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.

Análise de componentes principais de pães de forma formulados com farinha de yacon (Smallanthus sonchifolius (Poepp.) H. Rob.)

O yacon, tubérculo de origem andina, vem sendo cada vez mais aplicado na tecnologia de alimentos, em virtude de suas propriedades funcionais, por ser fonte de inulina e fruto-oligossacarídeos, considerados prebióticos. Foram preparadas três formulações de pães, sendo uma padrão e duas testes contendo farinha de yacon, denominadas de amostra P (pão padrão, sem farinha de yacon), amostra A (pão com 6% de farinha de yacon e 3% de gordura) e amostra B (pão com 11% de farinha de yacon sem adição de gordura). Para a avaliação sensorial foi realizada a Análise Descritiva Quantitativa (ADQ), utilizando-se 11 provadores treinados, os quais definiram 10 atributos sensoriais (aroma, cor, porosidade e uniformidade do miolo, sabor, textura, umectância, untuosidade, adesividade e qualidade global). Também foi realizada análise física dos pães, por meio da caracterização cromática. Os resultados da ADQ foram analisados por análise de variância e testes de médias de Duncan, a 5% de significância. Os resultados da ADQ foram representados graficamente por análise multivariada de análise de componentes principais (ACP). Nao houve diferença entre as amostras A e B em relação aos atributos porosidade, textura, sabor e qualidade global. A amostra A obteve média maior em atributos sensoriais indesejáveis como aderência, enquanto a amostra B apresentou maior média para o atributo umectância, devido ao maior teor de yacon. Na ACP, a soma de componentes principais 1 e 2 foi de 97,59%, ou seja, a variabilidade entre as amostras foi quase totalmente explicada por estes dois componentes. Os resultados obtidos demonstram o grande potencial para o desenvolvimento de novos produtos utilizando alimentos fontes de prebióticos, como os frutanos do yacon.

Avaliação da variabilidade do estado nutricional e produtividade de café por meio da análise de componentes principais e geoestatística

Determinar o estado nutricional das plantas traz diversas contribuições à cafeicultura, principalmente quando esse estado é avaliado, considerando-se a variação espacial existente nos campos de produção. Este experimento objetivou analisar a variabilidade espacial do estado nutricional e da produtividade de café arábica, utilizando técnicas de análise de componentes principais (ACP) e geoestatística. O experimento foi desenvolvido em uma malha de 50 pontos amostrais, montada em uma lavoura de Coffea arabica L., variedade Catuaí. Realizaram-se amostragens foliares para avaliação dos macro e micronutrientes e coletas de frutos para o levantamento da produtividade. Os dados foram submetidos à ACP, para transformação dos valores de nutrientes em novas variáveis e, em seguida, submetidos à geoestatística, para quantificar o grau de dependência espacial dos componentes principais e da produtividade. A aplicação conjunta de ACP e geoestatística permitiu estudar de forma eficiente o estado nutricional das plantas. A lavoura estudada apresenta desequilíbrio nutricional, sendo o excesso de N e de Cu limitantes à produtividade da cultura, mesmo em locais com adequada concentração foliar dos demais nutrientes.

Análise e comparação da utilização de métodos de Análise de Componentes Principais na descrição da relação entre a profundidade de um solo florestal e algumas das suas propriedades geoquímicas

Neste trabalho apresentam-se os resultados da analise e comparação da utilização da Análise de Componentes Principais Clássica (ACP) e a Análise de Componentes Principais Robusta (ACPR) na descrição da relação entre a profundidade de um solo florestal e as alterações em quatro propriedades geoquímicas fundamentais. Os resultados obtidos reconhecem que, neste tipo de dados e cala local, a utilização da ACPR deve ser utilizada em detrimento da ACP e que o procedimento de amostragem de solos pouco férteis, como é o caso dos solos florestais, pode ser aliviado em termos de detalhe em profundidade por uma amostragem a uma altura única de 18cm mas deve, contudo, ser efectuada estrategicamente, dado que a localização dos pontos de amostragem revela ter significativa influência nos resultados obtidos.

Sobre a análise em componentes principais

A análise em componentes principais é provavelmente a mais antiga e melhor conhecida matéria estatística da análise multivariada. O seu estudo sofreu bastante evolução com o advento dos computadores sendo hoje obrigatório incluir um módulo sobre análise em componentes principais em qualquer pacote estatístico multivariado.

