Флуоресцентный бумажные полоски для выявления фальсификации дизель с Smartphone считывания
Summary
Здесь мы представляем протокол для выявления фальсификации дизель с керосином, с помощью тест-полосок, покрыты флуоресцентных вязкость зонд вместе с системой анализа на основе смартфона.
Abstract
Три флуоресцентные молекулярные роторы 4-диметиламино-4-nitrostilbene (4-DNS) были исследованы для их потенциального использования как вязкость зонды сообщить содержание керосина в смеси дизель/керосин, широкое распространение деятельности фальсифицированный топлива. В растворителях с низкой вязкостью красители быстро отключить через так называемые витой внутримолекулярной передачи заряд, эффективно тушения флуоресценции. Измерения дизель/керосин смесей показали хорошие линейной корреляции между снижением флуоресценции и увеличение доли менее вязкой керосина в дизель/керосин смесей. Иммобилизация гидроксильные производные 4-DNS-OH в целлюлозная принесли тест-полоски, которые сохраняют флуоресцентный индикатор поведение. Комбинация полос с читателем, основанный на смартфон и контроль app, позволил создать простое поле теста. Метод может надежно обнаружить присутствие керосина в дизель от 7 до 100%, опережая настоящее стандартные методы для дизельных фальсификата.
Introduction
Фальсификация топлива представляет собой серьезную проблему во многих различных частях мира, просто из-за огромной значимости топлива как источника энергии. Запуск двигателей на фальсифицированных топлива снижает их производительность, приводит к более ранних отказа двигателя и влечет за собой загрязнение окружающей среды1. Увеличение такx выбросы происходят если дизельное топливо фальсифицированной с керосином, обычно содержит большее количество серы2,3. Хотя проблема существует на протяжении десятилетий, устойчивого топливом, которое раскрывает такой преступной деятельности в своей точке происхождения по-прежнему редки, потому что простой и надежный тесты для фальсификация топлива практически отсутствуют4. Несмотря на существенный прогресс минерального масла на основе лабораторных анализа в последние десятилетия5,6,7, подходы к территории измерений по-прежнему ограничены. Недавно были разработаны различные методы для использования вне лаборатории, с использованием волоконной оптики8, транзисторы field – effect9 или механо хромовый материалы10. Хотя они преодолеть некоторые из недостатков традиционных методов, надежный, удобный и портативный методы во многом по-прежнему отсутствуют. Флуоресцентный вязкость датчики, основанные на молекулярные роторы являются интересным альтернативным11,12, потому, что минеральные масла состоят из большое разнообразие углеводородов, которые различаются по длине цепи и цикличность, часто отражение в различных вязкостей. Потому что топлива являются сложные смеси без соединений конкретных свинца в качестве индикаторов, измерение изменения макроскопические свойства как вязкость или полярность весьма многообещающими. Последний может решаться флуоресцентные молекулярные роторы, для которых флуоресценции квантовой урожайность зависит от окружающей среды вязкости. После фотовозбуждения деактивация обычно включает в себя состояние передачи (TICT) витой внутримолекулярной заряда, население которого определяется вязкость ее окружающие микроокружения13. Вязкие растворителей препятствуют молекулярные роторы принять TICT государства, влекущие за собой яркие выбросов. В-низковязкое растворители ротор может намного лучше доступ к TICT государства, ускорение не радиационное воздействие распада и таким образом закаленном флуоресценции. Добавлением керосина, с вязкостью 1,64 мм2∙s–1 при 27 ° C, для дизельного топлива, с соответствующей вязкостью 1.3-2.4, 1.9-4.1, 2.0-4.5 или 5.5-24,0 мм2∙s –1 при 40 ° C для классов 1 D, 2D, EN 950 и 4D14,,1516, уменьшает Кинематическая вязкость смеси и потенциально приводит к пропорциональной тушения флуоресценции зонда молекулярного ротора. Семья 4-диметиламино-4-nitrostilbenes (4-DNS) казалось наиболее перспективных для нас из-за их сильной флуоресценции вариации в диапазоне Кинематическая вязкость 0,74-70,6 мм2∙s –1. Этот диапазон совпадает с известным значениям керосина и дизельного топлива.
Поэтому, мы исследовали способность 4DNS, 2-[этиловый [4-[2-(4-нитрофенил) плёнка] фенил] амино] этанола (4DNSOH) и (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic кислота (4DNSCOOH) для обозначения вязкость дизель керосин смеси через их флуоресцирование, в зависимости от внутримолекулярной вращения и наконец уступая быстрый тест для фальсификации дизель с керосином. Одноразовый тест прост в использовании, точной, надежной, экономически и размерно малых. Исследована адсорбция зонды на фильтровальной бумаге как твердой поддержки и анализа была достигнута с внедренного на основе смартфона флуоресценции чтения. Сегодня повсеместно доступные Смартфоны оборудованы камерами высокого качества, рендеринга обнаружения оптических изменений, таких как цвет и флуоресценции простой и проложить путь для мощных анализа на месте. Здесь мы показываем, что измерения выбросов флуоресцентных зондов, адсорбированные на полоски бумаги с смартфон может использоваться для обнаружения мошенничества на сгорание топлива в надежно17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Флуоресцентный зонд, на основе молекулярного ротора краситель, который чувствителен к вязкости в диапазоне измеряемых для дизельного топлива и его различных смесей с керосином, был использован для получения простой и эффективный тест-полоски для выявления фальсификации дизельного т?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы признать BAM для финансирования через области фокуса аналитических наук: 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).
