Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

شرائط ورق الفلورسنت للكشف عن غش الديزل مع القراءة الذكي

Published: November 9, 2018 doi: 10.3791/58019

Summary

نقدم هنا، بروتوكولا للكشف عن غش زيت الديزل بالكيروسين باستخدام شرائط الاختبار مغلفة بتحقيق لزوجة فلورسنت جنبا إلى جنب مع نظام تحليل القائم على الهاتف الذكي.

Abstract

وتم التحقيق الدوارات الجزيئية الفلورسنت ثلاث من 4-ديميثيلامينو-4-نيتروستيلبيني (4-DNS) لاحتمال استخدامها اللزوجة يسبر للإشارة إلى محتوى الكيروسين في مزيج الديزل/الكيروسين، ونشاطاً على نطاق واسع للوقود أدولتيراتي. في المذيبات مع اللزوجة منخفضة، تنشيط الأصباغ سرعة عن طريق دولة نقل ما يسمى تهمة إينتراموليكولار ملتوية، وكفاءة تبريد الأسفار. وكشفت قياسات ديزل/كيروسين يمزج ارتباط خطي جيدة بين الانخفاض في الأسفار والزيادة في جزء صغير الكيروسين أقل لزوجة في مزيج الديزل/الكيروسين. التثبيت هيدروكسي مشتقة 4-DNS--أوه في ورقة السيلولوز أسفرت عن شرائط الاختبار التي تحافظ على السلوك المؤشر الفلورسنت. مجموعة من الشرائط مع قارئ استناداً إلى الهاتف ذكي وعلى تطبيق التحكم يسمح لإنشاء اختبار ميدانية بسيطة. الأسلوب الذي يمكن الكشف عن وجود الكيروسين موثوق في الديزل من 7 إلى 100%، متجاوزا الأساليب القياسية الحالية لغش الديزل.

Introduction

غش الوقود مشكلة خطيرة في العديد من أجزاء مختلفة من العالم، ببساطة بسبب أهمية هائلة من الوقود كمصدر للطاقة. تشغيل محركات الوقود المغشوشة يقلل من أدائها، ويؤدي إلى تعطل المحرك السابق وينطوي التلوث البيئي1. زاد حتى تحدث انبعاثاتx إذا هي المغشوشة الديزل بالكيروسين عادة ما تحتوي على كمية أعلى من الكبريت2،3. على الرغم من أن المشكلة موجودة منذ عقود، إدارة الوقود المستدام أن يكشف هذا النشاط الإجرامي في نقطة المنشأ لا تزال نادرة، لأنه لا توجد اختبارات بسيطة وموثوق بها لغش الوقود إلى حد كبير4. وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في التحليل المختبري الزيوت المعدنية في العقود الماضية5،،من67، نهج القياسات في الموقع لا تزال نادرة. ووضعت مؤخرا أساليب مختلفة للاستخدام خارج المختبر، باستخدام الألياف البصرية8، أو الميدان – تأثير الترانزستورات9 مواد mechano-الكروميك10. على الرغم من أن التغلب عليها بعض المآخذ على الأساليب التقليدية، قوية، أساليب سهلة الاستعمال ومحمول يزال يفتقر إلى إلى حد كبير. المسابر اللزوجة الفلورسنت استناداً إلى الدوارات الجزيئية هي بديل11،مثيرة لاهتمام12، لأن الزيوت المعدنية وتتألف من مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهيدروكربونات التي تختلف من حيث طول السلسلة وسيكليسيتي، وكثيراً ما يجري وترد في اللزوجة المختلفة. لأن الوقود الخلائط المعقدة دون مركبات الرصاص محددة بمثابة تتبع، قياس تغير الخاصية عيانية مثل اللزوجة أو قطبية يبدو واعدة جداً. هذا الأخير يمكن أن تعالجها الفلورسنت الدوارات الجزيئية التي تعتمد غلة الكم الأسفار على اللزوجة البيئية. وبعد فوتوكسسيتيشن، ينطوي التعطيل عادة دولة نقل (شركة) تهمة إينتراموليكولار ملتوية، السكان التي تتحدد باللزوجة المكروية المحيطة بها13. المذيبات عالية اللزوجة تعوق الدوارات الجزيئية اعتماد دولة شركة، والتي تستتبع الانبعاثات مشرق. في المذيبات منخفضة اللزوجة، أفضل بكثير الوصول إلى الدوار الدولة شركة، والتعجيل تسوس غير الإشعاعي والأسفار وهكذا مروي. إضافة الكيروسين، مع لزوجة 1.64 مم2∙s1 في 27 درجة مئوية، لوقود الديزل، مع اللزوجة كل منهما 1.3-2.4، 1.9 4.1 2.0-4.5 أو 5.5-24.0 mm2∙s 1 عند 40 درجة مئوية للصفوف 1-د، 2D، EN 950 ويقلل اللزوجة خليط 4 د14،،من1516، ويحتمل أن يؤدي إلى تبريد النسبي للأسفار المسبار الدوار الجزيئية. أسرة 4-ديميثيلامينو-4-نيتروستيلبينيس (4-DNS) يبدو الواعدة بالنسبة لنا بسبب تباين fluorescence قوية على أكثر من مجموعة لزوجة من 0.74-70.6 مم2∙s 1. هذا النطاق يطابق تماما مع القيم المعروفة من الكيروسين والديزل.

