Floresan kağıt şeritler dizel katıştırma Smartphone okuma ile tespiti için

Özet

Burada, bir smartphone tabanlı analiz sistemi ile birlikte bir floresan viskozite sonda ile kaplanmış Şeker Ölçüm Çubuğu Strip kullanarak gazyağı ile dizel katıştırma algılamak için bir iletişim kuralı mevcut.

Özet

Gazyağı dizel/gaz karışımları, adulterate yakıt için yaygın aktivite içeriğini göstermek için viskozite probları gibi 4-dimetilamino-4-nitrostilbene (4-DNS) üç floresan moleküler rotor potansiyel kullanımları için araştırıldı. Düşük viskozite ile solvent içinde boya hızla verimli floresans Şoklama sözde çarpık intramolecular ücret transferi devlet yolu ile devre dışı bırakın. Dizel/gaz karışımları ölçümleri floresans azalma ve dizel/gaz karışımları daha az yapışkan gazyağına kısmını artması arasında iyi bir doğrusal ilişki saptandı. İmmobilizasyon hidroksi türev 4-DNS-Oh Selüloz kağıt floresan göstergenin davranışı korumak Ölçüm Çubuğu Strip vermiştir. Bir okuyucu bir smartphone müstenit ve bir kontrol app basit bir test oluşturmasına izin ile birlikte şeritler. Yöntem güvenilir bir şekilde dizel katıştırma için mevcut standart yöntemler daha iyi performans % 100'e 7 dizel içinde gaz var olup olmadığını belirlemek.

Giriş

Yakıt katıştırma yakıt büyük alaka bir enerji kaynağı olarak sadece nedeniyle dünyanın birçok farklı bölgelerinde ciddi bir sorundur. Motorları karışık yakıt üzerinde çalışan onların performansını azaltır önceki motor arızası için yol açar ve çevre kirliliği¹gerektirir. Dizel gazyağı ile karışık_x emisyon gerçekleşir bu yüzden arttı Bu genellikle sülfür^2,3daha yüksek bir miktarda içerir. Yıllardır sorun var, yakıt katıştırma için basit ve güvenilir testler⁴büyük ölçüde eksik çünkü böyle suç kökenli, noktasında ortaya çıkaran sürdürülebilir yakıt yönetimi hala nadir olsa da. Mineral yağ laboratuvar tabanlı analiz son yıllarda önemli ilerleme rağmen^5,6,7, yaklaşımlar için yerinde ölçümler hala kıt. Laboratuvar dışında kullanmak için çeşitli yöntemler son zamanlarda, fiber optik⁸, alan - etkisi transistörler⁹ veya mekanik Fotokromik malzemeler¹⁰kullanarak tasarladılar. Her ne kadar bazı geleneksel yöntemler, sağlam, sakıncaları üstesinden kullanımı kolay ve taşınabilir yöntemleri hala büyük ölçüde eksik vardır. Floresan viskozite probları moleküler rotorları dayalı ilginç bir alternatif^11,12olduklarından, mineral yağlar zincir uzunluğu ve endüstriyel kez olmak, farklı hidrokarbonlar çok çeşitli oluşuyor farklı viskozite yansıtıyordu. Yakıtlar belirli kurşun bileşikleri izleyiciler hareket olmadan karmaşık karışımlar olduğundan, viskozite ya da polarizasyon gibi makroskopik bir özellik değişikliği ölçülmesi çok umut verici görünüyor. İkincisi için çevre viskozite floresans kuantum verimleri bağlı floresan moleküler rotor tarafından saptanabilir. Photoexcitation sonra devre dışı bırakma yaygın olan nüfusu, çevredeki microenvironment¹³viskozite tarafından belirlenir bir bükülmüş intramolecular ücret transferi (TICT) devlet içerir. Son derece ağdalı çözücüler parlak emisyon gerektiren bir TICT devlet benimsemeye moleküler rotor engel. Düşük Viskoz çözücüler içinde rotor ışınımsal çürüme ve böylece çeliklerini floresans hızlanan TICT durumu çok daha iyi erişebilirsiniz. Gazyağı, ek bir viskozite 1,64 mm²∙s^-1 27 ° C, dizel 1.3-2.4, 1.9-4.1, 2.0-4.5 ilgili viskoziteleri ile veya notlar 1 D, 2D, tr 950 40 ° C'de 5.5-24.0 mm²∙s ^-1 ile ve orantılı bir moleküler rotor sonda floresans Şoklama için 4D^14,15,16, karışım Kinematik viskozite azalır ve potansiyel olarak. 4-dimetilamino-4-nitrostilbenes (4-DNS) ailesinin 0,74 70.6 bir Kinematik viskozite aralığı içinde onların güçlü floresan değişimi nedeniyle bize en umut verici görünüyordu mm²∙s ^-1. Bu Aralık de gaz ve dizel bilinen değerleri ile eşleşir.

