Hier presenteren we een protocol voor het detecteren van de vervalsing van diesel met kerosine gebruik test strips bedekt met een fluorescerende viscositeit sonde samen met een smartphone gebaseerde analysesysteem.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier presenteren we een protocol voor het detecteren van de vervalsing van diesel met kerosine gebruik test strips bedekt met een fluorescerende viscositeit sonde samen met een smartphone gebaseerde analysesysteem.
Drie TL moleculaire rotors 4-dimethylamino-4-nitrostilbene (4-DNS) werden onderzocht voor hun potentiële gebruik zoals viscositeit sondes om aan te geven van de inhoud van kerosine in diesel/kerosine mengsels, een wide-spread activiteit te vervals brandstof. In oplosmiddelen met lage viscositeit deactiveren de kleurstoffen snel via een zogenaamde gedraaide intramoleculaire gratis overdracht staat, efficiënt blussen de fluorescentie. Metingen van diesel/kerosine mengsels bleek een goede lineaire correlatie tussen de afname van de fluorescentie en het verhogen van de Fractie van de minder viskeuze kerosine in diesel/kerosine mengsels. Immobilisatie van de hydroxy afgeleide 4-DNS-OH in cellulose papier leverde test strips die van de indicator van de fluorescerende functionaliteit behouden. Combinatie van de strips met een lezer op basis van een smartphone en een controlerende app mag maken van een eenvoudig veldtest. De methode kan op betrouwbare wijze de aanwezigheid van kerosine in diesel van 7 tot 100%, overtreft de huidige standaardmethoden voor diesel vervalsing.
Brandstof vervalsing is een ernstig probleem in veel verschillende delen van de wereld, gewoon vanwege het enorme belang van brandstof als energiebron. Motoren waarop versneden brandstof vermindert hun prestaties, leidt tot eerdere motorstoring en milieuvervuiling1met zich meebrengt. Verhoogd dusx emissies optreden als diesel is versneden met kerosine bevat die meestal een grotere hoeveelheid zwavel2,3. Hoewel het probleem voor decennia bestaat, is duurzame brandstofbeheer die onthult van dergelijke criminele activiteiten op het punt van oorsprong nog zeldzaam, omdat het eenvoudige en betrouwbare tests voor brandstof vervalsing grotendeels4 ontbreken. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in de minerale olie op basis van laboratorium analyse in de afgelopen decennia benaderingen van5,6,7, on-site metingen zijn nog schaars. Verschillende methoden voor het gebruik buiten het laboratorium hebben onlangs bedacht, met behulp van glasvezel8, veld - effect transistors9 of mechano-chromic materialen10. Hoewel zij enkele van de nadelen van conventionele methodes, robuust overwinnen, ontbreken gebruiksvriendelijk en draagbare methoden nog grotendeels. Fluorescerende viscositeit sondes op basis van moleculaire rotoren zijn een interessante alternatieve11,12, omdat minerale oliën bestaan uit een grote verscheidenheid aan koolwaterstoffen die in ketenlengte en cyclicity, die vaak verschillen tot uiting in verschillende viscositeiten. Omdat brandstoffen complexe mengsels zonder specifieke loodverbindingen om op te treden als tracers zijn, schijnt de meting van de verandering van een macroscopische eigenschap zoals viscositeit of polariteit zeer belovend. De laatste kan worden aangepakt door fluorescerende moleculaire rotoren waarvoor de fluorescentie quantum opbrengsten afhankelijk is van milieu viscositeit. Na photoexcitation impliceert deactivering vaak een gedraaide intramoleculaire gratis overdracht (TICT) staat, de bevolking van die wordt bepaald door de viscositeit van de omliggende communicatie13. Zeer viskeuze oplosmiddelen belemmeren moleculaire rotoren aan te nemen van een TICT staat, met als gevolg dat lichte emissie. In laag-visceuse oplosmiddelen, de rotor kan veel beter toegang krijgen tot de TICT staat, om niet-radiatieve verval en dus gehard fluorescentie te versnellen. De toevoeging van kerosine, met een viscositeit van 1.64 mm2∙s-1 bij 27 ° C, tot diesel, met respectieve viscositeiten van 1.3-2.4, 1.9-4.1, 2.0-4.5 of 5.5-24,0 mm2∙s -1 bij 40 ° C voor de rangen 1 D, 2D, nl 950 4D14,15,16, vermindert de kinematische viscositeit van het mengsel en mogelijk leidt tot een evenredige blussen van de fluorescentie van een moleculaire rotor-sonde. De familie van 4-dimethylamino-4-nitrostilbenes (4-DNS) leek meest veelbelovende ons vanwege hun sterke fluorescentie variatie over een kinematische viscositeitsbereik van 0,74-70,6 mm2∙s -1. Dit bereik past goed bij de bekende waarden van kerosine en dieselbrandstof.
Daarom verkenden we het vermogen van 4DNS, 2-[ethyl [4-[2-(4-nitrofenyl) ethyl] fenyl] amino] ethanol (4DNSOH) en (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic zuur (4DNSCOOH) om aan te geven van de viscositeit van Diesel-kerosine mengsels via hun fluorescentie, afhankelijk van intramoleculaire rotatie en ten slotte levert een snelle test voor diesel vervalsing met kerosine. De beschikbare test is makkelijk te gebruiken, nauwkeurige, betrouwbare, rendabele en dimensioneel kleine. De adsorptie van de sondes op het filtreerpapier als een stevige steun werd onderzocht en de analyse werd uitgevoerd met een ingesloten smartphone gebaseerde fluorescentie-lezer. Vandaag de dag zijn overal beschikbaar smartphones uitgerust met kwalitatief hoogwaardige camera's, waardoor de detectie van optische veranderingen zoals kleur- en fluorescentie eenvoudig, en de weg vrijmaakt voor krachtige on-site analyses. We laten hier zien dat de meting van de emissie van fluorescerende sondes geadsorbeerde op papier stroken met een smartphone kan worden gebruikt voor fraude-opsporing van verbranding brandstoffen in een betrouwbare wijze17.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. fluorescente kleurstoffen (figuur 1A)
2. Samenvatting van de referentie-kleurstof
Opmerking: De synthetische procedure van 8-(phenyl)-1,3,5,7-tetramethyl-2,6-diethyl-4,4-difluoro-4 bora-3a platen, 4a-diaza-s-indacene van Coskun et al.werd aangenomen. 18.