Análise de componentes principais de atributos físicos, químicos e mineralógicos de solos do bioma cerrado

Com o intuito de avaliar diferenças de comportamento entre solos das superfícies geomórficas Sul-Americana e Velhas da região dos Cerrados, todos sob uso atual de cobertura vegetal nativa, foram realizadas caracterizações físicas, químicas e mineralógicas, bem como feitas análises de componentes principais desses atributos. Com os solos referenciados por sub-região e pela superfície geomórfica que representam, três agrupamentos foram constituídos: Grupo 1: solos de textura argilosa a muito argilosa e hipo a mesoférricos; Grupo 2: solos de textura média a arenosa e hipoférricos; e Grupo 3: solos de textura argilosa a muito argilosa e férricos. A retenção de água dos horizontes superficiais dos solos estudados foi positivamente correlacionada com os teores de argila e carbono orgânico. Os solos do Grupo 3 apresentaram a maior oferta de bases trocáveis dos horizontes superficiais, o que foi relacionado, em grande parte, com a maior reciclagem imposta pela formação florestal local, quando comparada à da formação de cerrado, presente em 31 dos 33 perfis de solos dos Grupos 1 e 2. O Grupo 3, diferenciado pelos elevados teores de Fe herdados do material de origem, é o grupo mais homogêneo em termos mineralógicos, com todos os perfis hematíticos. Os Grupos 1 e 2 apresentam sobreposição de composição mineralógica, sendo o Grupo 1, em termos médios, mais gibbsítico do que o Grupo 2. A maior eficácia do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, relativamente ao Soil Taxonomy, em discriminar os solos estudados é resultante do uso do caráter férrico concomitantemente a outros atributos comuns aos dois sistemas. A análise de componentes principais auxiliou no entendimento das diferenças e similaridades dos ambientes pedológicos separados no campo.

Análise dos componentes principais e métodos multicritério ordinais no estudo de organossolos e solos afins

Uma importante propriedade dos Organossolos, e de outros solos com alto teor de C orgânico para predizer o potencial de uso e riscos de degradação, é o grau de subsidência (perda de massa e volume). Nos Organossolos ocorrem diferentes riscos de subsidência, resultantes de seus atributos, em especial da natureza da matéria orgânica e do ambiente de deposição. Este estudo foi realizado com dados de 19 perfis de solos de diferentes regiões do Brasil. Foram adotados os procedimentos da SBCS para descrição e coleta dos perfis, e os métodos analíticos da Embrapa Solos para caracterização dos solos. A análise dos componentes principais foi utilizada para agrupar os perfis com o auxílio de atributos morfológicos, físicos, químicos e do ambiente de ocorrência e mostrou-se adequada no agrupamento dos solos estudados com base em seus atributos, comparando-se com a sua taxonomia. Neste artigo foram usados os métodos multicritério ordinais de Borda, Condorcet e Copeland para ordenar, segundo o risco de subsidência, os perfis de Organossolos estudados. Os resultados mostram correlação entre os métodos (exceto Condorcet, que não foi capaz de ordenar as alternativas) e o resíduo mínimo, parâmetro usual para avaliar subsidência. Isso indica eficácia para ordenar/classificar os perfis de solos estudados quanto ao risco de subsidência. Os métodos quantitativos utilizados neste trabalho mostraram-se promissores como ferramentas em estudos na Ciência do Solo.

Solução do Solo e Análise de Componentes Principais para Monitoramento da Aplicação de Lodo de Esgoto

O uso agrícola do lodo é uma alternativa viável para a reciclagem de nutrientes, embora haja certa preocupação com o aumento de espécies químicas solúveis originadas da mineralização da fração orgânica. Assim, para conhecer a disponibilidade de nutrientes e o risco de contaminação do solo e da água, o estudo da solução do solo é uma ferramenta valiosa. Nesses estudos, o número de variáveis utilizadas ultrapassa facilmente uma dezena, e ferramentas de análise exploratória, como a análise de componentes principais (ACP), revelam a existência ou não de amostras anômalas, de relações entre as variáveis medidas e sua contribuição relativa e de relações ou agrupamentos entre amostras. O objetivo deste trabalho foi identificar variáveis relacionadas com a solução do solo e alteradas, em razão do uso do lodo de esgoto e da adubação mineral, de forma a complementar os procedimentos para monitoramento/avaliação de áreas que recebem esse tipo de resíduo. A composição da solução do solo de uma área que recebeu lodo de esgoto por sete anos consecutivos foi estudada dos 22 aos 46 meses após a sua última aplicação. Com a solução do solo foi possível, por meio da ACP, distinguir as áreas em função da adubação aplicada. Após quatro anos da interrupção das aplicações sucessivas de lodo de esgoto, não verificou-se concentração apreciável de metais na solução do solo, embora ainda seja possível identificar traços da mineralização do resíduo. As variáveis pH, Mn2+, COD, SO4(2-), NO3- e NH4+ na solução do solo podem ser utilizadas no monitoramento de áreas tratadas com lodo de esgoto.

