Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO
Polona Ivanšek
KEMOMETRIJSKA KARAKTERIZACIJA VEZIV
IN PREMAZOV Z BLIŢNJO INFRARDEČO
SPEKTROSKOPIJO
Diplomska naloga
Maribor, maj 2010
Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa
KEMOMETRIJSKA KARAKTERIZACIJA VEZIV IN
PREMAZOV Z BLIŢNJO INFRARDEČO
SPEKTROSKOPIJO
Študentka: Polona Ivanšek
Študijski program: Visokošolski, Kemijska tehnologija
Smer: Kemijska tehnologija
Predviden strokovni naslov: dipl. inţ. kem. tehnol. (VS)
Mentor: red.prof.dr.Darinka Brodnjak Vončina
Komentor: doc. dr. Aljana Petek
Delovna mentor Darko Lampret, dipl. ing. kem. tehnol.
IZJAVA
Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelala sama, prispevki drugih so posebej označeni.
Pregledala sem literaturo iz področja diplomskega dela po naslednjih elementih;
Vir: Chemical Abstracts
Gesla: premazi, veziva, bliţnja infrardeča
spektroskopija (NIRS), kemometrijske
metode, regresija glavnih osi (PCR),
metoda delnih najmanjših kvadratov (PLS)
Skupine gesel: IR spektroskopija
Časovno obdobje: od leta 1997 do leta 2010
Število referenc: 34
Število prebranih izvlečkov: 8
Število prebranih člankov: 11
Število pregledanih knjig: 13
Maribor,
Podpis študentke
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorici red. prof. dr. Darinki
Brodnjak Vončina za pomoč in vodenje pri
opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se doc.
dr. Aljani Petek za somentorstvo. Hvala tudi
delovnemu mentorju Darku Lampretu, dipl. ing. kem.
tehol., ki me je med izdelavo diplomske naloge
usmerjal.
Posebna zahvala velja staršem, ker so mi omogočili
študij, sestrama in partnerju pa za vsestransko
pomoč pri izdelavi diplomske naloge.
I
Diplomsko delo
KEMOMETRIJSKA KARATERIZACIJA VEZIV IN PREMAZOV Z
BLJIŢNO INFRARDEČO SPEKTROSKOPIJO
POVZETEK
UDK: 543. 428. 4 (043.2)
Namen diplomskega dela je preučiti moţnost zamenjave klasičnih analiznih metod z
metodo NIR. Eksperimentalni del smo izvajali na NIR spektrofotometru NIRFlex N – 500,
proizvajalca BUCHI, Švica, podprtim s programsko opremo NIRcal V 5.2. Klasične
analizne metode smo izvajali v skladu z veljavnimi ISO standardi. Kvantitativna NIR
kalibracija je sestavljena iz štirih osnovnih korakov: izbira reprezentativnega
kalibracijskega niza, pridobivanje in določevanje referenčnih vrednosti spektrov, povezava
vrednosti spektrov z referenčnimi vrednostmi in validacija izdelane metode. Vsem
vzorcem smo z refleksijsko sondo Fiber optic soldis z nastavkom za tekočine, povezano z
NIR inštrumentom, posneli NIR spektre. Za izdelavo kvantitativnih kalibracij smo uporabili
matematični postopek metode delnih najmanjših kvadratov PLS (ang. Partial Least
Squares). Za vse izvedene kvantitativne kalibracije smo kot validacijsko metodo uporabili
VS validacijski niz. Za ugotavljanje primerljivosti klasičnih metod, z metodo NIR pa smo
uporabili signifikantni parni t-test.
Bliţnja rdeča spektroskopija se je izkazala kot alternativna metoda klasičnim analiznim
metodam. Bliţnja infrardeča spektroskopija je enostavna za uporabo, hitra, nedestruktivna
ter prijazna ljudem in okolju. Z njo prihranimo čas in stroške, ki nastanejo z nakupom
reagentov.
Ključne besede: premazi, veziva, bliţnja infrardeča spektroskopija (NIRS),
kemometrijske metode, regresija glavnih osi (PCR), metoda delnih najmanjših kvadratov
(PLS)
II
Diplomsko delo
CHEMOMETRIC CHARACTERIZATION OF RESINS AND
COATINGS USING NEAR INFRARED SPECTROSCOPY
ABSTRACT
UDK: 543. 428. 4 (043.2)
The scope of the research work was to examine the possibility of replacing conventional
analytical methods with NIR method. Experimental work was performed on NIR
spectrophotometer NIRFlex N – 500 BUCHI, Switzerland. Conventional classical
analytical methods were carried out in accordance with valid ISO standards.
Each sample was recorded with reflection probe NIR spectra. Quantitative NIR calibration
consists of four basic steps: selection of a representative calibration sample set, spectra
acquisition and determination of reference values, multivariate modeling to relate the
spectral variations to the reference values of the analytical target property and validation
of the method. Partial Least Squares PLS was used for developing of NIR models.
Results of NIR models were tested with significant paired t-test.
Near infrared spectroscopy has proven to be an alternative method to conventional,
classical analytical methods. Near infrared spectroscopy is an analytical technique which
is simple to use, fast and non-destructive. It is an environmentally and user friendly
technique. NIRS method is saving time of analyses and reducing the cost od reagents.
Key words: coatings, resins, near infrared spectroscopy (NIRS), chemometrics methods,
Principal Component Regression (PCR), Partial Least Squares (PLS)
III
Diplomsko delo
UPORABLJENI SIMOBOLI
Simbol Veličina Enota
valovno število (cm-1)
c hitrost svetlobe (cm/s)
k konstanta vezi (N/m)
Mr molska masa (g/mol)
Ar relativna atomska masa (g/mol)
R difuzni odboj
T prepustnost
*T odboj prepustnosti
m masa
(g)
V prostornina
(mL)
sd standardni odmik
d̅ povprečna vrednost razlik
t parni t test
UPORABLJENE KRATICE
Kratica Opis kratice
NIR Bliţnje infrardeče območje (ang. Near Infrared)
NIRS bliţnja infrardeča spektroskopija (ang. Near Infrared Spectroscopy)
IR infrardeča spektroskopija (ang. Infrared Spectroscopy)
HPCS visoka zmogljiva kristalna spektroskopija (ang. High Performance Crystal Spectroscopy)
PCR regresija glavnih osi (ang. Principal Component Regression)
PLS metoda delnih najmanjših kvadratov (ang. Partial Least Squares)
PC glavne osi (ang. Principal Component)
GRŠKI SIMBOLI
Simbol Veličina Enota
λ valovna dolţina (µm)
µ reducirana masa (kg)
IV
Diplomsko delo
1. UVOD ......................................................................................................................... 1
2. TEORETIČNI DEL ...................................................................................................... 3
2.1 IR (infrardeča) spektroskopija .............................................................................. 3
2.1.1 Vrste prehodov ............................................................................................. 4
2.2 NIR spektroskopija .............................................................................................. 6
2.2.1 Osnove ........................................................................................................ 6
2.2.2 Instrumenti ................................................................................................... 6
2.2.3 Načini merjenja ............................................................................................ 8
2.2.4 Prednosti NIR spektroskopije ..................................................................... 10
2.2.5 Slabosti NIR spektroskopije........................................................................ 11
2.2.6 Primerjava NIR spektroskopije s klasičnimi analiznimi metodami ............... 11
3. MATERIALI .............................................................................................................. 13
3.1 Metiletilketon ..................................................................................................... 13
3.2 Domalkyd 1673 ................................................................................................. 13
3.3 Helcol classic .................................................................................................... 15
3.4 Heliodur trdilec 33 ............................................................................................. 16
3.5 Heliodur trdilec 75 ............................................................................................. 17
3.6 Domalkyd 7655 ................................................................................................. 17
4. KEMOMETRIJA ....................................................................................................... 19
4.1 Kvalitativna metoda ........................................................................................... 19
4.2 Kvantitativna metoda ......................................................................................... 20
4.2.1 Regresija glavnih osi PCR (ang. Principal Component Regression), .......... 20
4.2.2 Metoda delnih najmanjših kvadratov PLS (ang. Partial Least Squares). ..... 20
4.2.3 Izbor vzorcev .............................................................................................. 21
4.2.4 Snemanje spektrov .................................................................................... 21
4.3 Kvantitativna kalibracija ..................................................................................... 22
5. EKSPERMENTALNI DEL ......................................................................................... 26
5.1 Namen dela ....................................................................................................... 26
5.2 Instrument ......................................................................................................... 26
5.3 Klasične analizne metode ................................................................................. 27
5.3.1 Kemikalije in reagenti ................................................................................. 27
5.3.2 Steklovina in pribor ..................................................................................... 27
5.3.3 Aparature ................................................................................................... 28
5.3.4 Izvedba ...................................................................................................... 28
5.4 Snemanje spektrov ........................................................................................... 34
5.5 Izdelava kvantitativnih kalibracij ........................................................................ 35
5.5.1 % vode v metiletilketonu (MEK) .................................................................. 35
5.5.2 Vsebnost aromatskih spojin v hlapnem delu v umetni smoli Domalkyd 1673 ..
................................................................................................................... 36
5.5.3 Vsebnost pepela v barvi Helcol classic ....................................................... 38
5.5.4 Vsebnost izocianatnih skupin v trdilcu TRD 33 ........................................... 39
5.5.5 Vsebnost suhe snovi v trdilcu TRD 75 ........................................................ 41
5.5.6 Viskoznost v umetni smoli Domalkyd 7655 ................................................. 42
6. REZULTATI .............................................................................................................. 43
V
Diplomsko delo
6.1 Rezultati kvantitativnih kalibracij ........................................................................ 43
6.1.1 % vode v MEK............................................................................................ 43
6.1.2 Vsebnost aromatskih spojin v hlapnem delu v umetni smoli Domalkyd 1673 ..
................................................................................................................... 44
6.1.3 Vsebnost pepela v barvi Helcol classic ....................................................... 45
6.1.4 Vsebnost izocianatnihskupin v trdilcu TRD 33 ............................................ 46
6.1.5 Vsebnost suhe snovi v trdilcu TRD 75 ........................................................ 47
6.1.6 Viskoznost v umetni smoli Domalkyd 7655 ................................................. 48
6.2 Primerljivost metod ............................................................................................ 49
6.2.1 Signifikantni testi ........................................................................................ 49
7. RAZPRAVA .............................................................................................................. 63
8. SKLEP ..................................................................................................................... 65
9. VIRI .......................................................................................................................... 66
10. PRILOGE.............................................................................................................. 68
VI
Diplomsko delo
SEZNAM SLIK
Slika 2-1: Infrardeča območja spektra. .............................................................................. 3
Slika 2-2: Deformacijsko nihanje v molekuli CH2 ............................................................... 4
Slika 2-3: Michelsonov interferometer ................................................................................ 7
Slika 2-4: NIR spektrometer .............................................................................................. 8
Slika 3-1: Strukturna formula metiletilketona .................................................................... 13
Slika 3-2: Umetna smola Domalkyd 1673 ........................................................................ 13
Slika 3-3: Strukturna formula pentaeritritrola .................................................................... 14
Slika 3-4: Strukturna formula ftalanhidrida ....................................................................... 14
Slika 3-5: Strukturna formula maleinanhidrida ................................................................. 14
Slika 3-6: Helcol classic ................................................................................................... 15
Slika 3-7: Strukturna formula butilacetata ........................................................................ 15
Slika 3-8: Strukturna formula n - butanola........................................................................ 15
Slika 3-9: Heliodur trdilec 33 ............................................................................................ 16
Slika 3-10: Strukturna formula cikloheksanona ................................................................ 16
Slika 3-11: Strukturna formula toluendiizocianata ............................................................ 16
Slika 3-12: Heliodur Trdilec 75 ......................................................................................... 17
Slika 3-13: Strukturna formula metilizobutilketona ........................................................... 17
Slika 3-14: Umetna smola Domalkyd 7655 ...................................................................... 17
Slika 3-15: Strukturna formula glicerola ........................................................................... 18
Slika 4-1: Potek kvantitativne kalibracije .......................................................................... 23
Slika 5-1: NIRFlex N - 500 ............................................................................................... 26
Slika 5-2: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti vode ................................ 36
Slika 5-3: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti aromatskih spojin ............ 37
Slika 5-4: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti pepela ............................. 39
Slika 5-5: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti izocianatnih skupin .......... 40
Slika 5-6: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti suhe snovi ....................... 41
Slika 5-7: Predhodno obdelani spektri za določanje viskoznosti ...................................... 42
Slika 6-1: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti vode.......................................... 43
Slika 6-2: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti aromatskih spojin ...................... 44
Slika 6-3: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti pepela ....................................... 45
Slika 6-4: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti izocianatnih skupin ................... 46
Slika 6-5: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti suhe snovi ................................ 47
Slika 6-6: Kalibracijska premica za določanje viskoznosti ................................................ 48
VII
Diplomsko delo
SEZNAM PREGLEDNIC
Preglednica 2-1: Primerjava NIRS s klasičnimi analiznimi metodami. .............................. 11
Preglednica 5-1: Preglednica zateht ................................................................................ 31
Preglednica 5-2: Predlogi testnih parametrov .................................................................. 32
Preglednica 5-3: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti vode ......................... 35
Preglednica 5-4: Glavni podatki kalibracij za določanje vsebnosti aromatskih spojin ....... 37
Preglednica 5-5: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti pepela ...................... 38
Preglednica 5-6: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin ... 39
Preglednica 5-7: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti suhe snovi ................ 41
Preglednica 5-8: Glavni podatki kalibracije za določanje viskoznosti ............................... 42
Preglednica 6-1: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti vode .............................. 43
Preglednica 6-2: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti aromatskih spojin .......... 44
Preglednica 6-3: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti pepela ........................... 45
Preglednica 6-4: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti izocianatnih skupin ....... 46
Preglednica 6-5: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti suhe snovi .................... 47
Preglednica 6-6 : Ocenjevalni parametri za določanje viskoznosti ................................... 48
Preglednica 6-7: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti vode .................. 50
Preglednica 6-8: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti vode .............................. 50
Preglednica 6-9: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti vode.................... 51
Preglednica 6-10: Parni t test validacije za določanje vsebnosti vode .............................. 51
Preglednica 6-11: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti aromatskih spojin
........................................................................................................................................ 52
Preglednica 6-12: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti aromatskih spojin ......... 53
Preglednica 6-13: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti aromatskih spojin
........................................................................................................................................ 53
Preglednica 6-14: Parni t test validacije za določanje vsebnosti aromatskih spojin .......... 53
Preglednica 6-15: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti pepela ............. 54
Preglednica 6-16: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti pepela ......................... 55
Preglednica 6-17: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti pepela ............... 55
Preglednica 6-18: Parni t test validacije za določanje vsebnosti pepela ........................... 55
Preglednica 6-19:Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
........................................................................................................................................ 56
Preglednica 6-20: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin ...... 57
Preglednica 6-21: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
........................................................................................................................................ 57
Preglednica 6-22: Parni t test validacije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin ....... 57
Preglednica 6-23: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti suhe snovi ....... 58
Preglednica 6-24: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti suhe snovi ................... 58
Preglednica 6-25: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti suhe snovi ........ 59
Preglednica 6-26: Parni t test validacije za določanje vsebnosti suhe snovi .................... 59
Preglednica 6-27: Podatki kalibracijske premice za določanje viskoznosti ....................... 60
Preglednica 6-28: Parni t test kalibracije za določanje viskoznosti ................................... 61
Preglednica 6-29: Podatki validacijske premice za določanje viskoznosti ........................ 61
Preglednica 6-30: Parni t test validacije za določanje viskoznosti .................................... 61
Diplomsko delo 1
1. UVOD
V zadnjih letih je kontrola kakovosti, zlasti v kemijski industriji, postala zelo pomembna.
Kontrola kakovosti se izvaja v različnih oblikah. V začetni fazi se izvaja kot kontrola
vhodnih surovin, ki so za končni izdelek ključnega pomena. Naslednja stopnja v kontroli
kakovosti je kontrola polizdelkov, medfazna kontrola ter kontrola končnih produktov.
Redna in natančna kontrola kakovosti zahteva veliko časa, delavcev, različnih reagentov
itd. V zadnjem času se porabi veliko sredstev za razvoj novih tehnik, ki bi prihranile čas in
na dolgi rok zmanjšale stroške, hkrati pa bi tudi proizvodnja končnih izdelkov potekala
hitreje. Tehnika, ki to omogoča, je infrardeča spektroskopija.1,22
NIR območje leţi med 780 nm in 2 500 nm oz. od 12 800 cm-1 do 4 000 cm-1. Leţi med
rdečim območjem vidne svetlobe in srednjim infrardečim območjem (MID IR). NIR spekter
je posledica absorbirane svetlobe med nihanjem vodikovih vezi, kot so C-H, N-H, O-H in
S-H. Odkritje bliţnjega infrardečega območja pripisujejo W. Herschelu, ki je ločil
elektromagnetno polje s prizmo. Ob tem je odkril naraščanje temperature v smeri zunaj
rdečega spektra in zato je območje poimenoval bliţnje rdeče. K.H. Norris in njegov
sodelavci so NIR tehniko prvič uporabili leta 1960, in sicer v kmetijstvu. 3
Infrardeča spektroskopija se je izkazala za učinkovito metodo kvantitativne in kvalitativne
analize. Zanimanje za NIR spektroskopijo je naraslo z izboljšavami instrumenta in razvoja
računalniške opreme, s tem pa tudi programske opreme, ki omogoča razvoj novih
matematičnih metod za obdelavo spektrov. 4
V literaturi lahko zasledimo veliko primerov uporabe NIR tehnike v kemijski, farmacevtski
industriji, kmetijstvu in medicini.
