شرائط ورق الفلورسنت للكشف عن غش الديزل مع القراءة الذكي
Summary
نقدم هنا، بروتوكولا للكشف عن غش زيت الديزل بالكيروسين باستخدام شرائط الاختبار مغلفة بتحقيق لزوجة فلورسنت جنبا إلى جنب مع نظام تحليل القائم على الهاتف الذكي.
Abstract
وتم التحقيق الدوارات الجزيئية الفلورسنت ثلاث من 4-ديميثيلامينو-4-نيتروستيلبيني (4-DNS) لاحتمال استخدامها اللزوجة يسبر للإشارة إلى محتوى الكيروسين في مزيج الديزل/الكيروسين، ونشاطاً على نطاق واسع للوقود أدولتيراتي. في المذيبات مع اللزوجة منخفضة، تنشيط الأصباغ سرعة عن طريق دولة نقل ما يسمى تهمة إينتراموليكولار ملتوية، وكفاءة تبريد الأسفار. وكشفت قياسات ديزل/كيروسين يمزج ارتباط خطي جيدة بين الانخفاض في الأسفار والزيادة في جزء صغير الكيروسين أقل لزوجة في مزيج الديزل/الكيروسين. التثبيت هيدروكسي مشتقة 4-DNS–أوه في ورقة السيلولوز أسفرت عن شرائط الاختبار التي تحافظ على السلوك المؤشر الفلورسنت. مجموعة من الشرائط مع قارئ استناداً إلى الهاتف ذكي وعلى تطبيق التحكم يسمح لإنشاء اختبار ميدانية بسيطة. الأسلوب الذي يمكن الكشف عن وجود الكيروسين موثوق في الديزل من 7 إلى 100%، متجاوزا الأساليب القياسية الحالية لغش الديزل.
Introduction
غش الوقود مشكلة خطيرة في العديد من أجزاء مختلفة من العالم، ببساطة بسبب أهمية هائلة من الوقود كمصدر للطاقة. تشغيل محركات الوقود المغشوشة يقلل من أدائها، ويؤدي إلى تعطل المحرك السابق وينطوي التلوث البيئي1. زاد حتى تحدث انبعاثاتx إذا هي المغشوشة الديزل بالكيروسين عادة ما تحتوي على كمية أعلى من الكبريت2،3. على الرغم من أن المشكلة موجودة منذ عقود، إدارة الوقود المستدام أن يكشف هذا النشاط الإجرامي في نقطة المنشأ لا تزال نادرة، لأنه لا توجد اختبارات بسيطة وموثوق بها لغش الوقود إلى حد كبير4. وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في التحليل المختبري الزيوت المعدنية في العقود الماضية5،،من67، نهج القياسات في الموقع لا تزال نادرة. ووضعت مؤخرا أساليب مختلفة للاستخدام خارج المختبر، باستخدام الألياف البصرية8، أو الميدان – تأثير الترانزستورات9 مواد mechano-الكروميك10. على الرغم من أن التغلب عليها بعض المآخذ على الأساليب التقليدية، قوية، أساليب سهلة الاستعمال ومحمول يزال يفتقر إلى إلى حد كبير. المسابر اللزوجة الفلورسنت استناداً إلى الدوارات الجزيئية هي بديل11،مثيرة لاهتمام12، لأن الزيوت المعدنية وتتألف من مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهيدروكربونات التي تختلف من حيث طول السلسلة وسيكليسيتي، وكثيراً ما يجري وترد في اللزوجة المختلفة. لأن الوقود الخلائط المعقدة دون مركبات الرصاص محددة بمثابة تتبع، قياس تغير الخاصية عيانية مثل اللزوجة أو قطبية يبدو واعدة جداً. هذا الأخير يمكن أن تعالجها الفلورسنت الدوارات الجزيئية التي تعتمد غلة الكم الأسفار على اللزوجة البيئية. وبعد فوتوكسسيتيشن، ينطوي التعطيل عادة دولة نقل (شركة) تهمة إينتراموليكولار ملتوية، السكان التي تتحدد باللزوجة المكروية المحيطة بها13. المذيبات عالية اللزوجة تعوق الدوارات الجزيئية اعتماد دولة شركة، والتي تستتبع الانبعاثات مشرق. في المذيبات منخفضة اللزوجة، أفضل بكثير الوصول إلى الدوار الدولة شركة، والتعجيل تسوس غير الإشعاعي والأسفار وهكذا مروي. إضافة الكيروسين، مع لزوجة 1.64 مم2∙s–1 في 27 درجة مئوية، لوقود الديزل، مع اللزوجة كل منهما 1.3-2.4، 1.9 4.1 2.0-4.5 أو 5.5-24.0 mm2∙s –1 عند 40 درجة مئوية للصفوف 1-د، 2D، EN 950 ويقلل اللزوجة خليط 4 د14،،من1516، ويحتمل أن يؤدي إلى تبريد النسبي للأسفار المسبار الدوار الجزيئية. أسرة 4-ديميثيلامينو-4-نيتروستيلبينيس (4-DNS) يبدو الواعدة بالنسبة لنا بسبب تباين fluorescence قوية على أكثر من مجموعة لزوجة من 0.74-70.6 مم2∙s –1. هذا النطاق يطابق تماما مع القيم المعروفة من الكيروسين والديزل.