Análise de componentes principais de atributos químicos e físicos do solo limitantes à produtividade de grãos

O objetivo deste trabalho foi avaliar, por meio da análise dos componentes principais, a redução na dimensionalidade de atributos químicos e físicos do solo para a compreensão da variabilidade espacial e temporal da produtividade de culturas de grãos. A área experimental, de 54 ha, é manejada em agricultura de precisão há oito anos. Com base em seis mapas de colheita (soja - safra 2000/2001; milho - 2001/2002; soja - 2002/2003; trigo - 2003; soja - 2003/2004; e milho - 2004/2005), a área foi dividida em três zonas de produtividade de grãos (alta, média e baixa). Foram definidos 15 pontos georreferenciados representativos, para determinação de atributos químicos e físicos do solo, o que totalizou 63 variáveis analisadas. Entre os atributos químicos, o elevado teor de K no solo é o que melhor explica a variabilidade espacial da produtividade das culturas de grãos, provavelmente em razão do desbalanço das relações Ca:K e Mg:K. A zona de baixa produtividade apresentou baixa qualidade física do solo. Neste caso, a infiltração de água no solo, isoladamente, é a variável que melhor explica o desempenho das culturas de grãos. A análise dos componentes principais dos atributos químicos e físicos do solo é estratégia eficiente para explicar a variabilidade espacial e temporal da produtividade de culturas de grãos.

Aplicação de análise de componentes principais para verificação de atribuições de sinais nos espetros de RMN ¹H: o caso dos 3-aril (1,2,4)-oxadiazol-5-carboidrazida benzilidenos

The ¹H NMR data set of a series of 3-aryl (1,2,4)-oxadiazol-5-carbohydrazide benzylidene derivatives synthesized in our group was analyzed using the chemometric technique of principal component analysis (PCA). Using the original ¹H NMR data PCA allowed identifying some misassignments of the proton aromatic chemical shifts. As a consequence of this multivariate analysis, nuclear Overhauser difference experiments were performed to investigate the ambiguity of other assignments of the ortho and meta aromatic hydrogens for the compound with the bromine substituent. The effect of the 1,2,4-oxadiazol group as an electron acceptor, mainly for the hydrogens 12,13, has been highlighted.

Classificação de refrigerantes através de análise de imagens e análise de componentes principais (PCA)

This paper describes an approach for the colour-based classification of RGB (red-green-blue) images, acquired using a common scanner, of commercial carbonated soft drinks. Mean histograms of image colour channels were evaluated for the PCA classification of 29 brands of Guaraná, Cola, and orange flavors. Loadings for principal component axes resulted in different patterns for sample grouping on score plots according to RGB histograms. pH, sorbic acid and sucrose measurements were also correlated to the analyzed brands through PCA score plots of the digitalized images.

Avaliação da qualidade do corpo hídrico do rio Tibagi na região de Ponta Grossa utilizando análise de componentes principais (PCA)

The aim of this paper was to evaluate alterations in the quality of the water of the Tibagi River caused by the urban and industrial activities in the region of Ponta Grossa. The study involved the monitoring of physico-chemical and microbiological parameters of the water body, which were evaluated by a principal components analysis routine. Sample collections were carried out monthly during one year (October of 2005 to September of 2006), at 3 sampling points: upstream and downstream of the industrial district and downstream from the city of Ponta Grossa. The principal components analysis showed the effect of point sources associated with industrial activity, which contribute to the rise of total concentration of amoniacal nitrogen and the reduction of dissolved oxygen in the studied region.

Análise por componentes principais de espectros nexafs na especiação do molibdênio em catalisadores de hidrotratamento

Bulk and supported molybdenum based catalysts, modified by nickel, phosphorous or tungsten were studied by NEXAFS spectroscopy at the Mo L III and L II edges. The techniques of principal component analysis (PCA) together with a linear combination analysis (LCA) allowed the detection and quantification of molybdenum atoms in two different coordination states in the oxide form of the catalysts, namely tetrahedral and octahedral coordination.

Classificação periódica: um exemplo didático para ensinar análise de componentes principais

A dataset of chemical properties of the elements is used herein to introduce principal components analysis (PCA). The focus in this article is to verify the classification of the elements within the periodic table. The reclassification of the semimetals as metals or nonmetals emerges naturally from PCA and agrees with the current SBQ/IUPAC periodic table. Dataset construction, basic preprocessing, loading and score plots, and interpretation have been emphasized. This activity can be carried out even when students with distinct levels of formation are together in the same learning environment.