Name: Fluoreszierende Papierstreifen zur Detektion von Diesel Verfälschung mit Smartphone auslesen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 10 s
Description: Lernen Sie eine schnelle Methode zur Erkennung von Dieselverfälschung mit fluoreszierenden Papierstreifen und Smartphone-Auslesung. Diese Technik liefert qualitative Ergebnisse in unter einer Minute und ist für ungeschultes Personal geeignet.

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Die Autoren möchten die BAM für eine Finanzierung durch den Fokusbereich Analytical Sciences bestätigen: https://www.bam.de/Navigation/EN/Topics/Analytical-Sciences/Rapid-Oil-Test/rapid-oil-test.html.

(1) Fluoreszenz-Farbstoffen (Abbildung 1A)
<ol><li>Kauf im Handel erhältlichen 4-DNS und 4-DNS-OH. Hinweis: 4-DNS-COOH ist nicht im Handel erhältlich und ist bereit, aus 4-DNS-OH wie im folgenden beschrieben.</li>
	<li>Legen Sie 50 mg (0,16 Mmol) von 2-[Ethyl [4-[2-(4-Nitrophenyl) Ethenyl] Phenyl] amino] Ethanol, 2 mg (0,016 Mmol) 4-Dimethylaminopyridine und 19,2 mg (0.192 Mmol) Bernsteinsäure Anhydrid in ein 10 mL runden unteren Kolben.</li>
	<li>Auflösen der Reagenzien in 2 mL trockenem Dichlormethan unter Argon-Atmosphäre.</li>
	<li>Fügen Sie 11,6 µL (0,08 Mmol) Triethylamin und lassen Sie die Mischung für 20 h zu reagieren.</li>
	<li>Überwachen Sie die Reaktion durch Dünnschichtchromatographie bis quantitative Umwandlung der Ausgangsstoffe (Rf = 0,61) in das Produkt (Rf = 0,27) wird angezeigt (Hexan/EtOAc, 4/6, V/V)</li>
	<li>Die Mischung vor der Versauerung auf pH 2 mit Essigsäure (ca. 10 µL) 2 mL Wasser hinzufügen.</li>
	<li>Extrahieren Sie die Mischung von zwei aufeinanderfolgenden flüssig-flüssig-Extraktionen mit 10 mL Dichlormethan jedes Mal durchführen.</li>
	<li>Waschen Sie einmal die wiedervereinigten organischen Phasen mit 10 mL gesättigte NaCl (> 359 g L– 1).</li>
	<li>Trocknen Sie die organischen Phasen durch Zugabe von Na2SO4 Pulver bis einige trocknen Agent Pulver fein sichtbar bleibt.</li>
	<li>Reinigen Sie das Rohprodukt durch Flash-Kieselsäure Säulenchromatographie mit Petroleum Ether: Ethylacetate 1:9, als der Eluent. Hinweis: Die Ausbeute erzielt wurden 49 mg (74 %) des gewünschten Produktes.</li>
	<li>Führen Sie 1H NMR-Analyse des gereinigten Produktes in DMSO-d6 , die Struktur zu validieren (δ 8.17 (d, J = 8,8 Hz, 2 H), 7,75 (d, J = 8,8 Hz, 2 H), 7,49 (d, J = 8,8 Hz, 2 H), 7.41 (d, J = 16,3 Hz, 1 H), 7.10 (d, J = 16,3 Hz 1 H), 6,75 (d, J = 8,9 Hz, 2 H), 4,18 (t, J = 6,0 Hz, 2 H), 3,58 (t, J = 6,0 Hz, 2 H), 3,43 (Q, J = 7,0 Hz, 2 H), 2,50 – 2,45 (m, 4 H), 1.10 (t, J = 7,0 Hz, 3 H) ppm).</li>
	<li>Führen Sie 13C-NMR-Analyse des gereinigten Produktes in DMSO-d6, die Struktur zu validieren (δ 173.36 172.20, 147.99, 145.23, 145.13, 133.89, 128.76, 126,30, 124.03, 123.67, 120.95, 111.58, 61.52, 48.05, 44,57, 28.73, 28.63, 12,00 ppm).</li>
	<li>Führen Sie hochauflösende Massenspektrometrie mit positiven Electro Spray Ionisation des gereinigten Produktes, des berechneten Wertes (C22H25N2O6 [M + H]+: 413.1707) m/Z-Verhältnis der 413.1713.</li>
</ol>2. Synthese des Farbstoffes Referenz
Hinweis: Das synthetische Verfahren der 8-(phenyl)-1,3,5,7-tetramethyl-2,6-diethyl-4,4-difluoro-4 Bora-3a, 4a-Diaza-s-Indacene wurde von Coskun Et al.angenommen. 18.
<ol><li>Reinigen Sie das Rohprodukt durch Säulenchromatographie auf Kieselsäure mit Toluol als Laufmittel. Hinweis: Die Ausbeute erzielt wurden 441 mg (29 %) der helle rötliche Kristalle.</li>
	<li>Führen Sie 1H NMR-Analyse für das reine Produkt mit 600 MHz in DMSO-d6 , die Struktur zu validieren (δ 0,98 (t, 6 H, J = 7,6 Hz), 1,27 (s, 6 H), 2,29 (Q, 4 H, J = 7,6 Hz), 2,53 (s, 6 H), 7,27-7,29 (m, 2 H), 7,46-7.48 (m, 3 H) ppm).</li>
	<li>Führen Sie hochauflösende Massenspektrometrie mit positiven Electro Spray Ionisation des gereinigten Produktes, des berechneten Wertes (C23H28BF2N2 [M + H]+: 381.2314) m/Z-Verhältnis der 381.2267.</li>
</ol>3. TEST STRIP FERTIGUNG, METHODE 1.
<ol><li>Bereiten Sie 1 mM Lösungen der Referenz Farbstoff und Farbstoffe 4-DNS, 4-DNS-OH und 4-DNS-COOH in Toluol.</li>
	<li>Schneiden Sie Zellulose-Streifen von 30 × 5 mm aus Filterpapier.</li>
	<li>Ort ca. 50 Streifen (611 mg) in einem verschließbaren 5 mL Fläschchen mit 4,5 mL die gewünschte Farbstofflösung aus Schritt 3.1.</li>
	<li>Schütteln Sie die Streifen in das Fläschchen mit einem vertikalen Rotator für 20 min bei 30 u/min.</li>
	<li>Gießen Sie die Toluol-Lösung aus der Durchstechflasche und füllen Sie sofort mit 4 mL Cyclohexan und drehen für 1 min bei 30 u/min überschüssige Farbstoffe abwaschen.</li>
	<li>Wiederholen Sie der Waschvorgang aus Schritt 3.5 dreimal.</li>
	<li>Trocknen Sie die erhaltenen Teststreifen auf ein Filterpapier für 10 min in der Luft bei Raumtemperatur.</li>
</ol>4. test Strip Fertigung, Methode 2.
<ol><li>Tersuchung der Papierstreifen.<ol>
<li>Schneiden Sie Zellulose-Streifen von 30 × 5 mm aus Filterpapier.</li>