ولذلك فإننا استكشاف قدرة 4DNS، 2-[إيثيل [4-[2-(4-نيتروفينيل) اثينيل] فينيل] الأمينية] الإيثانول (4DNSOH) وحمض-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic (4DNSCOOH) (ه) للإشارة إلى اللزوجة خليط وقود الديزل-الكيروسين من خلال هذه الأسفار، اعتماداً على دوران إينتراموليكولار وأخيراً تحقق اختبار سريع لغش الديزل بالكيروسين. اختبار المتاح سهل الاستخدام، ودقيقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة الأبعاد الصغيرة. وكان التحقيق امتزاز المسابر على الورق مرشح كدعم قوي التحليل الذي أنجز مع قارئ الأسفار مضمنة المستندة إلى الهاتف الذكي. اليوم، أوبيكويتوسلي تتوفر الهواتف الذكية مجهزة بكاميرات عالية الجودة، مما يجعل الكشف عن التغييرات البصرية مثل اللون والأسفار مباشرة، ويمهد الطريق لتحليلات قوية في الموقع. علينا أن نظهر هنا أن قياس انبعاثات المسابير الفلورسنت تمتز على شرائط الورق مع الهاتف ذكي يمكن أن تستخدم للكشف عن الاحتيال على احتراق الوقود في طريقة موثوقة17.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-الفلورية الأصباغ (الشكل 1A)

