Desenvolvimento e aplicação de modelo de calibração multivariada para determinação de açúcares e ácidos orgânicos em bebidas comerciais utilizando espectroscopia no infravermelho

The routine analysis for quantization of organic acids and sugars are generally slow methods that involve the use and preparation of several reagents, require trained professional, the availability of special equipment and is expensive. In this context, it has been increasing investment in research whose purpose is the development of substitutive methods to reference, which are faster, cheap and simple, and infrared spectroscopy have been highlighted in this regard. The present study developed multivariate calibration models for the simultaneous and quantitative determination of ascorbic acid, citric, malic and tartaric and sugars sucrose, glucose and fructose, and soluble solids in juices and fruit nectars and classification models for ACP. We used methods of spectroscopy in the near infrared (Near Infrared, NIR) in association with the method regression of partial least squares (PLS). Were used 42 samples between juices and fruit nectars commercially available in local shops. For the construction of the models were performed with reference analysis using high-performance liquid chromatography (HPLC) and refractometry for the analysis of soluble solids. Subsequently, the acquisition of the spectra was done in triplicate, in the spectral range 12500 to 4000 cm-1. The best models were applied to the quantification of analytes in study on natural juices and juice samples produced in the Paraná Southwest Region. The juices used in the application of the models also underwent physical and chemical analysis. Validation of chromatographic methodology has shown satisfactory results, since the external calibration curve obtained R-square value (R2) above 0.98 and coefficient of variation (%CV) for intermediate precision and repeatability below 8.83%. Through the Principal Component Analysis (PCA) was possible to separate samples of juices into two major groups, grape and apple and tangerine and orange, while for nectars groups separated guava and grape, and pineapple and apple. Different validation methods, and pre-processes that were used separately and in combination, were obtained with multivariate calibration models with average forecast square error (RMSEP) and cross validation (RMSECV) errors below 1.33 and 1.53 g.100 mL-1, respectively and R2 above 0.771, except for malic acid. The physicochemical analysis enabled the characterization of drinks, including the pH working range (variation of 2.83 to 5.79) and acidity within the parameters Regulation for each flavor. Regression models have demonstrated the possibility of determining both ascorbic acids, citric, malic and tartaric with successfully, besides sucrose, glucose and fructose by means of only a spectrum, suggesting that the models are economically viable for quality control and product standardization in the fruit juice and nectars processing industry.

Análise quantitativa de alcanolaminas e CO2 no processo de absorção química via espectroscopia no infravermelho

Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)

Desenvolvimento e validação de metodologia analítica para quantificação de urânio em compostos do ciclo do combustível nuclear por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Análise por meio de espectroscopia de emissão óptica das espécies ativas em nitretação iônica e gaiola catódica

Plasma process like ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding are utilized in order to become hard surface of steels. The ionic nitriding is already accepted in the industry while cathodic cage plasma nitriding process is in industrial implementation stage. Those process depend of plasma parameters like electronic and ionic temperature (Te, Ti), species density (ne, ni) and of distribution function of these species. In the present work, the plasma used to those two processes has been observed through Optical Emission Spectroscopy OES technique in order to identify presents species in the treatment ambient and relatively quantify them. So plasma of typical mixtures like N2 H2 has been monitored through in order to study evolution of those species during the process. Moreover, it has been realized a systematic study about leaks, also thought OES, that accomplish the evolution of contaminant species arising because there is flux of atmosphere to inside nitriding chamber and in what conditions the species are sufficiently reduced. Finally, to describe the physic mechanism that acts on both coating techniques ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding

Quantificação do ião cálcio nas uvas e vinhos brancos por espectroscopia de infravermelho