		<li>Stellen Sie unter einer Abzugshaube ca. 20 von diesen Streifen (308 mg) in einem Kolben mit 40 mL Toluol.</li>
		<li>Fügen Sie 960 µL 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES hinzu) in der Küvette und rühren Sie die Mischung für 24 h bei 80 ° C.</li>
		<li>Entfernen Sie die Streifen aus der Flasche zu und waschen Sie gründlich mit 50 mL Ethanol.</li>
		<li>Trocknen Sie die Streifen für 2 h bei 50 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Pfropfen des Farbstoffes.<ol>
<li>Lösen Sie unter einem Abzug 5 mg 4-DNS-COOH (13 µmol auf) in 10 mL trockenem Dichlormethan unter Argon-Atmosphäre in ein 25 mL Fläschchen.</li>
		<li>Hinzufügen von N,N'- Dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 3,3 mg, 16 µmol) und erlauben die Carbonsäure für 15 Minuten aktiviert werden.</li>
		<li>Triethylamin (2.2 µL, 16 µmol) und 18 aminiertem Papierstreifen (278 mg) hinzufügen.</li>
		<li>Rühren Sie die Mischung für weitere 2 h.</li>
		<li>Die Streifen aus der Projektmappe entfernen und waschen mit 25 mL Dichlormethan und 25 mL Ethanol.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Probe vor der Behandlung.
<ol><li>Labor-Behandlung<ol>
<li>Platz 10 mL frischen Diesel/Kerosin Mischung in ein 25 mL-Fläschchen.</li>
		<li>Aussetzen Sie, 10 Gew.-% der Aktivkohle in der Mischung.</li>
		<li>Rühren Sie das Fläschchen für 1 h, Zentrifuge (400 X g, 10 min) und Filter, um die Kohle zu entfernen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vor-Ort-Behandlung<ol>
<li>Kreisförmige Kauf aktiviert Carbon geladen Filter mit 47 mm Durchmesser.</li>
		<li>Platz vier der Filter in einer 47 mm Edelstahl Inline-Filterhalter.</li>
		<li>Spülen Sie 5 mL einer frischen Diesel/Kerosin-Mischung durch die Filter mit einer standard 10 mL Spritze; etwa 2 mL der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff-freie Lösung wurde erhalten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(6) Smartphone Leser Umsetzung
Hinweis: Eine Android-basierte Smartphone mit einem zentrierten Front Kamera diente als der Kern des Messsystems Smartphone. Alle notwendigen optischen Elementen und 3D-gedruckten Zubehör wurden speziell für dieses Gerät. Jedoch kann jedes andere Smartphone mit einer Kamera CMOS (ergänzende Metall-Oxid-Halbleiter) verwendet werden. 19 , 20
<ol><li>Kaufen ein Epoxid standard 5 mm LED bei 460 nm, einem 100 Ω-Widerstand und eine USB on-the-Go (OTG) Kabel mit an/aus-Schalter und einen micro USB-Anschluss.</li>
	<li>Schneiden Sie das USB-Kabel auf das Gegenteil von der OTG-Seite zu isolieren, das rote Kabel Stromversorgung + 5 V (bis zu 300 mA) und das schwarze Kabel entsprechend auf den Boden.</li>
	<li>Schneiden Sie den schwarzen Draht des USB-Kabels und verlöten des 100 Ω-Widerstands auf der Rückseite des Schalters. Löten die LED Anode, der + 5V roten Draht und der LED-Kathode zu Boden schwarze Draht.</li>
	<li>Kaufen Sie einen Diffusor und zwei Filter für die LED und der Kamera, in der Regel eine kurze Tiefpassfilter für die Anregung-Kanal (LED) und eine Band pass Filter für die Emission-Sammlung (Kamera).</li>
	<li>3D-Print eine Smartphone-Hülle, die auf dem Smartphone passt und integriert die verschiedenen optischen Teile, bestehend aus einer schwarzen Kammer (20 x 30 x 40 mm)21 , wie in Abbildung 2beschrieben.</li>
	<li>3D-Print ein Filmstreifen-Halter wie in Abbildung 2 eine Referenz und einen Teststreifen halten beschrieben.</li>
	<li>Implementieren Sie die Erregung Kanal indem die LED, der Diffusor und der Filter um die Papierstreifen in einem Winkel von 60° zu beleuchten.</li>
	<li>Implementieren Sie die Lesung Kanal indem man den Filter vor der Smartphone-CMOS-Kamera.</li>
	<li>Legen Sie die Test Filmstreifen-Halter mit den Streifen um eine Messung zu starten.</li>
</ol>7. mit der Smartphone-basierten Detektor Probenanalyse
Hinweis: Analysen erfolgten durch das Ausführen eines Java-app(lication) für Android, die schließlich die Verfälschung auf dem Bildschirm angezeigt. Ohne die app können mit einem standard-Image-Analyse-Software Bilder genommen, auf einen Computer exportiert und analysiert werden.
<ol><li>Wählen Sie die entsprechende Kalibrierung Datei hier Diesel/Kerosin, aus dem Software-Speicher, indem Sie auf die Menü -Taste in der oberen rechten Ecke des Fensters Software.</li>
	<li>Tauchen Sie den Teststreifen in die Diesel-Probe für ein paar Sekunden halten den Teststreifen mit einer Pinzette.</li>
	<li>Entfernen Sie überschüssigen Kraftstoff durch einfaches Klopfen mit einem trocknen Papier.</li>
	<li>Legen Sie den Teststreifen innerhalb der Filmstreifen-Halter neben dem Referenzstreifen und führen Sie den Halter in die Smartphone-Hülle. Hinweis: Ein Bild von den Streifen Fluoreszenz wird dann sofort auf dem Smartphone Bildschirm angezeigt.</li>
	<li>Drücken Sie auf schießen die Fluoreszenz-Intensitäten der Test aufnehmen und verweisen Streifen. Hinweis: Der Grad der Verfälschungen ist sofort durch die internen Algorithmus berechnet und auf dem Bildschirm angezeigt.</li>
</ol>

