Ajuste de parâmetros de transporte de solutos no solo utilizando Matlab 6.5

O sucesso na utilização de modelos matemáticos no estudo do transporte de íons no solo está intimamente ligado à precisão com que os parâmetros de transporte envolvidos neste processo são estabelecidos. De maneira geral, tais parâmetros são determinados mediante a resolução de um problema de otimização não linear em que os dados experimentais, obtidos em ensaios de deslocamento miscível, são ajustados a um modelo teórico. Neste sentido, a utilização de softwares de alta performance no ajuste destes parâmetros mostra-se vantajosa, uma vez que, além da consistência e da disponibilidade de ferramentas numéricas preexistentes, possibilita a incorporação de novas rotinas de acordo com o fenômeno que se queira simular. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver, em ambiente MATLAB 6.5, uma rotina computacional para a otimização dos seguintes parâmetros de transporte: fator de retardamento (R) e coeficiente de dispersão (D). A rotina desenvolvida foi aplicada a dados experimentais de três ensaios de deslocamento miscível do íon potássio em colunas preenchidas com um Latossolo Vermelho- -Amarelo, fase arenosa. A qualidade dos ajustes obtidos foi avaliada utilizando-se do coeficiente de exatidão. Concluiu-se que a rotina proposta apresentou ótimo desempenho, o que, além de reforçar a consistência do método numérico utilizado, indica que a rotina proposta neste trabalho pode contribuir com o avanço dos estudos teóricos da dinâmica da água e de solutos em meios porosos não saturados.

Lógica fuzzy e regressão logística na decisão para prática de cintilografia das paratiróides

OBJETIVO: Desenvolver e comparar dois modelos matemáticos, um deles baseado em regressão logística e o outro em teoria de conjuntos fuzzy, para definir a indicação para a realização do exame cintilográfico a partir de resultados dos exames laboratoriais. MÉTODOS: Foram identificados 194 pacientes que tiveram cálcio e paratormônio séricos medidos a partir da base de registros de cintilografia de paratiróides realizadas em laboratório de diagnóstico de São Paulo, no período de janeiro de 2000 a dezembro de 2004. O modelo de regressão logística foi desenvolvido utilizando-se o software SPSS e o modelo fuzzy, o Matlab. A performance dos modelos foi comparada utilizando-se curvas ROC. RESULTADOS: Os modelos apresentaram diferenças estatisticamente significantes (p=0,026) nos seus desempenhos. A área sob a curva ROC do modelo de regressão logística foi de 0,862 (IC 95%: 0,811-0,913) e do modelo de lógica fuzzy foi 0,887 (IC 95%: 0,840-0,933). Este último destacou-se como particularmente útil porque, ao contrário do modelo logístico, mostrou capacidade de utilizar informações de paratormônio em intervalo em que os valores de cálcio mostraram-se pouco discriminantes. CONCLUSÕES: O modelo matemático baseado em teoria de conjuntos fuzzy pareceu ser mais adequado do que o baseado em regressão logística como método para decisão da realização de cintilografia das paratiróides. Todavia, sendo resultado de um exercício metodológico, inferências sobre o comportamento do objeto podem ser impróprias, dada a não representatividade populacional dos dados.

Método para a correção da distorção de imagens obtidas por videofluoroscopia

OBJETIVO: Operacionalizar um protocolo para a correção de imagens obtidas por videofluoroscopia a partir de um modelo matemático descrito por Baltzopoulos (1995) e avaliar a magnitude do erro pelos métodos de calibração linear e não linear. MATERIAIS E MÉTODOS: As imagens foram obtidas por meio de um videofluoroscópio da marca Axion Siemens Iconos R100 de um indivíduo realizando exercício de extensão de joelho. Para a correção das imagens foi utilizado padrão de calibração não-linear. O processamento dos dados foi realizado em placa de captura da marca Silicon Graphics 320 e posteriormente analisado em um "software" Matlab. RESULTADOS: Para demonstrar a aplicabilidade do método foi avaliada a deformação do ligamento patelar. A utilização do padrão de calibração linear produziu um erro máximo de 0,086 mm, enquanto o padrão de calibração não linear atingiu um valor máximo de 0,019 mm. Já com relação ao erro médio, a calibração linear atingiu o valor de 0,024 mm, e a não linear apresentou um valor de 0,007 mm. CONCLUSÃO: Os resultados evidenciam a necessidade de utilização de um procedimento de calibração não linear.