Com o objetivo de diminuir a incidência das leveduras encapsulas em alginato se aglomerarem na segunda fermentação em garrafa e reduzir custos associados à sua eliminação, pretendeu-se utilizar a metodologia NIR para determinar a quantidade de cálcio no vinho. Foram quantificados outros minerais para avaliar hipotéticos antagonismos iónicos. Observou-se também que este controlo de qualidade poderá ser efetuado no mosto. Atualmente este controlo é realizado por metodologias de análise de referência bastante morosas como EAA. Contudo a metodologia NIR demonstrou ser uma boa alternativa no controlo dos parâ-metros de qualidade na produção de vinho espumante, permitindo a diminuição do tempo de análise e de resíduos. No desenvolvimento dos modelos matemáticos para a calibração do NIR utilizaram-se 79 vinhos brancos e 60 amostras de mosto. Foram desenvolvidos 11 modelos de calibração onde o coeficiente de correlação foi, em aproximadamente 58% dos casos, maior que 0,99; ABSTRACT: In order to reduce the incidence of alginate beads aggregation during the second fermentation in the bottle and to reduce costs associated with their disposal, it was used the NIR technology to quantify calcium content in the wine. Other minerals were also quantified in order to evaluate possible ionic antagonisms. Quality control is usually done in the base wine but it can also be evaluated in the must. Currently this control was carried out by reference analysis methodologies generally rather slow as AAS. However NIR proved to be a good alternative technique in the control of quality parameters of wine production, allowing the reduction of the analysis time and waste. In order to develop mathematical models for the calibration of NIR it was used 79 white wine samples and 60 must samples. Eleven calibration models have been developed, where the correlation coeffi-cient was, in approximately 58% of cases, greater than 0,99.

Desenvolvimento de método para discriminação entre marcas de uísque e identificação de adulteração por espectroscopia UV-Vis e PLS-DA

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015.

1º Workshop de Aplicações de Espectroscopia NIR e Quimiometria em Análise de Solos: Embrapa Solos - Rio de Janeiro de 04 a 05 de dezembro de 2014.

O presente texto visa documentar os resumos de oito palestras ministradas no 1º Workshop de Aplicações de Espectroscopia NIR e Quimiometria em Análise de Solos. Os principais temas abordados neste texto são: (1) preparo de amostras de solo para Espectroscopia NIR; (2) técnicas quimiométricas aplicadas à espectroscopia NIR; (3) desenvolvimento e validação de métodos multivariados em espectroscopia NIR; (4) figuras de mérito em análise multivariada; e (5) aplicação da espectroscopia NIR em matrizes de interesse agronômico.

Estudo da homogeneidade e discriminação de madeiras através de espectroscopia de imagens, imagens digitais e ferramentas quimiométricas

Tese (doutorado)–Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016.

Espectroscopia no infravermelho próximo para a quantificação de carbono em solos da bacia do Acre.

Diversas técnicas analíticas podem ser usadas na determinação carbono do solo, predominando no Brasil métodos baseados na oxidação da matéria orgânica na presença de dicromato de potássio em meio ácido ou na análise elementar. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da estimativa do teor de carbono em solos da bacia do Acre por meio de espectroscopia NIR combinada com calibração por análise multivariada. Foram utilizadas 190 amostras de solos, coletadas em diversas localidades da bacia do Acre, para testar a espectroscopia NIR na determinação de teor de carbono no solo, comparativamente aos métodos de oxidação por dicromato em meio ácido e a análise elementar. Tomando-se como referência o método do analisador elementar, verifica-se que o método da oxidação recuperou, em média, 63,8 % do carbono determinado pelo método de referência. Sugere-se que para determinação do teor total de carbono solo a partir do método da oxidação seja adotado o coeficiente de 1,55 para corrigir os valores para o total de carbono do solo. Quanto ao uso da espectroscopia NIR, o modelo desenvolvido para análise de carbono de solos da bacia do Acre por espectroscopia NIR apresentou classificação boa segundo os valores de R e classificação excelente segundo os valores de RMSEC < RMSEP e RPD, tendo como referência o carbono determinado pelo método da análise elementar.

Avaliação do desempenho de modelos para previsão da proteína bruta e da digestibilidade da vagem da algaroba usando espectroscopia NIR.

Objetivou-se desenvolver modelos para prever a concentração de proteína bruta (PB) e a digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS) deste alimento por meio da espectroscopia NIR avaliando duas formas de preparação da amostra e dois equipamentos NIR. Conclui-se, que modelos desenvolvidos com espectros de vagem de algaroba pré-secas e moídas, tanto em equipamento Perten quanto em FOSS, foram considerados confiáveis e com desempenho superior àqueles desenvolvidos com amostras frescas.

