Estudo da potencialidade da espectroscopia de infravermelho próximo na análise de cabelo utilizando ferramentas quimiométricas para diferenciar fumantes de não fumantes

This paper investigates the potential of near infrared spectroscopy (NIR) for forensic analysis of human hair samples in order to differentiate smokers from nonsmokers, using chemometric modeling as an analytical tool. We obtained a total of 19 hair samples, 9 smokers and 10 nonsmokers varying gender, hair color, age and duration of smoking, all collected directly from the head of the same great Natal-RN. From the NIR spectra obtained without any pretreatment of the samples was performed an exploratory multivariate chemical data by applying spectral pretreatments followed by principal component analysis (PCA). After chemometric modeling of the data was achieved without any experimental data beyond the NIR spectra, differentiate smokers from nonsmokers, by demonstrating the significant influence of tabacco on the chemical composition of hair as well as the potential of the methodology in forensic identification

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.

Caracterização de forragens da ilha Terceira através de espectroscopia NIR

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 10 de Setembro de 2015, Universidade dos Açores.

Controlo de reacções de polimerização em miniemulsão através de técnicas de espectroscopia NIR e Raman

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Imagiologia Espetral - Análise Forense de Notas e Escrita Manual

A análise forense de documentos é uma das áreas das Ciências Forenses, responsável pela verificação da autenticidade dos documentos. Os documentos podem ser de diferentes tipos, sendo a moeda ou escrita manual as evidências forenses que mais frequentemente motivam a análise. A associação de novas tecnologias a este processo de análise permite uma melhor avaliação dessas evidências, tornando o processo mais célere. Esta tese baseia-se na análise forense de dois tipos de documentos - notas de euro e formulários preenchidos por escrita manual. Neste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas de processamento e análise de imagens de evidências dos tipos referidos com vista a extração de medidas que permitam aferir da autenticidade dos mesmos. A aquisição das imagens das notas foi realizada por imagiologia espetral, tendo-se definidas quatro modalidades de aquisição: luz visível transmitida, luz visível refletida, ultravioleta A e ultravioleta C. Para cada uma destas modalidades de aquisição, foram também definidos 2 protocolos: frente e verso. A aquisição das imagens dos documentos escritos manualmente efetuou-se através da digitalização dos mesmos com recurso a um digitalizador automático de um aparelho multifunções. Para as imagens das notas desenvolveram-se vários algoritmos de processamento e análise de imagem, específicos para este tipo de evidências. Esses algoritmos permitem a segmentação da região de interesse da imagem, a segmentação das sub-regiões que contém as marcas de segurança a avaliar bem como da extração de algumas características. Relativamente as imagens dos documentos escritos manualmente, foram também desenvolvidos algoritmos de segmentação que permitem obter todas as sub-regiões de interesse dos formulários, de forma a serem analisados os vários elementos. Neste tipo de evidências, desenvolveu-se ainda um algoritmo de análise para os elementos correspondentes à escrita de uma sequência numérica o qual permite a obtenção das imagens correspondentes aos caracteres individuais. O trabalho desenvolvido e os resultados obtidos permitiram a definição de protocolos de aquisição de imagens destes tipos de evidências. Os algoritmos automáticos de segmentação e análise desenvolvidos ao longo deste trabalho podem ser auxiliares preciosos no processo de análise da autenticidade dos documentos, o qual, ate então, é feito manualmente. Apresentam-se ainda os resultados dos estudos feitos às diversas evidências, nomeadamente as performances dos diversos algoritmos analisados, bem como algumas das adversidades encontradas durante o processo. Apresenta-se também uma discussão da metodologia adotada e dos resultados, bem como de propostas de continuação deste trabalho, nomeadamente, a extração de características e a implementação de classificadores capazes aferir da autenticidade dos documentos.

Análise forense: pesquisa de drogas vegetais interferentes de testes colorimétricos para identificação dos canabinoides da maconha (Cannabis Sativa L.)