<ol><li>Mattheou, L., Zannikos, F., Schinas, P., Karavalakis, G., Karonis, D., Stournas, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/258518426_Impact_of_using_adulterated_automotive_diesel_on_the_exhaust_emissions_of_a_stationary_diesel_engine">Impact of Using Adulterated Automotive Diesel on the Exhaust Emissions of a Stationary Diesel Engine.</a> Global NEST Journal. 8 (3), 291-296 (2006).</li>
<li>Gawande, A. P., Kaware, J. P. <a target="_blank" href="http://www.tsijournals.com/abstract/fuel-adulteration-consequences-in-india--a-review-11609.html">Fuel Adulteration Consequences in India : A Review.</a> Scientific Reviews and Chemical Communications. 3 (3), 161-171 (2013).</li>
<li>Lam, N. L., Smith, K. R., Gauthier, A., Bates, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kerosene%3A+A+Review+of+Household+Uses+and+their+Hazards+in+Low-+and+Middle-Income+Countries%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Toxicology+and+Environmental+Health%2C+Part+B%22%5BJournal%5D)">Kerosene: A Review of Household Uses and their Hazards in Low- and Middle-Income Countries.</a> Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B. 15 (6), 396-432 (2012).</li>
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<li>Meira, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/277348556_Determination_of_Adulterants_in_Diesel_by_Integration_of_LED_Fluorescence_Spectra">Determination of Adulterants in Diesel by Integration of LED Fluorescence Spectra.</a> Journal of the Brazilian Chemical Society. 26 (7), 1351-1356 (2015).</li>
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<li>McCracken, K. E., Yoon, J. -Y. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ay/c6ay01575a">Recent approaches for optical smartphone sensing in resource-limited settings: a brief review.</a> Analytical Methods. 8 (36), 6591-6601 (2016).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Eine fluoreszierende Sonde, basierend auf einem molekularen Rotors Farbstoff, die empfindlich auf Viskositäten im Bereich von den gemessenen für Diesel und seine verschiedenen Mischungen mit Kerosin, wurde zur einfachen und effizienten Teststreifen zum Nachweis von Diesel-Kraftstoff-Verfälschung zu erhalten. Die Emissionsintensität 4-DNS bei 550 nm in verschiedenen Diesel/Kerosin Mischungen korreliert mit einer Verringerung der Viskosität steigt der Anteil von Kerosin. Bei einer Temperatur von 24 ° C, für bis zu 100 % ve...