Aplicação de espectroscopia de infravermelho FTIR para quantificação de álcoois em soluções.

A espectroscopia no infravermelho médio com transformada de Fourier (FTIR) é uma técnica alternativa de quantificação rápida, fácil manuseio, baixo custo e ampla aplicabilidade. O presente estudo utilizou-se da FTIR associada à análise de regressão linear pelo método dos mínimos quadrados e análise gráfica dos espectrogramas para quantificar diferentes concentrações de metanol, etanol e propanol em soluções-padrão. As concentrações das soluções foram 0,1%; 0,25%; 0,5%; 1%; 2%; 3%; 4%; 5%; 10%; 20%; 30%; 40%; 50%; 60%;75% e 99,9 % de metanol, etanol e propanol. Observaram-se picos de absorbância de 0,106 para metanol; 0,070 para etanol e 0,143 para propanol, que correspondem aos números de onda 1017,0; 1043,7 e 1125,7 cm-1, respectivamente. A relação absorbância vs. concentração de álcoois metanol, etanol, e propanol mostrou as seguintes equações: y = 0,0055x + 0,0427 com R2 de 0,9893; y = 0,0061x + 0,0928 com R2 de 0,9937 e y = 0,002x + 0,0475 com R2 de 0,9938, descrevendo a concentração de álcool para um determinado volume de solução. A técnica mostrou boa aplicabilidade na determinação de álcoois metanol, metano e propanol na faixa de concentração de 2% a 60%.

Espectroscopia Mössbauer na caracterização de compostos ferrosos em solos e sua relação com retenção de fósforo.

O presente trabalho teve como objetivos: caracterizar, especialmente por espectroscopia Mössbauer na temperatura do ambiente (~298 K) e a 110 K, as espécies químicas ferruginosas ocorrentes em Latossolos brasileiros representativos e relacioná-los com a capacidade de adsorção de fósforo, para os pedossistemas selecionados.

Uso da espectroscopia de reflectância do infravermelho próximo (NIRS) para previsão da composição bromatológica de vagens de algaroba e palma forrageira.