Bu nedenle 4DNS, 2 - yeteneğini keşfettik [etil [4-[2-(4-nitrophenyl) ethenyl] fenil] amino] etanol (4DNSOH) ve viskozite belirtmek için (E)-4-(2-(ethyl(4-(4-nitrostyryl)phenyl)amino)ethoxy)-4-oxobutanoic asit (4DNSCOOH) intramolecular döndürme ve sonunda verimli dizel katıştırma gazyağı ile hızlı bir sınava bağlı olarak onların floresans aracılığıyla dizel-gaz karışımları. Kullanımı kolay, hassas, güvenilir, uygun maliyetli ve boyutlu küçük tek kullanımlık testidir. Sağlam bir destek olarak filtre kağıdı üzerine probları adsorpsiyon araştırıldı ve analiz bir katıştırılmış smartphone tabanlı floresans okuyucu ile başarılı oldu. Bugün, ubiquitously kullanılabilir akıllı telefonlar optik değişiklikler renk ve floresan gibi algılanması kolay oluşturma ve güçlü yerinde analizleri için önünü yüksek kaliteli fotoğraf makinesi ile donatılmıştır. Biz burada floresan problar kağıt şeritler ile bir smartphone üzerinde adsorbe emisyon ölçümü sahtekarlık algılama yanma yakıtlar güvenilir biçimde¹⁷için kullanılabilir göstermek.

Protokol

1. floresan boyalar (şekil 1A)

1. Piyasada bulunan 4-DNS ve 4-DNS-OH satın alabilirsiniz.
   Not: 4-DNS-COOH ticari olarak mevcut değildir ve 4-DNS-bundan sonra açıklandığı gibi OH hazırlanır.
2. 50 mg (0,16 mmol) 2 - yer [etil [4-[2-(4-nitrophenyl) ethenyl] fenil] amino] etanol, 2 mg (0,016 mmol) 4-dimethylaminopyridine ve 19.2 mg (0,192 mmol) süksinik anhidrit 10 ml Yuvarlak alt şişesi.
3. Argon atmosfer altında Kuru diklorometan 2 ml reaktifleri geçiyoruz.
4. 11,6 µL (0,08 mmol) trietilamin eklemek ve 20 h için tepki karışımı.
5. Reaksiyon ince tabaka Kromatografi tarafından başlangıç malzemeleri nicel dönüşüm kadar izlemek (Rf = 0,61) ürün içine (Rf 0.27 =) belirtilir (hekzan/EtOAc, 4/6, v/v)
6. 2 mL su asitleştirme pH 2 (yaklaşık 10 µL) asetik asitle için önce karışıma ekleyin.
7. Karışım diklorometan her zaman 10 mL ile iki art arda gelen sıvı-sıvı çekimi gerçekleştirerek ayıklayın.
8. Bir kez Birleşmiş organik aşama 10 mL doymuş NaCl (> 359 g L^{– 1}) ile yıkayın.
9. Kuru Na₂ekleyerek organik aşama yani bazı kurutma Ajan toz iyi kadar₄ toz görünür kalır.
10. Ham ürün flash silis sütun Kromatografi ile petrol eter: ethylacetate 1:9 tarafından eluent arındırmak.
    Not: verim elde edildi 49 mg (% 74) istenen ürünüdür.
11. ¹H NMR Analizi arıtılmış ürünün yapısını doğrulamak için DMSO-d₆ ' gerçekleştirmek (δ 8,17 (d, J 8,8 Hz, 2 H =), 7.75 (d, J 8,8 Hz, 2 H =), 7,49 (d, J 8,8 Hz, 2 H =), 7,41 (d, J 16,3 Hz, 1 H =), 7,10 (d, J 16,3 Hz = 1 H), 6.75 (d, J 8,9 Hz, 2 H =), 4.18 (t, J 6.0 Hz, 2 H =), 3,58 (t, J 6.0 Hz, 2 H =), 3,43 (q, J 7.0 Hz, 2 H =), 2,50-(m, 4 H), 2.45 1,10 (t, J 7.0 Hz, 3 H =) ppm).
12. ¹³C NMR Analizi arıtılmış ürün DMSO-d6 içinde yapısını doğrulamak için gerçekleştirmek (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 ppm).
13. Yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi ile pozitif elektro sprey iyonlaşma hesaplanan değeri için karşılık gelen arıtılmış ürünün gerçekleştirmek (C₂₂H₂O₂₅N₆ [M + H]⁺: 413.1707) 413.1713 m/z oranı.

