Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), wavelength dispersive x-ray fluorescence (WDXRF) and chemometrics: possibilities for analytical applications in food analysis
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Universidade Federal de São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Campus São Carlos
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Campus São Carlos
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Abstract
Description
This PhD thesis proposes evaluation of the possibilities and analytical applications of the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and wavelength dispersive x-ray fluorescence (WDXRF) techniques for the determination of chemical elements in edible seeds as bean seeds, pumpkin, pea, lentil, and cocoa bean. These seeds are important for diet of the Brazilian population because, besides dietetic fibers, amino acids, vitamins phenolic compounds, it contains chemical elements that play different rules in human organism. The use of the LIBS and WDXRF allow the direct solid samples without or with a minimum sample treatment, high analytical frequency, lower reagent consumption, which become attractive when compared with conventional techniques. However, the disadvantage of the LIBS is its lower sensitivity, high limit of detection and absence of certified reference material for calibration. Moreover, the elemental determination by direct solid analysis using LIBS and WDXRF present challenges due to matrix effects caused by spectral interferences, physic characteristic of the samples and self-absorption phenomena, which can compromise the accuracy of the methods. In this sense, different calibration strategies were evaluated for direct solid sample analysis by LIBS. Moreover, was evaluated the possibility of the use of hyperspectral images to characterize the chemical profile of the distribution of the elements on the seeds. In all cases, chemometrics tools were used for data treatment.
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Esta tese de doutorado propõe a avaliação das possibilidades e aplicações das técnicas de espectroscopia de plasma induzido por laser (LIBS) e espectroscopia de fluorescência de raios-x com comprimento de onda dispersivo (WDXRF) para determinação de elementos químicos em amostras de sementes comestíveis como feijão, abobora, ervilha, lentilha e amêndoa de cacau. Essas sementes são importantes na dieta da população brasileira, pois além de fibras dietéticas, aminoácidos, vitaminas, compostos fenólicos, contém elementos químicos importantes para o organismo humano. A utilização da LIBS e a WDXRF permitem análise direta de amostras sem ou com um mínimo preparo de amostra, alta frequência analítica, menor consumo de reagentes químicos, o que as torna atrativas quando comparada com as técnicas de análise convencional. No entanto, uma das desvantagens relacionadas com a técnica LIBS é a sua baixa sensibilidade, altos limites de detecção e ausência de materiais de referência para calibração. Além disso, a determinação elementar por análise direta de sólidos usando LIBS e WDXRF apresenta desafios devido a efeitos de matriz causados por interferências espectrais, características físicas das amostras e o fenômeno de auto-absorção que podem comprometer a exatidão e a precisão dos métodos. Dessa forma, diferentes estratégias de calibração foram avaliadas para análise direta de amostras sólidas por LIBS. Além disso, foi avaliada a possibilidade de uso de imagens hiperespectrais para caracterizar o perfil químico da distribuição dos elementos nas sementes. Em todos os casos, foram utilizadas ferramentas quimiométricas para tratamento de dados.
CNPq/TWAS: 158587/2017-0
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Esta tese de doutorado propõe a avaliação das possibilidades e aplicações das técnicas de espectroscopia de plasma induzido por laser (LIBS) e espectroscopia de fluorescência de raios-x com comprimento de onda dispersivo (WDXRF) para determinação de elementos químicos em amostras de sementes comestíveis como feijão, abobora, ervilha, lentilha e amêndoa de cacau. Essas sementes são importantes na dieta da população brasileira, pois além de fibras dietéticas, aminoácidos, vitaminas, compostos fenólicos, contém elementos químicos importantes para o organismo humano. A utilização da LIBS e a WDXRF permitem análise direta de amostras sem ou com um mínimo preparo de amostra, alta frequência analítica, menor consumo de reagentes químicos, o que as torna atrativas quando comparada com as técnicas de análise convencional. No entanto, uma das desvantagens relacionadas com a técnica LIBS é a sua baixa sensibilidade, altos limites de detecção e ausência de materiais de referência para calibração. Além disso, a determinação elementar por análise direta de sólidos usando LIBS e WDXRF apresenta desafios devido a efeitos de matriz causados por interferências espectrais, características físicas das amostras e o fenômeno de auto-absorção que podem comprometer a exatidão e a precisão dos métodos. Dessa forma, diferentes estratégias de calibração foram avaliadas para análise direta de amostras sólidas por LIBS. Além disso, foi avaliada a possibilidade de uso de imagens hiperespectrais para caracterizar o perfil químico da distribuição dos elementos nas sementes. Em todos os casos, foram utilizadas ferramentas quimiométricas para tratamento de dados.
CNPq/TWAS: 158587/2017-0
Keywords
Amostras de alimentos , Análise direta de sólidos , Ferramentas quimiométricas , Planejamento de experimentos , Estratégias de calibração , Food samples , Direct solid analysis , Chemometric tools , Experimental design , Calibration strategies , CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::METODOS OTICOS DE ANALISE , CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA
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