Espécies forrageiras adaptadas às condições semiáridas são uma alternativa para reduzir os impactos negativos na cadeia produtiva de ruminantes da região Nordeste brasileira devido à sazonalidade na oferta de forragem, além de reduzir custo com o fornecimento de alimentos concentrados. Dentre as espécies, a vagem de algaroba (Prosopis juliflora SW D.C.) e palma forrageira (Opuntia e Nopalea) ganham destaque por tolerarem o déficit hídrico e produzirem em períodos onde a oferta de forragem está reduzida, além de apresentam bom valor nutricional e serem bem aceitas pelos animais. Porém, devido à variação na sua composição, seu uso na alimentação animal exige o conhecimento profundo da sua composição para a elaboração de dietas balanceadas. No entanto, devido ao custo e tempo para análise, os produtores não fazem uso da prática de análise da composição químico-bromatológica dos alimentos. Por isto, a espectroscopia de reflectância no infravermelho próximo (NIRS) representa uma importante alternativa aos métodos tradicionais. Objetivou-se com este estudo desenvolver e validar modelos de predição da composição bromatológica de vagem de algaroba e palma forrageira baseados em espectroscopia NIRS, escaneadas em dois modelos de equipamentos e com diferentes processamentos da amostra. Foram coletadas amostras de vagem de algaroba nos estados do Ceará, Bahia, Paraíba e Pernambuco, e amostras de palma forrageira nos estados do Ceará, Paraíba e Pernambuco, frescas (in natura) ou pré-secas e moídas. Para obtenção dos espectros utilizaram-se dois equipamentos NIR, Perten DA 7250 e FOSS 5000. Inicialmente os alimentos foram escaneados in natura em aparelho do modelo Perten, e, com o auxílio do software The Unscrambler 10.2 foi selecionado um grupo de amostras para o banco de calibração. As amostras selecionadas foram secas e moídas, e escaneadas novamente em equipamentos Perten e FOSS. Os valores dos parâmetros de referência foram obtidos por meio de metodologias tradicionalmente aplicadas em laboratório de nutrição animal para matéria seca (MS), matéria mineral (MM), matéria orgânica (MO), proteína bruta (PB), estrato etéreo (EE), fibra solúvel em detergente neutro (FDN), fibra solúvel em detergente ácido (FDA), hemicelulose (HEM) e digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). O desempenho dos modelos foi avaliado de acordo com os erros médios de calibração (RMSEC) e validação (RMSECV), coeficiente de determinação (R2 ) e da relação de desempenho de desvio dos modelos (RPD). A análise exploratória dos dados, por meio de tratamentos espectrais e análise de componentes principais (PCA), demonstraram que os bancos de dados eram similares entre si, dando segurança de desenvolver os modelos com todas as amostras selecionadas em um único modelo para cada alimento, algaroba e palma. Na avaliação dos resultados de referência, observou-se que a variação dos resultados para cada parâmetro corroboraram com os descritos na literatura. No desempenho dos modelos, aqueles desenvolvidos com pré-processamento da amostra (pré-secagem e moagem) se mostraram mais robustos do que aqueles construídos com amostras in natura. O aparelho NIRS Perten apresentou desempenho semelhante ao equipamento FOSS, apesar desse último cobrir uma faixa espectral maior e com intervalos de leituras menores. A técnica NIR, associada ao método de calibração multivariada de regressão por meio de quadrados mínimos (PLS), mostrou-se confiável para prever a composição químico-bromatológica de vagem de algaroba e da palma forrageira. Abstract: Forage species adapted to semi-arid conditions are an alternative to reduce the negative impacts in the feed supply for ruminants in the Brazilian Northeast region, due to seasonality in forage availability, as well as in the reducing of cost by providing concentrated feedstuffs. Among the species, mesquite pods (Prosopis juliflora SW DC) and spineless cactus (Opuntia and Nopalea) are highlighted for tolerating the drought and producion in periods where the forage is scarce, and have high nutritional value and also are well accepted by the animals. However, its use in animal diets requires a knowledge about its composition to prepare balanced diets. However, farmers usually do not use feed composition analysis, because their high cost and time-consuming. Thus, the Near Infrared Reflectance Spectroscopy in the (NIRS) is an important alternative to traditional methods. The objective of this study to develop and validate predictive models of the chemical composition of mesquite pods and spineless cactus-based NIRS spectroscopy, scanned in two different spectrometers and sample processing. Mesquite pods samples were collected in the states of Ceará, Bahia, Paraiba and Pernambuco, and samples of forage cactus in the states of Ceará, Paraíba and Pernambuco. In order to obtain the spectra, it was used two NIR equipment: Perten DA 7250 and FOSS 5000. sSpectra of samples were initially obtained fresh (as received) using Perten instrument, and with The Unscrambler software 10.2, a group of subsamples was selected to model development, keeping out redundant ones. The selected samples were dried and ground, and scanned again in both Perten and FOSS instruments. The values of the reference analysis were obtained by methods traditionally applied in animal nutrition laboratory to dry matter (DM), mineral matter (MM), organic matter (OM), crude protein (CP), ether extract (EE), soluble neutral detergent fiber (NDF), soluble acid detergent fiber (ADF), hemicellulose ( HEM) and in vitro digestibility of dry matter (DIVDM). The performance of the models was evaluated according to the Root Mean Square Error of Calibration (RMSEC) and cross-validation (RMSECV), coefficient of determination (R2 ) and the deviation of Ratio of performance Deviation of the models (RPD). Exploratory data analysis through spectral treatments and principal component analysis (PCA), showed that the databases were similar to each other, and may be treated asa single model for each feed - mesquite pods and cactus. Evaluating the reference results, it was observed that the variation were similar to those reported in the literature. Comparing the preprocessing of samples, the performance ofthose developed with preprocessing (dried and ground) of the sample were more robust than those built with fresh samples. The NIRS Perten device performance similar to FOSS equipment, although the latter cover a larger spectral range and with lower readings intervals. NIR technology associate do multivariate techniques is reliable to predict the bromatological composition of mesquite pods and cactus.