Kraftstoff-Verfälschung ist ein ernstes Problem in vielen verschiedenen Teilen der Welt, einfach aufgrund der enormen Bedeutung des Kraftstoffs als Energiequelle. Laufendem Motor gepanschten Sprit reduziert ihre Leistung, führt zu früheren Motorschaden und Umweltverschmutzung1beinhaltet. Erhöht, so dassX Emissionen auftreten, wenn Diesel mit Kerosin verfälscht ist enthält, in der Regel einen höheren Anteil an Schwefel2,3. Obwohl das Problem seit Jahrzehnten existiert, ist nachhaltige Brennelemente, die solche Straftaten an seinen Ausgangspunkt deckt immer noch selten, weil einfache und zuverlässige Tests für Kraftstoff Verfälschung4weitgehend fehlen. Trotz der erheblichen Fortschritte in Mineralöl Labor-basierte Analyse in den vergangenen Jahrzehnten5,6,7, Ansätze zur vor-Ort-Messungen sind immer noch rar. Verschiedene Methoden für den Einsatz außerhalb des Labors sind vor kurzem entwickelt worden, mit Fiber-Optics8, Feldeffekttransistoren –9 oder Mechano-Chromsäure Materialien10. Obwohl sie einige der Nachteile der herkömmlichen Methoden, robust, überwinden sind benutzerfreundliche und tragbaren Methoden noch weitgehend fehlen. Fluoreszierende Viskosität Sonden basierend auf molekularen Rotoren sind eine interessante alternative11,12, weil Mineralöle aus einer Vielzahl von Kohlenwasserstoffen, die Kettenlänge und Zyklizität bestehen, oft unterscheiden spiegelt sich in verschiedenen Viskositäten. Da Kraftstoffe komplexe Gemische ohne bestimmte Bleiverbindungen als Tracer handeln sind, scheint die Messung der Änderung einer makroskopischen Eigenschaft wie Viskosität oder Polarität sehr vielversprechend. Letzteres kann durch fluoreszierende molekularen Rotoren angesprochen werden für die Fluoreszenz-Quanten-Erträge Umwelt Viskosität abhängig. Nach Photoanregung beinhaltet Deaktivierung häufig eine verdrehte intramolekulare Transfer (TICT) Ladezustand, die Bevölkerung durch die Viskosität der umliegenden Mikroumgebung13bestimmt wird. Hochviskosen Lösungsmittel behindern molekularen Rotoren um einen TICT Zustand, mit hellen Emission zu übernehmen. In niederviskosen Lösungsmittel kann der Rotor viel besser TICT Staat, Beschleunigung nichtstrahlenden Zerfall und somit abgeschreckt Fluoreszenz zugreifen. Die Zugabe von Kerosin, mit einer Viskosität von 1,64 mm2∙s–1 bei 27 ° C, Diesel, mit jeweiligen Viskositäten von 1,3-2,4, 1,9-4.1, 2,0-4,5 oder 5,5-24,0 mm2∙s –1 bei 40 ° C für die Klassen 1D, 2D, EN 950 und 4D14,15,16, reduziert die kinematische Viskosität der Mischung und potenziell führt zu einer proportional abschrecken der Fluoreszenz von molekularen Rotors Sonden. Die Familie von 4-Dimethylamino-4-Nitrostilbenes (4-DNS) schien vielversprechendsten uns durch ihre starke Fluoreszenz-Variante über einen kinematischen Viskosität 0,74 70,6 mm2∙s –1. Dieser Bereich entspricht gut mit den bekannten Werten von Kerosin und Diesel.
Wir untersuchten daher die Fähigkeit des 4DNS, 2-[Ethyl [4-[2-(4-Nitrophenyl) Ethenyl] Phenyl] amino] Ethanol (4DNSOH) und (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic Säure (4DNSCOOH) an die Viskosität der Diesel-Kerosin Mischungen durch ihre Fluoreszenz, je nach intramolekulare Rotation und schließlich nachgeben eines Schnelltests für Diesel Verfälschung mit Kerosin. Der Einweg-Test ist einfach zu bedienen, präzise, zuverlässige, wirtschaftliche und dreidimensional klein. Die Adsorption der Sonden auf dem Filterpapier als eine solide Unterstützung wurde untersucht und die Analyse wurde mit einem eingebetteten Smartphone-basierte Fluoreszenz-Leser erreicht. Heute sind ubiquitär verfügbar Smartphones mit qualitativ hochwertige Kameras, die Erkennung von optischen Veränderungen wie Farbe und Fluoreszenz unkompliziert rendering und ebnet den Weg für leistungsstarke vor-Ort-Analysen... Wir zeigen hier, dass die Messung der Emission von fluoreszierenden Sonden adsorbiert auf Papierstreifen mit einem Smartphone für Betrugserkennung auf Verbrennung Kraftstoffe in eine zuverlässige Weise17verwendet werden kann.