NIR spektroskopija je učinkovita alternativna metoda določevanja vsebnosti vode namesto
klasičnih metod, kot so Karl Fisherjeva metoda, izguba vode pri sušenju ali plinska
kromatografija. Karl Fisherjeva titracija je zamudna, plinska kromatografija je draga in ima
zahtevno standardizacijo, izguba mase pri sušenju pa je mogoča le pri kemikalijah, ki so
stabilne pri povišani temperaturi. Z NIR spektroskopijo so določevali vsebnost vode
higroskopskih spojinah in topilih, kot referenčna metoda je bila uporabljena Karl
Fisherjeva titracija. 6,9,15,
V farmacevtski industriji je uporaba NIR metode zelo razširjena. Uporablja se za
določevanje in identifikacijo vhodnih surovin, pomoţnih snovi, vsebnosti aktivnih snovi.itd
Omogoča direktno analizo snovi v prahu, granulah ipd. 4
Bliţnja infrardeča spektroskopija omogoča preverjanje kemijske strukture surovin,
preverjanje velikosti delcev in sestave.
Omogoča tudi preverjanje vsebnost določene komponente – kvantiitativno določanje
spojin kot je npr. vsebnost hidrogen peroksida v belilnih zobnih pastah [10], vsebnost
teina v čaju 14, analiza morske soli 17.
Diplomsko delo 2
Zelo razširjena je tudi uporaba NIR tehnike v medicini, biomedicini in kmetijstvu. V
medicini in biomedicini se uporablja predvsem pri analizi tkiv in krvi. 5, v kmetijstvu pa
npr. za določevanje energijske vrednosti in sestave krme. 26
V diplomskem delu se bomo osredotočili na uporabo kvantitativnega NIR modela. Z njim
bomo poizkusili nadomestiti klasične analizne metode določevanja veziv in premazov.
Z uporabo modela ţelimo dokazati, da bliţnja infrardeča spektroskopija lahko nadomešča
klasične analizne metode.
Naša hipoteza je, da z NIR spektroskopijo prihranimo čas in zmanjšamo porabo kemikalij,
ki so potrebne za izvajanje klasičnih analiznih metod.
Diplomsko delo 3
2. TEORETIČNI DEL
2.1 IR (infrardeča) spektroskopija
Infrardeče (IR) območje elektromagnetnega valovanja leţi med vidnim in mikrovalovnim
območjem. Obsega sevanje z valovnim številom od 12 820 cm-1 do 33 cm-1 ali z valovnimi
dolţinami od 0,78 µm do 300 µm.
IR območje razdelimo na tri območja: bliţnje (NEAR), srednje (MID) in daljno (FAR). Na
sliki 2 – 1 so prikazana infrardeča območja spektra. [2]
Slika 2-1: Infrardeča območja spektra.
Infrardeče sevanje nima dovolj energije, da bi povzročilo vzbujanje elektronov na višji
energijski nivo, kot lahko to srečamo pri ultravijoličnem (UV) in vidnem (VIS) sevanju. To
lepo vidimo na sliki 2 - 1, iz katere je razvidno, da energija raste od radiofrekvenčnih valov
do sevanja kozmičnih ţarkov. IR sevanje se absorbira le pri tistih molekulah, ki imajo
majhne energijske razlike med različnimi nihanji in rotacijskimi stanji. Pri molekulah mora
priti do spremembe dipolnega momenta, kot posledica vibracijskega in rotacijskega
stanja. Pod temi pogoji električno polje sevanja interagira z molekulo in povzroči
spremembe v amplitudi nihanja. Večja kot je sprememba dipolnega momenta, močnejša
Diplomsko delo 4
je intenzivnost vezi na IR spektru. Homomolekularne molekule ne morejo absorbirati IR
sevanja, ker ne pride do sprememb pri dipolnem momentu.[2]
2.1.1 Vrste prehodov
Rotacijski prehodi
Rotacijske prehode povzroči sevanje z valovnim številom 100 cm-1 oz. manj kot 100 µm.
Ker so prehodi med posameznimi energijskimi stanji kvantizirani, so absorpcijski trakovi
plinov v daljnem (FAR) IR območju ločeni in dobro definirani. Pri tekočinah ali trdnih
snoveh pride do intermolekularnih trkov in interakcij ter tako do širjenja absorpcijskih
trakov.
Vibracijsko / rotacijski prehodi
Nihajni energijski prehodi so prav tako kvantizirani. Za večino molekul energijska razlika
med kvantnimi stanji ustreza srednjemu (MID) IR. IR spekter plina je sestavljen iz serije
trakov, ker za vsak nihajni energijski prehod ustreza več rotacijskih prehodov. Pri
tekočinah in trdnih snoveh je rotacija omejena, zato izginejo ločeni vibracijsko / rotacijski
trakovi in ostanejo razširjeni trakovi. [2]
Vrste molekulskih nihanj
Atomi v molekuli nihajo na različne načine, vendar vedno na določenih kvantiziranih
energetskih nivojih. Relativni poloţaj atoma v molekuli ni določen, ampak se neprestano
spreminja kot posledica različnih nihanj.
Nihanja delimo na osnovi treh kategorij:
- vzdolţno valenčno nihanje,
- prečno nihanje,
- deformacijsko nihanje.
Pri valenčnih nihanjih gre za konstantno spreminjanje medatomskih razdalj vzdolţ vezi
med dvema atomoma, pri deformacijskih nihanjih pa gre za spreminjanje kota med dvema
vezema. Ločimo štiri vrste deformacijskih nihanj: striţno nihanje (ang. scissoring), zibno
nihanje (ang. rocking), kolebno nihanje (ang. wagging) in sučno nihanje (ang. twisting). [6]
Najbolj poznana molekulska premikanja sta valenčna in deformacijska. Na spodnji sliki je
prikazano deformacijsko nihanje v molekuli 2CH .[2]
Slika 2-2: Deformacijsko nihanje v molekuli CH2
Diplomsko delo 5
Za enostavne dvoatomne ali troatomne molekule lahko določimo število in naravo nihanj
ter povezavo z absorpcijskimi nihanji. Kompleksne molekule lahko vsebujejo različne tipe
atomov in vezi, zato postane za takšne molekule analiza teţavna. Število nihanj lahko v
večatomni molekuli izračunamo. Za določitev točke v prostoru potrebujemo tri koordinate.
Vsaka koordinata ustreza eni prostostni stopnji za vsak atom v večatomni molekuli.
Molekula z N atomi ima 3N prostostnih stopenj. [2]
Pri definiranju premikov moramo upoštevati:
- gibanje celotne molekule skozi prostor (translacija),
- rotacijsko gibanje celotne molekule okoli njenega teţišča in
- individualno gibanje (gibanje vsakega atoma glede na druge atome). [2]
V molekuli moramo upoštevati še translacijsko in rotacijsko gibanje, za kar potrebujemo 6
prostostnih stopenj. Število moţnih nihanj znotraj molekule je tako 3N-6. Linearna
molekula je poseben primer, saj vsi atomi leţijo na eni ravni črti. Rotacija okrog vezi ni
moţna, zato potrebujemo za opis rotacijskega nihanja samo dve prostostni stopnji. Število
nihanj za linearno molekulo je podano kot 3N-5. [2]
Število signalov v spektru je lahko niţje kot pa ga lahko izračunamo, vzroki za to so:
- simetrija molekule,
- energije dveh ali treh nihanj so identične ali skoraj identične,
- intenziteta absorpcije je prenizka za detekcijo in
- nihajna energija je lahko izven območja instrumenta. [2]
Harmonski oscilator uporabimo kot enostaven model za predstavitev nihanj vezi.
Frekvenco molekulskih nihanj lahko opišemo z enačbo. Za dvoatomno molekulo velja:
21
21 )(
2
1
2
1
mm
mmkk
c
, ,
21
21
mm
mm
(2-1)
kjer so:
– valovno število absorpcijskega vrha, cm-1,
c – hitrost svetlobe, cm/s,
– reducirana masa, kg,
k – konstanta vezi, N/m.
Diplomsko delo 6
2.2 NIR spektroskopija
2.2.1 Osnove
Absorpcija energije v IR območju elektromagnetnega spektra povzroči molekularna
nihanja in rotacije. Molekule nihajo pri določenih frekvencah. Nihanja opazimo pri
mnogokratnikih (2.,3.,4., in drugih) osnovnih nihajnih frekvencah. Takšna nihanja
imenujemo višji harmonični toni (ang. overtones). Ker ima vsaka molekula več različnih
nihanj, se le – ta lahko pojavijo kot kombinacija osnovnih frekvenc. [22]
NIR območje leţi med 780 nm in 2 500 nm oz. od 12 800 cm-1 do 4 000 cm-1. Absorpcijski
trakovi, ki jih vidimo v bliţnjem IR območju, so prisotni kot rezultat višjih harmoničnih
nihanj vezi C-H, N-H, O-H in S-H. Odvisni so od številnih parametrov, kot so velikost
delcev, polimorfizem, rezidualna topila in vlaţnost. Ker teh parametrov ne moremo
predvideti, ni moţna direktna primerjava spektra neznane spojine s spektrom referenčne
spojine. Spektre je potrebno matematično obdelati.
Osnovna frekvenca nihanj je zelo visoka, ker so to atomi z majhnimi masami. Veliko
materialov (npr. steklo) je prepustnih v tem območju. NIR spektroskopija ima široko in
raznoliko uporabo tako za kemične kot fizikalne analize.
Kemične analize
Kemične analize izvajamo za: kvalitativno določanje prisotnosti posameznih komponent v
pregledovanem vzorcu, kvantitativno določanje vsebnosti vode, določanje kemijske
vsebnosti (aromatskih spojin, izocianatnih skupin, vsebnost pepela, suhe snovi) in za
kontrolo proizvodnega procesa.[24]
S fizikalnimi analizami določamo kristalno obliko in kristaliničnost, polimorfizem,
psevdopolimorfizem in velikost delcev ter obnašanje raztapljanja, razpad vzorca, gostoto,
viskoznost in trdoto.[24]
2.2.2 Instrumenti
Novejši infrardeči spektrofotometri ustvarijo infrardeči spekter po procesu, ki temelji na
Michelsonovem interferometru. Ti spektrofotometri so poznani kot infrardeči
spektrofotomeri s Fourierjevo transformacijo.[23]
Michelsonov interferometer je naprava, ki razdeli ţarek svetlobe v dva vzporedna ţarka
pribliţno enake moči in ju znova zdruţi tako, da lahko jakost sestavljenega ţarka
izmerimo kot funkcijo razlik v dolţinah poti obeh ţarkov. Ţarek svetlobe, ki prihaja iz vira,
pade na poševno ogledalo (ang. beam splitter), kjer se polovica ţarka odbije, polovica
ţarka pa potuje skozi. Poševno ogledalo usmeri en ţarek na fiksno ogledalo, drugega pa
na premikajoče ogledalo. Ţarka se po odboju spet srečata na poševnem ogledalu, kjer se
Diplomsko delo 7
polovici vsakega ţarka usmerita na vzorec in detektor, drugi polovici pa gresta nazaj k
viru.[20]
Za analizni proces sta pomembni samo tisti polovici ţarkov, ki gresta skozi vzorec in
detektor, čeprav nosita ostali dve polovici enako informacijo. Razlika v dolţini poti med
dvema ţarkoma se spreminja s premikajočim ogledalom. Razlika v jakosti zdruţenih
ţarkov se pokaţe kot interferogram. [22]
Michelsonov interferometer zahteva posebno stabilnost, da se lahko ţarka zdruţita in
nastane interferogram. Optični elementi interferograma morajo biti pazljivo izbrani, da
doseţejo konstantno razliko poti. Izogibati se moramo kakršnemu nagibu ali premikanju
ogledala, saj vplivata na končni spekter. Ţarki potujejo po različnih optičnih poteh, zato
lahko naletita na razlike koncentracij v ogljikovem dioksidu in vode v zraku. Te razlike
bodo dale netočne meritve, zato ta interferometer ni primeren za robustne sisteme. Na
sliki 2 – 3 je predstavljena shema Michelsonovega interferometra.[24]
Slika 2-3: Michelsonov interferometer
Za NIR območje uporabljamo namesto Michelsonovega interferometra poseben
polarizacijski interferometer (ang. Infra Prover). Ta sistem temelji na visoki zmogljivi
kristalni spektroskopiji (ang. High Performance Crystal Spectroscopy, HPCS). [22]
Razliko v dolţini poti svetlobnega ţarka prikazujemo s kvarčnim kristalom. Ko gledamo
skozi takšen tip kristala, se slika podvoji. Ko svetloba potuje skozi kristal, se avtomatično
razcepi na dva ţarka, eden je pravokoten, drugi pa vzporeden. Ţarka potujeta skozi kristal
z različno hitrostjo in pod različnimi koti, toda vedno po isti optični poti. Optični poti leţita v
isti polarizacijski ravnini in nista ločeni v prostoru. Razlika v optični poti temelji na majhni
razliki med refrakcijskim indeksom vzporednega in pravokotnega ţarka. Posledica je, da
15 cm optične zagozde rezultira v manj kot 1 mm razlike optične poti. Ta sistem je
robusten in odporen na zunanje mehanične motnje in odstrani probleme, ki so povezani z
zdruţevanjem ţarkov. Točnost ni odvisna od točnosti premikajočega ogledala. Na sliki 2 –
4 je prikazana shema NIR spektrometra.[22]
Diplomsko delo 8
Slika 2-4: NIR spektrometer
2.2.3 Načini merjenja
NIR oprema je namenjena merjenju prepustnosti, difuznega odboja in merjenju
prepustnosti difuznega odboja . Merili smo prepustnost odboja.
Merjenje difuznega odboja
Vir svetlobe in vzorec leţita na isti strani, vendar na nasprotni strani vzorca. Svetloba, ki
prihaja iz vira, prehaja skozi vzorec, posname površino ter se vrne nazaj v detektor.
Največja prednost difuznega odboja je razširitev valovnih dolţin v infrardeče območje
(12500 – 4000) cm-1. Beerov zakon za takšno merjenje ne velja, zato ne moremo
primerjati dolţine poti ter intenzivnosti absorbance. Na spekter torej vplivajo fizikalne
lastnosti vzorca, in sicer oblika in velikost delcev, trdota, ipd. Vzorec, ki ga ţelimo posneti
mora biti zato homogen.[3]
V praksi za merjenje difuznega odboja ( R ) uporabimo refleksijsko sondo, ki je z
dvosmernimi optičnimi vlakni povezana z NIR instrumentom. Svetloba prehaja iz sonde
nekaj valovnih dolţin globoko v vzorec. [3,24]
Po nekaj odbojih in absorpcijah se svetloba vrne nazaj v instrument. Konica sonde je
narejena iz titana in safirja. Uporabljamo jo za praškaste vzorce in granule.
Difuzni odboj je definiran kot količina svetlobe, ki se pri določeni valovni dolţini odbije od
vzorca.
Diplomsko delo 9
rI
IR ,
(2-2)
kjer sta: I – intenziteta difuzno odbite svetlobe vzorca,
rI – intenziteta odbite svetlobe ozadja oz reference.
)(log)1
(log 1010I
I
RA r
R
(2-3)
Merjenje prepustnosti
Vzorec je nameščen med virom in detektorjem. Svetloba, ki prehaja iz vira, potuje skozi
vzorec do detektorja na nasprotni strani. Za merjenje prepustnosti velja Beerov zakon, kar
pomeni, da je intenziteta svetlobe odvisna od poti. Ta tehnika ima dve zaţeleni
značilnosti:
- spekter predstavlja večji volumen posnetega vzorca,
- metoda izboljša občutljivost, natančnost in točnost.
Teţave z nehomogenostjo materiala manj vplivajo na spekter kot pa pri difuznemu
odboju. Meje zaznavnosti so niţje kot pri difuznem odboju.
Slabost te tehnike je oţje območje valovnih dolţin (12500 – 6 000) cm-1.[24]
0I
IT ,
(2-4)
kjer sta: I – intenziteta prepuščenega svetlobnega toka,
0I – intenziteta vpadnega svetlobnega toka.
)(log)1
(loglog 0101010
I
I
TTA
(2-5)
V praksi lahko za merjenje prepustnosti (T ) uporabimo sondo iz dveh enojnih vlaken, ki je
povezana z NIR instrumentom. Uporabimo lahko tudi optično celico. Izdelana je iz
kvarčnega stekla z dolţino poti 0,5 – 1,0 cm, center višine je 8,5 mm.
Merjenje prepustnosti se uporablja za merjenje tekočin.
Merjenje odboja prepustnosti
Odboj prepustnosti je kombinacija prepustnosti in difuznega odboja. Pri merjenju odboja
prepustnosti se difuzna odbojna površina uporablja za odboj prepustnosti skozi vzorec.
Neabsorbirana svetloba se odbije od vzorca nazaj na detektor.
Diplomsko delo 10
V praksi merimo odboj prepustnosti ( *T ) tako, da na optično sondo pritrdimo nastavek z
optično potjo 1 ali 2 mm. Nastavek ima majhno reţo, skozi katero priteče tekočina.
