Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. fluorescente kleurstoffen (figuur 1A)
- Aankoop van commercieel beschikbare 4-DNS en 4-DNS-OH.
Opmerking: 4-DNS-COOH niet commercieel beschikbaar is en wordt bereid uit 4-DNS-OH zoals hierna beschreven. - 50 mg (0.16 mmol) plaats van 2-[ethyl [4-[2-(4-nitrofenyl) ethyl] fenyl] amino] ethanol, 2 mg (0.016 mmol) 4-dimethylaminopyridine en 19,2 mg (0.192 mmol) succinic anhydride (en) in een 10 mL ronde onderkant kolf.
- Los van de reagentia in 2 mL zuiver droog dichloormethaan onder argon sfeer.
- Voeg 11.6 µL (0,08 mmol) van triethylamine en laat het mengsel gedurende 20 uur reageren.
- Controleren van de reactie door Dunnelaagchromatografie tot kwantitatieve conversie van de grondstoffen (Rf = 0.61) in het product (Rf = 0.27) is aangegeven (hexaan/EtOAc, 4/6, v/v)
- Voeg 2 mL water toe aan het mengsel alvorens verzuring pH 2 met azijnzuur (ca. 10 µL).
- Pak het mengsel door het uitvoeren van twee opeenvolgende vloeistof-vloeistof extracties, met 10 mL dichloormethaan telkens.
- Was eens de herenigd organische fasen met 10 mL verzadigde NaCl (-> 359 g L-1).
- Droog de organische fase door toe te voegen Na2dus4 poeder tot enkele fijne drogen agent poeder zichtbaar blijft.
- Zuiveren het ruwe product door flash silica kolom-chromatografie met aardolie ether: ethylacetate 1:9 als het eluent.
Opmerking: Het rendement bereikt werden 49 mg (74%) van het gewenste product. - 1H NMR analyse van het gezuiverde product uitvoeren in DMSO-d,6 voor het valideren van de structuur (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).
- 13C-NMR analyse van het gezuiverde product uitvoeren in DMSO-d6 voor het valideren van de structuur (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).
- Uitvoeren van hoge resolutie massa spectrometrie met positieve electro spray ionisatie van het gezuiverde product, overeenkomt met de berekende waarde (C22H25N2O6 [M + H]+: 413.1707) m/z ratio van 413.1713.
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.
- Zuiveren het ruwe product door kolom-chromatografie op silica met tolueen als eluens.
Opmerking: Het rendement bereikt waren helder roodachtig kristallen 441 mg (29%). - Uitvoeren van 1H NMR analyse van het pure product bij 600 MHz in DMSO-d,6 voor het valideren van de structuur (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).
- Uitvoeren van hoge resolutie massa spectrometrie met positieve electro spray ionisatie van het gezuiverde product, overeenkomt met de berekende waarde (C23H28BF2N2 [M + H]+: 381.2314) m/z ratio van 381.2267.
3. TEST STRIP FABRICAGE, METHODE 1.
- Bereiden 1 mM oplossingen van de verwijzing kleurstof en kleurstoffen 4-DNS, 4-DNS-OH en 4-DNS-COOH in tolueen.
- Gesneden cellulose stroken van 30 × 5 mm van filtreerpapier.
- Plaats ongeveer 50 van die strips (611 mg) in een afsluitbare 5 mL flesje samen met 4.5 mL van de oplossing van de gewenste kleurstof uit stap 3.1.
- Schud de strips in de flacon met een verticale rotator gedurende 20 minuten bij 30 omwentelingen per minuut.
- Giet de tolueen oplossing uit het flesje, en onmiddellijk vullen met 4 mL van cyclohexaan en draaien voor 1 min 30 rpm te wassen uit overtollige kleurstoffen.
- Herhaal de handeling van het wassen van stap 3.5 driemaal.
- Droog de verkregen test strips op een filtreerpapier gedurende 10 minuten in de lucht bij kamertemperatuur.
4. test Strip fabricage, methode 2.
- Aminering van het papier stroken.
- Gesneden cellulose stroken van 30 × 5 mm van filtreerpapier.
- Plaats ongeveer 20 van die strips (308 mg) in een kolf met 40 mL tolueen onder een zuurkast.
- Voeg 960 µL van 3-aminopropyltriethoxysilaan (APTES) in de kolf en roer het mengsel gedurende 24 uur bij 80 ° C.