ولذلك فإننا استكشاف قدرة 4DNS، 2-[إيثيل [4-[2-(4-نيتروفينيل) اثينيل] فينيل] الأمينية] الإيثانول (4DNSOH) وحمض-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic (4DNSCOOH) (ه) للإشارة إلى اللزوجة خليط وقود الديزل-الكيروسين من خلال هذه الأسفار، اعتماداً على دوران إينتراموليكولار وأخيراً تحقق اختبار سريع لغش الديزل بالكيروسين. اختبار المتاح سهل الاستخدام، ودقيقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة الأبعاد الصغيرة. وكان التحقيق امتزاز المسابر على الورق مرشح كدعم قوي التحليل الذي أنجز مع قارئ الأسفار مضمنة المستندة إلى الهاتف الذكي. اليوم، أوبيكويتوسلي تتوفر الهواتف الذكية مجهزة بكاميرات عالية الجودة، مما يجعل الكشف عن التغييرات البصرية مثل اللون والأسفار مباشرة، ويمهد الطريق لتحليلات قوية في الموقع. علينا أن نظهر هنا أن قياس انبعاثات المسابير الفلورسنت تمتز على شرائط الورق مع الهاتف ذكي يمكن أن تستخدم للكشف عن الاحتيال على احتراق الوقود في طريقة موثوقة17.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان استخدام مجس فلورسنت، استناداً إلى صبغة دوار جزيئية يراعي اللزوجة في نطاق تلك التي تقاس به مختلف يمزج بالكيروسين، والديزل للحصول على شرائط الاختبار بسيطة وفعالة للكشف عن غش وقود الديزل. كثافة الانبعاثات 4-DNS في 550 نانومتر في مختلف ديزل/كيروسين يمزج يرتبط بانخفاض اللزوجة عندما تزداد نس?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يود أن يعترف بام للتمويل من خلال مجال التركيز “العلوم التحليلية”: https://www.bam.de/Navigation/EN/Topics/Analytical-Sciences/Rapid-Oil-Test/rapid-oil-test.html.
Materials
| 4-dimethylamino-4-nitrostilbene (CAS Number: 2844-15-7) | Sigma-Aldrich | 39255 | 4-DNS Dye |
| 2-[ethyl[4-[2-(4-nitrophenyl)ethenyl]phenyl]amino]ethanol (CAS Number: 122258-56-4) | Sigma-Aldrich | 518565 | 4-DNS-OH Dye |
| Whatman qualitative filter paper, Grade 1 | Sigma-Aldrich | Z274852 | Test strips support |
| Whatman application specific filter, activated carbon loaded paper, Grade 72 | Sigma-Aldrich | WHA1872047 | Fuel pre-treatment filters |
| Pall reusable in-line filter holders stainless steel, diam. 47 mm | Sigma-Aldrich | Z268453 | Holder pre-treatment filters |
| (3-Aminopropyl)triethoxysilane | Sigma-Aldrich | 919-30-2 | APTES |
| 4-(Dimethylamino)pyridine | Sigma-Aldrich | 1122-58-3 | DMAP |
| Succinic anhydride | Sigma-Aldrich | 108-30-5 | |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | 121-44-8 | Et3N |
| N,N'-dicyclohexylcarbodiimide | Sigma-Aldrich | 538-75-0 | DCC |
| Stuart Tube Rotators | Cole-Parmer | SB3 | Rotator |
| FreeCAD | freecadweb.org | – | Freeware – 3D design |
| Ultimaker Cura | Ultimaker | – | Freeware – 3D printing |
| Android Studio | – | Freeware – App programming | |
| Renkforce SuperSoft OTG-Mirror Micro-USB Cable 0,15 m | Conrad.de | 1359890 - 62 | Smartphone setup electronic part |
| Black Cord Switch 1 x Off / On | Conrad.de | 1371835 - 62 | Smartphone setup electronic part |
| Carbon Film Resistor 100 Ω | Conrad.de | 1417639 - 62 | Smartphone setup electronic part |
| 492 nm blocking edge BrightLine short-pass filter | Semrock | FF01-492/SP-25 | Filter excitation |
| 550/49 nm BrightLine single-band bandpass filter | Semrock | FF01-550/49-25 | Filter emission |
| Ø1/2" Unmounted N-BK7 Ground Glass Diffuser, 220 Grit | Thorlabs | DG05-220 | Diffuser excitation |
| LED 465 nm, 9 cd, 20 mA, ±15°, 5 mm clear epoxy | Roithner | RLS-B465 | LED excitation |
References
- Mattheou, L., Zannikos, F., Schinas, P., Karavalakis, G., Karonis, D., Stournas, S. Impact of Using Adulterated Automotive Diesel on the Exhaust Emissions of a Stationary Diesel Engine. Global NEST Journal. 8 (3), 291-296 (2006).
