Estudo da homogeneidade e discriminação de madeiras através de espectroscopia de imagens, imagens digitais e ferramentas quimiométricas
Autor(a)
Colares, Carla Jovania Gomes
Orientador(a) Coorientador(a)
Braga, Jez Willian Batista||Coradin, Vera Teresinha Rauber
Data de aceite
2016-07-26
Data de disponibilizacao
2016-07-26
Data de publicacao
2016-07-26
Data de defesa submissao
2016-03-04
Citacao
COLARES, Carla Jovania Gomes. Estudo da homogeneidade e discriminação de madeiras através de espectroscopia de imagens, imagens digitais e ferramentas quimiométricas. 2016. xxvi, 159 f. il. Tese (Doutorado em Química)–Universidade de Brasília, 2016.
Tese (doutorado)–Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016.
Resumo Portugues
A aplicação de métodos espectroscópicos tem demonstrado um grande potencial para caracterização, quantificação e classificação. Contudo, ainda são necessários trabalhos que investiguem a utilização destas técnicas aliadas à quimiometria e à análise de imagens para a obtenção de informações sobre a estrutura química com resolução espacial. Neste sentido, na primeira aplicação desta tese a imagem hiperespectral e a espectroscopia Raman foram utilizadas para o estudo da homogeneidade dos constituintes presentes nas espécies Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla, um híbrido de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus camaldulensis e Swietenia macrophylla King, sendo construídos mapas de concentração com a utilização da ferramenta quimiométrica Resolução Multivariada de Curvas com Mínimos Quadrados Alternantes (MCR-ALS), destacando a homogeneidade e a distribuição da holocelulose e da lignina total nas diferentes estruturas anatômicas presentes no plano transversal. Como resultado, os mapas de concentração foram coerentes com as interpretações esperadas para as estruturas anatômicas observadas nas imagens. Contudo, não foi possível a avaliação dos extrativos devido à sua fluorescência. Na segunda aplicação, a distribuição de holocelulose, lignina total e extrativos foi estudada nestas espécies com a utilização da imagem hiperespectral e espectroscopia no infravermelho próximo e MCR-ALS nos planos tangencial, transversal e radial, e um estudo mais detalhado da distribuição dos constituintes com a construção de mapas de concentração demonstrou a distribuição espacial destes compostos em diferentes estruturas anatômicas a nível microscópico. Os resultados foram mais precisos e concordantes com o esperado, quando comparados aos resultados obtidos com a espectroscopia Raman, além de ser possível estimar a concentração de extrativos. Na terceira aplicação, foram desenvolvidos modelos de discriminação das espécies de madeira Erisma uncinatum Warm., Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King, utilizando um equipamento de baixo custo para a medida da fluorescência em imagens digitais para a obtenção de histogramas de frequência RGB gerados a partir das fotos dos corpos de prova de cada espécie no plano transversal. Foram construídos modelos com a análise discriminante por mínimos quadrados parciais (PLS1-DA) e foi possível discriminar corretamente 88,3 %, 85,6 %, 83,7 % e 95,9 % dos histogramas registrados para as espécies Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King, respectivamente, e 100 % para Erisma uncinatum Warm.
Resumo Ingles
The application of spectroscopic methods to analyze wood has demonstrated promising potential in regards to its characterization, quantification, and classification. However, there is still remains a necessity to investigate the implementation of these techniques with chemometrics and analysis of the images to obtain necessary information with pertaining to chemical structure and spatial arrangement. In this sense, the first application in this thesis was the use of a hyperspectral image along with Raman spectroscopy utilized to study the homogeneity of the present constituents in the species Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla, a hybrid cross between Eucalyptus urophylla and Eucalyptus camaldulensis and Swietenia macrophylla King. Moreover, they have constructed concentration maps via the employment of chemometrics, specifically, with use Multivariate Curve Resolution–Alternating Least Squares (MCR-ALS) with an emphasis for the uniformity and distribution of holocellulose and total lignin was present at different anatomical structures in the transverse plane. As a result, the concentration maps were consistent with the expected interpretations of the anatomical structures observed in the images. Nonetheless, it was not possible to accurately evaluate the extractives due to the presence of its fluorescence. In the second application, the distribution of holocellulose, total lignin, and extractives were studied within these species via the application of hyperspectral imaging by near infrared spectroscopy and MCR -ALS on the tangential, transversal and radial planes, and a more detailed study regarding the distribution of the constituents with building of concentration maps, which demonstrated the spatial distribution of these compounds in different anatomical structures and microscopic levels. The results were more precise and consistent with the expected results, when compared with Raman spectroscopy, moreover was possible to estimate the concentration of extractives. In the third application, discrimination models were developed on the wood species, Erisma uncinatum Warm., Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden e Swietenia macrophylla King. These models were developed utilizing low cost equipment, to measure of fluorescence on digital images, in order to obtain frequency RGB histograms, generated from the photos of each species on the transverse plane. Models were developed using Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS1 -DA), and therefore it was possible to discriminate correctly 88.3 %, 85.6 %, 83.7 % and 95.9% of reported histograms for the species Cedrela odorata L., Micropholis melinoniana, Eucalyptus grandis Hill ex Maiden and Swietenia macrophylla King, respectively, and 100% for Erisma uncinatum Warm.
Unidade academica
Instituto de Química
Programa de Pos-Graduacao
Programa de Pós-Graduação em Química
Idioma
Português
Tipo de documento
Tese
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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