- Verwijder de strips uit de kolf en Spoel grondig met 50 mL ethanol.
- Droog de strips voor 2 h bij 50 ° C.
- Enten van de kleurstof.
- Onder een zuurkast los op 5 mg 4-DNS-COOH (13 µmol) in 10 mL droge dichloormethaan onder argon sfeer in een maatkolf van 25 mL.
- Toevoegen van N,N'- dicyclohexylcarbodiimide (3,3 mg, DCC, 16 µmol) en de carbonzuur te worden geactiveerd voor 15 min te laat.
- Triethylamine (2.2 µL, 16 µmol) en 18 aminated papier stroken (278 mg) toevoegen.
- Roer het mengsel voor extra 2 h.
- Verwijder de strips uit de oplossing en wassen met 25 mL dichloormethaan en 25 mL ethanol.
5. monster voorbehandeling.
- Laboratorium behandeling
- Plaats 10 mL van een verse diesel/kerosine mengen in een 25 mL flesje.
- Schorten 10 wt % van actieve houtskool in de overvloeiing.
- Roer de flacon voor 1 h, centrifuge (400 x g, 10 min) en filter te verwijderen van de houtskool.
- Ter plaatse behandeld
- Aankoop circulaire geactiveerd-koolstof geladen filters van 47 mm diameter.
- Plaats vier van de filters in een 47 mm roestvrij staal in-line filterhouder.
- 5 mL van een mengsel van verse diesel/kerosine door de filters te spoelen met een standaard 10 mL spuit; ongeveer 2 mL polycyclische aromatische koolwaterstof-vrije oplossing is verkregen.
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
- Kopen van een standaard 5 mm epoxy LED op 460 nm, een weerstand van 100 Ω en een USB-on-the-go (OTG) kabel met een ON/OFF schakelaar en een micro USB-poort.
- Gesneden van de USB-kabel aan de overzijde van de OTG kant te isoleren van de rode draad voor het aandrijven van + 5 V (maximaal 300 mA) en de zwarte draad die overeenkomt met de grond.
- Snijd de zwarte draad van de USB-kabel en soldeer de 100 Ω weerstand op de achterkant van de schakelaar. Soldeer de LED anode naar de + 5V rode draad en de kathode van de LED op de grond zwarte draad.
- Koop een diffuser en twee filters voor de LED en de camera, meestal een korte pass filter voor de excitatie-kanaal (LED) en een band pass filter voor de emissie-collectie (camera).
- 3D-print een smartphone geval dat past op de smartphone en integreert de verschillende optische onderdelen die bestaan uit een zwarte kamer (20 x 30 x 40 mm)21 zoals beschreven in Figuur 2.
- 3D-print een strip houder zoals beschreven in Figuur 2 te houden een referentiepunt en een test strip.
- Uitvoering van het kanaal van excitatie door het plaatsen van de LED, de diffusor en het filter om te verlichten van de stroken papier in een hoek van 60°.
- Uitvoering van de lezing kanaal door het plaatsen van het filter voor de smartphone CMOS camera.
- Plaats de test strip houder met de strips om te starten van een meting.
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.
- Selecteer de passende kalibratie bestand, hier diesel/kerosine, uit het geheugen van de software door te klikken op de Menu -knop in de rechterbovenhoek van het venster software.
- Dompel de test strip in het diesel-monster voor een paar seconden door het ingedrukt houden van de test strip met een pincet.
- Verwijder overtollige brandstof door eenvoudige klopte met een droogrek papier.
- Plaats de test strip binnen de houder van de strook naast de referentie-strip en indienen van de houder in de smartphone.
Opmerking: Een beeld van de strips fluorescentie is vervolgens onmiddellijk op het scherm van de smartphone weergegeven. - Druk op de knop van schieten om te registreren de intensiteit van de fluorescentie van test en verwijst naar strips.
Opmerking: De mate van vervalsing is onmiddellijk door de interne algoritme berekend en weergegeven op het scherm.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 langere groepen, met inbegrip van een deel van de alcohol voor 4-DNS-OH en een ester linker eindigt bij een carbonzuur-functie voor 4-DNS-COOH (figuur 1A).
