Fluorescerende papir strimler for påvisning av Diesel Adulterasjon med Smartphone lese-out
Summary
Her presenterer vi en protokoll for å oppdage Adulterasjon diesel med parafin bruker teststrimler dekket med et fluorescerende viskositet sonde med en smartphone-baserte analysesystem.
Abstract
Tre fluorescerende molekylær rotorene av 4-dimethylamino-4-nitrostilbene (4-DNS) ble undersøkt for deres mulige bruk som viskositet sonder for å vise innholdet i parafin i diesel/parafin blander, en utbredt aktivitet til adulterate drivstoff. I løsemidler med lav viskositet deaktivere fargestoffer raskt via en såkalt vridd intramolekylære kostnad overføring stat, effektivt slukke fluorescensen. Målinger av diesel/parafin blander avslørte en god lineær sammenheng mellom nedgangen i fluorescens og økningen av brøkdelen av mindre flytende parafin i diesel/parafin forener. Immobilisering av Aha avledede 4-DNS-OH i cellulose papir gitt strimmelen som bevarer fluorescent indikatorens atferd. Kombinasjonen av striper med en leseren basert på en smarttelefon, og en kontrollerende app kan opprette en enkel felttest. Metoden kan oppdage tilstedeværelsen av parafin i diesel fra 7 til 100%, overgått dagens standard metoder for diesel Adulterasjon.
Introduction
Drivstoff Adulterasjon er et alvorlig problem i mange ulike deler av verden, bare på grunn av enorme relevansen av brensel som energikilde. Kjører motorer adulterated drivstoff reduserer ytelsen, fører til tidligere motorstopp og innebærer miljøforurensning1. Økt såx utslipp oppstå hvis diesel er adulterated med parafin inneholder som vanligvis et høyere beløp av svovel2,3. Selv om problemet finnes i flere tiår, er bærekraftig drivstoff management som avdekker slik kriminell aktivitet på punktet av opprinnelse fremdeles sjeldne, fordi enkel og pålitelig tester for drivstoff Adulterasjon mangler i stor grad4. Til tross for betydelig fremgang i laboratorie-baserte mineralolje analyse Radcliffe5,6,7, tilnærminger til hotellets mål er fortsatt mangelvare. Ulike metoder for bruk utenfor laboratoriet har nylig blitt utviklet med fiberoptikk8, felt – effekt transistorer9 eller mechano-chromic materialer10. Selv om de overvinne noen av ulempene ved konvensjonelle metoder, robust, er brukervennlig og bærbare fortsatt mangler i stor grad. Fluorescerende viskositet sonder basert på molekylære rotorer er et interessant alternativ11,12, fordi mineraloljer består av et stort utvalg av hydrokarboner som varierer i kjedelengde og cyclicity, blir ofte i ulike viskositet. Fordi brensel er komplekse blandinger uten spesifikk bly forbindelser som tracers, virker måling av endring av makroskopisk egenskap som viskositet eller polaritet svært lovende. Sistnevnte kan tas av fluorescerende molekylær rotorer som fluorescens quantum avkastningen avhengig av miljømessige viskositet. Etter photoexcitation innebærer deaktivering vanligvis en vridd intramolekylære kostnad overføring (TICT) tilstand, befolkningen som bestemmes av viskositeten av dens omkringliggende microenvironment13. Svært tyktflytende løsemidler hindre molekylær rotorer å vedta en TICT tilstand, innebærer lys utslipp. I lav-tyktflytende løsemidler får mye bedre rotoren TICT staten, akselererende ikke-strålingen nedbrytning og dermed Let fluorescens. Tillegg av parafin, med en viskositet på 1.64 mm2∙s–1 ved 27 ° C, til diesel, med respektive viskositet 1.3-2,4, 1,9-4.1, 2.0-4.5 eller 5.5-24,0 mm2∙s –1 til 40 ° C for karakterer 1 D, 2D, no 950 4D14,15,16, reduserer Kinematisk viskositeten av blandingen og potensielt fører til en proporsjonal slukke av fluorescens av en molekylær rotoren sonde. Familien til 4-dimethylamino-4-nitrostilbenes (4-DNS) virket mest lovende til oss på grunn av deres sterke fluorescens variasjon over en Kinematisk viskositet rekke 0.74-70.6 mm2∙s –1. Dette området passer godt med de kjente verdiene av parafin og diesel.
Vi utforsket derfor muligheten for 4DNS, 2-[ethyl [4-[2-(4-nitrophenyl) ethenyl] fenyl] amino] etanol (4DNSOH) og (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic syre (4DNSCOOH) til å angi viskositeten av diesel-parafin blandinger gjennom deres fluorescens, avhengig av intramolekylære rotasjon og til slutt gir en rask test for diesel Adulterasjon med parafin. Disponibel testen er brukervennlig, nøyaktig, pålitelig, kostnadseffektiv og med liten. Opptak av sonder på filter papiret solid støtte ble undersøkt og analyse ble gjennomført med en innebygd smartphone-baserte fluorescens leser. I dag, er overalt tilgjengelig smarttelefoner utstyrt med høykvalitets kameraer, rendering gjenkjenning av optisk endringer som farge og fluorescens grei og banet vei for kraftig på stedet analyser. Vi viser her at måling av utslipp av fluorescerende sonder adsorbert på papir strips med en smarttelefon kan brukes for Svindeldeteksjon på forbrenning brensel i en pålitelig måte17.
Protocol
Representative Results
Discussion
En fluorescerende sonde, basert på en molekylær rotoren fargestoff som er følsomme for viskositet i området de måles for diesel og dens forskjellige blandinger med parafin, ble brukt til å få enkel og effektiv teststrimler for påvisning av diesel drivstoff Adulterasjon. Utslippsintensiteten av 4-DNS på 550 nm i ulike diesel/parafin blander korrelerer med en reduksjon i viskositet når andelen av parafin øker. Ved en temperatur på 24 ° C, en ikke-lineær fluorescens slukke på opptil 55% ble observert for opp …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å erkjenne BAM for finansiering gjennom fokusområdet analytisk Sciences: 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).
