Proposta da aplicação da análise por componentes principais no roteiro de uma aula de análise instrumental do curso de graduação em química

• Autor(a) principal: Santos, Laryssa dos
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/11690
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA; Análise por Componente Principais; Quimiometria; Águas minerais; Cromoterapia de Íons

No final do século passado, o avanço computacional e da instrumentação científica promoveu o surgimento de uma grande quantidade de dados em diversos níveis de complexidade. Neste contexto, e com o intuito de extrair, mediante a uma abordagem multivariada, uma maior quantidade de informações relevantes dos dados gerados no laboratório, auxiliando na sua interpretação e propondo estratégias pré-experimentais, originou-se uma área nomeada Quimiometria. Uma das frentes de pesquisa da Quimiometria e um dos focos deste trabalho é o reconhecimento de padrões, o qual tem um dos principais métodos a Análise por Componentes Principais (ACP ou PCA, do inglês Principal Component Analysis). Esta ferramenta, permite a visualização gráfica de todo o conjunto de dados, principalmente, quando o número de amostras e variáveis é elevado. Contudo, esta técnica faz uso, principalmente, de conceitos de álgebra e estatística, áreas que têm foco relativamente restrito nos cursos de Química em geral. Entretanto, o uso de programas estatísticos bem construídos permite substituir a complexidade matemática por uma simplicidade didática. Dessa forma, este trabalho visou propor um roteiro de aula, no qual introduz os conceitos principais da ferramenta estatística selecionada (ACP), usando uma rotina. computacional que pode ser aplicada à uma plataforma de uso gratuito (GNU Octave). A disciplina selecionada para a utilização do roteiro foi a Análise Instrumental I (código IQA366) ministrada para os alunos do curso de Química com Atribuições Tecnológicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), na prática experimental de análise da composição de águas minerais por meio da técnica de cromatografia de íons. As variáveis selecionadas foram as concentrações de 7 ânions (F-, Cl-, NO2-, Br-, NO3-, PO43- e SO42-) em 16 águas minerais de marcas brasileiras e estrangeiras. Ao quantificar os teores dos íons nas águas minerais, os íons Br- e PO43- se apresentaram abaixo dos seus respectivos limites de quantificação e não foram utilizados no estudo da ACP. A ferramenta quimiométrica (ACP) foi aplicada através de uma rotina preparada na plataforma GNU Octave 5.1.0, o qual possibilitou o cálculo e construção dos gráficos para os scores e loadings das componentes principais PC1 e PC2, as quais explicam aproximadamente 80% da estrutura dos dados originais. A interpretação desses dados viabilizou, inicialmente, a redução da dimensão dos conjunto dos dados para o estudo em um plano PC1 versus PC2 e a distinção da água mineral da marca S.Pellegrino devido ao seu alto teor de sulfato em relação ao restante. Além disso, permitiu a distinção das marcas São Lourenço e Evian, por apresentarem as maiores concentrações de nitrito e a Perrier, a maior concentração de nitrato. Ao longo da realização dos experimentos, tratamento de dados e uso da plataforma foram feitas anotações, as quais auxiliaram, junto com o procedimento atual descrito na apostila da disciplina, na elaboração do roteiro proposto para a aula. Este roteiro, sugere a aplicação da ACP com uma rotina do GNU Octave para amostras águas minerais brasileira e estrangeira como uma forma de iniciar a implementação destas ferramentas no currículo do curso de Química.