Fluoreszierende Papierstreifen zur Detektion von Diesel Verfälschung mit Smartphone auslesen
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die Verfälschung von Diesel mit Kerosin mit Teststreifen beschichtet mit einer fluoreszierenden Viskosität Sonde zusammen mit einer Smartphone-basierte Analyse-System zu erkennen.
Abstract
Drei fluoreszierende molekulare Rotoren von 4-Dimethylamino-4-Nitrostilbene (4-DNS) wurden für ihre mögliche Verwendung untersucht, wie Viskosität Sonden, um den Inhalt des Kerosin in Diesel/Kerosin Mischungen, eine weit verbreitete Aktivität, äußerstenfalls Kraftstoff zeigen. In Lösungsmittel mit niedriger Viskosität deaktivieren die Farbstoffe schnell über eine so genannte verdrehten intramolekulare Transfer Ladezustand, effizient abschrecken der Fluoreszenz. Messungen der Diesel/Kerosin Mischungen zeigten eine gute lineare Korrelation zwischen dem Rückgang der Fluoreszenz und die Erhöhung des Anteils von dünnflüssiger Kerosin in Diesel/Kerosin Mischungen. Immobilisierung des hydroxy Derivative 4-DNS-OH in Zellstoffpapier ergab Teststreifen, die die Fluoreszenz-Anzeige Verhalten beizubehalten. Kombination der Streifen mit einem Lesegerät basiert auf einem Smartphone und eine controlling app erlaubt einen einfaches Feldtest erstellen. Die Methode erkennt zuverlässig das Vorhandensein von Kerosin Diesel von 7 bis 100 %, Outperformance gegenüber heutige Standardmethoden für Diesel Verfälschung.
Introduction
Kraftstoff-Verfälschung ist ein ernstes Problem in vielen verschiedenen Teilen der Welt, einfach aufgrund der enormen Bedeutung des Kraftstoffs als Energiequelle. Laufendem Motor gepanschten Sprit reduziert ihre Leistung, führt zu früheren Motorschaden und Umweltverschmutzung1beinhaltet. Erhöht, so dassX Emissionen auftreten, wenn Diesel mit Kerosin verfälscht ist enthält, in der Regel einen höheren Anteil an Schwefel2,3. Obwohl das Problem seit Jahrzehnten existiert, ist nachhaltige Brennelemente, die solche Straftaten an seinen Ausgangspunkt deckt immer noch selten, weil einfache und zuverlässige Tests für Kraftstoff Verfälschung4weitgehend fehlen. Trotz der erheblichen Fortschritte in Mineralöl Labor-basierte Analyse in den vergangenen Jahrzehnten5,6,7, Ansätze zur vor-Ort-Messungen sind immer noch rar. Verschiedene Methoden für den Einsatz außerhalb des Labors sind vor kurzem entwickelt worden, mit Fiber-Optics8, Feldeffekttransistoren –9 oder Mechano-Chromsäure Materialien10. Obwohl sie einige der Nachteile der herkömmlichen Methoden, robust, überwinden sind benutzerfreundliche und tragbaren Methoden noch weitgehend fehlen. Fluoreszierende Viskosität Sonden basierend auf molekularen Rotoren sind eine interessante alternative11,12, weil Mineralöle aus einer Vielzahl von Kohlenwasserstoffen, die Kettenlänge und Zyklizität bestehen, oft unterscheiden spiegelt sich in verschiedenen Viskositäten. Da Kraftstoffe komplexe Gemische ohne bestimmte Bleiverbindungen als Tracer handeln sind, scheint die Messung der Änderung einer makroskopischen Eigenschaft wie Viskosität oder Polarität sehr vielversprechend. Letzteres kann durch fluoreszierende molekularen Rotoren angesprochen werden für die Fluoreszenz-Quanten-Erträge Umwelt Viskosität abhängig. Nach Photoanregung beinhaltet Deaktivierung häufig eine verdrehte intramolekulare Transfer (TICT) Ladezustand, die Bevölkerung durch die Viskosität der umliegenden Mikroumgebung13bestimmt wird. Hochviskosen Lösungsmittel behindern molekularen Rotoren um einen TICT Zustand, mit hellen Emission zu übernehmen. In niederviskosen Lösungsmittel kann der Rotor viel besser TICT Staat, Beschleunigung nichtstrahlenden Zerfall und somit abgeschreckt Fluoreszenz zugreifen. Die Zugabe von Kerosin, mit einer Viskosität von 1,64 mm2∙s–1 bei 27 ° C, Diesel, mit jeweiligen Viskositäten von 1,3-2,4, 1,9-4.1, 2,0-4,5 oder 5,5-24,0 mm2∙s –1 bei 40 ° C für die Klassen 1D, 2D, EN 950 und 4D14,15,16, reduziert die kinematische Viskosität der Mischung und potenziell führt zu einer proportional abschrecken der Fluoreszenz von molekularen Rotors Sonden. Die Familie von 4-Dimethylamino-4-Nitrostilbenes (4-DNS) schien vielversprechendsten uns durch ihre starke Fluoreszenz-Variante über einen kinematischen Viskosität 0,74 70,6 mm2∙s –1. Dieser Bereich entspricht gut mit den bekannten Werten von Kerosin und Diesel.
Wir untersuchten daher die Fähigkeit des 4DNS, 2-[Ethyl [4-[2-(4-Nitrophenyl) Ethenyl] Phenyl] amino] Ethanol (4DNSOH) und (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic Säure (4DNSCOOH) an die Viskosität der Diesel-Kerosin Mischungen durch ihre Fluoreszenz, je nach intramolekulare Rotation und schließlich nachgeben eines Schnelltests für Diesel Verfälschung mit Kerosin. Der Einweg-Test ist einfach zu bedienen, präzise, zuverlässige, wirtschaftliche und dreidimensional klein. Die Adsorption der Sonden auf dem Filterpapier als eine solide Unterstützung wurde untersucht und die Analyse wurde mit einem eingebetteten Smartphone-basierte Fluoreszenz-Leser erreicht. Heute sind ubiquitär verfügbar Smartphones mit qualitativ hochwertige Kameras, die Erkennung von optischen Veränderungen wie Farbe und Fluoreszenz unkompliziert rendering und ebnet den Weg für leistungsstarke vor-Ort-Analysen… Wir zeigen hier, dass die Messung der Emission von fluoreszierenden Sonden adsorbiert auf Papierstreifen mit einem Smartphone für Betrugserkennung auf Verbrennung Kraftstoffe in eine zuverlässige Weise17verwendet werden kann.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eine fluoreszierende Sonde, basierend auf einem molekularen Rotors Farbstoff, die empfindlich auf Viskositäten im Bereich von den gemessenen für Diesel und seine verschiedenen Mischungen mit Kerosin, wurde zur einfachen und effizienten Teststreifen zum Nachweis von Diesel-Kraftstoff-Verfälschung zu erhalten. Die Emissionsintensität 4-DNS bei 550 nm in verschiedenen Diesel/Kerosin Mischungen korreliert mit einer Verringerung der Viskosität steigt der Anteil von Kerosin. Bei einer Temperatur von 24 ° C, für bis zu 1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten die BAM für eine Finanzierung durch den Fokusbereich Analytical Sciences bestätigen: 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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