  1. شراء 4-DNS متوفرة تجارياً و 4-DNS--أوه.
    ملاحظة: لا يتوفر تجارياً 4-DNS-COOH ومستعدة من 4-DNS--أوه كما هو موضح فيما يلي.
  2. مكان 50 ملغ (0.16 ملمول) 2-[إيثيل [4-[2-(4-نيتروفينيل) اثينيل] فينيل] الأمينية] الإيثانول، 2 مغ (0.016 ملمول) من 4-ديميثيلامينوبيريديني و 19.2 ملغ (0.192 ملمول) succinic الخل في 10 مل جولة قارورة السفلي.
  3. حل الكواشف في 2 مل الميثان الجافة تحت أجواء الأرجون.
  4. إضافة 11.6 ميليلتر (0.08 مليمول) من إثيل واسمحوا المخلوط الرد على ح 20.
  5. مراقبة رد فعل بطبقة رقيقة اللوني حتى التحويل الكمي للمواد انطلاق (Rf = 0.61) في المنتج (Rf = 0.27) يرد (الهكسين/أتاك، 4/6، v/v)
  6. إضافة 2 مل الماء إلى الخليط قبل التحميض إلى pH 2 مع حمض الخليك (ما يقارب 10 ميليلتر).
  7. استخراج المخلوط بأداء اثنين من الاستخراج سائل المتعاقبة، مع 10 مل الميثان في كل مرة.
  8. أغسل مرة واحدة في مراحل العضوية بعد إعادة توحيدها مع 10 مل من كلوريد الصوديوم المشبعة (359 ز > L– 1).
  9. الجاف لمراحل العضوية عن طريق إضافة Na2حتى4 مسحوق حتى بعض غرامة مسحوق عامل التجفيف تبقى مرئية.
  10. تنقية النفط الخام المنتج من السليكا فلاش عمود اللوني مع النفط الاثير: ethylacetate 1:9 كما الوينت.
    ملاحظة: كانت الغلة حققت 49 ملغ (74%) للمنتج المطلوب.
  11. تنفيذ 1تحليل "ح الرنين المغناطيسي النووي" المنتج المنقي في [دمس]-د6 للتحقق من صحة البنية (δ 8.17 (د، ي = 8.8 هرتز، 2 ح)، 7.75 (د، ي = 8.8 هرتز، 2 ح)، 7.49 (د، ي = 8.8 هرتز، 2 ح)، 7.41 (د، ي = 16.3 هرتز، 1 ح)، 7.10 (د، ي = 16.3 هرتز ، ح 1)، 6.75 (د، ي = 8.9 هرتز، 2 ح)، 4.18 (t, J = 6.0 هرتز، 2 ح)، 3.58 (t, J = 6.0 هرتز، 2 ح), 3.43 (س، ي = 7.0 هرتز، 2 ح)، 2.50 – 2.45 (م، ح 4)، 1.10 (t, J = 7.0 هرتز، 3 ح) جزء في المليون).
  12. تنفيذ 13تحليل "الرنين ج" المنتج المنقي في [دمس]-d6 للتحقق من صحة البنية (δ 173.36، 172.20، 147.99، 145.23، 145.13، 133.89، 128.76، 126.30، 124.03، 123.67، 120.95، 111.58، 61.52، 48.05، 44.57، 28.73، 28.63، 12.00 جزء في المليون).
  13. أداء عالية الدقة الكتلي مع تاين الرش الكهربائية الإيجابية المنتج المنقي، المقابلة للقيمة المحسوبة (ج22ح25ن2س6 [M + H]+: 413.1707) نسبة 413.1713 m/z.

2-تجميع لصبغ مرجع

ملاحظة: هذا الإجراء الاصطناعية 8-(phenyl)-1,3,5,7-tetramethyl-2,6-diethyl-4,4-difluoro-4 بورا-3a, 4a-ديزا-s-إينداسيني اعتمد من كوسكون وآخرون. 18.

  1. تنقية النفط الخام المنتج من كروماتوغرافيا العمود على السليكا مع التولوين الوينت.
    ملاحظة: كانت الغلة حققت مغ 441 (29 في المائة) من بلورات المحمر مشرق.
  2. تنفيذ 1تحليل "ح الرنين المغناطيسي النووي" المنتج النقي في 600 ميغاهرتز في [دمس]-د6 للتحقق من صحة البنية (δ 0.98 (تي، ح 6، ي = 7.6 هرتز)، 1.27 (ق، ح 6)، 2.29 (س، ح 4، ي = 7.6 هرتز)، 2.53 (ق، ح 6)، 7.27-7.29 (م، ح 2)، 7.46-7.48 (م، ح 3) جزء في المليون).
  3. أداء عالية الدقة الكتلي مع تاين الرش الكهربائية الإيجابية المنتج المنقي، المقابلة للقيمة المحسوبة (ج23ح28فرنك بلجيكي2ن2 [M + H]+: 381.2314) نسبة 381.2267 m/z.

3-اختبار قطاع التصنيع، الأسلوب 1.

