רצועות נייר פלואורסצנטי איתור מהילה דיזל עם הטלפון החכם Read-out
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגילוי מהילה של דיזל עם נפט באמצעות לבדוק רצועות מצופה עם מכשיר בדיקה צמיגות פלורסנט יחד עם מערכת ניתוח מבוסס סמארטפון.
Abstract
שלושה הרוטורים מולקולרית פלורסנט של 4-דלמטלמינו-4-nitrostilbene (4-DNS) נחקרו לשימוש פוטנציאלי שלהם כפי צמיגות רגשים כדי לציין את התוכן של נפט במיזוגים סולר/נפט, פעילות רחב התפשט דלק adulterate. בממיסים עם צמיגות נמוכה, הצבעים לבטל במהירות באמצעות מצב העברה כביכול תשלום התפלגות מעוות, ביעילות להרוות את קרינה פלואורסצנטית. מדידות של תערובות סולר/נפט התגלה מתאם ליניארי טוב בין הירידה פלורסצנטיות העלייה של השבר של הנפט צמיגה פחות במיזוגים סולר/נפט. קיבעון של הידרוקסי נגזרות 4-DNS-הו בעיתון תאית הניב לבדוק רצועות זה לשמר את ההתנהגות של מחוון פלורסנט. שילוב של הרצועות עם קורא בהתבסס על smartphone והתירו יישום השליטה ליצירת בדיקה פשוטה. השיטה אמינה לזהות הנוכחות של נפט בדיזל 7 ל- 100%, outperforming נוכח בשיטות הרגילות עבור דיזל מהילה.
Introduction
מהילה דלק היא בעיה רצינית בחלקים רבים של העולם, פשוט בגלל הרלוונטיות העצום של דלק כמקור אנרגיה. ריצה מנועי דלק מהול מפחית את הביצועים שלהם, מוביל לכישלון מנוע קודמות, כרוך זיהום סביבתי1. גדל אזx פליטת להתרחש אם דיזל הוא מהול עם נפט בדרך כלל מכילה כמות גבוהה יותר של גופרית2,3. למרות הבעיה קיימת כבר עשרות שנים, ניהול בר קיימא דלק חושפת פעילות פלילית שלה בנקודת המוצא הוא עדיין נדיר, כי בדיקות פשוטה ואמינה עבור דלק מהילה בעיקר חסרים4. למרות התקדמות משמעותית בניתוח מבוסס המעבדה שמן מינרלי בעשורים שחלפו5,6,7, גישות מדידות באתר עדיין נדירים. שיטות שונות לשימוש מחוץ למעבדה יש לאחרונה ויוחאי, באמצעות סיבים אופטיים8, שדה – אפקט טרנזיסטורים9 או חומרים mechano-כרום10. למרות שהם להתגבר על חלק החסרונות של שיטות קונבנציונליות, חזקים, שיטות ידידותיות למשתמש ונייד עדיין חסרים במידה רבה. הגששים פלורסנט צמיגות בהתבסס על הרוטורים מולקולרי הן מעניין חלופי11,12, כי שמנים מינרליים המורכב מעובדים מגוון גדול של פחמימנים שונים אורך שרשרת, לאחר תקופת היובש, להיות לעיתים קרובות לידי ביטוי הקיימים. בגלל דלקים תערובות מורכבים ללא הפניה ספציפית תרכובות לפעול כמו המשדרים, מידת השינוי של מאפיין מאקרוסקופית כמו צמיגות או קוטביות נראה מאוד מבטיח. האחרון ניתן לטפל על ידי פלורסנט הרוטורים מולקולרית עבורו התשואות הקוונטית של קרינה פלואורסצנטית תלויים צמיגות סביבתיים. לאחר photoexcitation, הביטול כרוך בדרך כלל מצב העברה (TICT) תשלום התפלגות מעוות, האוכלוסייה אשר נקבע על פי צמיגות microenvironment שמסביב שלה13. ממיסים בעלי צמיגות גבוהה לעכב הרוטורים מולקולרית לאמץ מדינה TICT, פרוגרמה פליטה בהיר. בממיסים נמוך נטול צמיגות, הרוטור יותר גישה המדינה TICT, האצת ללא קרינה רדיואקטיבית, ובכך מתרצה זריחה. התוספת של נפט, עם צמיגות של 1.64 מ מ2∙s–1 -27 ° C, כדי דיזל, עם צמיגויות בהתאמה של 1.3-2.4, 1.9-4.1, 2.0-4.5 או 5.5-24.0 מ מ2∙s –1 ב 40 מעלות צלזיוס לכיתות ד’ 1, 2D, EN 950 4D14,15,16, מפחית את צמיגות קנטית של התערובת, שעשוי להיות מוביל שכבתה פרופורציונלי של זריחה של בדיקה מולקולרית הרוטור. משפחתו של 4-דלמטלמינו-4-nitrostilbenes (4-DNS) נראה המבטיחים ביותר אלינו בגלל שלהם וריאציה פלורסצנטיות חזקה על מגוון צמיגות קנטית 0.74-70.6 מ מ-2-∙s ––1. טווח זה תואם הערכים הידועים של נפט, סולר.
לכן חרשנו את היכולת של 4DNS, 2-[אתיל [4-[2-(4-nitrophenyl) ethenyl] phenyl] אמינו] אתנול (4DNSOH) ו- (E) חומצה-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic (4DNSCOOH) כדי לציין את צמיגות תערובות דיזל-נפט באמצעות קרינה פלואורסצנטית שלהם, בהתאם התפלגות הסיבוב סוף סוף מניב בדיקה מהירה מהילה דיזל עם נפט. המבחן חד פעמיות הוא קל לשימוש, מדויק, אמין, חסכוני ממדית קטן. ספיחה של הגששים על גבי נייר הסינון כמו תמיכה מלאה נחקר, הניתוח הושלמה עם קורא פלורסצנטיות המוטבע מבוסס סמארטפון. היום, טלפונים חכמים ubiquitously הזמינים הינם מצוידים עם מצלמות באיכות גבוהה, עיבוד זיהוי אופטי שינויים כגון צבע, זריחה ישיר ולאחר לסלול את הדרך עבור ניתוחים באתר רב-עוצמה. נדגים כאן כי המדד של הפליטה של הספוחה על רצועות נייר עם טלפון חכם של פלורסנט רגשים יכול לשמש עבור זיהוי הונאות על בעירה דלקים באופן אמין17.
Protocol
Representative Results
Discussion
בדיקה פלורסנט, המבוססת על צבע הרוטור מולקולרית הרגישה צמיגויות בטווח של אלה יימדדו דיזל ומיזוגים שונים שלה עם נפט, נעשה שימוש כדי להשיג פשוטה ויעילה לבדוק רצועות איתור מהילה דלק דיזל. עוצמת פליטת 4-DNS ב 550 nm, בקורלציה תערובות שונות של סולר/נפט עם הפחתה של צמיגות כאשר מגביר הפרופורציה של נפט. ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים, הייתי רוצה להכיר את בום למימון דרך אזור מיקוד מדעי אנליטית: 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).