<table><tbody><tr><td>4-Dimethylamino-4-nitrostilben (CAS-Nummer: 2844-15-7)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>39255</td><td>4-DNS-Farbstoff</td></tr><tr><td>2-[ethyl[4-[2-(4-nitrophenyl)ethenyl]phenyl]amino]ethanol (CAS-Nummer: 122258-56-4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>518565</td><td>4-DNS-OH-Farbstoff</td></tr><tr><td>Whatman&nbsp; qualitatives Filterpapier, Grade 1</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z274852</td><td>Teststreifen unterstützen</td></tr><tr><td>Whatman&nbsp; anwendungsspezifischer Filter, mit Aktivkohle beladenes Papier,</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>WHA1872047</td><td>Sorte 72 Filter für die Kraftstoffvorbehandlung</td></tr><tr><td>Wiederverwendbare Inline-Filterhalter von Pall, Edelstahl, Durchm. 47&nbsp; mm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z268453&nbsp;</td><td>Halter für Vorbehandlungsfilter</td></tr><tr><td>(3-Aminopropyl)triethoxysilan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>919-30-2</td><td>APTES</td></tr><tr><td>4-(Dimethylamino)pyridin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1122-58-3</td><td>DMAP</td></tr><tr><td>Bernsteinsäureanhydrid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108-30-5</td><td></td></tr><tr><td>Triethylamin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>121-44-8</td><td>Et3N</td></tr><tr><td>N,N'-dicyclohexylcarbodiimid&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>538-75-0</td><td>DCC</td></tr><tr><td>Stuart Tube Rotatoren</td><td>Cole-Parmer</td><td>SB3</td><td>Rotator</td></tr><tr><td>FreeCAD</td><td></td> <td>freecadweb.org-Freeware</td> <td>- 3D Design</td></tr><tr><td>Ultimaker Cura</td><td>Ultimaker-Freeware</td><td></td> <td>- 3D Druck</td></tr><tr><td>Android Studio</td> <td>Google-Freeware</td> <td>- App Programmierung</td><td></td></tr> <tr><td>Renkforce SuperSoft OTG-Spiegel Micro-USB Kabel 0,15 m</td><td>Conrad.de</td><td>1359890&nbsp;- 62</td><td>Smartphone Setup Elektronikteil</td></tr><tr><td>Schwarz Kabel Schalter 1 x Aus / Ein</td><td>Conrad.de</td><td>1371835&nbsp;- 62</td><td>Smartphone Setup Elektronisches Teil</td></tr><tr><td>Carbon Film Resistor 100 &Omega;</td><td>Conrad.de</td><td>1417639&nbsp;- 62</td><td>Smartphone Setup elektronisches Teil</td></tr><tr><td>492 nm Blockierkante BrightLine&nbsp; Kurzpassfilter</td><td>Semrock</td><td>FF01-492/SP-25</td><td>Filteranregung</td></tr><tr><td>550/49&nbsp; nm BrightLine Single-Band-Bandpassfilter</td><td>Semrock</td><td>FF01-550/49-25</td><td>Filter Emission</td></tr> <tr><td>& Oslash; 1/2" ungefasster N-BK7 Diffusor aus Mattglas, Körnung 220</td><td>Thorlabs</td><td>DG05-220</td><td>Diffusor</td></tr><tr><td>Anregung LED 465 nm, 9 cd, 20 mA, &plusmn; 15°, 5 mm klares Epoxidharz</td><td>Roithner</td><td>RLS-B465 LED-Anregung</td><td></td></tr></tbody></table>

fluoreszierende papierstreifen zur detektion von diesel verfälschung mit smartphone auslesen

Fluorescent Paper Strips for the Detection of Diesel Adulteration with Smartphone Read-out

Drei fluoreszierende molekulare Rotoren von 4-Dimethylamino-4-Nitrostilbene (4-DNS) wurden für ihre mögliche Verwendung untersucht, wie Viskosität Sonden, um den Inhalt des Kerosin in Diesel/Kerosin Mischungen, eine weit verbreitete Aktivität, äußerstenfalls Kraftstoff zeigen. In Lösungsmittel mit niedriger Viskosität deaktivieren die Farbstoffe schnell über eine so genannte verdrehten intramolekulare Transfer Ladezustand, effizient abschrecken der Fluoreszenz. Messungen der Diesel/Kerosin Mischungen zeigten eine gute lineare Korrelation zwischen dem Rückgang der Fluoreszenz und die Erhöhung des Anteils von dünnflüssiger Kerosin in Diesel/Kerosin Mischungen. Immobilisierung des hydroxy Derivative 4-DNS-OH in Zellstoffpapier ergab Teststreifen, die die Fluoreszenz-Anzeige Verhalten beizubehalten. Kombination der Streifen mit einem Lesegerät basiert auf einem Smartphone und eine controlling app erlaubt einen einfaches Feldtest erstellen. Die Methode erkennt zuverlässig das Vorhandensein von Kerosin Diesel von 7 bis 100 %, Outperformance gegenüber heutige Standardmethoden für Diesel Verfälschung.