  1. إعداد حلول 1 مم صبغة مرجعية والأصباغ 4-DNS، 4-DNS--يا و COOH-4-DNS في التولوين.
  2. قطع شرائح السليلوز 30 × 5 مم من ورق الترشيح.
  3. مكان ما يقرب من 50 تلك الشرائط (611 ملغ) في قنينة يمكن إغلاقها بشرط 5 مل جنبا إلى جنب مع 4.5 مل الحل المطلوب صبغة من الخطوة 3.1.
  4. اهتز الشرائط داخل القنينة مع المدورة عمودية لمدة 20 دقيقة في 30 دورة في الدقيقة.
  5. من أجل الحل التولوين من القنينة، وملء فورا مع 4 مل الحلقي وتدوير لمدة 1 دقيقة 30 لفة في الدقيقة يغسل الأصباغ الزائدة.
  6. كرر عملية الغسيل من 3.5 الخطوة ثلاث مرات.
  7. الجاف لشرائط الاختبار التي تم الحصول عليها في ورقة تصفية لمدة 10 دقائق في الهواء في درجة حرارة الغرفة.

4-اختبار قطاع التصنيع، الأسلوب 2.

  1. شرائط أمينيشن الورقة.
    1. قطع شرائح السليلوز 30 × 5 مم من ورق الترشيح.
    2. تحت غطاء دخان، وضع ما يقرب من 20 من تلك الشرائط (308 ملغ) في قارورة تحتوي على 40 مل تولوين.
    3. إضافة ميليلتر 960 من 3-أمينوبروبيلتريثوكسيسيلاني (أبتيس) في قارورة ويقلب المخلوط عن 24 ساعة عند 80 درجة مئوية.
    4. إزالة الشرائط من قارورة وتغسل جيدا مع 50 مل إيثانول.
    5. الجاف للشرائط ح 2 في 50 درجة مئوية.
  2. تطعيم للصبغة.
    1. تحت غطاء دخان، حل 5 ملغ 4-DNS-COOH (13 µmol) في 10 مل الميثان الجافة تحت أجواء الأرجون في قارورة 25 مل.
    2. إضافة ن،ن '-ديسيكلوهيكسيلكاربودييميدي (DCC، 3.3 ملغ، 16 µmol) والسماح بحمض الكربوكسيلية لتفعيلها لمدة 15 دقيقة.
    3. إضافة إثيل (2.2 ميليلتر، 16 µmol) و 18 شرائط الورق أميناتيد (278 ملغم).
    4. يقلب الخليط ح 2 إضافية.
    5. إزالة الشرائط من الحل وتغسل مع 25 مل من الميثان ومل 25 من الإيثانول.

5-العينة قبل العلاج.

  1. معاملة المختبر
    1. في قنينة 25 مل مزيج مكان 10 مل من ديزل/كيروسين الطازجة.
    2. تعليق و 10% من الفحم النشط في المزج.
    3. يقلب القنينة ح 1 وأجهزة الطرد المركزي (400 x ز، 10 دقيقة) وتصفية لإزالة الفحم.
  2. المعالجة في الموقع
    1. شراء دائرية تنشيط الكربون تحميل عوامل تصفية قطر 47 ملم.
    2. وضع أربعة من عوامل التصفية في 47 مم فولاذ المقاوم للصدأ في خط الفلتر.
    3. تدفق 5 مل مزيج ديزل/كيروسين جديدة من خلال المرشحات مع حقنه 10 مل قياسية؛ وحصل حوالي 2 مل حل خالية من الهيدروكربونات العطرية المتعددة.

6. تنفيذ القارئ الذكي

ملاحظة: أساس الروبوت الهاتف الذكي مع جبهة تركزت الكاميرا استخدمت كنواة لنظام القياس الذكي. وكانت جميع العناصر البصرية الضرورية وطباعة 3D التبعي مصنوعة خصيصا لهذا الجهاز. ومع ذلك، يمكن استخدام أي الأخرى من الهاتف الذكي مع كاميرا CMOS (شبه موصل أكسيد المعدن التكميلية). 19 , 20