2. başvuru boya sentezi

Not: Sentetik yordamı 8-(phenyl)-1,3,5,7-tetramethyl-2,6-diethyl-4,4-difluoro-4 bora-3a 4a-diaza-s-indacene coşkun ve arkkabul edilmiştir. ¹⁸.

1. Ham ürün sütun Kromatografi silis Toluen ile tarih tarafından eluent arındırmak.
   Not: verim elde edildi 441 mg (% 29) parlak kırmızı kristaller.
2. Yapısını doğrulamak için DMSO-d₆ ' ¹600 MHz saf ürün H NMR analizi gerçekleştirin (δ 0,98 (t, 6 H, J = 7,6 Hz), 1,27 (s, 6 H), 2,29 (q, 4 H, J 7.6 Hz =), 2,53 (s, 6 H), 7,27-7,29 (m, 2 H), 7.46-7,48 (m, 3 H) ppm).
3. Yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi ile pozitif elektro sprey iyonlaşma hesaplanan değeri için karşılık gelen arıtılmış ürünün gerçekleştirmek (C₂₃H₂₈BF₂N₂ [M + H]⁺: 381.2314) 381.2267 m/z oranı.

3. TEST ŞERİDİ İMALAT, YÖNTEM 1.

1. 1 mM çözümleri başvuru boya ve boya 4-DNS, 4-DNS-OH ve 4-DNS-COOH içinde tolüen hazırlayın.
2. 30 × 5 mm filtre Kağıt selüloz şeritler kesin.
3. Yerde yaklaşık 50 Bu şeritler (611 mg) yapışmalı 5 mL flakon 4.5 mL adım 3.1 istenen boya çözeltisi ile birlikte.
4. Şişe ile 20 dk 30 RPM için dikey bir rotator içinde şeritler sallamak.
5. Şişeyi dışında Toluen solüsyonu dökün ve hemen Siklokekzan 4 mL ile doldurulması ve 1dk fazla boyalar yıkamak için 30 RPM için döndürün.
6. Adım 3.5 yıkama işleminden üç kere tekrar edin.
7. Elde edilen Şeker Ölçüm Çubuğu Strip hava oda sıcaklığında 10 min için bir filtre kağıt üzerinde kuru.

4. test şeridi imalat, Yöntem 2.

1. Amination kağıt şeritler.
   1. 30 × 5 mm filtre Kağıt selüloz şeritler kesin.
   2. Duman başlık altında Bu şeritler (308 mg) yaklaşık 20 40 mL Toluen içeren bir şişeye koyun.
   3. 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) 960 µL şişeye ekleyin ve karışımı 24 h için 80 ° C'de ilave edin.
   4. Şeritler balonun kaldır ve etanol iyice 50 mL ile yıkayın.
   5. 50 ° c 2 h için şeritler Kuru
2. Boya aşılama.
   1. Duman başlık altında 4-DNS-COOH (13 µmol) 5 mg 10 ml 25 mL şişe argon atmosfer altında Kuru diklorometan geçiyoruz.
   2. N, eklemekN'- dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 3.3 mg, 16 µmol) ve karboksilik asit 15dk için etkinleştirilmesini sağlar.
   3. Trietilamin (2,2 µL, 16 µmol) ve 18 aminated kağıt şeritler (278 mg) ekleyin.
   4. Ek 2 h için karışımı ilave edin.
   5. Şeritler çözümden kaldırmak ve 25 mL diklorometan ve 25 mL etanol ile yıkayın.

5. örnek ön arıtma.

1. Laboratuvar tedavi
   1. Yer 10 mL taze bir dizel/gazyağı 25 mL şişede karıştırın.
   2. 10 wt % aktif kömür askıya alma ortama uyum sağlar.
   3. Şişeyi 1 h, santrifüj (400 x g, 10 dk) ve kömür kaldırmak için filtre için karıştırın.
2. Otel bünyesindeki tedavi
   1. Satınalma dairesel aktif karbon filtreler 47 mm çapında yüklü.
   2. Yer dört bir 47 mm paslanmaz çelik satır içi filtre tutucu filtreler.
   3. 5 mL taze dizel/gaz karışımı filtreler aracılığıyla bir standart 10 mL şırınga sifonu; yaklaşık 2 mL polisiklik aromatik hidrokarbon ücretsiz çözüm elde edildi.