Marijuana (Cannabis sativa L.) is the most cultivated, trafficked and consumed illicit drug worldwide. Estimates indicate 10% of individuals experiencing marijuana become daily users, and 20-30% use it weekly. Around 489 natural compounds have been identified in this plant, of which 70 are cannabinoids, responsible for psychic effects. The most relevant cannabinoid is Δ9-THC, recognized as the main chemical substance with psychoactive effects. The aims of this work was to investigate whether other drugs interfere with the colorimetric tests Fast Blue B and Duquenois-Levine, widely used for marijuana screening in forensic chemistry laboratories.

Influência da idade na geração de modelos de espectroscopia NIR, para predição de propriedades da madeira de Eucalyptus spp.

O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de modelos NIRS para predizer as propriedades físicas e químicas de madeiras de Eucalyptus, com idades variando de 3 a 7 anos. Foram utilizadas 136 amostras e realizadas análises laboratoriais de densidade básica, teores de lignina e extrativos. Amostras de cavacos foram moídas em moinho tipo ciclone, para coleta de espectros NIR. Os modelos foram desenvolvidos por regressão de mínimos quadrados parciais (PLS), sendo testadas transformações matemáticas. Para validação dos modelos, foram utilizados grupos de amostras externas com diferentes idades, que não participaram no desenvolvimento do modelo. Os modelos desenvolvidos resultaram em consideráveis coeficientes de determinação para densidade básica (R² 0,84 a 0,89) e lignina (R² 0,72 a 0,88), mas os melhores valores foram encontrados para o teor de extrativos (R² 0,92 a 0,98). Pelos valores de relação de desempenho de desvio (RPD), verificou-se que amostras com idades diferentes das utilizadas no desenvolvimento dos modelos não apresentaram boas predições, exceto para densidade básica cujos modelos desenvolvidos especificamente para as idades de 3 e 7 anos, predisseram satisfatoriamente amostras com idades entre 4 e 6 anos.

Determinação de proteína em café cru por espectroscopia NIR e regressão PLS

A combinação da espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e calibração multivariada (método dos mínimos quadrados parciais - PLS) para a determinação do teor de proteína total em amostras de café cru, foi investigada. Os teores de proteína total foram inicialmente determinados usando-se como método de referência o de Kjeldhal, e, posteriormente foram construídos modelos de regressão a partir dos espectros na região do infravermelho próximo das amostras de café cru. Foram coletados 159 espectros das amostras de café cru utilizando um acessório de reflectância difusa, na faixa espectral de 4500 a 10000cm-1. Os espectros originais no NIR sofreram diferentes transformações e pré-tratamento matemático, como a transformação Kubelka-Munk; correção multiplicativa de sinal (MSC); alisamento (SPLINE); derivada primeira; média móvel e o pré-tratamento dos dados escalados pela variância. O método analítico proposto possibilitou a determinação direta, sem destruição da amostra, com obtenção de resultados rápidos e sem o consumo de reagentes químicos de forma a preservar o meio ambiente. O método proposto forneceu resultados com boa capacidade de previsão do teor de proteína total, sendo que os erros médios foram inferiores a 6,7%.

Determinação de umidade em café cru usando espectroscopia NIR e regressão multivariada

A espectroscopia na região do infravermelho próximo (NIR) foi usada para determinar o teor de umidade em amostras de café cru. Foram construídos modelos de regressão usando o método dos mínimos quadrados parciais (PLS) com diferentes pré-tratamentos de dados e 157 espectros NIR coletados de amostras de café usando um acessório de reflectância difusa, na região entre 4500 e 10000 cm-1. Os espectros originais passaram por diferentes transformações e pré-tratamentos matemáticos, como a transformação Kubelka-Munk; a correção multiplicativa de sinal (MSC); o alisamento com SPLINE e a média móvel, e os dados foram escalados pela variância. O modelo de regressão permitiu determinar o teor de umidade nas amostras de café cru com erro quadrático médio de calibração (SEC) de 0,569 g.100 g -1; erro quadrático médio de validação de 0,298 g.100 g -1; coeficiente de correlação (r) 0,712 e 0,818 para calibração e validação, respectivamente; e erro relativo médio de 4,1% para amostras de validação.

