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UTILIZACIÓN DE LA
TECNOLOGÍA NIRS EN EL
SECTOR AGROALIMENTARIO
Alberto Arnau y Juanjo Pascual
Unidad de Alimentación Animal
Departamento de Ciencia Animal
Unidad de
Alimentación Animal
UPV
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Introducción
Aplicaciones
Equipos y programasEquipos y programas
Metodología de trabajo
Para llevar a casa
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¿Qué es NIRs?
Es un método analítico basado en la espectroscopía (de
reflectancia) en el infrarrojo cercano
¿Para qué sirve?
Para analizar gran cantidad de muestras de forma rápida y
económica
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• Método rápido y seguro de análisis
• Multiconstituyente
• Análisis barato de muestras
• Fácil manejo en rutina
• Método no destructivo
• Método no contaminante
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• No se puede medir todo
• Método secundario: Calibración
• Costosa
• Técnicos especialistas
• Datos analíticos repetibles• Datos analíticos repetibles
• Muy dependiente de la matriz
• No es un proceso estático: Recalibraciones periódicas
• Técnicas complejas de comprender
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Aplicaciones en el espectro
Electromagnético
X-RAY
0,2 nm
ULTRA-VIOLET
2 nm
VISIBLE
400-800 nm
INFRAREDMICROVAWE
3 mm-20 cm
RADIO
10 m-30 Km0,2 nm 2 nm 400-800 nm 3 mm-20 cm 10 m-30 Km
FARMIDNEARʎ, cm (wavelength) 7.8x10-5 to 3x10-4 3x10-4 to
3x10-3 3x10-3 to 3x10-2
ʎ, cm-1 (wavenumber) 12820 to 4000 4000 to 400
400 to 33
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Ley de Beer-Lambert
Modelo de osciliador armónico
Mecánica cuántica
MIR No hay una relación directa entre analito y absorbancia
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TYPICAL ABSORPTIONSInformación NIR
• Sobretonos
• Bandas de combinación
• Transiciones electrónicas
• Desplazamientos picos
• “Scatter”• “Scatter”
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Introducción
Aplicaciones
Equipos y programasEquipos y programas
Metodología de trabajo
Para llevar a casa
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Clasificación de canales de Clasificación de canales de
porcino iberico mediante porcino iberico mediante
análisis discriminanteanálisis discriminante
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TRADICIONAL (Montanera):
+ Dehesa
+ Bellotas (Acorns, Bolota)
+ Quercus ilex, suber o lusitania
↑↑↑↑ BELLOTA →→→→ ↑↑↑↑ PRECIO
FRAUDES →→→→ Necesario una forma de CLASIFICACIÓN
CARACTERIZACIÓN:
+ Acidos grasos: GC o HPLC
+ NIR: Acidos grasosAnálisis discriminante
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Clasificación utilizando AGC como análisis discriminate
Grupo original
bellota (25)
bellota
19
(76%)
recebo
5
(20%)
pienso
1
(4%)
Clasificado como
pienso (14)
recebo (15)
(27%)
0
4
(0%)
(73%)
0
11
(0%)
(0%)
14
0
(100%)
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Clasificación utilizando NIRS como análisis discriminate
Grupo original
21
(84%)
3
(12%)
1
(4%)
Clasificado como
bellota (25)
bellota recebo pienso
(20%)
0
3
(0%)
(80%)
0
12
(0%)
(0%)
14
0
(100%)
pienso (14)
recebo (15)
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Introducción
Aplicaciones
Equipos y programasEquipos y programas
Metodología de trabajo
Para llevar a casa
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InfraXact FossXDS Foss MAP Bruker
Equipos
Equipos móviles
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NIR Imagen
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Programas
Específicos:
• GRAMS (de la casa Thermo)
• WinISI, ISIscan y Vision (de la casa FOSS)
Análisis multivariante (quimiometría):
Aumento de:
• ComplejidadAnálisis multivariante (quimiometría):
• Unscrambler (de la casa Camo)
• SIMCA (de la casa Umetrics)
Genéricos de estadística:
• SAS
• R
• Complejidad
• Conocimiento
• Espíritu aventurero
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Introducción
Aplicaciones
Equipos y programasEquipos y programas
Metodología de trabajo
Para llevar a casa
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Definir claramente el objetivo
Error típico de predicción
Error típico del laboratorio (método de referencia)
Error típico del equipo
Error típico del modelo
ETP:
ETL:
ETNIR:
ETMOD:
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Tipo de coche: Error del NIR con respecto al método de referencia
(Precisión del modelo que se nos exige)
Metáfora ejemplo
Tipo de paisaje: Complejidad espectral de la matriz
(cuanto se parecen unos espectros a otros)
Tipo de carretera: Cómo adaptamos el tipo de paisaje al tipo de
coche que se nos exige
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NIR
imagen
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Data mining and the machine of learning
Algoritmos para Clasificar:
• Análisis Cluster
• Principal Component Analysis: PCA
• Partial Least Squares: PLS
Algoritmos para cuantificar:
• Regresión por PCA
• Regresión por PLS
• Partial Least Squares Discriminant Analysis: PLS-DA
• Soft Independent Modeling of Class Analogy: SIMCA
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Reducir efecto del
tamaño de partícula y
realzar parámetros a analizar
• Pre-tratamientos del espectro:
SNV, Detrend, MSC
• Derivadas: primera, segunda
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0,3
0,6
0,9
Análisis PCA
0
0,3
1000 1500 2000 2500
• Solo utiliza información del espectro
• Obtiene factores latentes (son independientes entre si)
• Elimina ruido
• Reduce la dimensión del problema
• Permite medir distancias
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Tipo de carretera
(heterogeneidad de espectros):
• Distribución de las muestras en
la esfera
• Número de factores
independietes
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Distancia al centro:
Distancia de Mahalanobis (GH) o Distribución T2 de Hotelling según programa
Determina el límite de la carretera (cuando se extrapola)
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Neighbourhood H:
• Distancia al vecino
• Presencia de baches
(huecos donde la
predicción no sea buena)
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Calibración
j << i
¿Hasta cuando incluir factores (PC’s)?
Sobreajuste
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SECV
Métodos automatizados de inclusión de componentes
Cross-Validation
SECV
nº PC’s
SECV ≅ SEP
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Introducción
Aplicaciones
Equipos y programasEquipos y programas
Metodología de trabajo
Para llevar a casa
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• NIR’s es una tecnología rápida y barata para el
análisis de un gran número de muestras.
• Se encuentra ampliamente extendido en el control
de calidad y de procesos por lo que os lo podéis
encontrar. Por lo tanto es importante que tengáis
un conocimiento mínimo de cómo funciona (no es
una caja negra)una caja negra)
• Utiliza una serie de técnicas, que son complejas,
pero son muy útiles en muy diversos campos
(control de procesos, I+D, etc.)
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Si queréis más información…
Si vais a trabajar en ello…
Alberto Arnau BonacheraAlberto Arnau Bonachera