  1. شراء من الإيبوكسي قياسية 5 ملم LED في 460 نانومتر ومقاوم 100 Ω والناقل التسلسلي العام على الذهاب (OTG) الكابل مع رمز تبديل ON/OFF ومنفذ USB الصغرى.
  2. قطع كبل USB على عكس الجانب OTG لعزل السلك الأحمر المحرك + 5 الخامس (تصل إلى 300 mA) والسلك الأسود المقابلة على أرض الواقع.
  3. قص السلك الأسود من كابل USB ولحام المقاوم 100 Ω في الجزء الخلفي من رمز التبديل. اللحيم اﻷنود الصمام + سلك 5V الحمراء والكاثود LED على الأرض السوداء الأسلاك.
  4. شراء الناشر، واثنين من المرشحات للصمام والكاميرا، عادة قصيرة تمرير عامل التصفية لقناة الإثارة (الصمام) وشريط تمرير عامل التصفية لجمع الانبعاثات (الكاميرا).
  5. 3D-طباعة حالة الهاتف ذكي الذي يناسب على الهاتف الذكي ويدمج مختلف أجزاء بصرية تتألف من دائرة سوداء (20 × 30 × 40 مم)21 كما هو موضح في الشكل 2.
  6. حامل قطاع كما هو موضح في الشكل 2 إجراء مرجع وهو شريط اختبار الطباعة 3D.
  7. تنفيذ قناة الإثارة عن طريق وضع الصمام والناشر وعامل التصفية لإلقاء الضوء على شرائط الورق بزاوية 60 درجة.
  8. تنفيذ القناة القراءة بوضع عامل التصفية أمام الكاميرا CMOS الذكي.
  9. إدراج صاحب قطاع الاختبار التي تحتوي على الشرائط لبدء قياس.

7-عينة التحليل باستخدام كاشف المستندة إلى الهاتف الذكي

ملاحظة: أجريت تحليلات عن طريق تشغيل app(lication) جافا الروبوت الذي عرض أخيرا على مستوى الغش على الشاشة. دون التطبيق، يمكن أخذ الصور، وتصديرها إلى جهاز كمبيوتر وتحليلها مع برمجيات تحليل صورة قياسية.

  1. حدد ملف المعايرة كافية، هنا ديزل/كيروسين، من ذاكرة البرنامج بالنقر على زر القائمة في الركن العلوي الأيسر من إطار البرنامج.
  2. تراجع قطاع الاختبار في العينة الديزل لبضع ثوان قبل عقد قطاع الاختبار مع ملاقط.
  3. إزالة الوقود الزائدة عن طريق الربت بسيطة مع ورقة تجفيف.
  4. وضع شريط الاختبار داخل حامل قطاع إلى جانب قطاع المرجعية ويدخل صاحب القضية الذكي.
    ملاحظة: ثم يتم عرض صورة للأسفار الشرائط فورا على الشاشة للهاتف الذكي.
  5. اضغط على زر إطلاق النار لتسجيل كثافات الأسفار من الاختبار والإشارة إلى شرائط.
    ملاحظة: درجة غش فورا حسابها بواسطة خوارزمية الداخلية وعرضها على الشاشة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ثلاثة هياكل الأصباغ التجارية هما 4-DNS و 4-DNS--يا وصبغ المركبة 4-DNS-COOH تحتوي على عنصر أساسي stilbene استبداله مع إحدى الجهات مانحة (-NR2) ويقبلون (-2) المجموعة في كلا طرفي، مزدوج وسط السندات التي تشكل المفصلة لما يسمى 'الدوار الجزيئية' (الشكل 1A). وتختلف الهياكل في نمط استبدال المجموعة الأمينية مع مجموعات الألكيل قصيرة ل 4-DNS، مجموعتين أطول قليلاً بما في ذلك مجموعة الكحول 4-DNS--يا ورابط إستر تنتهي مع وظيفة حمض الكربوكسيلية 4-DNS-COOH (الشكل 1A).

على الرغم من الأصباغ الثلاثة أظهرت خصائص fluorescence مماثلة في الحل، الامتزاز على السليلوز (ورقة) الناجم عن سلوك مختلف. عند الأقطاب الفريق مستبدل الأمينية الطرفية (-لي <--يا <-COOH) زادت، تحول باثوتشروميك وتبريد الانبعاثات لوحظ (الشكل 1B). زيادة تعزيز ترسب عينات وقود الديزل أو الكيروسين على شرائط الورق الأسفار. الأخيرة يعزى إلى تقارب متزايد الأصباغ لألياف السيلولوز، تقليل المذيب الصغيرة وهكذا غلة الكم الفلورية (الشكل 1A).