Svetloba prihaja iz optičnih vlaken skozi tekočino in z njo interagira. Difuzni reflektor na
drugi strani reţe odbije svetlobo nazaj v tekočino, z njo ponovno interagira in se vrne
nazaj v instrument.
Merjenje odboja prepustnosti uporabljamo za tekočine in gele.[24]
TI
IT *
,
(2-6)
kjer sta: I – intenziteta prepuščene in odbite svetlobe vzorca in
TI – intenziteta prepuščene odbite svetlobe brez vzorca.
)1
(log*10
*
TA
(2-7)
2.2.4 Prednosti NIR spektroskopije
NIR spektroskopija je postala zelo uporabna tehnika v analizni kemiji, zlasti v kemijski
industriji. Prednosti tehnike so:
- Energija svetlobe v bliţnjem infrardečem območju je dovolj majhna, da ne uničimo
vzorca, omogoča nedestruktivno analizo.
- Svetloba lahko potuje skozi nekaj milimetrov debel vzorec, brez sevanja, ne da bi
se pri tem absorbirala.
- Vzorca pred analizo ni potrebno pripraviti, s tem se izognemo nevarnim
kemikalijam.
- NIR metoda je nedestruktiva, kar predstavlja precejšno prednost za uporabo na
tistih področjih, kjer vzorcev ne smemo spreminjati (biološka in medicinska
uporaba)
- Hkrati lahko izmerimo več parametrov vzorca, tako kemijske in fizikalne lastnosti,
kot določevanje koncentracije posamezne sestavine vzorca.
- Praktična lastnost NIR spektroskopije je tudi vrsta materialov, ki ne interagirajo z
NIR svetlobo to sta npr. steklo in plastika. Če so vzorci pakirani v takšnih
materialih, jih lahko analiziramo skozi embalaţo.
- Za merjenje z NIR spektrometrom poglobljeno znanje kemije ni potrebno. Meritev
je opravljena zelo hitro, zato lahko proces prenesemo iz laboratorija v proizvodnjo.
[24]
Diplomsko delo 11
2.2.5 Slabosti NIR spektroskopije
- Z merjenjem spektrov vzorcev analiza še ni končana.
- Po merjenju znanih vzorcev moramo narediti kalibracijo, šele nato lahko pričnemo
z dejansko uporabo metode.
- Z NIR spektroskopijo ne moremo določati spojin v manjši koncentraciji od enega
odstotka.
- Analiziramo lahko samo organske snovi.
- Ustrezna je za rutinsko delo, ne pa za raziskave.
- Razvoj NIR metod je zahtevno in časovno dolgotrajno delo, ki zahteva veliko
potrpeţljivosti in predanosti.[24,30]
2.2.6 Primerjava NIR spektroskopije s klasičnimi analiznimi metodami
V preglednici so prikazane razlike med NIR spektroskopijo in klasičnimi analiznimi
metodami.[30]
Preglednica 2-1: Primerjava NIRS s klasičnimi analiznimi metodami.
NIRS Klasične analizne metode
Direktna meritev, brez priprave vzorca Priprava vzorcev
Hitra analiza Zamudne analize
Nedestruktivna metoda Velikokrat destruktivna metoda
Analiza večkomponentnih zmesi Potrebna ločitev komponent
Fleksibilnost Omejeno mesto analize
Okolju prijazna tehnologija Strupeni reagenti, topila, odpadni vzorci
Razlike med NIR spektroskopijo in klasičnimi analiznimi metodami so velike. Za razliko od
predpisanih analiznih metod, omogoča NIR spektroskopija celotno sliko vzorca.
Ugotavljanje istovetnosti temelji na primerjavi spektrov drugih vzorcev.
Ker valovanje NIR prehaja skozi veliko materialov (steklo, prosojna plastika), lahko
merjenje nekaterih vzorcev izvajamo kar v originalni embalaţi.
Pri klasičnih analiznih metodah moramo predhodno pripraviti vzorec in raztopine, kar pa
vzame veliko časa. Zaradi toksičnih in strupenih reagentov moramo vzorec po končani
analizi zavreči in ga ne moremo ponovno uporabiti, kot lahko to naredimo pri NIRS.
Prednosti NIR tehnike pred klasičnimi analiznimi metodami so hitre meritve, brez
predhodne priprave vzorca, izvedba analize je enostavna in moţnost napake analitika je
majhna.[24]
Klasične analizne metode se izvajajo v laboratorijih, ki so ločeni od proizvodnega procesa,
medtem ko lahko NIR spektrofotometer vključimo neposredno v proces za sprotno
izvajanje kontrolnih meritev.
Diplomsko delo 12
Veliko kemijskih in tehnoloških operacij je zelo občutljivih na majhne spremembe v
kakovosti vstopnih materialov. S klasičnimi analiznimi metodami te informacije pogosto ne
dobimo, lahko pa jo dobimo iz NIR spektra.[24]
Z NIRS lahko sočasno dobimo rezultate za več različnih sestavin, saj lahko en spekter
uporabimo za več različnih kalibracij.[24]
Diplomsko delo 13
3. MATERIALI
3.1 Metiletilketon
Slika 3-1: Strukturna formula metiletilketona
- IUPAC ime: Butan – 2 – on
- Sistematično ime: metiletilketon
- Druga imena: 2 – butanon, metilpropanon, etilmetilketon, metilaceton
- Kratice: MEK
- Molekulska formula: C4H8O
- Strukturna formula: CH3-CO-CH2-CH3
Metiletilketon je brezbarvna tekočina, ostrega in sladkega vonja. Je organsko topilo za
naravne in umetne smole. Uporablja se tudi kot surovina za barve, snov za ekstrakcijo,
organsko sintezo in surovina za fotokemikalije. [33]
3.2 Domalkyd 1673
Je alkidna umetna smola. Uporablja se kot vezivo za dekorativne in industrijske premaze
za les in kovino.
Slika 3-2: Umetna smola Domalkyd 1673
Sestava:
1. Sojino olje
2. Pentaeritritol
Diplomsko delo 14
Slika 3-3: Strukturna formula pentaeritritrola
- IUPAC ime: 2,2 - bis hidroksimetil 1,3 – propandiol
- Molekulska formula: C6H12O6
Je organska spojina, ki spada med polivalentne alkohole. Pentaeritritol je bela
kristalinična snov, ki je zelo uporabna za sintezo mnogih polifunkcionalnih spojin.
3. Ftalanhidrid
Slika 3-4: Strukturna formula ftalanhidrida
- IUPAC ime: 2-benzofuran-1,3 dion
- Molekulska formula: C8H4O3
4. Maleinanhidrid
Slika 3-5: Strukturna formula maleinanhidrida
- IUPAC ime: Furan-2,5 dion
- Molekulska formula: C4H2O3
5. Bencin D – 60 je alifatski bencin [28,33]
Diplomsko delo 15
3.3 Helcol classic
Je cestna barva, ki se uporablja za označevanje cestne signalizacije.
Slika 3-6: Helcol classic
Sestava:
1. Butilacetat
Slika 3-7: Strukturna formula butilacetata
- IUPAC ime: butiletanoat
- Molekulska formula: C6H12O2
- Organsko topilo
2. TiO2 – titanov dioksid
3. Metiletilketon (Opisan v razdelku 3.1)
4. SiO2 – kremenčeva moka
5. n – butanol
Slika 3-8: Strukturna formula n - butanola
- IUPAC ime: Butan 1 – ol
- Molekulska formula: C4H10O
6. akrilne umetne smole, kot polnila [28,33]
Diplomsko delo 16
3.4 Heliodur trdilec 33
Uporablja se kot komponenta za utrjevanje Heliodur emajlov.
Slika 3-9: Heliodur trdilec 33
Sestava:
1. Butilacetat (3.3.1)
2. Metiletilketon (3.1)
3. Cikloheksanon
Slika 3-10: Strukturna formula cikloheksanona
Molekulska formula: C8H10O
4. Toluendiizocianat
Slika 3-11: Strukturna formula toluendiizocianata
- Molekulska formula: C9H8N2O2 [28,33]
Diplomsko delo 17
3.5 Heliodur trdilec 75
Uporablja se kot komponenta za utrjevanje Heliodur emajlov.
Slika 3-12: Heliodur Trdilec 75
Sestava:
1. Metilizobutilketon
Slika 3-13: Strukturna formula metilizobutilketona
- Molekulska formula: C6H12
2. Toluendiizocianat (3.4.4)
3. Metiletilketon (3.1)
4. Cikloheksanon (3.4.3) [28,33]
3.6 Domalkyd 7655
Uporablja se kot vezivo za barvo, za tiskanje evrskih bankovcev.
Slika 3-14: Umetna smola Domalkyd 7655
Diplomsko delo 18
Sestava :
1. sojino olje
2. pentaeritrol (3.2.2)
3. toluendiizocianat (3.4.4)
4. glicerol
Slika 3-15: Strukturna formula glicerola
- molekulska formula: C3H5(OH)
5. bencin D – 60 [28,33]
Diplomsko delo 19
4. KEMOMETRIJA
NIR spektri so v splošnem karakterizirani s širokimi vrhovi in mnoţico prekrivajočih se
signalov. Vidno vrednotenje je tako popolnoma nemogoče. Spektri podobnih spojin se
pogosto razlikujejo zgolj v rahlih premikih ali majhnih spremembah absorpcijskih trakov.
Zaradi tega razloga so NIR spektri vrednoteni s pomočjo matematičnih metod. Zato je
bistvena kemometrijska programska oprema. [24]
Kemometrija je uporaba matematičnih in statističnih postopkov za obdelavo, vrednotenje
in interpretacijo velike količine podatkov. Naloga kemometrijske programske opreme v
NIR spektroskopiji je najti statistično povezavo med neznanim spektrom merjenega
vzorca in znano vrednostjo lastnosti vzorcev uporabljenih za kalibracijo. Če je ta
primerjava sistematična, je moţno predvideti ţelen parameter (identiteto, kvaliteto ali
kvantiteto) neznanega vzorca s snemanjem njegovega spektra, ki ga kasneje obdelamo in
ovrednotimo z matematičnimi postopki. [30]
Da bi iztrţili maksimalni izkoristek meritev, uporabimo metodo glavnih osi PCA ( ang.
Principal Component Analysis ) Metoda glavnih osi (PCA) je ena najstarejših in najbolj
poznanih tehnik večfaktorske analize. Z metodo glavnih osi iz začetnih spremenljivk
izračunamo nove faktorje (nove spremenljivke). Eden izmed razlogov za uporabo metode
glavnih osi je velika količina podatkov, dobljenih z modernimi računalniškimi in merilnimi
tehnikami. [3,18]
Cilji metode glavnih osi (PCA) v NIR spektroskopiji so zmanjševanje podatkov o posnetih
spektrih, ne da bi pri tem izgubili podatke in avtomatično vrednotenje izmerjenih spektrov
z uporabo validacijskih metod.[3]
Ločimo dve vrsti kemometrijskih metod, in sicer kvalitativno in kvantitativno.
4.1 Kvalitativna metoda
Za izgradnjo kvalitativnega modela lahko metodo glavnih osi PCA uporabimo na dva
načina, in sicer kot:
- metodo grupiranja (ang. Cluster calibrations)
- metodo SIMCA (ang. Soft Independent Modeling of Class Analogy)
Kvalitativne modele uporabljamo za identifikacijo različnih vzorcev in določevanje
posameznih fizikalnih lastnosti vzorca.
Vzorci so lahko spojine z zelo različnimi kemijskimi karakteristikami in spojine s podobnimi
lastnostmi.
Omogoča pa nam tudi določanje kakovosti produkta, ki ga na podlagi rezultatov lahko
sprejmemo ali zavrnemo.[24,30]
Diplomsko delo 20
4.2 Kvantitativna metoda
Kvantitativno metodo uporabljamo za določanje kvantitativnih lastnosti vzorcev.
Namen kvantitativnih NIR modelov je določiti vsebnost ene ali več komponent, določiti
prisotnost določenega tipa vezi in določevanje specifične teţe, gostote, itd.
Za izgradnjo kvantitativnega modela največkrat uporabljamo MLR (ang. Multiple Linear
Regression), regresijo glavnih osi PCR (ang. Principal Component Regression) in metodo
delnih najmanjših kvadratov PLS (ang. Partial Least Squares). [24]
4.2.1 Regresija glavnih osi PCR (ang. Principal Component Regression),
Osnovni namen regresije glavnih osi PCR je zmanjšati število napovedanih – neodvisnih
spremenljivk z uporabo prvih nekaj primarnih komponent in ne z uporabo osnovnih
spremenljivk Primarne komponente pridobi s pomočjo PCA in z njimi izvede regresijo
predvidevane lastnosti vzorca.
V PCR so osnovne komponente izbrane tako, da opišejo kar se da veliko razlik med
predvidevanimi (neodvisnimi) spremenljivkami ne glede na moč povezave med odvisnimi
in neodvisnimi spremenljivkami.
Metoda dobro deluje, kadar obstaja dovolj visoka stopnja povezanosti med napovedanimi
(neodvisnimi) spremenljivkami. Tak primer je običajno primer inverzne kalibracije.
Tehnika je zelo uporabna tudi kadar so si predvidevane spremenljivke zelo podobne, kar
lahko pri MRL metodi povzroči nezanesljivost rezultatov. 3,18
4.2.2 Metoda delnih najmanjših kvadratov PLS (ang. Partial Least Squares).
Tako, kot PCR tudi PLS raje uporablja linearno kombinacijo napovedanih spremenljivk,
kot originalne – osnovne spremenljivke, vendar pa je izbrana linearna kombinacija
drugačna.
PLS poišče pot največje verjetnosti s primerjavo obeh lastnosti spektra in informacije
ciljne lastnosti z novimi osmi, ki jim pravimo PLS komponente ali faktorji.
Največja razlika med metodama je, da prva primarna komponenta ali faktor pri PCR
predstavlja največjo razliko v spektru. V PLS pa predstavlja najboljšo moţno povezavo s
ciljno vrednostjo.3,18
V obeh primerih pa je optimalno število uporabljenih komponent za izdelavo kalibracije
odvisno od lastnosti vzorca in analitičnih ciljev. 3
Diplomsko delo 21
4.2.3 Izbor vzorcev
Izbor reprezentativnih vzorcev je eden izmed najpomembnejših korakov za izvedbo
kalibracije. Ta izbor zelo vpliva na kakovost in na zanesljivost kalibracije ter celotne
uporabe modela. Samo en vzorec določenega produkta ne more predstavljati celotnega
produkta, zato potrebujemo niz vzorcev in spektrov. Izbor reprezentativnih vzorcev mora
obsegati naslednje pogoje: zadostno število vzorcev, vključitev vzorcev iz različnih šarţ,
zbiranje in merjenje vzorcev pri različnih pogojih. Vsi vzorci morajo biti preverjeni s
klasično analizno metodo. [24]
4.2.4 Snemanje spektrov
Za merjenje vzorcev ne potrebujemo predhodnih priprav. Refleksijsko sondo, ki je
povezana z NIR instrumentom, potopimo v vzorec in posnamemo spekter, ter ga
shranimo v bazo podatkov. [24]
Diplomsko delo 22
4.3 Kvantitativna kalibracija
Proces izdelave kvantitativne kalibracije vsebuje štiri osnovne korake, in sicer:
- izbira reprezentativnega kalibracijskega niza,
- pridobivanje in določevanje referenčnih vrednosti spektrov,
- povezava vrednosti spektrov z referenčnimi vrednostmi,
- validacija izdelane metode z:
- navzkriţno validacijo CV (ang. Cross Validation),
- validacijo niza VS (ang. Validation Set).3
Slika 4 – 1: prikazuje glavne korake v izvedbi kvantitativne kalibracije s programsko
opremo NIRcal V 5.2.
Diplomsko delo 23
Slika 4-1: Potek kvantitativne kalibracije
Diplomsko delo 24
Za izdelavo kvantitativne kalibracije sta na voljo dve metodi, in sicer:
- regresija glavnih osi PCR (ang. Principal Component Regression),
- metoda delnih najmanjših kvadratov PLS (ang. Partial Least Squares).
Pri izdelavi vseh kvantitativnih kalibracij smo uporabili PLS (ang. Partial Least Squares)
metodo.[24]
Izbira validacijske metode
Validacijsko metodo, pri kateri validacijski niz sluţi kot validacija kalibracijski premici,
imenujemo Validacijski niz VS (ang. Validation Set). Druga metoda validacije pa je
navzkriţna validacija CV (ang. Cross Validation), v kateri so meritve vseh vzorcev, ki jih
uporabimo za kalibracijo, uporabljene tudi kot validacijski niz.
Za vse izvedene kvantitativne kalibracije smo kot validacijsko metodo uporabili validacijski
niz VS.[24]
Izbira kalibracijskih in validacijskih spektrov
Pri izdelavi kvantitativne kalibracije uporabljamo spektre, ki smo jim ob merjenju, pred
shranjevanjem, vpisali znano vrednost klasične referenčne analizne metode. Se pravi,
opravljamo s spektri znanih vrednosti in jih na podlagi le teh razdelimo na dva niza:
- 2/3 v kalibracijski niz
- 1/3 v validacijski niz
Kalibracijski niz naj bi vseboval spektre ekstremnih vrednosti, npr. spektre z najniţjimi in
najvišjimi vrednostmi. Validacijski niz pa naj bi vseboval spektre, ki so enakomerno
porazdeljeni po kalibracijskem območju, saj bo validacijska premica sluţila kot ocenitev
kalibracije. Nikoli ne smemo uporabiti istega spektra v obeh nizih.