Susceptibility weighted imaging: differentiating between calcification and hemosiderin

Objective:To present a detailed explanation on the processing of magnetic susceptibility weighted imaging (SWI), demonstrating the effects of echo time and sensitive mask on the differentiation between calcification and hemosiderin.Materials and Methods:Computed tomography and magnetic resonance (magnitude and phase) images of six patients (age range 41– 54 years; four men) were retrospectively selected. The SWI images processing was performed using the Matlab’s own routine.Results:Four out of the six patients showed calcifications at computed tomography images and their SWI images demonstrated hyperintense signal at the calcification regions. The other patients did not show any calcifications at computed tomography, and SWI revealed the presence of hemosiderin deposits with hypointense signal.Conclusion:The selection of echo time and of the mask may change all the information on SWI images, and compromise the diagnostic reliability. Amongst the possible masks, the authors highlight that the sigmoid mask allows for contrasting calcifications and hemosiderin on a single SWI image.

Quimiometria I: calibração multivariada, um tutorial

The aim of this work is to present a tutorial on Multivariate Calibration, a tool which is nowadays necessary in basically most laboratories but very often misused. The basic concepts of preprocessing, principal component analysis (PCA), principal component regression (PCR) and partial least squares (PLS) are given. The two basic steps on any calibration procedure: model building and validation are fully discussed. The concepts of cross validation (to determine the number of factors to be used in the model), leverage and studentized residuals (to detect outliers) for the validation step are given. The whole calibration procedure is illustrated using spectra recorded for ternary mixtures of 2,4,6 trinitrophenolate, 2,4 dinitrophenolate and 2,5 dinitrophenolate followed by the concentration prediction of these three chemical species during a diffusion experiment through a hydrophobic liquid membrane. MATLAB software is used for numerical calculations. Most of the commands for the analysis are provided in order to allow a non-specialist to follow step by step the analysis.

Utilização de filtro de transformada de fourier para a minimização de ruídos em sinais analíticos

Instrumental data always present some noise. The analytical data information and instrumental noise generally has different frequencies. Thus is possible to remove the noise using a digital filter based on Fourier transform and inverse Fourier transform. This procedure enhance the signal/noise ratio and consecutively increase the detection limits on instrumental analysis. The basic principle of Fourier transform filter with modifications implemented to improve its performance is presented. A numerical example, as well as a real voltammetric example are showed to demonstrate the Fourier transform filter implementation. The programs to perform the Fourier transform filter, in Matlab and Visual Basic languages, are included as appendices

Estudo comparativo sobre filtragem de sinais instrumentais usando transformadas de Fourier e Wavelet

A comparative study of the Fourier (FT) and the wavelet transforms (WT) for instrumental signal denoising is presented. The basic principles of wavelet theory are described in a succinct and simplified manner. For illustration, FT and WT are used to filter UV-VIS and plasma emission spectra using MATLAB software for computation. Results show that FT and WT filters are comparable when the signal does not display sharp peaks (UV-VIS spectra), but the WT yields a better filtering when the filling factor of the signal is small (plasma spectra), since it causes low peak distortion.

Experimento didático de quimiometria para análise exploratória de óleos vegetais comestíveis por espectroscopia no infravermelho médio e análise de componentes principais: um tutorial, parte I

This manuscript aims to show the basic concepts and practical application of Principal Component Analysis (PCA) as a tutorial, using Matlab or Octave computing environment for beginners, undergraduate and graduate students. As a practical example it is shown the exploratory analysis of edible vegetable oils by mid infrared spectroscopy.

Filtros digitais por transformadas de Fourier aplicados em eletroquímica

The electrochemical properties of micro and nano-electrodes are widely investigated due to their low faradaic and capacitive currents, leading to a new generation of smart and implantable devices. However, the current signals obtained in low-dimensional devices are strongly influenced by noise sources. In this paper, we show the evaluation of filters based on Fast Fourier Transform (FFT) and their implementation in a graphical user interface (GUI) in MATLAB��. As a case study, we evaluated an electrochemical reaction process of charge transfer via outer-sphere. Results showed successful removal of most of the noise in signals, thus proving a promising tool for low-scale measurement.

Experimento didático de quimiometria para calibração multivariada na determinação de paracetamol em comprimidos comerciais utilizando espectroscopia no infravermelho próximo: um tutorial, parte II

The aim of this manuscript was to show the basic concepts and practical application of Partial Least Squares (PLS) as a tutorial, using the Matlab computing environment for beginners, undergraduate and graduate students. As a practical example, the determination of the drug paracetamol in commercial tablets using Near-Infrared (NIR) spectroscopy and Partial Least Squares (PLS) regression was shown, an experiment that has been successfully carried out at the Chemical Institute of Campinas State University for chemistry undergraduate course students to introduce the basic concepts of multivariate calibration in a practical way.

Experimento didático de quimiometria para planejamento de experimentos: avaliação das condições experimentais na determinação espectrofotométrica de ferro II com o-fenantrolina. Um tutorial, parte III

The objective of this manuscript is to describe a practical experiment that can be employed for teaching concepts related to design of experiments using Matlab or Octave computing environment to beginners, undergraduate and graduate students. The classical experiment for determination of Fe (II) using o-phenanthroline was selected because it is easy to understand, and all the required materials are readily available in most analytical laboratories. The approach used in this tutorial is divided in two steps: first, the students are introduced to the concept of multivariate effects, how to calculate and interpret them, and the construction and evaluation of a linear model to describe the experimental domain by using a 2³ factorial design. Second, an extension of the factorial design by adding axial points is described, thereby, providing a central composite design. The quadratic model is then introduced and used to build the response surface.