Die drei Strukturen der zwei kommerzielle Farbstoffe 4-DNS- und 4-DNS-OH und synthetisierte Dye 4-DNS-COOH enthalten ein Stilben Kernelement ersetzt mit einem Spender (-NR2) und ein Akzeptor (-2) Gruppe an beiden Enden, das zentrale doppelte Bindung darstellen das Scharnier des so genannten molekularen Rotors (Abbildung 1A). Die Strukturen unterscheiden sich in der Aminogruppe Substitution Muster mit kurzen Alkylgruppen für 4-DNS, zwei e...

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die Verfälschung von Diesel mit Kerosin mit Teststreifen beschichtet mit einer fluoreszierenden Viskosität Sonde zusammen mit einer Smartphone-basierte Analyse-System zu erkennen.

Fluoreszierende Papierstreifen zur Detektion von Diesel Verfälschung mit Smartphone auslesen

Three fluorescent molecular rotors of 4-dimethylamino-4-nitrostilbene (4-DNS) were investigated for their potential use as viscosity probes to indicate ...

Das übergeordnete Ziel dieser Dipstick-Assays, die eine Fluoreszenzviskositätssonde und eine Smartphone-Auslese kombinieren, besteht darin, Dieselverfälschung enthäupft mit Kerosin zu erkennen und solche Betrügereien aufzudecken und wirtschaftliche Schäden zu vermeiden. Diese Methode kann Anwendern in ressourcenbegrenzten Ländern helfen, Schnelltests gemäß den WHO ASSURED-Anforderungen durchzuführen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie ein qualitatives Messergebnis in weniger als einer Minute liefert und von ungeschultem Personal ohne spezifische Ausrüstungsanforderungen durchgeführt werden kann. Obwohl das Verfahren ein neues Werkzeug zur Erkennung von Kraftstoffverfälschungen bietet, kann es auch für andere Vor-Ort-Messanwendungen wie z. B. Sprengstofferkennung oder Wasseranalyse verwendet werden.Bereiten Sie eine Millimolar-Lösung des Referenzfarbstoffs und der Farbstoffe 4-DNS, 4-DNS-OH und 4-DNS-COOH in Toluen vor, wie im Textprotokoll beschrieben. Zellulosestreifen von 30 mal fünf Millimetern aus Filterpapier schneiden. Etwa 50 dieser Streifen in eine verschließbare Fünf-Milliliter-Durchstechflasche zusammen mit 4,5 Millilitern der gewünschten Farbstofflösung legen.Schütteln Sie die Streifen in der Durchstechflasche mit einem vertikalen Rotator für 20 Minuten bei 30 Umdrehungen pro Minute. Dann die Toluluuslösung aus der Durchstechflasche gießen. Sofort mit vier MilliliterCyclohexan füllen und eine Minute bei 30 Umdrehungen drehen, um überschüssige Farbstoffe abzuwaschen.Wiederholen Sie diesen Waschvorgang dreimal. Trocknen Sie nach dem Waschen die erhaltenen Teststreifen auf einem Filterpapier 10 Minuten bei Raumtemperatur, bevor Sie eine Probenvorbehandlung durchführen, wie im Textprotokoll beschrieben. Kaufen Sie eine Standard-Epoxid-LED mit fünf Millimetern bei 460 Nanometern, einen 100-Ohm-Widerstand und ein USB-On-the-go-Kabel mit einem Ein-Aus-Schalter und einem Micro-USB-Anschluss.Schneiden Sie das USB-Kabel auf der gegenüberliegenden Seite der On-the-go-Seite, um den roten Draht, der positive fünf Volt und den schwarzen Draht entsprechend dem Boden versorgt, zu isolieren. Schneiden Sie nun den schwarzen Draht des USB-Kabels und löten Sie den 100-Ohm-Widerstand auf der Rückseite des Schalters. Löten Sie die LED-Anode auf den positiven Fünf-Volt-Rotdraht und die LED-Kathode zum schwarzen Draht.Kaufen Sie einen Diffusor und zwei Filter für die LED und die Kamera, in der Regel einen Kurzpassfilter für den Anregungskanal und einen Bandpassfilter für die Emissionserfassung. 3D-Druck eine Smartphone-Hülle, die auf das Smartphone passt und integriert die verschiedenen optischen Teile, bestehend aus einer schwarzen Kammer, wie im Textprotokoll beschrieben. Drucken Sie außerdem einen Streifenhalter mit einer Referenz und einem Teststreifen.Implementieren Sie den Anregungskanal, indem Sie die LED, den Diffusor und den Filter platzieren, um die Papierstreifen in einem Winkel von 60 Grad zu beleuchten. Implementieren Sie den Lesekanal, indem Sie den Filter vor die CMOS-Kamera des Smartphones stellen. Wählen Sie die passende Kalibrierdatei aus dem Softwarespeicher aus, indem Sie auf die Menüschaltfläche in der oberen rechten Ecke des Softwarefensters klicken.Tauchen Sie den Teststreifen für ein paar Sekunden in die Dieselprobe, indem Sie den Teststreifen mit einer Pinzette halten. Überschüssigen Kraftstoff durch Polsterung mit einem Trockenpapier entfernen. Legen Sie den Teststreifen in den Streifenhalter neben dem Referenzstreifen und führen Sie den Halter in die Smartphone-Hülle ein.Ein Bild der Fluoreszenz des Streifens wird dann sofort auf dem Bildschirm des Smartphones angezeigt. Drücken Sie die Aufnahmetaste, um die Fluoreszenzintensitäten von Test- und Referenzstreifen aufzuzeichnen. Der Verfälschungsgrad wird sofort vom internen Algorithmus berechnet und auf dem Bildschirm angezeigt.Um Teststreifen zu erhalten, die mit einem fluoreszenzmolekularen Rotor als Viskositätssonde kodiert sind, wurden drei Arten von Farbstoffen auf Papier kodiert. Ein Kandidat, 4-DNS-OH, wurde als die am besten geeignete Sonde für die Erkennung von Dieselverfälschung mit Kerosin gefunden. Die Fluoreszenz der Streifen wurde mit einer Smartphone-Kamera nach dem Einsetzen der Streifen in ein 3D-gedrucktes Gehäuse ermittelt.Das Gehäuse integrierte den Streifenhalter und alle notwendigen optischen Elemente, wie eine LED, die direkt über den Smartphone-USB-Anschluss, Filter und einen Diffusor angetrieben wird. Das Assay-Verfahren wurde so einfach wie möglich mit nur ein paar Schritten gehalten, Tauchen, Platzieren des Streifens in den Halter, Starten der LED und Positionierung des Halters im Gehäuse, gefolgt von Messung und Analyse. Die Analysesoftware hat alle RGB-Werte der Pixel in vordefinierten räumlichen Bereichen, die den Streifen entsprechen, gemittelt und in Fluoreszenzintensitäten umgewandelt.Einmal gemeistert, kann diese Technik innerhalb von ein bis zwei Minuten durchgeführt werden. Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie solche kostengünstigen, präzisen und schnellen Methoden zur Verfälschung von Kraftstoffen funktionieren sollten. Es ist auch eine interessante forensische Lösung, zum Beispiel, wenn ein ungeschultes Behördenpersonal oder Verbraucher Betrug aufdecken sollten.Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, die geeigneten Kalibrierdateien speziell bei der Arbeit mit Dieselproben unterschiedlicher Qualitäten auszuwählen, da sie speziell auf dem Streifen interagieren können. Nach diesem Verfahren können andere Referenz- oder Labormethoden wie GC-FID durchgeführt werden, um positive Ergebnisse zu validieren, die während einer Screening-Kampagne vor Ort beobachtet wurden. Diese Technik kann also anderen Forschern den Weg ebnen, fluoreszierende Dipstick-Assays mit eingebetteten Smartphone-Auslesesystemen zu kombinieren, um wertvolle Werkzeuge für die Vor-Ort-Erkennung wie Schadstoffe im Wasser oder andere forensische Anwendungen bereitzustellen.Die Arbeit mit Smartphone CMOS Alt-Detektor erfordert einige Vorsichtsmaßnahmen in Bezug auf die äußere-weite Valenzalgorithmus, die in den meisten Geräten vorhanden ist. Die Messung der Fluoreszenz eines Referenzstreifens neben dem Prüfstreifen ermöglicht die Korrektur dieser Abweichung.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Droplet-based mikrofluidischen Plattformen sind vielversprechende Kandidaten für einen hohen Durchsatz Experimente, da sie in der Lage, Picoliter, Selbst-compartmentalized Schiffe kostengünstig erzeugen bei kHz Preise sind. Durch die Integration mit schnellen, empfindlichen und hoch aufgelöste Fluoreszenz-spektroskopischen Methoden kann die große Mengen von Informationen in diesen Systemen erzeugt effizient extrahiert werden können, genutzt und verwertet werden.

