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Barcellos E.S. de Faria C. G., Sales H. J., Ferreira M. M. C, “Quimiometria Aplicada a Espectros em NIR com Correção Multiplicativa de Espectros”  ["Chemometrics applied to NIR spectra with multiplicative spectral correlation"]. Poços de Caldas, MG, 23-26/05/2000: 23a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química: A Ligação Química Brasil/Portugal [23rd Annual Meeting of the Brazilian Chemical Society: The Chemical Bond Brazil/Portugal], Livro de Resumos [Book of Abstracts], 3 (2000) QA-169. Poster QA-169.


Português
QA-169

QUIMIOMETRIA APLICADA A ESPECTROS EM NIR COM
CORREÇÃO MULTIPLICATIVA DE ESPECTROS
Edilton de Souza Barcellos (PG)1, Cristiano Gomes de Faria (PG)1
Henrique J. S. Sales2, Márcia Miguel Castro Ferreira (PQ)1

1Departamento de Físico-Químia - Instituto de Química, UNICAMP, C. P. 6154,
CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil
2Henckel S/A Indústrias Químicas, Cx. P. 30364, São Paulo, SP

palavras-chave: infravermelho próximo, partial least squares, msc

Introdução
         A indústria tem,  de um modo geral,  recorrido  à Análise Multivariada,  tanto  na
parte  de  operação  através  da   utilização  de   cartas   de   controle   aplicadas   ao
acompanhamento  de  processos,   como   na   análise   propriamente   dita  de  seus
produtos.  No  campo  industrial  das  tintas  e  corantes  vários  métodos  de  análise
química  têm  sido   utilizados,  sendo  os   resultados   das  informações   requeridas
obtidos,  em  grande parte  por espectroscopia  na  região  do  infravermelho próximo
(NIR).
         A  interpretação  dos  resultados  que   devem  refletir   a  estrutura   dos  dados
contidas   nos   diversos   espectros   obtidos    torna-se   mais   consistente   quando
observada através da aplicação  de  métodos  Quimiométricos,  os  quais  permitem a
análise  simultânea  de  grandes   conjuntos  de  dados.  Além  disso,  existem  várias
técnicas coadjuvantes  no campo da  quimiometria  que  permitem  uma  simplificação
da  complexidade  espectral  intrínsica  a  certos  processos  químicos  e/ou  métodos
instrumentais de análise. Nesse sentido,  a aplicação de PLS  (Partial Least Squares)
na análise de espectros  em  NIR,  permited  a  construção  de  modelos  de  previsão
bastante  úteis no acompanhamento da  qualidade de produtos finais da indústria  em
geral.
         Na  área  de  tintas,  utiliza-se  surfactantes   que   atuam   como  dispersante  e
umectante  para  pigmentos.   Várias  análises  devem  ser  feitas  como  o  índice  de
hidroxila  (IOH),  porque  o  composto  possui  inicialmente  hidroxilas  livres  que  são
bloqueadas durante a síntese do produto, a determinação de sólidos  (dá informação
sobre a porcentagem de material ativo no composto)  e  a  determinação  do  teor  de
água (também relacionada com a atividade do composto).
Objetivos
         O objetivo do presente trabalho foi,  a partir de espectros NIR  referente  a  215
amostras,  estabelecer  comparações  entre técnicas  de  informação/processamento
usadas em quimiometria,  com  a  finalidade de construir um  modelo para  prever  as
quantidades de sólidos, de NaCl, de  H2O e do índice de hidroxila em um surfactante
de nome comercial "DISPONIL 15 B" utilizado pela indústrial Henkel.
Metodologia
         O método  usado  na  análise  foi  o  PLS  (Partial  Least  Squares),  tendo  sido
conduzida do seguinte modo:
1. análise de cada conjunto de espectros referentes aos analitos de  interesse
 por PLS1 sem correção de espectros;
2. utilização  de  PLS1  com  correção  de   espectros  por  msc  (multiplicative
 spectra correction);
3. seleção  de  variáveis  para  os  casos 1  e  2  por  Análise de componentes
 principais, e  por  critério de  corte baseado nos valores máximos e mínimos
 do bloco Y.
Resultados e conclusões
         Os   resultados   mostram   que   a   correção   por   "msc"   fornece   resultados
melhores do que nos casos em  que  a  mesma  não foi feita. Não  obstante não haja
diferença na variância acumulada no bloco X, há um aumento da mesma no bloco Y.
O erro final obtido em termos da soma dos quadrados dos erros de previsão é menor
quando se aplica  "msc".  As tabelas  1 e 2 mostram os resultados obtidos sem e com
correção, respectivamente.

Percent Variance Captured by PLS ModelPercent Variance Captured by PLS Model
  -----X-Block------Y-Block---  -----X-Block------Y-Block---
LV#This LVTotalThis LVTotalLV#This LVTotalThis LVTotal
--------------------------------------------------------------
199.3399.3342.5942.59199.2899.2837.4737.47
20.3199.6418.2260.8120.4899.7630.1667.63
30.1499.7813.3774.1830.0999.8525.1392.75
40.1399.919.2383.4140.0399.885.6998.44
50.0299.9311.1694.5750.0399.920.4998.92
Tab. 1: Sem correção "msc"Tab. 2: Com correção "msc"



Gráfico contendo espectro de uma das amostras

Bibliografia
1. Malinowski, E. R. Factor Analysis in Chemistry, 2nd Ed.,  Wiley, New York,  1991.
2. Wold, S., Ruhe, A., Wold, H., Dunn, W. J.: SIAM J. Sci.Stat.Comput. 5(1984)735.

[PICOT, FAPESP]


English
QA-169

CHEMOMETRICS APPLIED TO NIR SPECTRA WITH
MULTIPLICATIVE SPECTRAL CORRECTION
Edilton de Souza Barcellos (PG)1, Cristiano Gomes de Faria (PG)1
Henrique J. S. Sales2, Márcia Miguel Castro Ferreira (PQ)1

1Departamento de Físico-Químia - Instituto de Química, UNICAMP, C. P. 6154,
CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil
2Henckel S/A Indústrias Químicas, Cx. P. 30364, São Paulo, SP

key-words: near infrared, partial least squares, msc

Introduction
         In general,  industry  uses  Multivariate Analysis  in  operational  part  via  control
charts  for  process  control,  and  also   in   analysis  of   products.  Various  analytical
chemistry  methods  are  used  in  dyes  industry,  where  most  desired  information  is
obtained by near infrared spectroscopy (NIR).
         Intepretation of results  that  reflect  the  structure of  different  spectral data  sets
becomes more consistent  when  chemometric  methods are used due to simulatenous
analysis of  large data  sets  that  these methods can enable.  Besides  that, there  are
various  additional   techniques  in  the  area   of  chemometrics,   able  to  simplify  the
intrisically complex nature of spectra:  certain chemical processes  and/or  instrumental
methods of analysis.  In this sense, application of  PLS  (Partial Least Squares)  in NIR
spectra  analysis  enables  construction   of  prediction  models   which   are  useful  in
quality control of final industrial products.
         In  the  area  of  dyes,  surfactants  that  act  as  dispersants  and  umectants  for
pigments are used. Various  analyses have to be carried out as for  the  hydroxyl index
(OHI),  because  an  initial  compound  contains  free  hydroxyl  groups which  are later
blocked during the product synthesis.  Determination  of solids  (information  about the
percentage of  active material  in  the  compound)  and determination of water  content
(also related to the product activity) have to be performed also.
Purpose
         The  purpose  of  this  work  was,  by  using  NIR  spectra  for  215  samples,  to
compare techniques for data analysis/processing that are used in chemometrics. The
final goal  of this was to contruct a  model  for prediction  of quantities of solids,  NaCl,
H2O  and  the hydroxyl  index in a surfactant with commercial name  "DISPONIL 15 B"
used by Henkel industry.
Methodology
         The  method  used  in  the  analysis  was  PLS  (Partial  Least Squares),  in  the
following way:
1. analysis  of  each  spectral set  for  the  analytes  of  interest by using  PLS1
 without spectral correction;
2. use of PLS1 with spectral correction msc  (multiplicative spectral correction);
3. variable selection for cases  1  and 2 by using principal component analysis,
 and applyingthe  cut-off  criterion based on maximum  and  minimum  values
 in the block Y.
Results and conclusions
         The results have shown that there is improvement when the  "msc" correction is
applied.  Although  there  is  no difference in  the cumulative variance of the  X  block,
there  is  some difference in the variance of the  Y  block.  The  final error in terms  of
sum of squares error for prediction is smaller when  "msc"  is applied.  Tables 1 and 2
show results obtained without and with the correction, respectively.

Percent Variance Captured by PLS ModelPercent Variance Captured by PLS Model
  -----X-Block------Y-Block---  -----X-Block------Y-Block---
LV#This LVTotalThis LVTotalLV#This LVTotalThis LVTotal
--------------------------------------------------------------
199.3399.3342.5942.59199.2899.2837.4737.47
20.3199.6418.2260.8120.4899.7630.1667.63
30.1499.7813.3774.1830.0999.8525.1392.75
40.1399.919.2383.4140.0399.885.6998.44
50.0299.9311.1694.5750.0399.920.4998.92
Tab. 1: Without "msc" correctionTab. 2: With "msc" correction



Plot with the spectrum of a sample

Bibliography
1. Malinowski, E. R. Factor Analysis in Chemistry, 2nd Ed.,  Wiley, New York,  1991.
2. Wold, S., Ruhe, A., Wold, H., Dunn, W. J.: SIAM J. Sci.Stat.Comput. 5(1984)735.

[PICOT, FAPESP]