Po razdelitvi spektrov v niza le te lahko prestavljamo iz enega niza v drugi ali jih iz niza
odstranimo, če negativno vplivajo na potek kalibracije. [24]
Izbira valovne dolţine oz. valovnega števila
Izbira valovne dolţine oz. valovnega števila je odvisna od tipa instrumenta, ki smo ga
uporabili za merjenje spektrov. Območje valovne dolţine / valovnega števila naj bi bilo čim
širše.
Predlog območja valovnega števila je (4000 – 10000) cm-1 [24]
Izbira kalibracijske lastnosti
Kalibracijska lastnost je parameter, ki ga s pomočjo matematičnih algoritmov določujemo
v aplikaciji. V posamezni kalibraciji naj bo izbrana le ena kvantitativna lastnost.[24]
Predobdelava podatkov
Predobdelavo podatkov uporabimo, kadar ţelimo odstraniti nepomembne ali poudariti
pomembne lastnosti meritev. Računalniški program s pomočjo matematičnih algoritmov
Diplomsko delo 25
spektre preoblikuje tako, da med njimi poišče podobnosti in jih z določeno matematično
funkcijo zdruţi. Prvo preračunavanje kalibracije naredimo brez predobdelave in uporabimo
spektre, takšne, kot so bili izmerjeni. Prvi korak optimizacije kalibracije je predobdelava
spektrov z ustreznimi matematičnimi algoritmi. [24]
Kalkulacija kalibracije
Po izbiri in razdelitvi spektrov v niza, izbiri območja valovne dolţine in kalibracijske
lastnosti lahko s pomočjo programske opreme izračunamo kemometrijske parametre, kot
so osnovne komponente, regresijski koeficient, vrednost Q, ostanek… Rezultat kalibracije
je odvisen od izbranega št. primarnih in sekundarnih osnovnih komponent. [24]
Primarne osnovne komponente
Primarne osnovne komponente se uporabljajo za transformacijo spektrov. Od njih je
odvisna velikost dovoljenega ostanka (ang. residual). Več kot uporabimo primarnih
osnovnih komponent, manjši bo dovoljen ostanek kalibracije. [24]
Sekundarne osnovne komponente
Sekundarne osnovne komponente se uporabljajo za izračun parametra. Število izbranih
sekundarnih komponent je omejeno z izbranim številom primarnih. Poiskati moramo
najboljšo moţno povezavo med referenčnimi in predvidenimi NIR vrednostmi. [24]
Ocenjevanje kalibracije
Poiskati moramo najboljšo povezavo med originalno referenčno vrednostjo in NIR
predvideno vrednostjo. Povezava je najbolje prikazana s pomočjo kalibracijske premice in
ocenjena s statističnimi testi.
- Standardna napaka kalibracije SEC (ang. Standard Error of Calibration) in
predvidena napaka kalibracije SEP (ang. Standard Error of Prediction), ki
predstavljata natančnost kalibracije, naj bosta čim manjši.
- V – nizu BIAS, ki prikazuje razliko med originalno vrednostjo, se pravi vrednostjo
izmerjeno po klasični metodi in predvidevano NIR vrednostjo, predstavlja točnost
kalibracije, naj bo standardna napaka okoli nič.
- Vrednost regresijskega koeficienta r (ang. Regression Coefficient), naj bo okrog 1,
vendar ne manjša od 0,9.
- Usklajenost (ang. Consistency) pa naj bo od 80 do 110
- Q - vrednost (ang. Q – value)-velja, da čim bolj se vrednost pribliţa 1, bolj idealna
je kalibracija.
- Največji dovoljeni ostanek kalibracije (ang. max allowed residual for calibration)
Maksimalni ostanek je definiran kot osem-kratni povprečni ostanek iz vseh
kalibracijskih nizov spektrov. [24]
Poleg vseh naštetih statističnih testov so v kalibracijskem protokolu (ang Calibration
Protocol) zabeleţeni vsi glavni koraki izdelave kalibracij.
Diplomsko delo 26
5. EKSPERMENTALNI DEL
5.1 Namen dela
Namen diplomske naloge je nadomestitev klasičnih kvantitativnih analiznih metod z NIR
kvantitativnim modelom.
Z nadomestitvijo bi prihranili čas, ki ga porabimo s predpripravo vzorca za meritev. Ker je
NIR metoda nedestruktivna, ne uničimo analiziranega vzorca. S to metodo se tudi
izognemo uporabi strupenih topil, reagentov ter strupenim odpadnim surovinam. NIR
metoda je tudi nezahtevna za uporabo.
Z delom ţelimo dokazati, da lahko bliţnja infrardeča spektroskopija nadomešča klasične
analizne metode. Vse klasične analizne metode se izvajajo v skladu s predpisi veljavnih
ISO standardov.
Naš cilj je, da bi prihranili čas izvajanja analize in zmanjšali porabo reagentov, ki jih
uporabljamo pri posameznih klasičnih analiznih metodah. Pričakujemo, da bo zamenjava
klasičnih analiznih metod z NIR modelom uspešno izvedena.
Izdelava NIR metode je sestavljena iz treh glavnih delov: načrtovanje metode, razvoj
statističnega modela in validacija izdelane metode.
5.2 Instrument
Eksperimentalni del smo izvajali z NIR spektrofotometrom NIRFlex N – 500, proizvajalca
BUCHI, Švica, podprtim z NIRcal V 5.2 programsko opremo, ki je prikazan na sliki 5 – 1.
Slika 5-1: NIRFlex N - 500
- Za merjenje spektrov smo uporabili refleksijsko sondo Fiber optic soldis z
nastavkom za tekočine (ang. transflaction head).
Diplomsko delo 27
5.3 Klasične analizne metode
5.3.1 Kemikalije in reagenti
- KF reagent z določenim titrom,
- titrirni medij (metanol : propanol 1:1),
- sušilno sredstvo,
- ksilen,
- aromatske spojine – Solvesso 100,
- diklorometan (metilenklorid),
- n – heptan,
- di – n – butilamin, 2,0 mol/L,
- toluen,
- etanol,
- metanol,
- HCl, 0,5 mol/L,
- NaOH, 1 mol/L,
- deionizirana ali destilirana voda,
- bromfenolmodro
5.3.2 Steklovina in pribor
- reagenčna steklenica s širokim vratom, 50 mL
- reagenčna steklenica s kapalko 100 mL
- merilna bučka 1000 mL
- erlenmajerica 300 mL
- urno steklo
- merilni valj 25, 100 mL
- polnilna pipeta 20 mL
- bireta 50 mL
- injekcijska brizgalka
- mikrobrizgalka 10, 100 µL
- vijale 2 mL
- ţarilni lonček
- prijemalne klešče
- magnetno mešalo
- kovinski pokrovček
- kovinska sponka
- termometer
Diplomsko delo 28
5.3.3 Aparature
- aparat za določanje vsebnosti vode po Karl Fisherju (KF),
- plinski kromatograf (GC/MS)
- sušilnik – ventilacijska peč z regulacijo temperature do 200°C
- ţarilna peč z regulacijo temperature do 900°C.
- rotacijski viskozimeter HAAKE VT 500.
- eksikator s sušilnim sredstvom
- analitska tehtnica z natančnostjo 0,0001g
5.3.4 Izvedba
Vse teste klasičnih analiznih metod smo izvedli v petih paralelkah.
5.3.4.1 Vsebnost vode po Karl Fisherju (KF)
Metoda se uporablja za določanje vsebnosti vode v čistih mineralnih oljih in njihovih
produktih, alkoholih, topilih, v mešanicah spojin, ki so v titrirnem mediju topne oziroma se
jih da v njem dispergirati. Metoda ni uporabna za materiale, ki reagirajo s KF – reagentom.
Vzorec raztopimo v titrirnem mediju in titriramo s KF reagentom. Iz porabe sklepamo o
vsebnosti vode. Pred začetkom analize moramo instrument pripraviti. Ko je elektroda
pripravljena in titrirni medij kondicioniran, doziramo vzorec. Vzorec lahko doziramo skozi
odprtino za doziranje ali pa ga vbrizgamo z injekcijsko brizgalko. V prvem primeru
zatehtamo ustrezno količino vzorca v tehtič in ga kvantitativno prenesemo v titrirno
posodo.
Če doziramo z injekcijsko brizgalko, zatehtamo od 2 do 5 mL vzorca. Pred titracijo
moramo določiti titer KF reagenta. Določa se s titracijo destilirane vode. Shranimo ga v
spomin aparata in le ta ga avtomatsko upošteva.
Rezultat podamo v % vode oziroma mg vode na mL vzorca. [27,34]
Diplomsko delo 29
5.3.4.2 Kvantitativna določitev vsebnosti aromatskih spojin v alifatskih topilih z
metodo plinske kromatografije
S to metodo določamo masne deleţe (uteţne odstotke) aromatskih spojin v alifatskih
topilih D-60 in D-40 v koncentracijskem območju od 0,02 do 0,2 ut %.
Metoda se uporablja za določanje vsebnosti aromatskih spojin v alifatskih topilih.
Priprava vzorca
V vijalo doziramo iz reagenčne steklenice s kapalko cca. 1,3 mL (dve tretjini vijale) redčila
diklorometan (metilenklorid), nato z mikrobrizgalko dodamo natančno 100 µL vzorca ter
natančno 2 µL n-heptana (interni standard). Vijalo zapremo, dobro premešamo njeno
vsebino in analiziramo s plinskim kromatografom po metodi D60.
Priprava standardne raztopine:
Za izračun vsebnosti aromatskih spojin v vzorcih alifatskih topil D-60 in D-40 pripravimo
standardno raztopino z znano vsebnostjo aromatskih spojin.
V 50 mL reagenčni steklenički pripravimo standardno raztopino z 0,05 ut.% ksilena in 0,05
ut.% solvessa 100. Tako pripravljeno standardno raztopino dobro premešamo ter
pripravimo za GC/MS po istem postopku kot vzorec.
Pogoji kromatografske analize:
- Injektor: 250 °C
- Detektor: 280 °C
- Peč: 0,5 min/50 °C, nato po 10 °C /min do 110 °C, 0,5 min/110 °C , nato po
20°C/min do 250 °C
- Kolona: HP-5, dolţina 25 m, premer 0,2 mm
Kvantitativna karakterizacija vzorca:
Vsebnost aromatskih spojin v vzorcu alifatskega topila D-60 ali D-40 dobimo na osnovi
izračuna iz standardne raztopine po sledeči formuli:
raztopinistdvaromatovut
stxP
vzxPvzorcuvaromatovut
vzISTD
stISTD
P
P.%
.,
., %
.,
.,%
(5 -1)
PISTD,vz. - ploščina vrha internega standarda v vzorcu
PISTD,st. - ploščina vrha internega standarda v standardni raztopini
PX,vz. - vsota ploščin vseh vrhov aromatskih spojin v vzorcu
PX,st. - vsota ploščin vseh vrhov aromatskih spojin v standardni raztopini
Kot rezultat metode podamo uteţni odstotek aromatskih spojin v vzorcu na dve decimalni
mesti natančno. [27,34]
Diplomsko delo 30
5.3.4.3 Določevanje vsebnosti pepela
Vsebnost pigmentov in polnil se določa s pomočjo razmerja mas pri upepelitvi vzorca pri
točno določenih pogojih po izhlapitvi hlapnih komponent.
Metoda je namenjena določevanju vsebnosti pepela v lakih, barvah in sorodnih izdelkih.
Testiranje izvedemo v treh paralelkah. Vsa tehtanja izvedemo na 0,0001 g natančno. Pred
testiranjem postavimo ţarilni lonček za pol ure v peč na 900 °C ± 20 °C, in ga po ohladitvi
v eksikatorju stehtamo (m0). V tako pripravljen ţarilni lonček zatehtamo pribliţno 2 g
vzorca (m1). Ţarilni lonček postavimo v sušilnik na 105 °C ± 2 °C za 3 ure, da izhlapi
topilo. Nato ga prenesemo v peč in vzorec kalciniramo 2 uri pri 900 °C ± 20 °C. Ţarilni
lonček prenesemo v eksikator, ga ohladimo in stehtamo (m2 - masa ţarilnega lončka in
preostanka).
Vsebnost pepela izračunamo po formuli:
100][][
][][% pepelaVsebnost
01
02
gmgm
gmgm
(5-2)
m0 - masa ţarilnega lončka, v g
m1 - masa ţarilnega lončka in masa vzorca pred ţarjenjem, v g
m2 - masa ţarilnega lončka in preostanek po ţarjenju, v g
Če se paralelke med seboj razlikujejo za več kot 2 % glede na njihovo srednjo vrednost,
moramo postopek ponoviti.
Rezultat je srednja vrednost paralelk vsebnosti pepela izraţena v % na eno decimalno
mesto. [27,34]
Diplomsko delo 31
5.3.4.4 Določevanje izocianatnih skupin
Poliizocianatno vezivo reagira s preseţno količino dibutilamina, nastane sečnina.
Preseţek dibutilamina titriramo s klorovodikovo kislino v prisotnosti indikatorja ali
potenciometrično.
Metoda je primerna za določanje uteţnega odstotka izocianatnih (NCO) skupin v
poliizocianatnih smolah. Pri obarvanih smolah je potrebna potenciometrična titracija.
260 g dibutilamina raztopimo v brezvodnem toluenu v 1000 mL merilni bučki in
razredčimo s toluenom do oznake 1000 mL.
Standardizacija:
20 mL pripravljene raztopine dibutilamina odpipetiramo v 300 mL erlenmajerico, dodamo
25 mL toluena in 100 mL etanola ali metanola.
Dodamo 2 kapljici bromfenolmodrega in titriramo s HCl (0,5 mol/L) do spremembe barve
iz rdeče v rumeno. Če se med titracijo pojavi razslojevanje, dodamo etanol ali metanol.
Odčitamo porabo HCl na 0,1 mL natančno (V1).
Indikator: Bromfenolmodro: 1 g zdrobljenega indikatorja bromfenolmodro dodamo1,5 mL
NaOH (1 mol/L), 20 mL etanola in 10 mL deionizirane ali destilirane vode.
Preglednica 5-1: Preglednica zateht
Pričakovana vsebnost izocianatnih skupin (NCO) Maksimalna zatehta vzorca
% (w/w) (g)
< 1 25
1 do 10 12
> 10 do 20 6
> 20 do 25 5
> 25 do 30 4
> 30 do 40 3,5
> 40 do 50 3
Titracija v prisotnosti indikatorja
V 300 mL erlenmajerico s širokim vratom zatehtamo predpisano količino vzorca na 0,001
g natančno (masa m).Vzorec raztopimo s 25 mL toluena. Če je potrebno, pospešimo
raztapljanje z rahlim segrevanjem.
Ohlajenemu vzorcu s pipeto dodamo 20 mL raztopine dibutilamina (2,0 mol/L), pokrijemo
erlenmajerico z urnim steklom in raztopino mešamo z magnetnim mešalom 15 minut pri
sobni temperaturi. Nato razredčimo s 100 mL etanola ali metanola in dodamo nekaj kapljic
raztopine bromfenolmodro.
Titriramo s HCl (0,5 mol/L) do spremembe barve v rumeno in zabeleţimo porabo HCl (0,5
mol/L) v mL (V2).
Diplomsko delo 32
Vsebnost izocianatnih skupin (IS), izraţenih v uteţnih odstotkih, Izračunamo po sledeči
enačbi
m
cVVww
2,4/ % IS 21
(5 – 3)
4,2 - konstanta
m - masa vzorca v gramih na 0,001 g
V1 - volumen raztopine HCl (0,5 mol/L) v mL porabljene za standardizacijo 20 mL
raztopine dibutilamina 2 mol/L
V2 - volumen raztopine HCl (0,5 mol/L) v mL porabljene za titracijo vzorca
c - koncentracija raztopine HCl (0,5 mol/L)
Kot rezultat podajamo vsebnost izocianatnih skupin (NCO skupin) v ut % na eno
decimalno mesto natančno. [27,34]
5.3.4.5 Določanje nehlapnih snovi za premaze
Nehlapna snov je ostanek, izraţen v uteţnih odstotkih, ki ga dobimo z izhlapevanjem
hlapnih snovi iz vzorca pri določenih pogojih testiranja.
Metoda je primerna za določevanje nehlapnega dela vzorca v barvah, lakih, smolnih
raztopinah in polimernih disperzijah, ki se uporabljajo za izdelavo barv in premazov.
Določanje vsebnosti nehlapnih snovi izvajamo v paralelkah.
Suh in čist kovinski pokrovček stehtamo - m0 na 0,001 g natančno.
V pokrovček zatehtamo (2 ± 0,2) g vzorca – m1 na 0,001 g natančno. Vzorec enakomerno
porazdelimo po pokrovčku.
Pri zelo viskoznih vzorcih ali materialih, ki hitro tvorijo koţo, si pomagamo s kovinsko
sponko, ki pa jo moramo stehtati skupaj s praznim pokrovom in jo pustiti do konca
postopka na pokrovu. Vzorca damo v ţe prej segreto peč na določeno temperaturo in ju
pustimo v peči predpisan čas. Nato vzorca ohladimo in ponovno stehtamo – m2, na
0,001g natančno.