Hoewel de drie kleurstoffen vergelijkbare fluorescentie-eigenschappen in oplossing toonde, geïnduceerde adsorptie aan cellulose (papier) verschillend gedrag. Wanneer de polariteit van de terminal groep op de amino substituent (-Me < -OH < - COOH) verhoogd, een verschuiving van de bathochromic en een blussen van de emissie werd waargenomen (figuur 1B). De afzetting van diesel of kerosine monsters op de stroken papier versterkt de fluorescentie. De laatste wordt toegeschreven aan een groeiende affiniteit van de kleurstoffen voor de cellulose vezels, vermindering van de micro-Solvatatie en dus de fluorescentie quantum levert (figuur 1A).
Bij een toename van kerosine in de mix, de fluorescentie van de 4-DNS-OH test strips werd verminderd, hypsochromically van 550 verschoven naar 515 nm en de band werd meer gestructureerde (Figuur 1 c)17. Anders dan het gedrag in de oplossing, de intensiteit van de fluorescentie van 4-DNS-OH gecorreleerd lineair met kerosine als geadsorbeerde in de strip, onthullen een correlatiecoëfficiënt van 0.997 en een lage standaard deviatie van 2,5% (Figuur 1 c).
De fluorescentie van de strips werd vastgesteld met een geval van de 3D gedrukte smartphone integratie een strip-houder en alle nodige optische elementen zoals een LED aangedreven rechtstreeks door de smartphone USB-poort, filters en een diffusor (figuur 2A, 2B).
De assay-procedure bleef zo eenvoudig mogelijk met 6 hoofdstappen: dompelen, plaatsen van de strip in de houder, beginnen de LED, positionering van de houder in het geval en analyseren van de fluorescentie signaal met een toepassing en verwerken van de gegevens met een applicatie ( Figuur 2C). De analysesoftware gemiddeld alle RGB-waarden van de pixels in vooraf gedefinieerde ruimtelijke gebieden overeenkomt met de strips en ze geconverteerd naar intensiteit van de fluorescentie. De nauwkeurigheid van 3% voor de bepaling van diesel inhoud gevonden was zelfs beter dan de nauwkeurigheid van de standaardmethode en ook als de onzekerheden gemeld voor andere sensoren.
Figuur 1. Chemische en fotofysische eigenschappen van de moleculaire viscositeit probes 4-DNS, 4-DNS-OH en 4-DNS-COOH. (A) chemische structuren. (B) fluorescentie van de kleurstoffen geadsorbeerde op papier stroken op UV excitatie (365 nm) voor het toevoegen van brandstof en na het toevoegen van enkele diesel (1 = 4-DNS, 2 = 4-DNS-OH en 3 = 4-DNS-COOH). (C) ontwikkeling van de test strips fluorescentie met een gradiënt van de brandstof van kerosine naar diesel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. Ingebed systeem voor het analyseren van de zuiverheid van een diesel mix. (A) schema van de krat van de smartphone met alle nodige optische en elektronische onderdelen. (B) perspectief bekijken van de smartphone-zaak met de houder van de strip in plaats en zonder de extra elementen (een cover komt aan de kant om te sluiten van de zaal). (C) de opeenvolgende stappen: duik in monster, plaats in de houder, start de LED, plaats de houder en druk op de knop schieten om rechtstreeks de zuiverheid van de diesel op het scherm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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 niet-lineaire fluorescentie blussen van maximaal 55% werd waargenomen voor maximaal 100% vervalsing met kerosine, waardoor voor betrouwbare kwantificering van de vervalsing met een lage standaard deviatie van 1,70%.
Echter de eenvoudige adsorptie van 4-DNS op filterpapier strips geleid tot een elutie van de kleurstof wanneer ondergedompeld in vloeibare monsters, vanwege hydrofobe en π-π interacties tussen hydrofobe kleurstof en hydrofobe oplosmiddel. Gelukkig, de invoering van een hydroxylgroep (in 4-DNS-OH) of de carboxylgroep (in 4-DNS-COOH) dit schadelijk probleem omzeild en leidde tot een sterische verankering van deze polar derivaten in de cellulose vezels via waterstofbruggen. Als een alternatieve aanpak, het enten van 4-DNS-COOH op een substraat van linker-matiemaatschappij werd ook beschouwd als elutie vermijden en filteren van papier eerder aminated met 3-aminopropyltriethoxysilaan (APTES) werd gekozen als substraat hier. Helaas, dit materiaal was slechts zwak emissieve zelfs in aanwezigheid van viskeuze stoffen, zoals 4-DNS-COOH in een matrix van papier. Onder de drie rotor kleurstof derivaten met verschillende terminal functionele groepen getest, enige 4-DNS-OH bleek te zijn geschikt voor de huidige test. Deze kleurstof gecombineerd interacties met cellulose die sterk genoeg is om te voorkomen dat elutie met een oplosmiddel shell waarmee de toegang van de brandstof steekproef. Het was niet lekt uit de strook papier wanneer ondergedompeld in brandstoffen en een sterk genoeg fluorescentie-emissie gepresenteerd in het zichtbare bereik voor opnemen met een smartphone.