عند زيادة كيروسين في المزج، تم تخفيض الأسفار شرائط اختبار 4-DNS--يا، تحول هيبسوتشروميكالي من 550 إلى 515 نانومتر والفرقة أصبحت أكثر تنظيماً (الشكل 1)17. يختلف السلوك في الحل، كثافة fluorescence 4-DNS--أوه ارتباطاً خطيا بالكيروسين عندما تمتز في قطاع الكشف عن معامل الارتباط من 0.997 وانحراف معياري منخفض 2.5 ٪ (الشكل 1).

تم تحديد الأسفار الشرائط مع 3D ذكي مطبوعة قضية إدماج قطاع حامل وجميع العناصر البصرية الضرورية مثل مصباح LED بالطاقة مباشرة بمنفذ USB الهاتف الذكي وعوامل التصفية ومن ديفوسور (الشكل 2 أ، 2).

إجراء المقايسة ظلت بسيطة بقدر الإمكان مع الخطوات الرئيسية 6: غمس، وضع القطاع في الحامل، بدءاً الصمام، والحامل لتحديد المواقع في الحالة وتحليل الأسفار إشارة مع تطبيق ومعالجة البيانات مع (تطبيق الشكل 2). برمجيات تحليل متوسط كافة قيم RGB بكسل في المناطق المكانية المعرفة مسبقاً المقابلة للشرائط وتحويلها إلى كثافة الأسفار. دقة 3 ٪ وجدت لتحديد محتوى الديزل كان أفضل حتى من دقة الأسلوب القياسي وكذلك عدم اليقين الذي ذكرته لأجهزة استشعار أخرى.

Figure 1
رقم 1. الخصائص الكيميائية وفوتوفيسيكال من اللزوجة الجزيئية يسبر 4-DNS، 4-DNS--أوه و 4-DNS-COOH- (أ) الهياكل الكيميائية. (ب) الأسفار من الأصباغ تمتز على الورق شرائط على الإثارة الأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر) قبل إضافة الوقود وبعد إضافة بعض الديزل (1 = 4-DNS، 2 = 4-DNS-OH و 3 = 4-DNS-COOH). (ج) تطور الأسفار شرائط الاختبار مع تدرج وقود من الكيروسين للديزل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2. تضمين نظام لتحليل نقاء مزيج الديزل. (أ) مخطط الحالة الذكي الذي يحتوي على جميع الأجزاء البصرية والإلكترونية اللازمة. (ب) منظور عرض القضية الهاتف الذكي مع صاحب قطاع في مكان وبدون عناصر إضافية (غطاء قادم على الجانب لإغلاق الدائرة). (ج) التوالي الخطوات: تراجع في عينة، ووضع في الحامل، بدء تشغيل الصمام، مكان الحامل واضغط على زر إطلاق النار للحصول بصورة مباشرة نقاء الديزل على الشاشة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وكان استخدام مجس فلورسنت، استناداً إلى صبغة دوار جزيئية يراعي اللزوجة في نطاق تلك التي تقاس به مختلف يمزج بالكيروسين، والديزل للحصول على شرائط الاختبار بسيطة وفعالة للكشف عن غش وقود الديزل. كثافة الانبعاثات 4-DNS في 550 نانومتر في مختلف ديزل/كيروسين يمزج يرتبط بانخفاض اللزوجة عندما تزداد نسبة الكيروسين. عند درجة حرارة 24 درجة مئوية، ولوحظ الفلورية غير الخطية تبريد تصل إلى 55% لتصل إلى 100% غش بالكيروسين، السماح للتقدير الكمي موثوق بها للغش مع انحراف معياري منخفض من 1.70%.