3. TEST STRIP FABRICAGE, METHODE 1.
4. test Strip fabricage, methode 2.
5. monster voorbehandeling.
6. Smartphone Reader uitvoering
Opmerking: Een Androïde gebaseerde smartphone met een gecentreerde front camera werd gebruikt als de kern van het meetsysteem smartphone. Alle nodige optische elementen en accessoire 3D-gedrukt werden op maat gemaakt voor dit apparaat. Nochtans, andere smartphone met een camera met CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) kan worden gebruikt. 19 , 20
7. voorbeeld analyse met behulp van de Smartphone gebaseerde Detector
Opmerking: Analyses werden uitgevoerd door het uitvoeren van een Java-app(lication) voor Android die eindelijk het niveau van vervalsing op het scherm weergegeven. Zonder de app, kunnen foto's worden genomen, geëxporteerd naar een computer en geanalyseerd met een standaardimage analysesoftware.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De drie structuren van de twee commerciële kleurstoffen 4-DNS en 4-DNS-OH en de gesynthetiseerde kleurstof 4-DNS-COOH bevatten een stilbeen kernelement vervangen door een donor (-NR2) en een accepteerder (-2) groep aan beide uiteinden, de centrale dubbele binding vormen het scharnier van de zogenaamde 'moleculaire rotor' (figuur 1A). De structuren verschillen in aminogroep vervangen patroon met korte alkyl groepen voor 4-DNS, twee iets l...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een fluorescente sonde, gebaseerd op een moleculaire rotor kleurstof die is gevoelig voor viscositeit in het bereik van die gemeten voor diesel en de verschillende mengsels met kerosine, werd gebruikt voor het verkrijgen van eenvoudige en efficiënte test strips voor de detectie van diesel brandstof vervalsing. De emissie-intensiteit van 4-DNS bij 550 nm in verschillende correlaten van diesel/kerosine mengsels met een afname van de viscositeit wanneer het aandeel van kerosine stijgt. Bij een temperatuur van 24 ° C, een ni...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
De auteurs wil erkennen de BAM voor financiering door middel van het focusgebied Analytical Sciences: https://www.bam.de/Navigation/EN/Topics/Analytical-Sciences/Rapid-Oil-Test/rapid-oil-test.html.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 4-dimethylamino-4-nitrostilbeen (CAS-nummer: 2844-15-7) | Sigma-Aldrich | 39255 | 4-DNS-kleurstof |
| 2-[ethyl[4-[2-(4-nitrofenyl)ethenyl]fenyl]amino]ethanol (CAS-nummer: 122258-56-4) | Sigma-Aldrich | 518565 | 4-DNS-OH-kleurstof |
| Whatman kwalitatief filterpapier, Grade 1 | Sigma-Aldrich | Z274852 | Teststripsondersteuning |
| Whatman toepassingsspecifiek filter, geactiveerd koolstof beladen papier, Grade 72 | Sigma-Aldrich | WHA1872047 | Brandstof voorbehandelingsfilters |
| Pall herbruikbare in-line filterhouders roestvrij staal, diameter 47 mm | Sigma-Aldrich | Z268453 | Houder voorbehandelingsfilters |
| (3-Aminopropyl)triethoxysilaan | Sigma-Aldrich | 919-30-2 | APTES |
| 4-(Dimethylamino)pyridine | Sigma-Aldrich | 1122-58-3 | DMAP |
| Bernsteenzuuranhydride | Sigma-Aldrich | 108-30-5 | |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | 121-44-8 | Et3N |
| N,N'-dicyclohexylcarbodiimide | Sigma-Aldrich | 538-75-0 | DCC |
| Stuart buisrotators | Cole-Parmer | SB3 | Rotator |
| FreeCAD | freecadweb.org | - | Freeware - 3D-ontwerp |
| Ultimaker Cura | Ultimaker | - | Freeware - 3D-printen |
| Android Studio | - | Freeware - App programmeren | |
| Renkforce SuperSoft OTG-Mirror Micro-USB-kabel 0,15 m | Conrad.de | 1359890 - 62 | Smartphone-setup elektronisch onderdeel |
| Zwarte snoerswitch 1 x Uit / Aan | Conrad.de | 1371835 - 62 | Smartphone-setup elektronisch onderdeel |
| Koolfilmweerstand 100 Ω | Conrad.de | 1417639 - 62 | Smartphone-setup elektronisch onderdeel |
| 492 nm blokkerende rand BrightLine short-pass filter | Semrock | FF01-492/SP-25 | Filter excitatie |
| 550/49 nm BrightLine enkele band doorlaatfilter | Semrock | FF01-550/49-25 | Filter emissie |
| Ø1/2" Ongemonteerde N-BK7 geaard glasdiffusor, 220 Grit | Thorlabs | DG05-220 | Diffusor excitatie |
| LED 465 nm, 9 cd, 20 mA, ±15°, 5 mm heldere epoxy | Roithner | RLS-B465 | LED excitatie |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.