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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18181
Tipo: | Tese |
Título: | Estudo sobre o emprego de quimiometria em espectroscopia de impedância eletroquímica |
Autor(es): | Rodrigues, Dayvison Ribeiro |
Primeiro Orientador: | Lemos, Sherlan Guimarães |
Primeiro Coorientador: | Fragoso, Wallace Duarte |
Resumo: | A aplicação de um potencial senoidal a um sistema eletroquímico provoca o surgimento de uma corrente que também é senoidal, e cujas características dependem dos processos impedimétricos que ocorrem na interface eletrodo-solução e da frequência da perturbação aplicada. Esse é o princípio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Os modelos quantitativos baseados nessa técnica são geralmente construídos relacionando-se a variação da concentração do analito aos valores de um único elemento elétrico de um circuito equivalente usado para modelar o comportamento dos espectros. A primeira etapa do trabalho propõe uma estratégia para otimizar a construção desses modelos quantitativos ao correlacionar mais de um elemento elétrico do circuito equivalente a variação da concentração do analito. No trabalho foram construídos modelos multivariados para a quantificação de ferrocianeto, catecol e hidroquinona empregando a regressão linear múltipla. O resultado mais expressivo foi observado com o modelo multivariado da hidroquinona que apresentou Erro Padrão Médio da previsão (RMSEP) de 0,79 mol L-1 contra 2,51 mol L-1 alcançado com o modelo univariado, ambos na quantificação de hidroquinona em amostras de água de torneira fortificada. Uma metodologia alternativa para construção de modelos quantitativos, e que não necessita recorrer aos circuitos equivalentes, foi proposta na segunda etapa desse trabalho. A estratégia foi construir modelos de Regressão Parcial por Mínimos Quadrados (PLS) empregando a impedância expressa como número complexo (Z’ + jZ’’). Modelos quantitativos para o ferrocianeto, catecol e hidroquinona foram construídos e os resultados obtidos por esses modelos foram comparados aos fornecidos pelos modelos PLS construídos com a parte real da impedância (Z’), a parte imaginária (Z’’), o módulo da impedância (|Z|) e o ângulo de fase (ϕ). A terceira etapa do trabalho foi a construção de modelos para classificação de amostras de cafés puros e adulterados com cascas e paus, empregando dados de impedância expressos como números complexos. A Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais (PLS-DA) e a Modelagem Independente e Flexível por Analogia de Classes (SIMCA) foram as técnicasempregadas. Verificou-se nos casos avaliados que a construção de modelos quantitativos e qualitativos com a impedância expressa como número complexo conduziu a resultados similares ou superiores aos modelos construídos com apenas uma das informações relacionadas a impedância (Z’, Z’’, |Z| e ϕ). Isso é uma vantagem, pois não é necessário avaliar todas as matrizes, e possivelmente, o uso dos dados complexos conduzirá aos melhores resultados. |
Abstract: | The application of a sinusoidal potential to an electrochemical system causes the rise of a current that is also sinusoidal, whose characteristics depend on the impedimetric processes that occur at the electrode-solution interface and of the applied signal frequency. This is the principle of Electrochemical Impedance Spectroscopy. Quantitative models based on this technique are generally constructed by relating the change in analyte concentration to the values of a single electrical element of an equivalent circuit used to model the behavior of spectra. The first step of the work proposed a strategy to optimize the construction of these quantitative models by correlating more than one electrical element of the circuit equivalent to the variation of analyte concentration. Multivariate models for ferrocyanide, catechol and hydroquinone quantification using multiple linear regression were built. The most significant result was observed with the multivariate hydroquinone model which presented an RMSEP of 0.79 mol L-1 against 2.51 mol L-1 achieved with the univariate model, both in the quantification of hydroquinone in spiked tap water samples. An alternative methodology for the construction of quantitative models, which does not need to use equivalent circuits, was proposed in the second stage of this work. The strategy was to construct partial least square models (PLS) using the impedance expressed as complex number (Z'+ jZ''). Quantitative models for ferrocyanide, catechol and hydroquinone were constructed and the results obtained by these models were compared to those provided by the PLS models constructed with the real impedance part (Z'), imaginary part (Z''), absolute impedance (|Z|) and the phase angle (ϕ). The third stage of the work was the construction of models to classify samples of pure and adulterated coffees with shells and sticks, using impedance data expressed as complex numbers. The techniques employed were PLS-DA and SIMCA. It was found in all studied cases that the construction of quantitative and qualitative models with the impedance expressed as a complex number led to similar or better results than the models constructed with only one of the impedance related information (Z’, Z’’, |Z| and ϕ). This is an advantage as it is not necessary to evaluate all arrays as the use of complex data will lead to better or similar results. |
Palavras-chave: | Espectroscopia de impedância eletroquímica Números complexos Café MLR PLS PLS-DA SIMCA Electrochemical impedance spectroscopy Complex numbers Coffee |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18181 |
Data do documento: | 28-Ago-2019 |
Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Química |
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