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.

Uso da espectroscopia do infravermelho próximo e técnicas multivariadas para diferenciar escherichia coli e salmonella enteritidis inoculadas em polpa de fruta (abacaxi)

Aiming to consumer s safety the presence of pathogenic contaminants in foods must be monitored because they are responsible for foodborne outbreaks that depending on the level of contamination can ultimately cause the death of those who consume them. In industry is necessary that this identification be fast and profitable. This study shows the utility and application of near-infrared (NIR) transflectance spectroscopy as an alternative method for the identification and classification of Escherichia coli and Salmonella Enteritidis in commercial fruit pulp (pineapple). Principal Component Analysis (PCA), Independent Modeling of Class Analogy (SIMCA) and Discriminant Analysis Partial Least Squares (PLS-DA) were used in the analysis. It was not possible to obtain total separation between samples using PCA and SIMCA. The PLS-DA showed good performance in prediction capacity reaching 87.5% for E. coli and 88.3% for S. Enteritides, respectively. The best models were obtained for the PLS-DA with second derivative spectra treated with a sensitivity and specificity of 0.87 and 0.83, respectively. These results suggest that the NIR spectroscopy and PLS-DA can be used to discriminate and detect bacteria in the fruit pulp

Potencial da espectroscopia no infravermelho próximo para distinção de carvão de madeira de Eucalyptus e nativa

The objective of this study was to evaluate the potential of near infrared spectroscopy (NIRS) associated with multivariate statistics to distinguish coal produced from wood of planted and native forests. Timber forest species from the C errado (Cedrela sp., Aspidosperma sp., Jacaranda sp. and unknown species) and Eucalyptus clones from forestry companies (Vallourec and Cenibra) were carbonized in the final temperatures of 300, 500 and 700°C. In each heat treatment were carbonized 15 specimens of each vegetal material totaling 270 samples (3 treatments x 15 reps x 6 materials) produced in 18 carbonization (3 treatments x 6 materials). The acquisition of the spectra of coals in the near infrared using a spectrometer was performed. Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Regression (PLS-R) were carried out in the spectra. NIR Spectroscopy associated with PCA was not able to differentiate charcoals produced from native and planted woods when utilizing all carbonized samples at different temperatures in the same analysis; The PCA of all charcoals was able to distinguish the samples depending on temperature in which they were carbonized. However, the separation of native and planted charcoal was possible when the samples were analyzed separately by final temperature. The prediction of native or planted classes by PLS-R presented better performance for samples carbonized at 300°C followed by those at 500°C, 700°C and for all together.

Desenvolvimento de métodos de espetroscopia NIR. Quantificação de grupos hidróxilo em polímeros

O objetivo deste estudo é o desenvolvimento e validação de métodos espectroscópicos (espectroscopia NIR) que possam vir a substituir os métodos químicos convencionais, para quantificação de grupos hidróxilo em resinas alquídicas. As resinas alquídicas estudadas neste trabalho são normalmente utilizadas em sistemas de revestimento de dois componentes, em que os seus grupos hidróxilo reagem com pré-polímeros de isocianato para formar revestimentos de alta dureza. Por este motivo e por questões processuais ligadas à estequiometria da reação existente na aplicação referida, é extremamente importante a quantificação destes grupos. O método mais comum de quantificação de grupos hidróxilo é conhecido como método de titulação. Este é um método demorado, pois cada medição implica um procedimento experimental de cerca de duas horas, para além de ser muito dispendioso, a nível económico. Foram estudadas as influências da temperatura, heterogeneidade e nível de enchimento da célula na recolha do espectro. As conclusões dos estudos mencionados levaram à fixação de um tempo ideal de permanência da célula dentro da câmara do espectrofotómetro antes da medição do espectro. Para além disto, conclui-se que para lotes standard, a heterogeneidade não é uma variável significativa. O nível da célula deve ser mantido constante. Os métodos desenvolvidos, baseados na norma de qualidade ISO 15063:2011, foram construídos a partir de algoritmos de Partial Least Squares Regression (PLS), utilizando um equipamento NIRVIS, Büchi©. Foram obtidos bons coeficientes de regressão linear para a Resina A (R2>0,9). Quanto aos restantes resultados, estes indicam a possibilidade de aplicação em resinas do mesmo tipo. Este método proporciona resultados 8 vezes mais rápidos e com custos em material que representam 1% do método standard.

Desenvolvimento de métodos de espetroscopia NIR. Quantificação de grupos hidróxilo em polímeros

O objetivo deste estudo é o desenvolvimento e validação de métodos espectroscópicos (espectroscopia NIR) que possam vir a substituir os métodos químicos convencionais, para quantificação de grupos hidróxilo em resinas alquídicas. As resinas alquídicas estudadas neste trabalho são normalmente utilizadas em sistemas de revestimento de dois componentes, em que os seus grupos hidróxilo reagem com pré-polímeros de isocianato para formar revestimentos de alta dureza. Por este motivo e por questões processuais ligadas à estequiometria da reação existente na aplicação referida, é extremamente importante a quantificação destes grupos. O método mais comum de quantificação de grupos hidróxilo é conhecido como método de titulação. Este é um método demorado, pois cada medição implica um procedimento experimental de cerca de duas horas, para além de ser muito dispendioso, a nível económico. Foram estudadas as influências da temperatura, heterogeneidade e nível de enchimento da célula na recolha do espectro. As conclusões dos estudos mencionados levaram à fixação de um tempo ideal de permanência da célula dentro da câmara do espectrofotómetro antes da medição do espectro. Para além disto, conclui-se que para lotes standard, a heterogeneidade não é uma variável significativa. O nível da célula deve ser mantido constante. Os métodos desenvolvidos, baseados na norma de qualidade ISO 15063:2011, foram construídos a partir de algoritmos de Partial Least Squares Regression (PLS), utilizando um equipamento NIRVIS, Büchi©. Foram obtidos bons coeficientes de regressão linear para a Resina A (R2>0,9). Quanto aos restantes resultados, estes indicam a possibilidade de aplicação em resinas do mesmo tipo. Este método proporciona resultados 8 vezes mais rápidos e com custos em material que representam 1% do método standard.

Análise do masseter, por espectroscopia de próton, em pacientes com esclerose sistêmica

OBJETIVO: Avaliar a concentração de metabólitos no masseter em portadores de esclerose sistêmica, analisando os índices de creatina, colina, lipídio e lactato, e relacionar com a presença de osteólise mandibular. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram selecionados 25 pacientes, sendo 15 com diagnóstico de esclerose sistêmica e agrupados de acordo com a presença (grupo I) ou ausência (grupo II) de osteólise, e 10 indivíduos normais (grupo III, controle). Todos foram submetidos a exame de espectroscopia de próton por ressonância magnética, com técnica PRESS e aquisição tridimensional. RESULTADOS: O estudo dos metabólitos dos três grupos apresentou os mesmos valores absolutos de creatina e lipídio. Os pacientes do grupo I apresentaram maior quantidade de colina em relação aos do grupo III. Já os indivíduos dos grupos I e II apresentaram menor quantidade de lactato em relação aos indivíduos normais. Os índices creatina/lipídio e colina/lactato foram os mesmos em todos os grupos. CONCLUSÃO: Observamos menor quantidade de lactato nos pacientes com esclerose sistêmica (grupos I e II). A colina está aumentada nos pacientes com osteólise mandibular (grupo I). Os índices creatina/colina, creatina/lactato, lipídio/lactato e colina/lipídio foram diferentes entre os grupos estudados. Mais estudos são necessários para a compreensão da participação do masseter no desenvolvimento da osteólise mandibular.