Automatic evaluation and data generation for analytical chemistry instrumental analysis exercises

In general, laboratory activities are costly in terms of time, space, and money. As such, the ability to provide realistically simulated laboratory data that enables students to practice data analysis techniques as a complementary activity would be expected to reduce these costs while opening up very interesting possibilities. In the present work, a novel methodology is presented for design of analytical chemistry instrumental analysis exercises that can be automatically personalized for each student and the results evaluated immediately. The proposed system provides each student with a different set of experimental data generated randomly while satisfying a set of constraints, rather than using data obtained from actual laboratory work. This allows the instructor to provide students with a set of practical problems to complement their regular laboratory work along with the corresponding feedback provided by the system's automatic evaluation process. To this end, the Goodle Grading Management System (GMS), an innovative web-based educational tool for automating the collection and assessment of practical exercises for engineering and scientific courses, was developed. The proposed methodology takes full advantage of the Goodle GMS fusion code architecture. The design of a particular exercise is provided ad hoc by the instructor and requires basic Matlab knowledge. The system has been employed with satisfactory results in several university courses. To demonstrate the automatic evaluation process, three exercises are presented in detail. The first exercise involves a linear regression analysis of data and the calculation of the quality parameters of an instrumental analysis method. The second and third exercises address two different comparison tests, a comparison test of the mean and a t-paired test.

CHEMOSTAT, UM SOFTWARE GRATUITO PARA ANÁLISE EXPLORATÓRIA DE DADOS MULTIVARIADOS

The objective of this work was to develop a free access exploratory data analysis software application for academic use that is easy to install and can be handled without user-level programming due to extensive use of chemometrics and its association with applications that require purchased licenses or routines. The developed software, called Chemostat, employs Hierarchical Cluster Analysis (HCA), Principal Component Analysis (PCA), intervals Principal Component Analysis (iPCA), as well as correction methods, data transformation and outlier detection. The data can be imported from the clipboard, text files, ASCII or FT-IR Perkin-Elmer “.sp” files. It generates a variety of charts and tables that allow the analysis of results that can be exported in several formats. The main features of the software were tested using midinfrared and near-infrared spectra in vegetable oils and digital images obtained from different types of commercial diesel. In order to validate the software results, the same sets of data were analyzed using Matlab© and the results in both applications matched in various combinations. In addition to the desktop version, the reuse of algorithms allowed an online version to be provided that offers a unique experience on the web. Both applications are available in English.

Modelagem matemática e simulação numérica do resfriamento rápido de morango com ar forçado

Este trabalho abordou o resfriamento rápido com ar forçado de morango via simulação numérica. Para tanto, foi empregado o modelo matemático que descreve o processo de transferência de calor, com base na lei de Fourier, escrito em coordenadas esféricas e simplificado para descrever o processo unidimensional. A resolução da equação expressa pelo modelo matemático deu-se por meio da implementação de um algoritmo, fundamentado no esquema explícito do método numérico das diferenças finitas, executado no ambiente de computação científica MATLAB 6.1. A validação do modelo matemático foi realizada a partir da comparação de dados teóricos com dados obtidos num experimento, no qual morangos foram resfriados com ar forçado. Os resultados mostraram que esse tipo de investigação para a determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção é promissora como ferramenta no suporte à decisão do uso ou desenvolvimento de equipamentos na área de resfriamento rápido de frutos esféricos com ar forçado.

Estimativa das condições de conforto térmico para avicultura de postura usando a teoria dos conjuntos Fuzzy

Neste trabalho, foi utilizada uma ferramenta matemática promissora na análise de sistemas e/ou processos, particularmente na área de produção animal. Essa ferramenta é a desenvolvida segundo a abordagem da teoria dos Conjuntos Fuzzy e, neste caso específico, permitiu a análise da composição das variáveis climáticas independentes, como temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar, que influenciam na variável dependente denominada conforto térmico das aves. Foi realizada a construção de regras baseadas na intuição humana, segundo o conhecimento de especialistas da área, a partir do que é possível simular cenários distintos para o suporte à decisão de construção de galpões para abrigo a animais. Neste trabalho, foi estimado o conforto térmico para alojamento de aves poedeiras em produção. Os resultados foram analisados, usando-se o ambiente de computação científica MATLAB 6.5, o que pode ser realizado iterativamente a cada cenário gerado. Com base nos resultados obtidos, pode-se analisar as condições de conforto para distintas composições das variáveis de entrada.