Preglednica 5-2: Predlogi testnih parametrov
čas sušenja
temperatura zatehta Vrsta preizkušanca
(min) (°C) (g)
60 105 2 ± 0,2 Zračno sušeči premazi
60 125 2 ± 0,2 Pečno sušeči premazi
60 150 2 ± 0,2 Pečno sušeči primerji (predlaki)
30 180 2 ± 0,2 Elektroizolacijski premazi
180 105 2 ± 0,2 Cestni premazi
Diplomsko delo 33
100*
][][%ut snovinehlapnih vsebnost
1
02
gm
gmgm
(5 – 4)
m0 - masa pokrova (s kovinsko sponko), v g
m1 - masa vzorca pred sušenjem (zatehta) , v g
m2 - masa pokrova (s kovinsko sponko) in masa vzorca po sušenju, v g
Če se paralelki med seboj razlikujeta za več kot 2 % glede na njuno srednjo vrednost,
moramo postopek ponoviti.
Rezultat podajamo kot srednjo vrednost paralelk v uteţnih % na eno decimalno mesto
natančno, pri predpisanih pogojih. [27,34]
5.3.4.6 Viskoznost z rotacijskim viskozimetrom HAAKE VT 500
Metoda je uporabna za merjenje viskoznosti newtonovih in ne-newtonovih tekočin,
polimerov in veziv v raztopini, v emulzijski ali v disperzijski obliki. Aparat HAAKE VT 500
omogoča uporabo več senzorskih sistemov za različne materiale v različnih viskoznih
območjih. Senzorski sistem sestavljata vreteno v obliki valja in čaša. V čašo vlijemo
merjeno tekočino do oznake, vanjo potopimo vreteno, pokrijemo in namestimo v aparat.
Po termostatiranju izmerimo viskoznost.
Vreteni v čaši MV DIN in SV DIN sta standardizirani in se lahko uporabljata v namene
medlaboratorijskih primerjav.
V čašo vlijemo homogen vzorec: za MV DIN pribliţno 45 mL, za SV DIN pa 20 mL vzorca.
Čašo z vretenom vstavimo v aparat. Nastavimo meritvene pogoje, le ti so predpisani v
zahtevah. Pred meritvami vzorec in vreteno obvezno termostatiramo 15 do 20 minut pri
zahtevani temperaturi. Viskoznost izmerimo po navodilih za delo z aparatom. Odčitamo
temperaturo in striţno hitrost. Takoj po meritvi je čašo in vreteno potrebno očistiti.
Kadar je v zahtevah ţe podana standardna hitrost pri kateri je potrebna meritev
viskoznosti, z aparatom pa direktno ne moremo izmeriti viskoznosti, si pomagamo tako,
da viskoznost izmerimo v celotnem meritvenem območju, narišemo graf (striţna hitrost /
viskoznost) in določimo viskoznost pri določeni striţni hitrosti.
Rezultat zapišemo kot vrednost viskoznosti v mPa, ki jo odčitamo iz prikazovalnika. Poleg
navedemo še temperaturo v °C in striţno hitrost. [27,34]
Diplomsko delo 34
5.4 Snemanje spektrov
Za merjenje spektrov smo uporabili refleksijsko sondo Fiber optic soldis z nastavkom za
tekočine (ang. transflaction head).
Vsem vzorcem smo posneli spektre skozi celotno NIR območje (4000 – 10000) cm-1. Pred
vsakim naslednjim merjenjem smo konico sonde in nastavek za tekočine očistili z
butilacetatom in obrisali s staničevino.
NIR spektre smo posneli direktno iz embalaţe, v kateri vzorci prihajajo v Kontrolo
kakovosti. Spojino smo posneli tako, da smo sondo z nastavkom potisnili direktno v
vzorec ter se prepričali, da med nastavkom za tekočine in refleksijsko sondo ni
mehurčkov.
Vse vzorce, ki smo jih vključili v model, smo predhodno ustrezno testirali s klasičnimi
analiznimi metodami v petih paralelkah.
Posnete spektre posameznih vzorcev smo označili in shranili v bazo podatkov.
Diplomsko delo 35
5.5 Izdelava kvantitativnih kalibracij
5.5.1 % vode v metiletilketonu (MEK)
Za izdelavo kalibracijske premice smo posneli 39 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizno metodo po Karl Fisherju. Spektre vzorcev
je bilo potrebno posneti takoj po klasični analizi, ker MEK, izpostavljen zraku, zelo hitro
nase veţe vodo. Med vnesenimi in predvidevanimi NIR vrednostmi bi lahko prišlo do
prevelike razlike. Posledica tega bi bil neuporaben spekter.
Ko smo posneli zadostno število spektrov, smo se lotili izdelave kvantitativne kalibracije.
Posnete spektre smo poiskali v bazi podatkov in jim pripisali vrednosti, ki odgovarjajo
originalu, izmerjene po klasični metodi ter po korakih izvedli kvantitativno kalibracijo. V
preglednici 5 – 3 so prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 - 2 prikazuje spektre
obdelane z matematičnimi funkcijami.
Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so podani v kalibracijskem protokolu (priloga 1).
Preglednica 5-3: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti vode
MEK % vode vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 39
št. spektrov v K - nizu 30
območje spektrov (0.029 - 0.323)%
št. spektrov v V - nizu 9
območje spektrov (0.05 - 0.257)%
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine / valovnega št. (4000 – 10000) cm-1
izbira kalibracijske lastnosti % vode
primarne osnovne komponente 6
sekundarne osnovne komponente 2
Diplomsko delo 36
Slika 5-2: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti vode
5.5.2 Vsebnost aromatskih spojin v hlapnem delu v umetni smoli Domalkyd
1673
Za izdelavo kalibracijske krivulje smo posneli 54 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizno metodo s plinsko kromatografijo. Ko smo
posneli zadostno število spektrov, smo se lotili izdelave kvantitativne kalibracije. Posnete
spektre smo poiskali v bazi podatkov in jim pripisali vrednosti, izmerjene po klasični
metodi s pomočjo plinske kromatografije ter po korakih izvedli kvantitativno kalibracijo. V
preglednici 5 – 4 so prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 - 3 prikazuje spektre
obdelane z matematičnimi funkcijami. Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so podani
v kalibracijskem protokolu (priloga 2).
Diplomsko delo 37
Preglednica 5-4: Glavni podatki kalibracij za določanje vsebnosti aromatskih spojin
D1673 vsebnost aromatskih spojin v
hlapnem delu vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 54
št. spektrov v K - nizu 42
območje spektrov (0.2 - 1.3)%
št. spektrov v V - nizu 12
območje spektrov (0.3 - 1.0)%
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine / valovnega št. (4000 – 10000) cm-1
izbira kalibracijske lastnosti % aromatskih spojin
primarne osnovne komponente 8
sekundarne osnovne komponente 6
Slika 5-3: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Diplomsko delo 38
5.5.3 Vsebnost pepela v barvi Helcol classic
Za izdelavo kalibracijske krivulje smo posneli 54 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizo s pomočjo razmerja mas pri upepelitvi
vzorca. V preglednici 5 – 5 so prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 - 4 prikazuje
spektre obdelane z matematičnimi funkcijami. Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so
podani v kalibracijskem protokolu (priloga 3).
Preglednica 5-5: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti pepela
HELCOL CLASSIC vsebnost pepela vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 54
št. spektrov v K - nizu 46
območje spektrov (41.1 - 43.6)%
št. spektrov v V - nizu 8
območje spektrov (41.8 - 43)%
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine/ valovnega št. (4000 – 10000)cm-1
izbira kalibracijske lastnosti Vsebnost pepela
primarne osnovne komponente 8
sekundarne osnovne komponente 5
Diplomsko delo 39
Slika 5-4: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti pepela
5.5.4 Vsebnost izocianatnih skupin v trdilcu TRD 33
Za izdelavo kalibracijske krivulje smo posneli 64 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizno metodo s titracijo. V preglednici 5 – 6 so
prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 - 5 prikazuje spektre obdelane z matematičnimi
funkcijami. Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so podani v kalibracijskem protokolu
(priloga 4).
Preglednica 5-6: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
TRD 33 vsebnost NCO skupin vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 64
št. spektrov v K - nizu 46
območje spektrov (3.09 - 5.61)ut %
št. spektrov v V - nizu 18
območje spektrov (3.3 - 5.42)ut %
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine/valovnega št. (4000 – 10000)cm-1
izbira kalibracijske lastnosti vsebnost NCO
primarne osnovne komponente 8
sekundarne osnovne komponente 7
Diplomsko delo 40
Slika 5-5: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Diplomsko delo 41
5.5.5 Vsebnost suhe snovi v trdilcu TRD 75
Za izdelavo kalibracijske krivulje smo posneli 42 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizno metodo določitve hlapnih snovi v vzorcu. V
preglednici 5 – 7 so prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 – 6 prikazuje spektre
obdelane z matematičnimi funkcijami.
Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so podani v kalibracijskem protokolu (priloga 5).
Preglednica 5-7: Glavni podatki kalibracije za določanje vsebnosti suhe snovi
TRD 75 vsebnost suhe snovi vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 42
št. spektrov v K - nizu 30
območje spektrov (26.21 - 36.66)%
št. spektrov v V - nizu 12
območje spektrov (28.21 - 35.54)%
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine / valovnega št. (4000 – 10000)cm-1
izbira kalibracijske lastnosti suha snov
primarne osnovne komponente 10
sekundarne osnovne komponente 6
Slika 5-6: Predhodno obdelani spektri za določanje vsebnosti suhe snovi
Diplomsko delo 42
5.5.6 Viskoznost v umetni smoli Domalkyd 7655
Za izdelavo kalibracijske krivulje smo posneli 61 spektrov različnih vzorcev, ki smo jim
pred tem določili vrednosti s klasično analizno metodo določitve viskoznosti. V preglednici
5 – 8 so prikazani glavni podatki kalibracije. Slika 5 – 7 prikazuje spektre obdelane z
matematičnimi funkcijami. Ostale podrobnosti in rezultati kalibracije so podani v
kalibracijskem protokolu (priloga 6).
Preglednica 5-8: Glavni podatki kalibracije za določanje viskoznosti
D7655 viskoznost 0.1 vrednosti
št. vseh posnetih spektrov 61
št. spektrov v K - nizu 46
območje spektrov (44.936 - 208.284)Pas
št. spektrov v V - nizu 15
območje spektrov (61.992 - 141.49)Pas
izbira kalibracijske metode PLS
izbira validacijske metode VS
izbira valovne dolţine/valovno št. (4000 – 10000)cm-1
izbira kalibracijske lastnosti viskoznost
primarne osnovne komponente 9
sekundarne osnovne komponente 4
Slika 5-7: Predhodno obdelani spektri za določanje viskoznosti
Diplomsko delo 43
6. REZULTATI
6.1 Rezultati kvantitativnih kalibracij
Rezultate kalibracij lahko prikaţemo s kalibracijskimi premicami in s kalibracijskim
protokolom (priloga 1) v katerem so zapisani vsi podatki kalibracije. Na slikah 6 – 1, 6 – 2,
6 – 3, 6 – 4, 6 – 5 in 6 – 6 so prikazane kalibracijske premice posameznih kvantitativnih
kalibracij. V preglednicah 6 – 1, 6 – 2, 6 – 3, 6 – 4, 6 – 5 in 6 – 6 pa so predstavljeni
parametri za ocenjevanje kalibracij.
6.1.1 % vode v MEK
Slika 6-1: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti vode
Preglednica 6-1: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti vode
Vsi ocenjevalni kalibracijski parametri so znotraj dovoljenih mej odstopanja.
MEK % vode vrednosti Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 0.0087 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 0.0081 Naj bo čim manjša 0
vrednost Regresijskega koeficienta r 0.9945 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS 8.6410-6 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 108.293 od 80 do 120
Q - vrednost 0.953743 1
največji moţni ostanek kalibracije 0.00014
Diplomsko delo 44
6.1.2 Vsebnost aromatskih spojin v hlapnem delu v umetni smoli Domalkyd
1673
Slika 6-2: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Preglednica 6-2: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti aromatskih spojin
D1673 vsebnost aromatskih spojin v
hlapnem delu vrednosti
Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 0.063397 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 0.072327 Naj bo čim manjša 0
Vrednost Regresijskega koeficienta r 0,9764 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS 0.004169 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 87,65 od 80 do 120
Q - vrednost 0.842874 1
največji moţni ostanek kalibracije 0.000339
Vsi ocenjevalni kalibracijski parametri so znotraj dovoljenih mej odstopanja.
Diplomsko delo 45
6.1.3 Vsebnost pepela v barvi Helcol classic
Slika 6-3: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti pepela
Preglednica 6-3: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti pepela
HELCOL CLASSIC vsebnost pepela vrednosti Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 0.115096 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 0.1296 Naj bo čim manjša 0
vrednost Regresijskega koeficienta r 0.984061 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS 0.11762 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 119.673 od 80 do 120
Q - vrednost 0.742395 1
največji moţni ostanek kalibracije 0.002931
Vsi ocenjevalni kalibracijski parametri so znotraj dovoljenih mej odstopanja.
Diplomsko delo 46
6.1.4 Vsebnost izocianatnihskupin v trdilcu TRD 33
Slika 6-4: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Preglednica 6-4: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
TRD 33 vsebnost NCO skupin vrednosti Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 0.020618 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 0.023443 Naj bo čim manjša 0
vrednost Regresijskega koeficienta r 0.9995 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS 0.018214 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 87.948 od 80 do 120
Q - vrednost 0.953924 1
največji moţni ostanek kalibracije 0.001757
Vsi ocenjevalni kalibracijski parametri so znotraj dovoljenih mej odstopanja.
Diplomsko delo 47
6.1.5 Vsebnost suhe snovi v trdilcu TRD 75
Slika 6-5: Kalibracijska premica za določanje vsebnosti suhe snovi
Preglednica 6-5: Ocenjevalni parametri za določanje vsebnosti suhe snovi
TRD 75 vsebnost suhe snovi vrednosti Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 0.051577 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 0.058964 Naj bo čim manjša 0
vrednost Regresijskega koeficienta r 0.9999 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS 0.026822 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 874.723 od 80 do 120
Q - vrednost 0.957483 1
največji moţni ostanek kalibracije -5
Vsi ocenjevalni kalibracijski parametri so znotraj dovoljenih mej odstopanja.
Diplomsko delo 48
6.1.6 Viskoznost v umetni smoli Domalkyd 7655
Slika 6-6: Kalibracijska premica za določanje viskoznosti
Preglednica 6-6 : Ocenjevalni parametri za določanje viskoznosti
D7655 viskoznost 0.1 vrednosti Dovoljene meje odstopanja
Ocenjevanje kalibracije
standardna napaka kalibracije SEC 13.873 Naj bo čim manjša 0
predvidena standardna napaka SEP 12.937 Naj bo čim manjša 0
vrednost Regresijskega koeficienta r 0.953459 0,9 1
C – niz BIAS 0 0
V – niz BIAS -7.39 Naj bo čim manjši 0
usklajenost 107.511 od 80 do 120
Q - vrednost 0.403188 1
največji moţni ostanek kalibracije 0.000675
Standardna in predvidena napaka kalibracije, ki predstavljata natančnost kalibracije, sta
previsoki. Prav tako je izven predvidene meje vrednost V – niz BIAS, ki predstavlja
točnost kalibracije. Nizka pa je tudi vrednost Q. Vsi ti parametri kaţejo na neustreznost
kalibracije. Do tega so privedle prevelike razlike med originalnimi in predvidenimi
vrednostmi spektrov, zaradi česar program z matematični algoritmi ni našel prave
povezave med njimi.
Diplomsko delo 49
6.2 Primerljivost metod
6.2.1 Signifikantni testi
Signifikantne teste uporabljamo za ugotavljanje signifikantnosti razlik med dvema
rezultatoma. Z njimi ugotavljamo ali so razlike med rezultatoma posledica samo naključnih
napak ali pa med rezultatoma signifikantna razlika, ki je posledica sistematskih napak.
Pri primerjanju dveh parov meritev, ki jih dobimo z različnima metodama, uporabimo parni
t – test za ugotavljanje primerljivosti metod. To izvedemo s pregledovanjem razlike (d)
med dvema paroma rezultatov, ki ju dobimo z različnima metodama. Če med metodama
ni razlike, potem je povprečje razlik µd=0. Z uporabo statističnega t testa testiramo, če se
razlike signifikantno razlikujejo od 0. Teoretično t vrednost odčitamo pri številu prostostnih
stopenj (n-1), pri 5% tveganju. Kadar je teoretična t vrednost niţja od izračunane, med
metodama obstajajo signifikantne razlike in nadomestna metoda, v našem primeru NIR
kvantitativna metoda, ni primerna zamenjava ţe obstoječe metode. [18,26]
ds
ndt
(6 – 1)
kjer je:
n - število meritev
d̅ - povprečna vrednost razlik med znano in predvidevano NIR vrednostjo
sd - standardni odmik
Standardni odmik je merilo za odstopanje rezultatov od povprečja.
1
)(0
2
n
xx
s
n
i
i
d
(6 – 2)
Parne t teste smo izvedli s pomočjo podatkov iz kalibracijskega protokola za posamezno
metodo. Ločeno smo izvedli t test za kalibracijsko in validacijsko premico.