إلا أن الامتزاز بسيطة من 4-DNS على ورق الترشيح الشرائط أدى إلى شطف صبغ عندما انخفض إلى العينات السائلة، بسبب مسعور و π-π التفاعلات بين صبغ الماء والمذيبات مسعور. لحسن الحظ، الأخذ بمجموعة الهيدروكسيل (في 4-DNS--أوه) أو الكربوكسيل (في 4-DNS-COOH) الالتفاف حول هذا السلوك الضار وأدت إلى ترسيخ الفراغية لهذه المشتقات القطبية في ألياف السيلولوز عن طريق السندات الهيدروجين. كنهج بديل، تطعيم 4-DNS-COOH إلى الركازة فونكتيوناليزيد رابط يعتبر أيضا تفادي شطف، وتصفية الورق سبق أميناتيد مع 3-أمينوبروبيلتريثوكسيسيلاني (أبتيس) وتم اختيار الركازة هنا. وكان لسوء الحظ، هذه المواد فقط ضعيف انبعاثاتها حتى بحضور المواد اللزجة، مثل COOH-4-نظام أسماء النطاقات في مصفوفة لورق. بين المشتقات صبغ الدوار الثلاثة مع مختلف المجموعات الوظيفية الطرفية اختبارها، عثر فقط 4-DNS--يا تكون مناسبة للاختبار الحالي. هذه الصبغة مجتمعة التفاعلات مع السليلوز التي قوية بما يكفي لتجنب شطف مع قذيفة المذيبات التي تسمح للوصول إلى نموذج الوقود. كان عدم حدوث أي تسرب من قطاع الورق عندما انخفض إلى الوقود وعرضت انبعاثات fluorescence قوية بما يكفي في النطاق المرئي للتسجيل مع الهاتف ذكي.

مع مثل هذه شرائط اختبار 4-DNS--أوه-المغلفة، أجريت تجارب المعايرة تستخدم عينات حقيقية أيضا. ومع ذلك، كان استخدام الوقود الخام إشكالية بسبب وجود الهيدروكربونات العطرية (PAH)، تنطوي على إشارة خلفية مرتفعا. وهكذا تم تنفيذ خطوة ترشيح بسيطة من مزيج الديزل/الكيروسين من خلال الكربون المنشط، كفاءة إزالة تلك المركبات، فضلا عن علامة الوقود المحتملة الأصباغ، التي كثيرا ما تمت إضافتها من قبل الشركات المصنعة، مما أدى إلى نتائج مقنعة.

وصمم من أجل استخدامها مباشرة في الموقع، نظام الكشف عن الهاتف الذكي. الروبوت أساس منهاج اختير كما يوفر ميزات التنمية أكثر مرونة من حيث نشر التطبيقات والموصلات (منفذ البرق يتطلب محول إضافي للكابل OTG). جميع الإلكترونيات والبصريات هي المكونات الجاهزة المتوفرة على نطاق واسع ويمكن تقديم حجج الهاتف الذكي باستخدام طابعة 3D قياسية. على الرغم من أن الهواتف الذكية الراقية مؤخرا تشغيل مع أحدث أنظمة التشغيل تسمح للمستخدمين بالحصول على صور RAW من اقتناء الكاميرا، غالبية العظمى من الهواتف النقالة حاليا في السوق أو في استخدام مجهزة بتعرض تلقائي المستندة إلى الأجهزة خوارزمية التعويض مباشرة داخل شرائح CMOS. تستخدم هذه الميزة، مفيد للمستهلك، تعتبر مشكلة هامة عندما يتعلق بأنظمة تشيموميتريك الذكي، كما يتم ضبطها كمية لوكس تلقاها CMOS الكاميرا تلقائياً لمطابقة معايير معينة لوكس. باستخدام هذه القيم كقراءات قياس مطلقة يمكن هكذا بسهولة نتائج كاذبة ومضللة. قياس شريط مرجع جنبا إلى جنب لشريط اختبار من ضروري وبالتالي لحساب التعويض عن التعرض للسيارات. في المستقبل، مع أهمية التحليل القائم على الهاتف الذكي زيادة هائلة، هذه الميزة يمكن إلى حد كبير لتبسيط الأسلوب بالحاجة إلى تحليل فقط لاختبار الشريط مثل تتحقق في اختبار التجاري قطاع القراء اليوم الاطلاع على السوق.