6. Smartphone okuyucu uygulaması

Not: Bir Android esaslı smartphone ile ortalanmış bir ön kamera akıllı telefon ölçüm sistemi çekirdek kullanıldı. Tüm gerekli optik öğeleri ve 3D baskılı aksesuar bu aygıt için özel yapım. Ancak, diğer akıllı telefon bir CMOS (Tamamlayıcı Metal oksit yarı iletken) kamera ile kullanılabilir. ^{19 , 20}

1. 460, standart 5 mm epoksi LED satın bir ON/OFF düğmesi ve mikro USB bağlantı noktası ile kablo nm, 100 Ω direnç ve bir USB on--go (OTG).
2. USB kablosu OTG yan ters + 5 V güç kırmızı tel izole üzerinde kesme (300 mA) ve Siyah kabloyu yere karşılık gelen.
3. USB kablosu siyah tel kesme ve geçiş arkasında 100 Ω direnç lehim. LED anot lehim + 5V kırmızı tel ve LED katot yere siyah tel.
4. Bir difüzör satın almak ve iki filtre LED ve kamera için genellikle kısa bir uyarma kanal (LED) için filtre geçmek ve bir grup geçmek için emisyon koleksiyonu (kamera) filtre.
5. 3D baskı, belgili tanımlık smartphone üzerinde uyuyor ve farklı optik parçalar Şekil 2' de açıklandığı gibi bir siyah odası (20 x 30 x 40 mm)²¹ inci oluşan entegre bir smartphone durumda.
6. 3D baskı tutmak için bir başvuru ve bir test şeridi Şekil 2 ' de açıklandığı gibi bir şerit sahibi.
7. Uyarma kanal LED, difüzör ve filtre kağıt şeritler 60 ° açılı aydınlatmak için yerleştirerek uygulamak.
8. Okuma kanal smartphone CMOS Kamera önüne filtre yerleştirerek uygulamak.
9. Bir ölçüm başlatmak için şeritler içeren test şeridi tutucu ekleyin.

7. örnek analizi Smartphone tabanlı dedektörü

Not: Analizler sonunda katıştırma düzeyini ekranda Android için Java app(lication) çalıştırarak yapılmıştır. App, resimler alınır, bir bilgisayara verilen ve bir standart resim analiz yazılımı ile analiz.

1. Yeterli kalibrasyon dosyası, burada dizel/gazyağı, yazılım penceresinin sağ üst köşesindeki menü düğmesini tıklayarak yazılımı bellekten seçin.
2. Test şeridini birkaç saniye için cımbız ile test şeridini tutarak dizel örnek daldırma.
3. Aşırı yakıt basit bir kurutma kağıdı ile okşamaya tarafından kaldırın.
4. Yanı sıra başvuru şerit şerit tutucu içinde test şeridini yerleştirin ve tutucu smartphone durumda içine tanıtmak.
   Not: Şeritler floresan görüntüsünü sonra hemen smartphone'un ekranda görüntülenir.
5. Test floresans yoğunluklarını kaydedin ve şeritler başvuru için ateş düğmesine basın.
   Not: Katıştırma derecesini hemen iç algoritması tarafından hesaplanan ve göstermek üstünde perde.

Sonuçlar

İki ticari boya 4-DNS ve 4-DNS-OH ve sentezlenmiş boya 4-DNS-COOH üç yapıdan bir donör ile yerine stilbene çekirdek öğesi içeren (-NR₂) ve bir alıcısı (-NO₂) Grup her iki ucunda, Merkez çift bağ oluşturan sözde 'moleküler rotor' menteşe (Şekil 1A). 4-DNS, bir alkol yan 4-DNS-OH ve karboksilik asit fonksiyonu için 4-DNS-COOH (Şekil 1A) ile sona eriyor bir ester bağlayıcı için de dahi...

Tartışmalar

O dizel ve gaz ile onun farklı karışımlar için ölçülen aralığında viskozite duyarlı bir moleküler rotor boya dayalı bir floresan sonda dizel yakıt katıştırma tespiti için basit ve etkili test şeritleri elde etmek için kullanılmıştır. 4-DNS 550, emisyon yoğunluğu içinde çeşitli dizel/gaz karışımları ilişkilendirir nm gaz oranı arttıkça viskozite bir azalma ile. 24 ° C sıcaklıkta bir doğrusal olmayan floresan % 55'inin Şoklama için % 100'e kadar gözlendi katıştırma gazyağı,...

Malzemeler

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