Diplomsko delo 50
6.2.1.1 % vode v topilu metiletilketon
Preglednica 6-7: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti vode
Preglednica 6-8: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti vode
Podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
0,323 0,31176 0,01124
0,323 0,31646 0,00654
0,323 0,31846 0,00454
0,049 0,04249 0,00651
0,049 0,04699 0,00201
0,049 0,04379 0,00521
0,04 0,04595 -0,00595
0,04 0,04303 -0,00303
0,04 0,04258 -0,00258
0,045 0,04198 0,00302
0,045 0,04247 0,00253
0,045 0,0423 0,0027
0,047 0,03923 0,00777
0,047 0,04128 0,00572
0,047 0,0415 0,0055
0,106 0,12799 -0,02199
0,106 0,1281 -0,0221
0,106 0,12852 -0,02252
0,1 0,09532 0,00468
0,1 0,09592 0,00408
0,1 0,09639 0,00361
0,029 0,02248 0,00652
0,029 0,02141 0,00759
0,029 0,02162 0,00738
0,068 0,07188 -0,00388
0,068 0,07283 -0,00483
0,068 0,07292 -0,00492
0,061 0,06402 -0,00302
0,061 0,06414 -0,00314
0,061 0,0602 0,0008
št. meritev 30
povprečje 1,0010-10
s 0,0088
nivo sig. 0,05
prost.st. 29
t-test (izra) 6,24910-8
t-test (teor) 2,045229
Diplomsko delo 51
Preglednica 6-9: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti vode
Preglednica 6-10: Parni t test validacije za določanje vsebnosti vode
št. meritev 9
povprečje 8,6510-6
s 0,0081
nivo sig. 0,05
prost.st. 8
t-test (izra) 0,003205
t-test (teor) 2,306004
Obe izračunani vrednosti parnega t testa, sta niţji od kritične, – teoretične t vrednosti–
testa, kar pomeni, da se metodi signifikantno ne razlikujeta, in da je NIR kvantitativna
metoda primerna zamenjava za klasično metodo določanja vsebnosti vode pa Karl
Fisherju.
Podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
0,05 0,05221 -0,002212
0,05 0,05404 -0,004036
0,05 0,05325 -0,003247
0,134 0,14226 -0,008263
0,134 0,14145 -0,007447
0,134 0,14019 -0,006194
0,257 0,24632 0,010683
0,257 0,2465 0,010498
0,257 0,2467 0,010296
Diplomsko delo 52
6.2.1.2 Vsebnost aromatskih spojin v hlapnem delu v umetni smoli Domalkyd 1673
Preglednica 6-11: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
0,8 0,815593 -0,0155929
0,8 0,802728 -0,00272775
0,8 0,854204 -0,0542045
0,3 0,355573 -0,055573
0,3 0,30013 -0,00013005
0,3 0,178093 0,121907
0,8 0,747105 0,0528949
0,8 0,817615 -0,0176154
0,8 0,756018 0,0439824
0,9 0,904955 -0,00495523
0,9 0,846579 0,0534208
0,9 0,901096 -0,00109592
0,6 0,575621 0,0243788
0,6 0,522642 0,0773579
0,6 0,591547 0,00845316
0,2 0,190718 0,00928159
0,2 0,168169 0,0318314
0,2 0,196385 0,0036155
0,3 0,294142 0,00585769
0,3 0,315473 -0,0154726
0,3 0,30514 -0,00514037
0,5 0,476437 0,0235625
0,5 0,496488 0,00351173
0,5 0,507882 -0,00788181
0,4 0,461904 -0,0619045
0,4 0,402269 -0,00226914
0,4 0,485995 -0,0859952
0,7 0,783502 -0,0835019
0,7 0,84683 -0,14683
0,7 0,884153 -0,184153
0,95 0,868334 0,0816665
0,95 0,845031 0,104969
0,95 0,983629 -0,0336292
0,6 0,533314 0,0666865
0,6 0,577654 0,0223462
0,6 0,658375 -0,0583753
0,5 0,526799 -0,0267986
0,5 0,488534 0,0114659
0,5 0,57393 -0,0739296
1,3 1,26004 0,0399624
1,3 1,28355 0,0164522
1,3 1,16583 0,134171
Diplomsko delo 53
Preglednica 6-12: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Preglednica 6-13: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Preglednica 6-14: Parni t test validacije za določanje vsebnosti aromatskih spojin
Obe izračunani vrednosti parnega t testa sta niţji od kritične, – teoretične t vrednosti–
testa, kar pomeni, da se metodi signifikantno ne razlikujeta, in da je NIR kvantitativna
metoda primerna zamenjava za klasično metodo določevanja s plinsko kromatografijo.
št.meritev 42
povprečje -2,1410-8
s 0,0634
nivo sig. 0,05
prost.st. 41
t-test (izra) -2,188110-6
t-test (teor) 2,01954095
Podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
0,3 0,360608 -0,0606082
0,3 0,272718 0,0272822
0,3 0,297815 0,00218512
1 0,887694 0,112306
1 0,910985 0,0890151
1 0,960224 0,0397761
0,7 0,644662 0,0553376
0,7 0,753886 -0,0538855
0,7 0,696554 0,00344602
0,4 0,468911 -0,0689107
0,4 0,358836 0,0411637
0,4 0,537074 -0,137074
št. meritev 12
povprečje 4,1710-3
s 0,0723
nivo sig. 0,05
prost.st. 11
t-test (izra) 0,199697
t-test (teor) 2,200985
Diplomsko delo 54
6.2.1.3 Vsebnost pepela v barvi Helcol classic
Preglednica 6-15: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti pepela
podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
42,1 41,7957 0,304287
42,1 42,221 -0,121032
42,1 42,2471 -0,147091
42,1 41,9051 0,194906
42,1 42,1722 -0,0722211
42,1 42,0302 0,0698425
42,1 42,2749 -0,174877
42 42,094 -0,0939963
42 41,9886 0,0113759
42 42,1794 -0,179358
42 41,82 0,180004
42 41,8491 0,150891
42 42,0597 -0,0597023
42 42,0497 -0,0496594
43,6 43,6173 -0,0172585
43,6 43,6238 -0,0238173
43,6 43,457 0,142958
43,6 43,6196 -0,0196015
43,6 43,7942 -0,194172
43,6 43,6495 -0,0494755
43,6 43,3679 0,232142
43,6 43,5669 0,033093
43,6 43,102 0,497971
41,8 42,0239 -0,223915
41,8 41,9078 -0,107847
41,8 41,7969 0,00311326
41,8 41,9058 -0,105838
41,8 41,8945 -0,094451
41,8 41,9654 -0,165412
41,8 41,7758 0,0242183
41,1 40,9549 0,145129
41,1 40,965 0,135012
41,1 40,9221 0,177919
41,1 41,0564 0,0436246
41,1 41,0382 0,0618115
41,1 41,1404 -0,0404094
41,1 41,4722 -0,372174
41,1 41,0625 0,037545
41,1 41,2491 -0,149081
43 43,0268 -0,0268381
43 42,9801 0,0198781
43 42,9302 0,0698262
43 43,0457 -0,045678
43 43,1232 -0,123162
43 42,8233 0,176677
43 43,0551 -0,0551464
Diplomsko delo 55
Preglednica 6-16: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti pepela
Preglednica 6-17: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti pepela
Preglednica 6-18: Parni t test validacije za določanje vsebnosti pepela
Obe izračunani vrednosti parnega t testa sta niţji od kritične, – teoretične t vrednosti–
testa, kar pomeni, da se metodi signifikantno ne razlikujeta, in da je NIR kvantitativna
metoda primerna zamenjava za klasično metodo določevanja razmerja mas pri upepelitvi
vzorca.
št. meritev 46
povprečje 2,3010-7
s 0,1551
nivo sig. 0,05
prost.st. 45
t-test (izra) 1,00410-7
t-test (teor) 2,0141034
podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
42,1 42,279 -0,178969
42,1 42,1298 -0,0298
42 42,0239 -0,0238961
42 41,9613 0,0387322
41,8 42,0006 -0,200592
41,8 41,8642 -0,0642208
43 42,9686 0,0313891
43 43,2477 -0,247711
št. meritev 8
povprečje -8,4410-2
s 0,1100
nivo sig. 0,05
prost.st. 7
t-test (izra) -2,169338
t-test (teor) 2,3646243
Diplomsko delo 56
6.2.1.4 Vsebnost izocianatnih skupin v trdilcu TRD 33
Preglednica 6-19:Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
4,2 4,18418 0,0158221
4,2 4,18822 0,0117802
4,2 4,1884 0,0116033
4,1 4,09021 0,00979224
4,1 4,08061 0,0193947
4,1 4,07274 0,0272614
4,46 4,47218 -0,0121837
4,46 4,48011 -0,0201066
4,46 4,49346 -0,0334584
4,52 4,50765 0,0123517
4,52 4,49616 0,0238411
4,52 4,52822 -0,00822459
5,61 5,59386 0,0161441
5,61 5,62938 -0,0193764
5,61 5,60197 0,00803029
5,26 5,25836 0,00164
5,26 5,29639 -0,0363919
5,26 5,24536 0,0146441
5,07 5,05659 0,0134113
5,07 5,04538 0,0246186
5,07 5,08164 -0,0116379
4,5 4,5005 -0,000501361
4,5 4,4948 0,00519525
4,5 4,49918 0,000821093
4,33 4,32965 0,000349067
4,33 4,33818 -0,00817938
4,33 4,33271 -0,00271131
4,32 4,28958 0,0304197
4,32 4,30078 0,0192206
4,32 4,30058 0,0194194
4,24 4,24811 -0,00810579
4,24 4,24379 -0,00378508
4,24 4,24357 -0,00356755
4,24 4,29416 -0,0541605
3,88 3,87596 0,00403675
3,88 3,86418 0,0158168
3,88 3,87242 0,00757925
3,5 3,48292 0,017078
3,5 3,49731 0,00268653
3,5 3,49652 0,00347735
3,72 3,75124 -0,0312447
3,72 3,77568 -0,0556756
3,72 3,76454 -0,0445412
3,09 3,07602 0,0139834
3,09 3,09418 -0,00418347
3,09 3,08238 0,00761723
Diplomsko delo 57
Preglednica 6-20: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Preglednica 6-21: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Preglednica 6-22: Parni t test validacije za določanje vsebnosti izocianatnih skupin
Obe izračunani vrednosti parnega t testa sta niţji od kritične, – teoretične t vrednosti–
testa, kar pomeni, da se metodi signifikantno ne razlikujeta, in da je NIR
Podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
4,55 4,50736 0,0426422
4,55 4,50571 0,0442933
4,55 4,51271 0,0372898
4,01 4,01468 -0,00468026
4,01 3,96889 0,0411062
4,01 3,99408 0,01592
5,42 5,41432 0,00568276
5,42 5,42979 -0,00978791
5,42 5,42785 -0,00785011
4,79 4,79753 -0,00753
4,79 4,79561 -0,00561
4,79 4,78648 0,00352
4,1 4,09491 0,00509495
4,1 4,10585 -0,00584538
4,1 4,11037 -0,0103716
3,3 3,28802 0,0119754
3,3 3,29447 0,00552647
3,3 3,29352 0,00647636
št. meritev 46
povprečje 2,5910-9
s 0,0206
nivo sig. 0,05
prost.st. 45
t-test (izra) 8,509910-7
t-test (teor) 2,01410336
Št .meritev 18
povprečje 1,8210-2
s 0,0234
nivo sig. 0,05
prost.st. 17
t-test (izra) 2,064271
t-test (teor) 2,109816
Diplomsko delo 58
kvantitativnametoda primerna zamenjava za klasično metodo določevanja vsebnosti
izocianatnih skupin.
6.2.1.5 Vsebnost suhe snovi v trdilcu TRD 75
Preglednica 6-23: Podatki kalibracijske premice za določanje vsebnosti suhe snovi
Preglednica 6-24: Parni t test kalibracije za določanje vsebnosti suhe snovi
Podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
34,69 34,6694 0,020631
34,69 34,684 0,006037
34,69 34,7228 -0,03282
36,66 36,6113 0,048704
36,66 36,6237 0,03628
36,66 36,6059 0,054129
31,2 31,1797 0,020305
31,2 31,1593 0,04067
31,2 31,1726 0,027426
29,49 29,5361 -0,04613
29,49 29,488 0,002031
29,49 29,4883 0,001718
27,8 27,8724 -0,07243
27,8 27,8545 -0,05452
27,8 27,8528 -0,05282
35,14 35,1684 -0,02845
35,14 35,1686 -0,02864
35,14 35,1949 -0,05492
34,14 34,1512 -0,01122
34,14 34,1457 -0,00566
34,14 34,1643 -0,02433
32,98 33,0467 -0,06673
32,98 33,0354 -0,05541
32,98 33,0495 -0,06953
30,25 30,1647 0,085255
30,25 30,1421 0,107943
30,25 30,1254 0,124593
26,21 26,2194 -0,00942
26,21 26,1866 0,02343
26,21 26,1961 0,013862
Št .meritev 30
povprečje -6,6710-7
s 0,0516
nivo sig. 0,05
prost.st. 45
t-test (izra) -7,110-7
t-test (teor) 2,014103
Diplomsko delo 59
Preglednica 6-25: Podatki validacijske premice za določanje vsebnosti suhe snovi
Preglednica 6-26: Parni t test validacije za določanje vsebnosti suhe snovi
Obe izračunani vrednosti parnega t testa, sta niţji od kritične, – teoretične t vrednosti–
testa, kar pomeni, da se metodi signifikantno ne razlikujeta, in da je NIR kvantitativna
metoda primerna zamenjava za klasično metodo določanja hlapnih snovi za premaze.
Podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
33,53 33,5505 -0,0205347
33,53 33,4921 0,0379417
33,53 33,5187 0,0112742
35,54 35,5101 0,0298784
35,54 35,4881 0,0518774
35,54 35,4928 0,0471851
29,83 29,8744 -0,0443758
29,83 29,8907 -0,060662
29,83 29,8659 -0,035871
28,21 28,0843 0,125712
28,21 28,1312 0,0787562
28,21 28,1093 0,100676
št. meritev 12
povprečje 2,6810-2
s 0,0590
nivo sig. 0,05
prost.st. 8
t-test (izra) 1,57576
t-test (teor) 2,306004
Diplomsko delo 60
6.2.1.6 Viskoznost v umetni smoli Domalkyd 7655
Preglednica 6-27: Podatki kalibracijske premice za določanje viskoznosti
Podatki kalibracijske premice
Orig Pred Orig - Pred
75,02 70,3352 4,68478
75,02 60,5125 14,5075
75,02 72,9309 2,08914
70,997 71,9746 -0,977599
70,997 68,4988 2,49816
70,997 64,8896 6,10741
69,477 65,7079 3,76914
69,477 59,6959 9,78112
69,477 74,3249 -4,84794
208,284 182,419 25,8652
208,284 176,937 31,3474
208,284 185,235 23,0494
62,168 74,653 -12,485
62,168 53,3404 8,82755
62,168 68,6343 -6,4663
61,992 56,8184 5,17359
61,992 70,7144 -8,72239
61,992 69,6783 -7,68634
75,989 93,322 -17,333
75,989 93,1742 -17,1852
75,989 99,6558 -23,6668
132,356 135,896 -3,53994
132,356 132,338 0,0184527
132,356 129,656 2,69977
179,597 183,635 -4,03829
179,597 188,411 -8,81363
179,597 192,57 -12,9728
139,444 147,015 -7,57101
139,444 159,859 -20,4153
139,444 159,411 -19,9665
128,766 126,478 2,2881
128,766 138,79 -10,0244
128,766 135,001 -6,23524
105,768 117,35 -11,5818
105,768 117,922 -12,1537
105,768 105,405 0,362777
105,768 115,526 -9,75778
44,936 40,0548 4,88116
44,936 44,6962 0,239795
44,936 47,8403 -2,90431
81,528 84,3083 -2,78026
81,528 80,2506 1,2774
81,528 88,5579 -7,02986
136,928 104,88 32,0478
136,928 105,496 31,4318
136,928 110,72 26,2078
Diplomsko delo 61
Preglednica 6-28: Parni t test kalibracije za določanje viskoznosti
Preglednica 6-19: Podatki validacijske premice za določanje viskoznosti
Preglednica 6-20: Parni t test validacije za določanje viskoznosti
Podatki validacijske premice
Orig Pred Orig - Pred
61,992 56,3939 5,59809
61,992 52,2261 9,76589
61,992 59,4195 2,57252
80,427 92,0177 -11,5907
80,427 93,7022 -13,2752
80,427 100,763 -20,3363
141,49 166,378 -24,8881
141,49 157,91 -16,4196
141,49 163,816 -22,326
102,989 112,168 -9,17898
102,989 121,235 -18,2458
102,989 119,579 -16,5902
88,047 83,629 4,41798
88,047 77,8348 10,2122
88,047 78,6094 9,43762
št. meritev 46
povprečje -3,1410-6
s 13,8730
nivo sig. 0,05
prost.st. 45
t-test (izra) -1,510-6
t-test (teor) 2,014103
Št. meritev 15
povprečje -7,39
s 12,9037
nivo sig. 0,05
prost.st. 14
t-test (izra) -2,2180012
t-test (teor) 2,1447867
Diplomsko delo 62
Obe izračunani vrednosti parnega t testa sta višji od kritične, teoretične t vrednosti– testa.
