos apresentados na Figura 1.

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Protocol

1. Suportes Condição de pintura para o ambiente desejado

  1. Predefinir a câmara ambiental para substrato condicionado à temperatura especificada e de humidade relativa (20 ° C, 50%). Certifique-se de que as condições de substrato são consistentemente mantido desde temperatura e teor de água podem influenciar significativamente as taxas de absorção em materiais.
  2. Bata de 0,32 centímetros de espessura, os discos de aço inoxidável 5,08 centímetros de raio, com uma área de superfície de 20,25 cm2 com uma camada de tinta (sistema de revestimento de poliuretano alifático de MIL-DTL-53039, um solvente de dispersão (SD) 6) com uma espessura total de revestimento ( primer e acabamento) de aproximadamente 100 um. Colocar os substratos (com o número desejado de repetições) em tabuleiros de aço inoxidável com a superfície de ensaio a ser exposto a um agente químico para cima.
  3. Cubra os substratos com placas de Petri. Coloque as bandejas contendo os substratos de teste na câmara ambiental por pelo menos 60 min, mas idealmente S / N, se possível.

2. Contaminação de pré-condicionados Substratos

  1. Don equipamentos de proteção individual, tais como jaleco, óculos de segurança e luvas.
  2. ATENÇÃO: Obtenha os contaminantes químicos de armazenamento a frio e permitir frasco recipiente primário para atingir a RT. Os produtos químicos utilizados neste protocolo são Chemical Agent padrão analítico de materiais de referência (CASARM, 98,0% de pureza) e grau HD CASARM (89,0% de alta pureza) VX (ambos fase líquida) grau. Obter informações de pureza a partir de qualquer análise de cromatografia de ressonância ou gasosa / espectrometria de massa magnética nuclear e manter em arquivo.
    NOTA: CUIDADO: A manipulação de agentes de guerra química só deve ser realizada por pessoal treinado em uma instalação aprovada usando aplicáveis ​​precauções de segurança, de segurança e de garantia.
  3. ATENÇÃO: Coloque a ferramenta de administração de agente com uma ponta de pipeta e configurar a ferramenta para fornecer uma gota de agente (por exemplo, 1 ml). Retire a tampa dofrasco de contaminantes, e coloque a tampa sobre a superfície do capô, fios para cima. Pegue a pipeta, e abaixe lentamente a ponta na solução contaminante. Coloque a ferramenta de administração de agente com o agente de acordo com as instruções do fabricante. Delicadamente, coloque a pipeta carregado na superfície de trabalho do capô, e recapitular o frasco contaminante.
  4. CUIDADO: contaminar os substratos de ensaio.
    1. Retirar as bandejas que contêm os substratos de teste a partir da câmara ambiental.
    2. Retirar as placas de Petri a partir dos substratos de teste, e depositadas na superfície do capuz. Fotografia digital de cada substrato de teste para gravar a aparência de cada substrato antes de contaminação.
    3. Pegar a pipeta carregado e entregar uma única gota (por exemplo, 1 uL) de um agente para o primeiro substrato de teste. Cobrir o material contaminado com uma placa de Petri de poliestireno para minimizar a evaporação, enquanto a contaminação substratos adicionais. Repita a operação para cada substrato; recarregar a ponta da pipeta (Step 2.3) como necessário.
      NOTA: Coletar amostras de confirmação pipeta antes e após a administração de substratos para análise via cromatografia para confirmar a entrega em massa de contaminante.
    4. Retirar as placas de Petri a partir dos substratos de ensaio e ajustado na superfície da capa. Fotografia digital de cada substrato de teste para registrar a interação contaminante-primas iniciais.
    5. Cubra os substratos de teste com as placas de Petri.
    6. Coloque a bandeja de substratos de volta para dentro da câmara ambiental.

Interação 3 Contaminantes-prima período de envelhecimento

  1. Antes de envelhecimento das amostras, ventilar o aço inoxidável de alto vácuo câmara experimental para prepará-lo para uso na Seção 4.
  2. Permitir que os substratos contaminados para idade na câmara ambiental durante o período especificado, o que pode variar com base na dinâmica de interação química material ao meio ambiente (por exemplo, 60 min).
  3. Remover substratos do bienteental câmara e coloque sobre a superfície de trabalho do capô. Remova as placas de Petri de substratos de teste e tirar uma foto digital de cada substrato para gravar as interações contaminantes de material pós-envelhecimento.
  4. Duas vezes contêm as amostras de teste (por exemplo, vários recipientes hermeticamente fechados) e transferir para a capa trabalhar com câmara de alto vácuo.

4. Alto Vácuo Medição Vapor Emissão Câmara

A câmara de alto vácuo é um pequeno recipiente de volume bombeado por uma bomba de arrasto molecular turbo e uma bomba de diafragma de apoio (Figura 2). Um espectrómetro de massa de quadrupolo é montado sobre uma porta que está de frente para um suporte de substrato, com temperatura controlada e é usado para medir a libertação de gás em tempo real a partir de substratos contaminados sob condições de alto vácuo. Todos os detalhes sobre as especificações de câmara de vácuo e materiais estão incluídos na referência 4.

  1. Certifique-se de que a câmara está devidamente ventilado.
  2. CUIDADO: Descompacte as amostras preparadas na Seção 3, e remover uma placa de Petri de substratos de teste. Coloque substrato um teste em cada detentor substrato com temperatura controlada, usando uma pinça de aço inoxidável.
  3. Selar a câmara de vácuo e iniciar a seqüência de bomba para baixo. Executar este passo de modo a que a câmara é selada na altura determinada idade de vácuo (por exemplo, 60 minutos) em relação a quando o substrato foi contaminado.
  4. Começar a gravar os canais de massa de fragmentos seleccionados como uma função do tempo (medida directa do fluxo de massa) identificado com massa específica por unidade de valores de carga (m / z). Medir as espécies específicas de gases de fundo para além dos fragmentos de massa de primários das moléculas de interesse (VX: m / z = 114; HD: m / z = 109), em tempo real, a <0,25 Hz até que a pressão parcial de contaminantes cai abaixo dos limites de detecção do espectrómetro de massa (10-8 Pa).
  5. Recolha as curvas de emissão paraa duração da emissão de contaminantes a partir do substrato.
  6. Pare a gravação curvas de emissão com o espectrômetro de massa uma vez que o fluxo de massa de contaminante diminuiu para a linha de base pressão da câmara.
  7. Ventilar a câmara de alto vácuo para a pressão atmosférica.

5 Pós-tratamento de Avaliação de Contaminantes total restante

  1. Abra o instrumento de alto vácuo câmara de emissão de vapor (HVVEC) e remova o substrato da câmara, usando uma pinça de aço inoxidável.
  2. Colocar o substrato num frasco de vidro de extracção e adicionar 20 ml de solvente de extracção para o vaso (por exemplo, álcool isopropílico: VX: clorofórmio: HD). Tampe o frasco e agite o frasco três vezes. Deixar o substrato no solvente de extracção durante 60 minutos.
  3. Agitar o frasco três vezes novamente e então Retire a tampa do frasco. Usando um, descartável, pipeta de vidro limpo, transferir aproximadamente 1 a 2 ml de solvente de extracção em um frasco para análise analítica através de gás ou líquidocromatografia de 7 para medir a massa de contaminantes retidos pelos substratos.