Fluoreszenz-Nachweisverfahren für Mikrofluidik-Tropfen-Plattformen

Wir überprüfen unsere jüngsten Ergebnisse auf der Integration der Fluoreszenz-Mikroskopie und Imaging Durchflusszytometrie Tools auf einem Mobiltelefon mit kompakten und kostengünstigen opto-fluidischen Anlagen. Diese Handy-Basis Mikro-Analyse-Geräte könnte für durchflusszytometrische Analyse nützlich, wie die Ausführung verschiedener Zellzählung Aufgaben sowie für High-Throughput-Screening von z. B. Wasserproben in beschränkten Ressourcen-Einstellungen.

Weitfeld-Fluoreszenz-Mikroskopie und Fluoreszenz-Imaging Durchflusszytometrie auf einem Cell-phone

Kreuzkonjugierten kreuzförmigen Fluorophore auf Basis von 1,4-Distyryl-2 ,5-bis (arylethinyl) benzol und benzobisoxazole Kerne verwendet werden, um qualitativ nachzuweisen verschiedenen Lewis-Säure und Lewis-basischen Analyten werden. Diese Methode beruht auf den Unterschieden in Emission Farben der cruciforms die auf Analyten zusätzlich beachtet werden. Strukturell eng verwandte Arten voneinander unterscheiden.