S tem lahko potrdimo, da sta metodi signifikantno različni, kar je bilo razvidno ţe iz
kalibracijske premice in ocenjevalnih parametrov kalibracije. NIR kvantitativna metoda ni
primerna zamenjava klasične analizne metode merjenja viskoznosti.
Diplomsko delo 63
7. RAZPRAVA
Izvedli smo šest primerov kvantitativnih kalibracij za nadomestitev šestih klasičnih
analiznih metod. Klasične metode, na katere smo se osredotočili, so določevanje
vsebnosti vode po Karl Fisherju, določevanje vsebnosti aromatskih spojin s plinsko
kromatografijo, določevanje vsebnosti pepela s pomočjo razmerja mas pri upepelitvi,
določevanje vsebnosti izocianatnih skupin s titracijo, določevanje vsebnosti suhe snovi z
izgubo mase pri sušenju in določevanje viskoznosti z rotacijskim viskozimetrom.
Vsem vzorcem smo pred snemanjem NIR spektrov določili vrednosti testirane lastnosti s
klasično analizno metodo v petih paralelkah, da bi zagotovili točnost rezultatov.
Vseh šest kvantitativnih kalibracij smo izvedli z metodo najmanjših kvadratov PLS.
PLS poišče pot največje verjetnosti s primerjavo obeh, lastnosti spektra in informacije
ciljne lastnosti, z novimi osmi, ki jim pravimo PLS komponente ali faktorji. Prva primerjalna
komponenta ali faktor v PLS predstavlja najboljšo moţno povezavo s ciljno vrednostjo.
Kot validacijsko metodo smo uporabili validacijski niz VS, valovno dolţino oz. valovno
število pa smo v vseh šestih primerih izbrali v območju od 4000 cm-1 do 10000 cm-1.
S pomočjo kalibracijskih premic in ocenjevalnih parametrov, ki se nahajajo v
kalibracijskem protokolu smo ugotovili, da so vse kvantitativne kalibracije, razen
kalibracije viskoznosti, ustrezne in v nobenem od faktorjev ne odstopajo od priporočenih
vrednosti.
Kvantitativna kalibracija viskoznosti odstopa pri parametrih natančnosti. Standardna
napaka kalibracije SEC, katere vrednost bi se morala gibati okoli 0, je bistveno previsoka.
Njena vrednost je 13.873. Prav tako je previsoka vrednost predvidene standardne napake
SEP, ki je 12.937. Kalibracija močno odstopa tudi pri parametrih točnosti. V – niz BIAS,
katerega vrednost, bi se prav tako morala gibati okoli 0, je -7.39.
Vsi občutno previsoki parametri so posledica neujemanja originalnih vrednosti spektrov,
izmerjenih s klasično analizno metodo, z NIR predvidevanimi vrednostmi spektrov.
V literaturi sicer najdemo nekaj uspešno izvedenih primerov kvantitativnih kalibracij
viskoznosti gelov na področju farmacevtske industrije. Referenčna metoda v vseh
primerih je bila viskoznost izmerjena s pomočjo metode po Bookfieldu .19
Izbira referenčne metode kaţe, da so imeli izbrani testirani materiali niţje viskoznosti, kot
je viskoznost izbranega veziva v našem primeru.
Na neujemanje rezultatov pa je najverjetneje vplivala tudi zapletena zgradba veziva.
Referenčna metoda je bila izvedena natančno in točno v petih paralelkah posameznega
vzorca.
Za ugotavljanje primerljivosti klasičnih analiznih metod z NIR kvantitativno metodo smo za
vse primere izvedli parne t teste za ugotavljanje signifikantnih razlik med metodama pri
5% tveganju. Glede na rezultate kvantitativnih kalibracij so bili rezultati parnih t testov
pričakovani. Razen metode viskoznosti, za katero smo ugotovili, da je signifikantno
Diplomsko delo 64
različna od NIR metode, so t testi ostalih metod pokazali, da je NIR metoda primerna
zamenjava za klasične analizne metode.
Diplomsko delo 65
8. SKLEP
Namen diplomske naloge je bil preučiti moţnost zamenjave klasičnih analiznih metod z
NIR kvantitativno metodo in dokazati, da NIR metodo lahko uporabimo kot alternativno
metodo klasičnim metodam.
Bliţnjo infrardečo spektroskopijo smo uspešno uporabili kot nadomestno metodo
kvantitativne določitve, razen v primeru zamenjave klasične analizne metode viskoznosti,
ki se signifikantno razlikuje od NIR metode.
Izvedba NIR kvantitativne metode je bistveno hitrejša od klasičnih analiznih metod, saj
predpriprava vzorcev ni potrebna. V našem primeru smo sondo z nastavkom za tekočine,
povezano z računalnikom, potisnili v vzorec, se prepričali, da med sondo in nastavkom ni
mehurčkov ter posneli spekter. Sama meritev traja nekaj minut.
Z NIR spektroskopijo prihranimo čas, saj vzorcev ni potrebno pošiljati v za to namenjen
laboratorij. Vzorec lahko analiziramo v neposredni bliţini procesa. Izognemo se tudi
nekaterim kemikalijam, ki so zdravju škodljive in neprijazne okolju.
Prikazali smo, da je NIR kvantitativni model alternativna zamenjava klasičnim analiznim
metodam, razen v primeru viskoznosti, kjer smo dokazali, da se rezultati meritev za obe
metodi signifikantno razlikujejo, zaradi česar njuna zamenjava ni mogoča.
NIR kvantitativna metoda se je izkazala kot nedestruktivna, hitra, enostavna za uporabo
ter neobremenjujoča za okolje.
Diplomsko delo 66
9. VIRI
[1] Sánchez, M.S., Bertran, E., Sarabia, L.A., Ortiz, M.C., Blanco, M., Coello, J., Quality
control decisions with near infrared data, Chemometrics and Intelligent Laboratory
Systems 53 (2000) 69–80.
[2] Bulder, Dept. of Chem. and biochem., Infrared spectroscopy: Theory, chapter 15,
Online edition for students of organic chemistry lab courses at the University of Colorado
(2002).
[3] Reich, G., Near-infrared spectroscopy and imaging: Basic principles and
pharmaceutical application, Advanced Drug Delivery Reviews, 57 (2005) 1109-1143
[4] Roggo, Y., Chalus P., Maurer, L., Lema-Martinez, C., Edmond, A., Jent, N., A review of
near infrared spectroscopy and chemometrics in pharmaceutical technologies, Journal of
Pharmaceutical and Biomedical Analysis 44 (2007) 683–700.
[5] Owen – Reece, H., Smith, M., Elwell, C.E., Goldstene, J.C., Near infrared
spectroscopy, British Journal of Anaesthesia 82 (1999) 418-426.
[6] Ward, H.W., Sistare, F.E., On - line determination and control of the water content in a
continuous conversion reactor using NIR spectroscopy, Analytica Chimica Acta 595
(2007) 319 – 322.
[7] Scherzar, T., Muler, S., Mehnert, R., Volland, A., Lucht, H., In - line monitoring of
conversion in photopolymerized acrylate coating on polymer foils using NIR spectroscopy,
Polymer 46 (2005) 7072 – 7081.
[8] Stansbury, J.W., Dickens, S.H., Determination of double bond conversion in dental
resins by near infrared spectroscopy, Dental Materials 17 (2001) 71 – 79.
[9] Li, M., Pacey, G.E., Spectrofotometric determination of trace water in organic solvents
with a near infrared absorbing dye, Talanta 44 (1997) 1949 – 1958.
[10] Woo, Y – A., Kim, H – Y., Rapid determination of hydrogen peroxide in whitening
paches for teeth using near – infrared spectroscopy, Microchemical Journal 78 (2004) 167
– 173.
[11] Helminen, J., Leppämäk, M., Paatero, E., Minkkinen, P., Monitoring the kinetics of the
ion-exchange resin catalysed esterification of acetic acid with ethanol using near infrared
spectroscopy with partial least squares (PLS) model, Chemometrics and Intelligent
Laboratory Systems 44 (1998) 341 – 352.
[12] Kallevik, H., Kvalheim, O.M., Sjöblom, J., Quantitative Determination of Asphaltenes
and Resins in Solution by Means of Near - Infrared Spectroscopy. Correlations to
Emulsion Stability, Journal of Colloid and Interface Science 225 (2000) 494 – 504.
[13] Brás, L.P., Bernardino, S.A., Lopes, J.A., Menezes, J.C., Multiblock PLS as an
approach to compare and combine NIR and MIR spectra in calibrations of soybean flour,
Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 75 (2005) 91 – 99.
[14] Chen, Q., Wang, X., Zhang, H., Zhao, j., Feasibility study on qualitative and
quantitative analysis in tea by near infrared spectroscopy with multivariate calibration,
Analytica Chimica Acta 572 (2006) 77 – 84.
[15] Lin, Z., Chen, Q., Zhou, P., Zhao, J., Determination of free amino acid content in
Radix Pseudostellariae using near infrared (NIR) spectroscopy and different multivariate
calibrations , Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 50 (2009) 803 – 808.
Diplomsko delo 67
[16] Kim, K., Lee, J-M., Lee, I-B., A novel multivariate regression approach based on
kernel partial least squares with orthogonal signal correction, Chemometrics and
Intelligent Laboratory Systems 79 (2005) 22 – 30.
[17] Zornoza, R., Guerrer, C., Mataix-Solera, J., Scow, K.M., Arcenegui, V., Mataix-
Beneyto, J., Near infrared spectroscopy for determination of various physical, chemical
and biochemical properties in Mediterranean soils, Soil Biology & Biochemistry 40 (2008)
1923 – 1930.
[18] Miller, J.N., Miller, J.C., Statistic and Chemometric for Analytical Chemistry , New
York,5th,2004, str 39 - 47, 213 – 234.
[19] Donoso, M., Ghaly, E.S., Use of Near-Infrared for Quantitative Measurement of
Viscosity and Concentration of Active Ingredient in Pharmaceutical Gel, Pharmaceutical
Development and Technology 3 (2006) 389 – 397.
[20] Skoog, D. A., Holler, F. J., Nieman, T. A. Principles Of Instrumental Analysis.
Harcourt Brace College Publishers, Philadelphia, Fort Worth, Chicago, San Francisco,
Austin, Montreal, Toronto, London, Sydney, Tokio,5th,1998, str. 380 – 428, 185 – 189
[21] Lampret, D., Kratka navodila za uporabo aparata NIRFlex N 500, Helios; Tovarna
barv, lakov in umetnih smol d.o.o
[22] Murray, I, Cowe, I. A., Making Light Work: Advances in Near Infrared Spectroscopy,
VCH, Weinheim, New York,Basel, Cambridge, 1992, str. 40, 469 – 473.
[23] Mendham, J., Denney, R.C., Barnes, J.D., Thomas, M. J. K. Vogel 's Textbook of
Quantitative Chemical Analysis, 6th Pretence Hall,2000.
[24] Buchi, NIRCal Software Quick Guide, Version B, www.buchi.com
[25] Ţnidaršič, T., Verbič, J., Babnik, D., Prediction of chemical composition and energy
value of grass silage by near infrared reflectance spectroscopy, Journal of European
Agriculture (2006) 1 127 – 134.
[26] Brodnjak – Vončina, D., Industrijska analiza, zbrano gradivo, Maribor:Univerza v
Mariboru, FKKT, 2007.
[27] Kontrolne metode, Kontrola kakovosti, Helios; Tovarna barv, lakov in umetnih smol
d.o.o.
[28] Recepture veziv in premazov, Helios; Tovarna barv, lakov in umetnih smol d.o.o
[29] Brereton, R.G., Chemometric, Data Analysis for the Laboratory and Chemical Plant,
Bristol 2003, str 297 – 307.
[30] Merkač, B., Kemometrijska karakterizacija farmacevtskih spojin z bližnjo infrardečo
spektroskopijo, diplomsko delo, Univerza v Mariboru, Maribor 2010
[31] Kozole, L., Kemometrična karakterizacija atmosferskih delcev po velikosti, diplomsko
delo, Univerza v Mariboru, Maribor, 2006.
[32] www.buchi.com
[33] http://en.wikipedia.org
[34] ISO 760, NFT 30012, SIST EN ISO 11909, SIST EN ISO 3251, SIST EN ISO 2319
Diplomsko delo 68
10. PRILOGE
PRILOGA 1: Kalibracijski protokoli vsebnost vode
Calibration Protocol
User Polona1
Date/Time 9.5.2007 11:37
Software NIRCal V5.1 (Build 3000)
Project File Name
Project Comment
Project GUID {08977CCD-E40C-41FF-9FF0-4AC0819CB344}
Calibration Name % vode, 0.9537, 1-2./6, 4440-9000.
Calibration Comment
Calibration GUID {927DB212-6994-464A-A0D3-1AD879585AD4}
Calibration Version 0
_____________________________________
Properties in Project % vode. (total 1/1)
Properties in Calibration Set % vode. (total 1/1)
_____________________________________
Spectra in Project 39
Spectra in Calibration Set 30
Spectra in Validation Set 9
Spectra in Calibration Set 4-18, 22-27, 31-39. (total 30/39)
Spectra in Validation Set 1-3, 19-21, 28-30. (total 9/39)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/39)
Validation Method Validation Set
C-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
V-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
Spectra Resolution 4 1/cm
Spectra y-Unit Reflectance
_____________________________________
Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Wavelengths Calibration Set 4440-9000. (total 1141/1501)
Number of Data Pretreatments 3
Data Pretreatment Sequence (short form) sa3,ncl,db1
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. Smooth Average 3 Points
2. Normalization by Closure*, 4440-9000. (total
Diplomsko delo 69
1141/1501)
3. First Derivative BCAP
Method PLS
Max Iterations 3000
Mean Centering yes
Number of Primary PCs 6
Secondary/Calibration PCs 1-2. (total 2/6)
Blow Up Parameter
Residual Blow Up 2
Score Blow Up 1,05
Max C-Set Spectra Residual 5,21E-05
Max Allowed Residual for Calibration 0,000104153
_____________________________________
Q-Value V5 0,953743
Validation Method Validation Set
C-Set Residual too big 0
V-Set Residual too big 0
Num Properties 1
Rel. Consistency 0,000665441
Weighted BIAS 2,94E-05
Validity 0,00168277
Comparability 0,00382239
Precision 0,0275314
Weighted Accuracy 0,0140743
_____________________________________
Property Statistics % vode [%]
C-Set BIAS 0
V-Set BIAS 8,64E-06
C-Set SEE (SEC) 0,00876549
V-Set SEE (SEP) 0,00809422
Consistency 108,293
C-Set Regression Coefficient 0,994495
V-Set Regression Coefficient 0,998317
C-Set Regression Intercept 0,000953065
V-Set Regression Intercept 0,0105429
C-Set Regression Slope 0,98902
V-Set Regression Slope 0,928221
C-Set Orig. min 0,029
V-Set Orig. min 0,05
C-Set Orig. max 0,323
V-Set Orig. max 0,257
C-Set Orig. mean 0,0868
Diplomsko delo 70
V-Set Orig. mean 0,147
C-Set Orig. sdev 0,0836517
V-Set Orig. sdev 0,0901624
C-Set Pred. min 0,0214056
V-Set Pred. min 0,0522118
C-Set Pred. max 0,318464
V-Set Pred. max 0,246704
C-Set Pred. mean 0,0868
V-Set Pred. mean 0,146991
C-Set Pred. sdev 0,0831912
V-Set Pred. sdev 0,0838316
C-Set RSS 0,00222818
V-Set RSS 0,000524132
C-Set Durbin-Watson 0,384497
C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
V-Set Durbin-Watson 0,442445
V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
C-Set Resid. min -0,022515
V-Set Resid. min -0,00826271
C-Set Resid. max 0,0112385 V-Set Resid. max 0,0106827
C-Set n 30
V-Set n 9
PRILOGA 2: Kalibracijski protokol: vsebnost aromatskih skupin
Calibration Protocol
User Ivanšek
Date/Time 12.3.2010 11:28
Software NIRCal V5.2 (Build 3000)
Project File Name D 1673 - % aromatov
Project Comment
Project GUID {3D437367-4FF7-4932-9029-EACA93A03AA5}
Calibration Name % aromatov v hlapnem delu, 0.8429, 1-6./8, 4000-10000.