6 Análise e Modelagem de Dados

  1. Converter os dados de espectrometria de massa em bruto (pressão parcial derivado a partir de uma corrente iónica) medido ao fluxo de massa a partir do substrato. Usar uma combinação da fórmula de Hertz-Knudsen para conversão da pressão parcial do tipo de gás detectada a fluxo de vapor incidente no detector e incluem um factor de escala que representa a área contaminada no substrato a partir do evento de contaminação inicial.
  2. Use métodos inversos (por exemplo, algoritmo de Levenberg-Marquardt) para determinar a concentração de saturação e de difusão de valores constantes (parâmetros de transporte de massa-chave) para o transporte de contaminantes através do revestimento de pintura. Compare o fluxo de vapor determinado experimentalmente a um fluxo de vapor prevista (uma solução analítica para a segunda lei de Fick, com condições de contorno apropriadas aplicadas (ver equação 4 de referência 4)). Use os parâmetros de transporte de massa para predizer os perfis de concentração para o sistema de contaminantes material.

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Representative Results

O painel superior da Figura 3 mostra exemplos de fluxo de massa calculada de VX a partir de substratos e de HD-SD pintado com base em espectrometria de massa de tempo resolvido para os principais fragmentos de massa de VX e HD (massa-para-carga razão, m / z = 114 e 109, respectivamente). Um espectrômetro de massa quadrupolo tem três componentes principais: um ionizador, um analisador de massa ou de filtro, e um detector de carga. Espécies de gás são ionizados por meio de ionização por impacto de electrões (fonte de electrões estilo filamento quente), e os iões produzidos são injectadas dentro de um filtro de massa de quadrupolo em rota para chegar a um copo ou multiplicador de electrões detector de Faraday para a medição de corrente de iões (proporcional à pressão parcial de gases medidos ). Para instrumento utilizado neste método, o ionizador foi localizado em estreita (<3,5 cm), a proximidade de linha-de-vista a superfície do substrato, de modo que as espécies emitidos a partir de um substrato contaminado (ângulo de emissão de pico no substrato normal) foram detectados e preferencialmentepseudo-instantaneamente. Os iões que formam a corrente de iões no detector são atribuídos aos fragmentos de massa (m) com um estado de ionização específica (z), que resulta do processo de ionização de impacto de electrões, através da utilização de padrões de espectrometria de massa independentes e bases de dados (por exemplo, os espectros de massa NIST base de dados). A abundância relativa de íons específicos criados em um evento de elétrons de ionização por impacto é específico de molécula, e grande cuidado é necessário na atribuição de assinaturas espectrais de massa, especialmente para moléculas maiores, como VX e HD, o que raramente se submetem a ionização ou fragmentação eventos únicos. Antes experiências resolvidos no tempo foram feitas, os espectros de massa total para as condições de preparação do substrato equivalente foram registados para verificar a presença e abundância relativa de picos m / z específicas para as espécies introduzidas na câmara de análise. Esta verificação confirma que incluíram a intensidade do fragmento de massa principal esperada para tele analito de interesse não foi convolved com contribuições de outras espécies no sistema. As medidas resolvidas no tempo em experiências subsequentes, sendo então registada a intensidade dos picos específicos m / z como uma função do tempo associada com os analitos de interesse.

Dados de espectrometria de massa de matérias-primas estão sob a forma de pressões parciais de gases medida no ionizador do espectrómetro. Para este estudo, os valores da pressão parcial para o HD primário e VX fragmentos utilizados para os cálculos de fluxo baseiam-se num padrão de ionização azoto secção transversal sem correcção para a eficiência possível fragmentação específica de molécula. Conforme especificado no protocolo, Passo 6.1, essas medidas da pressão parcial no detector primeiro são convertidas em um fluxo de massa utilizando a fórmula de Hertz-Knudsen, que relata:

Equação 1 Equation 1

onde N det, i, é o fluxo incidente molecular, P i, é medida a pressão parcial (Pa), m é a massa molecular das espécies (g / molécula), k é a constante de Boltzmann (J / K), e T é a temperatura da câmara (K). Em seguida, a fim de determinar o fluxo a partir da superfície contaminada, c N, o fluxo de massa medido no detector, N det, i, é multiplicada pela razão da área do detector de espectrometria de massa (área da secção transversal do detector paralelo ao superfície contaminada) para a área de contaminação da superfície:

Equação 2 Equação 2

onde A é a área det do detector e D c é a área contaminada emo substrato. Os dados mostrados no painel superior da Figura 3 foco no regime de tempo associado com o transporte de massa por difusão das espécies provenientes do subsolo do substrato. Medidas anteriores à espectrometria de massa demonstraram que tanto VX e gotas HD não ficou sésseis na SD-pintura com granéis líquidos residual no substrato antes da introdução de vácuo; a média última área contaminada para VX e HD foi de 2,6 ± 0,1 e 5,9 ± 0,6 cm 2, respectivamente. Regime de tempo precoce (<1,000 seg) dados não estão incluídos nesses lotes, que são parcialmente influenciadas pelo equilíbrio espectrômetro de massa para a operação ionizador a pressões parciais relativamente altos, bem como dessorção de contaminantes líquidos a granel que está preso ou fracamente ligadas à superfície da o substrato. Os dados demonstram um regime limitado por difusão, que começa com uma diminuição exponencial da taxa de fluxo de massa e é a fonte de dados utilizados para a estimativa de parâmetros de diffusive transporte da subsuperfície do substrato contaminado. A definição da transição em regimes foi confirmada medindo a evaporação do líquido e HD VX depositados sobre substratos de vidro de borosilicato (material impermeável), o que demonstrou uma taxa de evaporação constante para ambos VX e HD até que o líquido depositado foi esgotado. Para os fins de ilustrar as diferentes interacções que compõem o sistema de complexo em estudo, o painel inferior da Figura 3 mostra os sinais de fundo medidos a partir de um substrato de tinta não contaminada. Note-se a evolução temporal não monótona, bem como pela coincidência de características através perfis de espécies. Como as medições são registadas sob condições de vácuo, qualquer uma das espécies aprisionadas no substrato de tinta é capaz de se difundir para fora do revestimento. Esta observação ilustra a possibilidade de que a taxa de fluxo de massa para fora do substrato (proporcional à pressão parcial) pode ser influenciado pela abundância relativa de ratazanae de esgotamento de outras espécies no revestimento, incluindo água e tinta solventes.

Estimativa dos parâmetros foi realizada utilizando o fluxo de emissão de vapor limita-difusão. O ajuste calculado, que é uma solução analítica para a segunda lei de Fick da difusão, permite a determinação da saturação constante e difusividade para as combinações de materiais contaminantes específicos 8. De emissão de vapor, incluindo o fluxo de massa de magnitude, bem como a taxa de variação do fluxo de massa, a partir de um material é impulsionado pela distribuição de contaminantes em relação ao material, bem como os parâmetros de transporte associados com o contaminante do material de 9- 11. Se a distribuição de um contaminante é conhecido, então o fluxo de material contaminante pode ser previsto um. Em contraste, se o fluxo de emissão de vapor é medido (semelhante ao procedimento experimental aqui descrito), a distribuição da concentração do substrato e transpOrt parâmetros podem ser determinados; uma técnica que é comumente referido como análise inversa 12,13. Nesta experiência, uma expressão para o fluxo de vapor a partir do substrato pode ser derivada através de um unidimensional (1D) uma solução analítica para a segunda lei de Fick para o perfil de concentração do contaminante em um revestimento de espessura finita, assumindo que o transporte de massa difusivo 4,13. Figura 4 ilustra as diferentes condições de contorno associado com restringindo a solução analítica para a difusão molecular em uma espessura de revestimento absorvente finita. Os detalhes completos sobre o cálculo estão documentados noutro 4, e os resultados são resumidos na Tabela 1.

Os parâmetros de transporte de massa estimados a partir das medições de fluxo de vapor foram implementadas para prever a distribuição da concentração de contaminantes e evolução dentro do revestimento de tinta SD. Este resultado incluídos representando o campo de concentração através da thickness da tinta no início da difusão do contaminante para fora do revestimento de tinta (após evaporação a partir de grandes quantidades de líquido na superfície). O painel superior da figura 5 ilustra os resultados da simulação para a distribuição da concentração espacial dependente de HD ou VX no revestimento de pintura SD. Embora o revestimento absorvida uma maior massa de alta definição, tal como indicado por uma maior concentração de saturação listados na Tabela 1, que está localizada mais perto da superfície do substrato em comparação com o VX. O painel inferior da figura 5 ilustra o fluxo de vapor resultante dos contaminantes das tintas, o que pode produzir riscos de saúde para o pessoal na vizinhança do material. As diferenças nos fenômenos de transporte entre HD e VX demonstrar que as interações intermoleculares podem alterar o transporte de moléculas absorventes através dos sistemas de pintura para gerar diferentes distribuições.

"Figura Figura 1 Preparação do substrato e medição fluxograma que ilustra os passos para o pré-condicionamento, contaminando, envelhecimento, e medindo a emissão posterior de agente de substratos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2 Esquema do vácuo da câmara de alta emissão de vapor. Substratos são carregados sobre um suporte de substrato, com temperatura controlada, que está de frente para um espectrómetro de massa de quadrupolo. A câmara tem uma pressão de base (sem substrato carregado) de <10-7 Pa e é bombeadapor uma bomba de arrasto molecular turbo que é apoiado por uma bomba de diafragma de suporte. Substratos são introduzidos com a câmara de vácuo ventilado, e as medições de fluxo de massa no espectrômetro de massa logo que o sistema é bombeado para baixo <10-2 Pa. Diâmetro substrato serve como referência de escala. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3 Top: VX (azul) e HD (vermelho), calculado fluxo de substratos com base na medição experimental de emissão de vapor de revestimento de substratos resistentes contaminado agente químico SD. A pressão parcial (derivado de corrente de iões) medido no espectrómetro de massa de fragmentos principais, para uma determinada substância a analisar (VX : M / z = 114; HD: m / z = 109) pode ser relacionada directamente com o fluxo de massa inicial do substrato, partindo do princípio de detecção da linha de mira de espécies emitidos a partir do material. Os dados apresentados são para o regime de transporte de massa limitada difusão somente quando a granel, contaminante líquido ligada à superfície tem desabsorvido inferior:. Fundo medições da pressão parcial de espécies de gases emitidos por um substrato de tinta contaminada. Para a finalidade de ilustrar a complexidade do sistema em estudo, os perfis resolvido em tempo integral estão incluídas a partir do ponto inicial de coleta de dados (quando a pressão total de câmara caiu abaixo de 10-2 Pa, o primeiro momento em que o espectrômetro de massa poderia gravar ). A tecla de cor ilustra os valores m / z específicos que correspondem às espécies detectadas identificados.

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Figura 4 Definição de 1E absorção difusora molecular governada pela lei de Fick, incluindo condições limite definição de variáveis:. Sub C, a concentração do contaminante no substrato; sub C, sab, a concentração de saturação, z, a distância ao longo da espessura do revestimento absorvente ; sub D, difusividade do contaminante no revestimento; sub t, espessura da camada de tinta. Para o modelo que descreve a medição sob vácuo durante a evolução de contaminantes a partir do substrato, o modelo assume que em z = 0, haverá uma interface de revestimento a vácuo, o ponto no qual domina transporte limitada por difusão. A forma da solução analítica para a lei de Fick, com estas condições limite e o seu uso subsequente com cálculos de análise inversos encontram-se detalhados na REFERÊnce 4.