الهاتف الذكي والمطبوعة حالة النظام الحسي جزءا لا يتجزأ كان مقارنة بأسلوب قياسي يستند GC FID للتحقق من صحة17، يكشف عن اتفاق ممتازة مع الردود الخطية وحدود منخفضة للكشف وصولاً إلى 7% لنظام الهواتف المحمولة. لزيادة دقة الأسلوب، وقود ديزل نقي وحل مرجع كيروسين نقي يمكن تحليلها (بالقياس إلى معايرة نقطتين المشتركة أي القطب الهيدروجيني التقليدية) للحصول على ملفات المعايرة للوقود، خصوصا عندما وقود الديزل تواجه درجات مختلفة اللزوجة المحددة والرد على وجه التحديد في قطاع غزة. يمكن إدخال هذه الملفات المعايرة سهولة والمخزنة في التطبيق. مثل هذه الاختبارات فعالة من حيث التكلفة، ودقيقة وسريعة حل الشرعي مثيرة لاهتمام للكشف عن حالات الغش من جانب المستهلكين أو الأفراد سلطة غير مدربين.

التطورات المزيد من الاختبارات السريعة للوقود استناداً إلى شرائط الاختبار والقراءة الذكي الجارية حاليا، والجدير بالذكر لغش البنزين مع الكحول أو المنتجات النفطية الأخرى مثل الكيروسين. وبطبيعة الحال، النظام الذكي للأسفار القراءة يمكن تكييفها بسهولة لأنظمة مؤشر الفلورية الأخرى.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

الكتاب يود أن يعترف بام للتمويل من خلال مجال التركيز "العلوم التحليلية": https://www.bam.de/Navigation/EN/Topics/Analytical-Sciences/Rapid-Oil-Test/rapid-oil-test.html.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 Google - 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Gawande, A. P., Kaware, J. P. Fuel Adulteration Consequences in India : A Review. Scientific Reviews and Chemical Communications. 3 (3), 161-171 (2013).
  3. 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).
  4. Chandrappa, R., Chandra Kulshrestha, U. Sustainable Air Pollution Management: Theory and Practice. , Springer International Publishing. 305-323 (2016).
  5. Felix, V. J., Udaykiran, P. A., Ganesan, K. Fuel Adulteration Detection System. Indian Journal of Science and Technology. 8, 90-95 (2015).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Gupta, A., Sharma, R. K. Air Pollution. Villanyi, V. , InTech. (2010).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Haidekker, M. A., Theodorakis, E. A. Ratiometric mechanosensitive fluorescent dyes: Design and applications. Journal of Materials Chemistry C. 4 (14), 2707-2718 (2016).
  12. 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).
  13. 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).
  14. ASTM D975 - 16a, Standard Specification for Diesel Fuel Oils. , ASTM International. (2016).
  15. Colucci, J. Future Automotive Fuels • Prospects • Performance • Perspective. , Springer US. (1977).
  16. Lackner, M., Winter, F., Agarwal, A. K. Gaseous and Liquid Fuels. 3, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. (2010).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Chang, B. Y. Smartphone-based Chemistry Instrumentation: Digitization of Colorimetric Measurements. Bulletin of the Korean Chemical Society. 33 (2), 549-552 (2012).
  20. Roda, A., et al. Smartphone-based biosensors: A critical review and perspectives. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 79, 317-325 (2016).
  21. 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).

Tags

العلوم البيئية، 141 قضية، الديزل، الكيروسين، وغش، واستشعار الفلورسنت، الهاتف الذكي، شرائط الاختبار
شرائط ورق الفلورسنت للكشف عن غش الديزل مع القراءة الذكي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bell, J., Gotor, R., Rurack, K.More

Bell, J., Gotor, R., Rurack, K. Fluorescent Paper Strips for the Detection of Diesel Adulteration with Smartphone Read-out. J. Vis. Exp. (141), e58019, doi:10.3791/58019 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter