Proposição de um método multivariado para determinação do teor de fibra em cana-de-açúcar utilizando a espectroscopia de emissão com plasma induzido por laser (LIBS)
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Data
2015-08-20
Autores
Romera, João Paulo Rodrigues [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
The determination of the fiber content is an important parameter to sugar factory because it is directed linked to the yield of process for juice extraction, that is raw material in sugar and ethanol production. Several chemometrics strategies were used in this study such as design of experiments and multivariate calibration models with regression by Partial Least Squares. In the design of experiments, was possible to evaluate the best experimental conditions in Laser Induced Breakdown Spectroscopy to perform the measurements in natura in bagasse sugarcane samples. A total of 5327 LIBS spectra were acquired and composed the data matrix, as independent variables, to investigation of the multivariate calibration models by PLS. The reference values corresponding to the fiber content, the parameter that was predicted by PLS models, were obtained using the method recommended by the sugarcane, sugar and alcohol producers of the São Paulo states (CONSECANA). A better PLS model was achieved through the 119 variables selection with Root Mean Square Error (RMSE) in % to training set (RMSE of calibration) and validation (RMSE of validation) of 2.1 and 2.2, respectively. The developed method in this master's degree study show the inedited possibility in the determination of the fiber content with characteristics such as: no toxic waste generation, less use of electricity and increasing in the analytical frequency.
A determinação do teor de fibras é um parâmetro relevante para a indústria sucroalcooleira, pois está diretamente relacionado com o processo de rendimento da extração do caldo de cana-de-açúcar, que é a matéria-prima para a produção de açúcar e de etanol. Diversas estratégias quimiométricas foram utilizadas para este estudo de mestrado, tais como planejamento de experimentos e modelos de calibração multivariada com a regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, Partial Least Squares). No planejamento de experimentos realizado, foi possível avaliar as melhores condições experimentais da espectroscopia de emissão com plasma induzido por laser (LIBS, Laser Induced Breakdown Spectroscopy) para efetuar medidas nas amostras de bagaço de cana-de-açúcar in natura. Um total de 5327 espectros LIBS foram adquiridos e compuseram a matriz de dados, como variáveis independentes, para a investigação dos modelos multivariados de calibração com PLS. Os valores de referência que correspondem ao teor de fibras, sendo o parâmetro que foi previsto pelo modelo PLS, foram obtidos utilizando o método recomendado pelo Conselho dos Produtores de Cana-de-açúcar, Açúcar e Álcool do estado de São Paulo (CONSECANA). Um melhor modelo PLS foi alcançado por meio da seleção de 119 variáveis com valores de erros quadráticos médios (RMSE, Root Mean Square Error) em % para os conjuntos de treinamento (RMSE of calibration) e de validação (RMSE of validation) de 2,1 de 2,2, respectivamente. Para o método desenvolvido neste estudo de mestrado pode ser evidenciada a possibilidade inédita na determinação do teor de fibras com características tais como: ausência de geração de resíduos tóxicos, redução do uso de energia elétrica e aumento considerável da frequência analítica.
A determinação do teor de fibras é um parâmetro relevante para a indústria sucroalcooleira, pois está diretamente relacionado com o processo de rendimento da extração do caldo de cana-de-açúcar, que é a matéria-prima para a produção de açúcar e de etanol. Diversas estratégias quimiométricas foram utilizadas para este estudo de mestrado, tais como planejamento de experimentos e modelos de calibração multivariada com a regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, Partial Least Squares). No planejamento de experimentos realizado, foi possível avaliar as melhores condições experimentais da espectroscopia de emissão com plasma induzido por laser (LIBS, Laser Induced Breakdown Spectroscopy) para efetuar medidas nas amostras de bagaço de cana-de-açúcar in natura. Um total de 5327 espectros LIBS foram adquiridos e compuseram a matriz de dados, como variáveis independentes, para a investigação dos modelos multivariados de calibração com PLS. Os valores de referência que correspondem ao teor de fibras, sendo o parâmetro que foi previsto pelo modelo PLS, foram obtidos utilizando o método recomendado pelo Conselho dos Produtores de Cana-de-açúcar, Açúcar e Álcool do estado de São Paulo (CONSECANA). Um melhor modelo PLS foi alcançado por meio da seleção de 119 variáveis com valores de erros quadráticos médios (RMSE, Root Mean Square Error) em % para os conjuntos de treinamento (RMSE of calibration) e de validação (RMSE of validation) de 2,1 de 2,2, respectivamente. Para o método desenvolvido neste estudo de mestrado pode ser evidenciada a possibilidade inédita na determinação do teor de fibras com características tais como: ausência de geração de resíduos tóxicos, redução do uso de energia elétrica e aumento considerável da frequência analítica.
Descrição
Palavras-chave
Bagaço de cana, Fibras, Biomassa vegetal, Quimiometria, Chemometrics
Como citar
ROMERA, João Paulo Rodrigues. Proposição de um método multivariado para determinação do teor de fibra em cana-de-açúcar utilizando a espectroscopia de emissão com plasma induzido por laser (LIBS). 2015. 65 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Instituto de Quimica., 2015.