Figura 5
Figura 5 Topo: Calculado perfis de concentração de fluxo de massa determinada experimentalmente a partir de substratos de tinta para cada agente, como uma função da profundidade da camada de tinta utilizando análise inversa. Os perfis mostram a distribuição no ponto onde o fluxo de vapor a partir do material contaminado vindo unicamente da subsuperfície e é determinada pelo transporte de massa difusivo. Em geral, neste caso, uma maior massa de HD é absorvida e faz isso de uma porção mais fina da camada de tinta em comparação com VX. Essa diferença se reflete na concentração de saturação e de difusão valores dos coeficientes calculados inferiores.: Calculado perfis de fluxo de vapor com base nos perfis de concentração de ponto de partida para a parte superior da figura. O calculador, fluxo de vapor em função do tempo corresponde a experimental dados mostrados na Figura 3, com relação à previsão da diferença relativa de evolução de cada agente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Agente Difusividade (m 2 / s) Saturação (g / m 3)
VX 9,91 ± 0,07 x 10 -14 5,32 ± 0,03 x 10 4
HD 2,11 ± 0,04 x 10 &# 8211, 14 1,17 ± 0,01 x 10 5

Tabela 1 transporte de massa resultados de estimação de parâmetros para VX e HD interagindo com tinta SD. Tabela adaptada da referência 4.

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Discussion

Parâmetros de transporte de massa para HD e VX na pintura foram determinadas através da análise inversa numérica dos dados de emissão de vapor. Com os parâmetros calculados, foi possível produzir, em seguida, mapas de gradiente de concentração dependentes do tempo para a distribuição de contaminantes em que o revestimento de pintura. Os resultados das análises demonstraram que o inverso da solubilidade HD na tinta DP era superior VX, mas a difusividade era de aproximadamente 5 vezes inferior. Os resultados sugerem que a contaminação HD foi altamente concentrada na superfície do revestimento, enquanto que o perfil de contaminação VX penetrado através do revestimento de tinta SD. Portanto, os requisitos de descontaminação de pintura SD serão diferentes com base no contaminante químico. Aplicações de este método proporcionar um entendimento fundamental da absorção de contaminantes em materiais e, em última instância, uma ferramenta preditiva para caracterizar a resistência de materiais contaminantes.

Embora o trabalho apresentado here tem se mostrado promissora, existem vários fatores a serem considerados em sistemas como esses que intrinsecamente contêm muitas interações emaranhadas. Para alargar esta abordagem a ainda mais contaminante material sistemas para diferentes condições ambientais exigirá uma avaliação contínua das influências sobre medições de fluxo de massa. Estes efeitos incluem a dessorção de múltiplas espécies da massa, excepto os analitos de interesse, como aludido na Figura 3, os quais podem ou não alterar a dinâmica de transporte de massa em relação a outras condições ambientais. Por exemplo, o meio de medição de vácuo pode causar uma alteração da composição e conteúdo absorvida (por exemplo, água e outros solventes orgânicos associados com a pintura), em comparação com condições de pressão ambiente e que pode, por sua vez, alteram o perfil de evolução contaminante.

Aplicação da técnica de sistemas químicos altamente persistentes que requerem uma gama dinâmica maior de pressu parcialre medições podem exigir uma avaliação da sensibilidade do aparelho no que diz respeito à relação entre a pressão da câmara e de medição de corrente de iões. Por outro lado, a aplicação da técnica de espécies químicas altamente voláteis ou reativas podem exigir uma análise cuidadosa do tempo entre a evacuação de câmara e de coleta de dados (passos 4.3 e 4.4) para garantir que os dados de fluxo de massa viáveis.

Finalmente, pode haver outros mecanismos 14-16 que regem o transporte de massa, como o transporte poroso e difusão mútua ou a necessidade de ter em conta a natureza de múltiplas camadas de revestimentos de pintura, como primer e camadas de revestimento superior. Todas essas possíveis influências com relação à caracterização de transporte de contaminantes atualmente fazem parte dos estudos em curso.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Os autores agradecem ao Dr. Wes Gordon (ECBC) para apoio em design instrumento. Este trabalho representa os resultados cumulativos de dois programas de investigação financiados por Eric Lowenstein e Michael Roberts (Defense Threat Reduction Agency) sob CA08MSB317 programa. Os relatórios técnicos aqui citados podem ser obtidas no 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"

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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