Tiras de papel fluorescente para a detecção da adulteração de Diesel com leitura de Smartphone
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para detectar a adulteração de óleo diesel com querosene, usando tiras de teste, revestidas com uma sonda fluorescente viscosidade juntamente com um sistema de análise baseada em smartphone.
Abstract
Três rotores moleculares fluorescentes de 4-dimetilamino-4-nitrostilbene (4-DNS) foram investigados por seu potencial uso como sondas de viscosidade para indicar o conteúdo de querosene em misturas diesel/querosene, uma atividade difundida que adulteram combustível. Em solventes com baixa viscosidade, os corantes rapidamente desativa através de um estado de transferência chamada carga intramolecular torcido, extinguendo eficientemente a fluorescência. Medições de misturas diesel/querosene revelaram uma boa correlação linear entre a diminuição na fluorescência e o aumento da fração da querosene menos viscoso em misturas diesel/querosene. Imobilização do derivados hidroxi 4-DNS-OH em papel celulose rendeu as tiras de teste que preserva o comportamento do indicador fluorescente. Combinação das tiras com um leitor com base em um smartphone e um controlador app permitiu criar um teste de campo simples. O método confiável pode detectar a presença de querosene no diesel de 7 a 100%, superando os presentes métodos padrão para a adulteração de diesel.
Introduction
Adulteração de combustível é um problema sério em muitas partes diferentes do mundo, simplesmente devido a enorme relevância de combustível como fonte de energia. Executar os motores com combustível adulterado reduz seu desempenho, leva à falha de motor anterior e implica a poluição ambiental1. Aumentou para que emissões dex ocorrerem se diesel é adulterado com querosene que geralmente contém uma quantidade maior de enxofre2,3. Embora o problema existe há décadas, gestão de combustível sustentável que tal atividade criminosa em seu ponto de origem, revela ainda é rara, porque testes simples e confiáveis para adulteração de combustível em grande parte estão faltando4. Apesar dos avanços substanciais na análise de óleo mineral de base laboratorial nas últimas décadas,5,6,7, aproxima-se de medições no local ainda são escassas. Vários métodos para o uso fora do laboratório recentemente foram planejados, usando fibra ótica8, transistores de efeito de campo –9 ou materiais mechano-crômico10. Embora eles superam algumas das desvantagens dos métodos convencionais, robustas, portátil e user-friendly métodos ainda estão faltando em grande parte. Sondas de viscosidade fluorescente com base em rotores moleculares são uma interessante alternativa de11,12, porque os óleos minerais são compostos de uma grande variedade de hidrocarbonetos que diferem no comprimento chain e simbolo, sendo muitas vezes refletida em diferentes viscosidades. Porque os combustíveis são misturas complexas sem compostos de chumbo específico para atuar como marcadores, a medição da mudança de uma propriedade macroscópica como viscosidade ou polaridade parece muito promissor. Este último pode ser resolvido por rotores moleculares fluorescentes, para que o rendimento quântico de fluorescência depende de viscosidade ambiental. Após photoexcitation, desativação comumente envolve um estado de transferência (TICT) torcida intramolecular de carga, a população de que é determinada pela viscosidade do seu envolvente microambiente13. Solventes altamente viscosos dificultam rotores moleculares para adotar um estado TICT, implicando de emissão brilhante. Em solventes de baixa viscosidade, o rotor muito melhor pode acessar o estado TICT, acelerando a decadência non-radiative e fluorescência assim extinta. A adição de querosene, com uma viscosidade de 1,64 mm2∙s–1 a 27 ° C, a diesel, com respectivas viscosidades de 1,3 a 2,4, 1.9-4.1, 2.0-4.5 ou 5.5-24,0 mm2∙s –1 a 40 ° C, para os graus 1D, 2D, EN 950 e 4D14,15,16, reduz a viscosidade cinemática da mistura e potencialmente leva a um resfriamento proporcional da fluorescência de uma sonda molecular do rotor. A família de 4-dimetilamino-4-Nitrostilbenos (4-DNS) parecia mais promissor para nós por causa de sua variação forte fluorescência em uma faixa de viscosidade cinemática de 0,74-70,6 mm2∙s –1. Esta gama combina bem com os valores conhecidos de querosene e diesel.
Por conseguinte, exploramos a capacidade de 4DNS, 2-[etil [4-[2-(4-nitrofenil) etenil] fenil] amino] etanol (4DNSOH) e (E) ácido-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic (4DNSCOOH) para indicar a viscosidade do misturas de diesel-querosene através da sua fluorescência, dependendo da rotação intramolecular e produzindo finalmente um teste rápido para adulteração de gasóleo com querosene. O teste descartável é fácil de usar, preciso, confiável, econômica e dimensionalmente pequenas. Foi investigada a adsorção dos testes para o papel de filtro como uma sustentação contínua e a análise foi realizada com um leitor de fluorescência incorporados baseados no smartphone. Hoje, smartphones ubiquitously disponíveis estão equipados com câmeras de alta qualidade, tornando a detecção de alterações ópticas, como cor e fluorescência direta e abrindo o caminho para análises no local poderosos. Vamos demonstrar aqui que a medição das emissões de sondas fluorescentes adsorvido em tiras de papel com um smartphone pode ser usada para detecção de fraudes em combustíveis de combustão em uma maneira confiável de17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uma sonda fluorescente, com base em uma tintura de rotor molecular que é sensível a viscosidade na faixa de aqueles medidos para diesel e suas diversas misturas com querosene, foi usada para obter as tiras de teste simples e eficiente para a detecção de adulteração de combustível diesel. A intensidade de emissão de 4-DNS em 550 nm em misturas diesel/querosene vários correlaciona-se com uma redução na viscosidade quando aumenta a proporção de querosene. A uma temperatura de 24 ° C, uma têmpera de fluorescê…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostaria de reconhecer o BAM para financiamento através da área de foco Ciências analíticas: 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
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