Tiras de papel fluorescente para la detección de adulteración de Diesel con lectura de Smartphone
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para detectar la adulteración de diesel con kerosene utilizando tiras de prueba con una sonda fluorescente viscosidad junto con un sistema de análisis basado en el smartphone.
Abstract
Tres rotores moleculares fluorescentes de 4-dimetilamino-4-nitrostilbene (4-DNS) fueron investigados para su posible uso como sondas de viscosidad para indicar el contenido de queroseno en mezclas diesel/keroseno, una extensa actividad a adulterar combustible. En solventes de baja viscosidad, los tintes desactivarán rápidamente a través de un estado de transferencia de carga intramolecular torcido supuesto, eficientemente apagan la fluorescencia. Medidas de mezclas diesel/keroseno revelaron una buena correlación lineal entre la disminución de la fluorescencia y el aumento de la fracción del keroseno menos viscoso en mezclas diesel/keroseno. Inmovilización de lo derivado hidroxi 4-DNS-OH en papel de celulosa produjo tiras reactivas que conservan el comportamiento del indicador fluorescente. Combinación de las tiras con un lector basado en un smartphone y una aplicación de control permite realizar una prueba de campo sencilla. El método fiable puede detectar la presencia de petróleo en diesel de 7 a 100%, superando los actuales métodos estándar para la adulteración de diesel.
Introduction
Adulteración de combustible es un problema grave en muchas partes del mundo, simplemente debido a la enorme relevancia de combustible como fuente de energía. Motores con combustible adulterado reduce su rendimiento, conduce a la falla del motor anterior y conlleva contaminación del medio ambiente1. Aumentado por lo que las emisionesx si diesel es adulterado con queroseno que contiene generalmente una cantidad mayor de azufre2,3. Aunque el problema existe desde hace décadas, gestión de combustible sostenible que descubre tal actividad delictiva en su punto de origen es todavía raro, porque pruebas simples y confiables para la adulteración de combustible están careciendo en gran parte4. A pesar de progreso substancial en el análisis de aceite mineral en laboratorio en las últimas décadas los enfoques5,6,7, mediciones in situ son todavía escasas. Recientemente se han ideado diversos métodos para el uso fuera del laboratorio mediante fibra óptica8, transistores efecto de campo9 o materiales mechano-crómico10. Aunque superan algunos de los inconvenientes de los métodos convencionales, robustos, portátiles y fácil de utilizar métodos siguen faltando en gran parte. Sondas fluorescentes de viscosidad basadas en rotores moleculares son una interesante alternativa11,12, porque los aceites minerales están compuestos por una gran variedad de hidrocarburos que difieren en la longitud de la cadena y ciclicidad, siendo a menudo reflejado en diferentes viscosidades. Porque los combustibles son mezclas complejas sin compuestos específicos que actúan como marcadores, la medición del cambio de una propiedad macroscópica como viscosidad o polaridad parece muy prometedor. Este último puede ser abordado por rotores moleculares fluorescentes para que los rendimientos cuánticos de fluorescencia dependen de la viscosidad ambiental. Después fotoexcitan, desactivación implica comúnmente un estado de transferencia (TICT) trenzado de carga intramolecular, cuya población está determinada por la viscosidad de su entorno microambiente13. Solventes altamente viscosos obstaculizan rotores moleculares para adoptar un estado TICT, que implique emisión brillante. En solventes de baja viscosidad, el rotor puede acceder mucho mejor al estado TICT, aceleración de decaimiento no radiativo y fluorescencia así apagada. La adición del keroseno, con una viscosidad de 1,64 mm2∙s–1 a 27 ° C, a diesel, con respectivas viscosidades de 1.3-2.4, 1.9-4.1 2.0-4.5 o 5.5 24.0 mm2∙s –1 a 40 ° C para los grados 1D, 2D, EN 950 y D 414,15,16, reduce la viscosidad cinemática de la mezcla y conduce potencialmente a un amortiguamiento proporcional de la fluorescencia de una punta de prueba de rotor molecular. La familia de 4-dimetilamino-4-nitrostilbenes (4-DNS) parecía más prometedor para nosotros debido a su variación fuerte fluorescencia en un rango de viscosidad cinemática de 0.74-70.6 mm2∙s –1. Esta gama coincide bien con los valores conocidos de queroseno y diesel.
Por lo tanto, se analizó la capacidad de 4DNS, 2-[etil [4-[2-(4-nitrophenyl) ethenyl] fenil] amino] etanol (4DNSOH) y (E) ácido-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic (4DNSCOOH) para indicar la viscosidad del mezclas de queroseno diesel a través de su fluorescencia, dependiendo de la rotación intramolecular y finalmente rindiendo una prueba rápida para la adulteración de diesel con kerosene. La prueba disponible es fácil de usar, preciso, confiable, rentable y dimensiones pequeñas. La adsorción de las sondas en el papel de filtro como soporte sólido se investigó y el análisis se realizó con un lector de fluorescencia basada en smartphone integrado. Hoy, smartphones ubicuo disponibles están equipados con cámaras de alta calidad, haciendo la detección de cambios ópticos como el color y la fluorescencia directa y allanando el camino para el análisis in situ de gran alcance. Aquí demostramos que la medición de la emisión de sondas fluorescentes adsorbidos sobre tiras de papel con un teléfono inteligente puede utilizarse para detección de fraudes de combustibles de combustión en una manera confiable de17.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se utilizó una sonda fluorescente, basada en un tinte de rotor molecular que es sensible a la viscosidad en el rango de los medidos para el diesel y sus mezclas diferentes con queroseno, para obtener tiras de prueba simples y eficientes para la detección de adulteración de combustible diesel. La intensidad de emisión de 4-DNS a 550 nm en varios correlatos de mezclas diesel/keroseno con una reducción de la viscosidad cuando aumenta la proporción de keroseno. A una temperatura de 24 ° C, se observó un amortiguamien…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean reconocer la BAM para la financiación a través del área de enfoque analítico Ciencias: 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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