Qualitative Identifizierung von Carbonsäuren, Boronsäuren und Aminen unter Verwendung Cruciform Fluorophore

Ein Protokoll, das die integrierte Konzentration, Anreicherung und den kolorimetrischen Endpunktnachweis von lebensmittelbedingten Krankheitserregern in großen Mengen landwirtschaftlichen Wassers beinhaltet, wird hier vorgestellt.  Das Wasser wird durch modifizierte Moore-Tupfer (MMS) gefiltert, die mit selektiven oder nicht-selektiven Medien angereichert sind, und der Nachweis erfolgt mit papierbasierten Analysegeräten (μPAD), die in bakterienindizierte kolorimetrische Substrate eingebettet...

Farbmetrische Papierbasierte Erkennung von<em&gt; Escherichia coli</em&gt;,<em&gt; Salmonellen</em&gt; Spp. Und<em&gt; Listeria monocytogenes</em&gt; Von großen Mengen von Landwirtschaftliche Wasser

Die Studie zeigt , das Wachstum von Iridiumoxid-reduziertem Graphenoxid (IrO 2 -RGO) Nano - Hybrid - Dünnschichten auf unregelmäßige und grobe siebgedruckten Kohlenstoffsubstrat durch eine grüne elektrochemischen Synthese und deren Umsetzung als pH - Sensor mit einer gemusterten Papier-Fluidik - Plattform .

Iridium-Oxid-reduziertem Graphenoxid Nanohybrid- Thin Film Modified Siebdruck Elektroden als Einweg-Elektro Papier Mikrofluidik pH-Sensoren

Mehrfarbige Fluoreszenzdetektion in der Tröpfchenmikrofluidik beinhaltet typischerweise sperrige und komplexe Epifluoreszenzmikroskop-basierte Detektionssysteme. Hier beschreiben wir ein kompaktes und modulares mehrfarbiges Detektionsschema, das ein Array von optischen Fasern verwendet, um mehrfarbige Daten, die von einem einzigen Photodetektor gesammelt wurden, zeitlich zu kodieren.

Mehrfarbenfluoreszenzdetektion für Droplet Mikrofluidik Verwendung von Optical Fibers

Dipstick Urinanalyse ist eine schnelle und erschwingliche Methode zur Beurteilung des persönlichen Gesundheitszustandes. Wir präsentieren eine Methode, um eine genaue, kostengünstige Dipstick-Urinanalyse durchzuführen, die die primären Fehlerquellen entfernt, die mit herkömmlichen Dip-and-Wipe-Protokollen verbunden sind, und einfach genug ist, um von Laienbenutzern zu Hause durchgeführt zu werden.

Kostengünstige, volumengesteuerte Dipstick-Urinanalyse für Home-Testing

Um dringende diagnostische Anforderungen an Dengue zu erfüllen, stellen wir hier ein in die Smartphone-App integriertes Dengue NS1 Paper-based Analytical Device (DEN-NS1-PAD) zur Quantifizierung der Dengue NS1-Antigenkonzentration in klinischen Serum-/Blutproben vor. Diese Innovation verbessert das Dengue-Management, indem sie die klinische Entscheidungsfindung in verschiedenen Gesundheitseinrichtungen unterstützt, auch in ressourcenbegrenzten.

Tragbarer papierbasierter Immunoassay kombiniert mit Smartphone-Anwendung für den kolorimetrischen und quantitativen Nachweis des Dengue-NS1-Antigens

Dieses Protokoll beschreibt einen CRISPR-Cas-vermittelten, synthetischen Multianalyt-Urin-Biomarker-Test, der eine Point-of-Care-Krebsdiagnostik durch die Ex-vivo-Analyse tumorassoziierter Proteaseaktivitäten ermöglicht.

CRISPR-Cas-vermittelter synthetischer Multianalyt-Urin-Biomarker-Test für tragbare Diagnostik

Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Herstellung von Quantenpunkt-Nanokügelchen (QDNB) und den Nachweis von Krankheitsbiomarkern mit QDNB-basierten Lateral-Flow-Immunoassay-Streifen. Die Testergebnisse können unter UV-Licht-Beleuchtung qualitativ beurteilt und mit einem fluoreszierenden Stripreader innerhalb von 15 min quantitativ gemessen werden.

Fluoreszierender Lateral-Flow-Immunoassay auf Basis von Quantenpunkt-Nanokügelchen

In dieser Arbeit wurde das Protokoll für das Design und die Entwicklung eines E-Eye-Enable-POCT-Geräts zum Nachweis von Fe, Cr, As und F in Umweltproben, biologischen Proben sowie Lebensmitteln und Getränken diskutiert. Fast 2000 Proben wurden getestet, und die Ergebnisse stimmen mit der Goldstandard-Technik überein.

TD-DFT-geführte, fortschrittliche E-Eye-Sensing-Technik für die Vor-Ort-Quantifizierung von Fe, Cr, F und As in Umwelt-, Bio- und Lebensmittelproben

Lernen Sie eine schnelle Methode zur Erkennung von Dieselverfälschung mit fluoreszierenden Papierstreifen und Smartphone-Auslesung. Diese Technik liefert qualitative Ergebnisse in unter einer Minute und ist für ungeschultes Personal geeignet.

Fluoreszierende Papierstreifen zur Detektion von Diesel Verfälschung mit Smartphone auslesen

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