- Gawande, A. P., Kaware, J. P. Fuel Adulteration Consequences in India : A Review. Scientific Reviews and Chemical Communications. 3 (3), 161-171 (2013).
- Lam, N. L., Smith, K. R., Gauthier, A., Bates, M. N. Kerosene: A Review of Household Uses and their Hazards in Low- and Middle-Income Countries. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B. 15 (6), 396-432 (2012).
- Chandrappa, R., Chandra Kulshrestha, U. . Sustainable Air Pollution Management: Theory and Practice. , 305-323 (2016).
- Felix, V. J., Udaykiran, P. A., Ganesan, K. Fuel Adulteration Detection System. Indian Journal of Science and Technology. 8, 90-95 (2015).
- Meira, M., et al. Determination of Adulterants in Diesel by Integration of LED Fluorescence Spectra. Journal of the Brazilian Chemical Society. 26 (7), 1351-1356 (2015).
- Klingbeil, A. E., Jeffries, J. B., Hanson, R. K. Temperature- and composition-dependent mid-infrared absorption spectrum of gas-phase gasoline: Model and measurements. Fuel. 87 (17-18), 3600-3609 (2008).
- Gupta, A., Sharma, R. K., Villanyi, V. . Air Pollution. , (2010).
- Gruber, J., Lippi, R., Li, R. W. C., Benvenho, A. R. V. Analytical Methods for Determining Automotive Fuel Composition. New Trends and Developments in Automotive System Engineering. 13, 13-28 (2011).
- Park, D. H., Hong, J., Park, I. S., Lee, C. W., Kim, J. M. A Colorimetric Hydrocarbon Sensor Employing a Swelling-Induced Mechanochromic Polydiacetylene. Advanced Functional Materials. 24 (33), 5186-5193 (2014).
- Haidekker, M. A., Theodorakis, E. A. Ratiometric mechanosensitive fluorescent dyes: Design and applications. Journal of Materials Chemistry C. 4 (14), 2707-2718 (2016).
- Uzhinov, B. M., Ivanov, V. L., Melnikov, M. Y. Molecular rotors as luminescence sensors of local viscosity and viscous flow in solutions and organized systems. Russian Chemical Reviews. 80 (12), 1179-1190 (2011).
- Grabowski, Z. R., Rotkiewicz, K., Rettig, W. Structural Changes Accompanying Intramolecular Electron Transfer: Focus on Twisted Intramolecular Charge-Transfer States and Structures. Chemical Reviews. 103 (10), 3899-4032 (2003).
- . . ASTM D975 – 16a, Standard Specification for Diesel Fuel Oils. , (2016).
- Colucci, J. . Future Automotive Fuels • Prospects • Performance • Perspective. , (1977).
- Lackner, M., Winter, F., Agarwal, A. K. . Gaseous and Liquid Fuels. 3, (2010).
- Gotor, R., Tiebe, C., Schlischka, J., Bell, J., Rurack, K. Detection of Adulterated Diesel Using Fluorescent Test Strips and Smartphone Readout. Energy & Fuels. 31 (11), 11594-11600 (2017).
- Coskun, A., Akkaya, E. U. Ion Sensing Coupled to Resonance Energy Transfer: A Highly Selective and Sensitive Ratiometric Fluorescent Chemosensor for Ag(I) by a Modular Approach. Journal of the American Chemical Society. 127 (30), 10464-10465 (2005).
- Chang, B. Y. Smartphone-based Chemistry Instrumentation: Digitization of Colorimetric Measurements. Bulletin of the Korean Chemical Society. 33 (2), 549-552 (2012).
- Roda, A., et al. Smartphone-based biosensors: A critical review and perspectives. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 79, 317-325 (2016).
- McCracken, K. E., Yoon, J. -. Y. Recent approaches for optical smartphone sensing in resource-limited settings: a brief review. Analytical Methods. 8 (36), 6591-6601 (2016).