Met deze 4-DNS-OH-coated test strips, werden titratie experimenten met echte monsters ook uitgevoerd. Het gebruik van rauwe brandstoffen was echter problematisch vanwege de aanwezigheid van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's), met als gevolg dat het signaal van een ondraaglijk hoog achtergrond. Een eenvoudige filtratie stap van de diesel/kerosine blends door middel van actieve kool was dus geïmplementeerd, efficiënt verwijderen van die verbindingen evenals mogelijke brandstof marker kleurstoffen, die vaak worden toegevoegd door fabrikanten, wat leidt tot overtuigende resultaten.
Omwille van de eenvoudige gebruik ter plaatse, werd de smartphone-detectiesysteem ontworpen. Een Androïde gebaseerde platform werd gekozen als het biedt meer flexibele ontwikkeling in termen van toepassingsimplementatie en aansluitingen (lightning poort vereist een extra adapter voor OTG kabel). Alle elektronica en optica zijn wijd-beschikbaar overal verkrijgbare componenten en de smartphone-zaak kan worden gemaakt door een standaard 3D-printer. Hoewel recente high-end smartphones draaien met de nieuwste besturingssystemen dat gebruikers kunnen verkrijgen van RAW-foto's uit camera verwerving, een overgrote meerderheid van de mobiele apparaten die momenteel op de markt of in gebruik zijn uitgerust met een hardware gebaseerde auto-belichting compensatie algoritme rechtstreeks in de CMOS-chip. Deze functie kan handig zijn voor de consument gebruikt, is een belangrijk probleem wanneer smartphone chemometric systemen betreft, zoals lux bedrag ontvangen van de camera-CMOS is automatisch afgestemd om te voldoen aan bepaalde criteria lux. Gebruik van deze waarden als absolute meting lezingen kan dus gemakkelijk misleidende en valse resultaten opleveren. Meting van een referentie-strook naast elkaar naar een strook van de test is dus essentieel om rekening voor automatische belichting compensatie. In de toekomst met het belang van smartphone-gebaseerde analyse drastisch verhogen, deze functie kan aanzienlijk vereenvoudigen de methode door te analyseren alleen de test strip zoals gerealiseerd in hedendaagse commerciële test strip lezers vinden op de markt.
De smartphone en gedrukte zaak ingesloten zintuigstelsel werd vergeleken met een standaard methode op basis van GC-FID voor validatie17, onthullend voortreffelijke overeenstemming met lineaire reacties en lage grenzen van detectie tot 7% voor het mobiele systeem. Ter verbetering van de precisie van de methode, een zuivere diesel en een pure kerosine referentie oplossing kunnen worden geanalyseerd (in analogie met de gemeenschappelijke tweepunts ijking van elke conventionele pH-elektrode) voor kalibratie bestanden voor de brandstoffen, vooral wanneer dieselbrandstof van verschillende kwaliteiten worden aangetroffen die hebben specifieke viscositeiten en reageren specifiek op de strip. Dergelijke kalibratie-bestanden kunnen gemakkelijk worden ingevoerd en opgeslagen in de app. Deze kosteneffectieve, nauwkeurige en snelle tests zijn een interessante forensische oplossing voor fraude-opsporing door consumenten of ongetraind autoriteit personeel.
Verdere ontwikkelingen van snelle tests voor brandstoffen op basis van test strips en smartphone uitlezing zijn momenteel lopende, opmerkelijk voor de vervalsing van benzine met alcohol of andere aardolieproducten als kerosine. Natuurlijk, het systeem van de smartphone voor fluorescentie uitlezing kan gemakkelijk aangepast worden aan andere tl indicator-systemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Springer International Publishing. 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. Air Pollution. Villanyi, V. , InTech. (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. , ASTM International. (2016).
- Colucci, J. Future Automotive Fuels • Prospects • Performance • Perspective. , Springer US. (1977).
- Lackner, M., Winter, F., Agarwal, A. K. Gaseous and Liquid Fuels. 3, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. (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).