Calibration Comment
Calibration GUID {AD7F0FDC-46BE-4E85-9C10-759F05495D18}
Calibration Version 2
_____________________________________
Properties in Project % aromatov v hlapnem delu. (total 1/1)
Properties in Calibration Set % aromatov v hlapnem delu. (total 1/1)
_____________________________________
Spectra in Project 54
Diplomsko delo 71
Spectra in Calibration Set 42
Spectra in Validation Set 12
Spectra in Calibration Set 1-6, 10-33, 37-48. (total 42/54)
Spectra in Validation Set 7-9, 34-36, 49-54. (total 12/54)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/54)
Validation Method Validation Set
C-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
V-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
Spectra Resolution 4 1/cm
Spectra y-Unit Reflectance
_____________________________________
Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Wavelengths Calibration Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Number of Data Pretreatments 1
Data Pretreatment Sequence (short form) db1
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. First Derivative BCAP
Method PLS
Max Iterations 3000
Mean Centering yes
Number of Primary PCs 8
Secondary/Calibration PCs 1-6. (total 6/8)
Blow Up Parameter
Residual Blow Up 2
Score Blow Up 1,05
Max C-Set Spectra Residual 0,000169487
Max Allowed Residual for Calibration 0,000338974
_____________________________________
Q-Value V5 0,842874
Validation Method Validation Set
C-Set Residual too big 0
V-Set Residual too big 0
Num Properties 1
Rel. Consistency 0,00839714
Diplomsko delo 72
Weighted BIAS 0,00379038
Validity 0,0268693
Comparability 0,00327715
Precision 0,0657515
Weighted Accuracy 0,0661444
_____________________________________
Property Statistics % aromatov v hlapnem delu [%]
C-Set BIAS 0
V-Set BIAS 0,00416942
C-Set SEE (SEC) 0,0633971
V-Set SEE (SEP) 0,0723266
Consistency 87,6539
C-Set Regression Coefficient 0,976408
V-Set Regression Coefficient 0,973131
C-Set Regression Intercept 0,0294753
V-Set Regression Intercept 0,088654
C-Set Regression Slope 0,953372
V-Set Regression Slope 0,845294
C-Set Orig. min 0,2
V-Set Orig. min 0,3
C-Set Orig. max 1,3
V-Set Orig. max 1
C-Set Orig. mean 0,632143
V-Set Orig. mean 0,6
C-Set Orig. sdev 0,293595
V-Set Orig. sdev 0,286039
C-Set Pred. min 0,168169
V-Set Pred. min 0,272718
C-Set Pred. max 1,28355
V-Set Pred. max 0,960224
C-Set Pred. mean 0,632143
V-Set Pred. mean 0,595831
C-Set Pred. sdev 0,286668
V-Set Pred. sdev 0,248463
C-Set RSS 0,164787
V-Set RSS 0,0577512
C-Set Durbin-Watson 2,30007
C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 Yes
V-Set Durbin-Watson 2,35969
V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 Yes
C-Set Resid. min -0,184153
V-Set Resid. min -0,137074
C-Set Resid. max 0,134171
V-Set Resid. max 0,112306
Diplomsko delo 73
C-Set n 42
V-Set n 12
PRILOGA 3: Kalibracijski protokol: vsebnost pepela
User Ivanšek Date/Time 12.3.2010 11:39 Software NIRCal V5.2 (Build 3000) Project File Name Hellcol classic - vsebnost pepela 08/04/2007 Project Comment Project GUID {6440F256-E0DF-4051-81D4-5A6BE5AA7EA9} Calibration Name copy of Vsebnost pepela, 0.6658, 1-5./5, 4000-10000. Calibration Comment Calibration GUID {4D5D36F7-A92A-41D4-BAD5-611BEB26C68F} Calibration Version 2 _____________________________________ Properties in Project Suha snov, Vsebnost pepela. (total 2/2) Properties in Calibration Set Vsebnost pepela. (total 1/2) _____________________________________ Spectra in Project 54 Spectra in Calibration Set 36 Spectra in Validation Set 18
Spectra in Calibration Set 1-2, 4-5, 7-8, 10-11, 13-14, 16-17, 19-20, 22-23, 25-26, 28-29, 31-32, 34-35,
37-38, 40-41, 43-44, 46-47, 49-50, 52-53. (total 36/54)
Spectra in Validation Set 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48, 51, 54. (total 18/54)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/54) Validation Method Validation Set C-Set Spectra Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332 y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8 V-Set Spectra Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332 y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8 Spectra Resolution 4 1/cm Spectra y-Unit Reflectance _____________________________________ Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501) Wavelengths Calibration Set 4000-10000. (total 1501/1501) Number of Data Pretreatments 2
Diplomsko delo 74
Data Pretreatment Sequence (short form) mf,dg2
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. MSC full*, 4000-10000. (total 1501/1501), Mean Vector(1501)
2. Second Derivative Savitzky-Golay 9 Points Method PLS Max Iterations 3000 Mean Centering yes Number of Primary PCs 5 Secondary/Calibration PCs 1-5. (total 5/5) Blow Up Parameter Residual Blow Up 2 Score Blow Up 1,05 Max C-Set Spectra Residual 2,89E-05 Max Allowed Residual for Calibration 5,78E-05 _____________________________________ Q-Value V5 0,391873 Validation Method Validation Set C-Set Residual too big 0 V-Set Residual too big 0 Num Properties 1 Rel. Consistency 0,260639 Weighted BIAS 0,0307835 Validity 0,218856 Comparability 0,176086 Precision 0,224967 Weighted Accuracy 0,349091 _____________________________________ Property Statistics Vsebnost pepela [%] C-Set BIAS 0 V-Set BIAS 0,0769586 C-Set SEE (SEC) 0,239384 V-Set SEE (SEP) 0,562416 Consistency 42,5635 C-Set Regression Coefficient 0,957231 V-Set Regression Coefficient 0,781144 C-Set Regression Intercept 3,5381 V-Set Regression Intercept 24,4218 C-Set Regression Slope 0,916291 V-Set Regression Slope 0,420377 C-Set Orig. min 41,1 V-Set Orig. min 41,1 C-Set Orig. max 43,6 V-Set Orig. max 43,6 C-Set Orig. mean 42,2667 V-Set Orig. mean 42,2667 C-Set Orig. sdev 0,827388 V-Set Orig. sdev 0,839468
Diplomsko delo 75
C-Set Pred. min 40,8232 V-Set Pred. min 41,0559 C-Set Pred. max 43,7073 V-Set Pred. max 42,9436 C-Set Pred. mean 42,2667 V-Set Pred. mean 42,1897 C-Set Pred. sdev 0,792002 V-Set Pred. sdev 0,451764 C-Set RSS 2,00567 V-Set RSS 5,48391 C-Set Durbin-Watson 1,6874 C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 Yes V-Set Durbin-Watson 0,759583 V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No C-Set Resid. min -0,662684 V-Set Resid. min -0,620136 C-Set Resid. max 0,391249 V-Set Resid. max 1,1502 V-Set t-value 0,580545 V-Set t-Test(n-1,2-tail) Confidence [%] 43,0836 C-Set n 36 V-Set n 18
PRILOGA 4: Kalibracijski protokol: vsebnost izocianatnih skupin
User Ivanšek
Date/Time 12.3.2010 11:09
Software NIRCal V5.2 (Build 3000)
Project File Name HELIODUR TRD. 33, Vsebnost NCO skupin, 0.9539, 7.12.2007
Project Comment
Project GUID {94B84AD1-9C0B-4ECB-A587-C68B81DE90D6}
Calibration Name copy of HELIODUR TRD. 33, Vsebnost NCO skupin, 0.9539,7.12.2007
Calibration Comment
Calibration GUID {7ACF18F6-37A9-4752-B5AA-6FC9684088BE}
Calibration Version 1 _____________________________________
Properties in Project Suha snov, Vsebnost NCO skupin. (total 2/2)
Properties in Calibration Set Vsebnost NCO skupin. (total 1/2) _____________________________________
Spectra in Project 64
Spectra in Calibration Set 46
Spectra in Validation Set 18
Diplomsko delo 76
Spectra in Calibration Set 1-3, 7-12, 16-21, 25-30, 34-46, 50-58, 62-64. (total 46/64)
Spectra in Validation Set 4-6, 13-15, 22-24, 31-33, 47-49, 59-61. (total 18/64)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/64)
Validation Method Validation Set
C-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
V-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
Spectra Resolution 4 1/cm
Spectra y-Unit Reflectance _____________________________________
Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Wavelengths Calibration Set 5000-7144, 7404-10000. (total 1187/1501)
Number of Data Pretreatments 1
Data Pretreatment Sequence (short form) log
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. Absorbance Log10(1/x)
Method PLS
Max Iterations 3000
Mean Centering yes
Number of Primary PCs 8
Secondary/Calibration PCs 1-7. (total 7/8)
Blow Up Parameter
Residual Blow Up 20
Score Blow Up 1,05
Max C-Set Spectra Residual 8,79E-05
Max Allowed Residual for Calibration 0,00175712 _____________________________________
Q-Value V5 0,953924
Validation Method Validation Set
C-Set Residual too big 0
V-Set Residual too big 0
Num Properties 1
Diplomsko delo 77
Rel. Consistency 0,0027683
Weighted BIAS 0,00722778
Validity 0,000581052
Comparability 5,06E-05
Precision 0,00930288
Weighted Accuracy 0,0183745 _____________________________________
Property Statistics Vsebnost NCO skupin [%]
C-Set BIAS 0
V-Set BIAS 0,018214
C-Set SEE (SEC) 0,0206179
V-Set SEE (SEP) 0,0234433
Consistency 87,948
C-Set Regression Coefficient 0,99947
V-Set Regression Coefficient 0,999419
C-Set Regression Intercept 0,00457968
V-Set Regression Intercept 0,000491465
C-Set Regression Slope 0,998939
V-Set Regression Slope 0,995711
C-Set Orig. min 3,09
V-Set Orig. min 3,3
C-Set Orig. max 5,61
V-Set Orig. max 5,42
C-Set Orig. mean 4,31826
V-Set Orig. mean 4,36167
C-Set Orig. sdev 0,633113
V-Set Orig. sdev 0,684915
C-Set Pred. min 3,07602
V-Set Pred. min 3,28802
C-Set Pred. max 5,62938
V-Set Pred. max 5,42979
C-Set Pred. mean 4,31826
V-Set Pred. mean 4,34345
C-Set Pred. sdev 0,632778
V-Set Pred. sdev 0,682374
C-Set RSS 0,0191294
V-Set RSS 0,0153145
C-Set Durbin-Watson 1,56341
C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 Yes
V-Set Durbin-Watson 0,749114
V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
C-Set Resid. min -0,0556756
V-Set Resid. min -0,0103716
Diplomsko delo 78
C-Set Resid. max 0,0304197
V-Set Resid. max 0,0543875
C-Set n 46
V-Set n 18
PRILOGA 5: Kalibracijski protokol: vsebnosti suhe snovi
Calibration Protocol Calibration Protocol
User Ivanšek
Date/Time 12.3.2010 11:21
Software NIRCal V5.2 (Build 3000)
Project File Name HELIODUR TRD 75, Suha snov, 0.9575, 23.11.2007
Project Comment
Project GUID {33E7B253-A6D5-4E69-A111-2B0E14C1D1C4}
Calibration Name copy of HELIODUR TRD. 75, Suha snov, 0.9575, 23.11.2007
Calibration Comment
Calibration GUID {C6671BFD-BE93-4821-92A0-1CCD27C8F112}
Calibration Version 1
_____________________________________
Properties in Project Suha snov, Vsebnost NCO skupin. (total 2/2)
Properties in Calibration Set Suha snov. (total 1/2)
_____________________________________
Spectra in Project 42
Spectra in Calibration Set 30
Spectra in Validation Set 12
Spectra in Calibration Set 1-3, 7-9, 13-15, 19-36, 40-42. (total 30/42)
Spectra in Validation Set 4-6, 10-12, 16-18, 37-39. (total 12/42)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/42)
Validation Method Validation Set
C-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
V-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
Spectra Resolution 4 1/cm
Diplomsko delo 79
Spectra y-Unit Reflectance
_____________________________________
Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Wavelengths Calibration Set 5000-7144, 7404-10000. (total 1187/1501)
Number of Data Pretreatments 1
Data Pretreatment Sequence (short form) log
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. Absorbance Log10(1/x)
Method PLS
Max Iterations 3000
Mean Centering yes
Number of Primary PCs 10
Secondary/Calibration PCs 1-6. (total 6/10)
Blow Up Parameter
Residual Blow Up 100
Score Blow Up 1,05
Max C-Set Spectra Residual 6,38E-05
Max Allowed Residual for Calibration 0,00638226
_____________________________________
Q-Value V5 0,957483
Validation Method Validation Set
C-Set Residual too big 0
V-Set Residual too big 0
Num Properties 1
Rel. Consistency 0,00702447
Weighted BIAS 0,00256665
Validity 0,000184015
Comparability 6,19E-05
Precision 0,00564245
Weighted Accuracy 0,0193343
_____________________________________
Property Statistics Suha snov [%]
C-Set BIAS 0
V-Set BIAS 0,0268215
C-Set SEE (SEC) 0,0515768
V-Set SEE (SEP) 0,0589636
Consistency 87,4723
C-Set Regression Coefficient 0,999878
V-Set Regression Coefficient 0,999816
C-Set Regression Intercept 0,00777866
V-Set Regression Intercept -0,114324
C-Set Regression Slope 0,999756
Diplomsko delo 80
V-Set Regression Slope 1,00275
C-Set Orig. min 26,21
V-Set Orig. min 28,21
C-Set Orig. max 36,66
V-Set Orig. max 35,54
C-Set Orig. mean 31,856
V-Set Orig. mean 31,7775
C-Set Orig. sdev 3,30064
V-Set Orig. sdev 3,03379
C-Set Pred. min 26,1866
V-Set Pred. min 28,0843
C-Set Pred. max 36,6237
V-Set Pred. max 35,5101
C-Set Pred. mean 31,856
V-Set Pred. mean 31,7507
C-Set Pred. sdev 3,30023
V-Set Pred. sdev 3,0427
C-Set RSS 0,0771449
V-Set RSS 0,0468765
C-Set Durbin-Watson 0,750054
C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
V-Set Durbin-Watson 0,24448
V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
C-Set Resid. min -0,0724305
V-Set Resid. min -0,060662
C-Set Resid. max 0,124593
V-Set Resid. max 0,125712
C-Set n 30
V-Set n 12
PRILOGA 6: Kalibracijski protokol viskoznosti
User Ivanšek
Date/Time 12.3.2010 12:00
Software NIRCal V5.2 (Build 3000)
Project File Name
Project Comment
Project GUID {00066A7F-725B-4C5B-9F89-4C25CD7E32C7}
Calibration Name Viskoznost - 0,1 (1/s), 0.4032, 1-4./9, 4400-4800, 5400-6600, 7800-10000.
Calibration Comment
Calibration GUID {69C0C2E2-A34B-4804-B6E0-93BB8FE05503}
Calibration Version 0
_____________________________________
Diplomsko delo 81
Properties in Project Viskoznost - 20 (1/s), Viskoznost - 0,1 (1/s). (total 2/2)
Properties in Calibration Set Viskoznost - 0,1 (1/s). (total 1/2)
_____________________________________
Spectra in Project 61
Spectra in Calibration Set 46
Spectra in Validation Set 15
Spectra in Calibration Set 4-24, 28-36, 40-42, 46-55, 59-61. (total 46/61)
Spectra in Validation Set 1-3, 25-27, 37-39, 43-45, 56-58. (total 15/61)
Spectra unused (U-Set) nothing selected. (total 0/61)
Validation Method Validation Set
C-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
V-Set Spectra
Instrument type / serial NIRFlex N500 / 600000332
y-Unit / Measurements / Scans Reflectance / 1 / 8
Spectra Resolution 4 1/cm
Spectra y-Unit Reflectance
_____________________________________
Wavelengths Project Set 4000-10000. (total 1501/1501)
Wavelengths Calibration Set 4400-4800, 5400-6600, 7800-10000. (total 953/1501)
Number of Data Pretreatments 2
Data Pretreatment Sequence (short form) db1,nle
Data Pretreatment Sequence (detailed) 1. First Derivative BCAP
2. Normalization to Unit Length*, 4400-4800, 5400-6600, 7800-10000. (total
953/1501)
Method PLS
Max Iterations 3000
Mean Centering yes
Number of Primary PCs 9
Secondary/Calibration PCs 1-4. (total 4/9)
Blow Up Parameter
Residual Blow Up 2
Score Blow Up 1,05
Max C-Set Spectra Residual 0,000335921
Max Allowed Residual for Calibration 0,000671841
_____________________________________
Diplomsko delo 82
Q-Value V5 0,403188
Validation Method Validation Set
C-Set Residual too big 0
V-Set Residual too big 0
Num Properties 1
Rel. Consistency 0,0651681
Weighted BIAS 0,0452394
Validity 0,0318389
Comparability 0,0147021
Precision 0,0789953
Weighted Accuracy 1,13388
_____________________________________
Property Statistics Viskoznost - 0,1 (1/s) [Pas]
C-Set BIAS 0
V-Set BIAS -7,38977
C-Set SEE (SEC) 13,873
V-Set SEE (SEP) 12,9037
Consistency 107,511
C-Set Regression Coefficient 0,953459
V-Set Regression Coefficient 0,968161
C-Set Regression Intercept 9,53732
V-Set Regression Intercept -22,8249
C-Set Regression Slope 0,909084
V-Set Regression Slope 1,31809
C-Set Orig. min 44,936
V-Set Orig. min 61,992
C-Set Orig. max 208,284
V-Set Orig. max 141,49
C-Set Orig. mean 104,903
V-Set Orig. mean 94,989
C-Set Orig. sdev 46,0096
V-Set Orig. sdev 27,6795
C-Set Pred. min 40,0548
V-Set Pred. min 52,2261
C-Set Pred. max 192,57
V-Set Pred. max 166,378
C-Set Pred. mean 104,903
V-Set Pred. mean 102,379
C-Set Pred. sdev 43,8683
V-Set Pred. sdev 37,6838
C-Set RSS 8660,65
V-Set RSS 3150,21
C-Set Durbin-Watson 0,645619
Diplomsko delo 83
C-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
V-Set Durbin-Watson 0,602573
V-Set Durbin-Watson in range 1.5 to 2.5 No
C-Set Resid. min -23,6668
V-Set Resid. min -24,8881
C-Set Resid. max 32,0478
V-Set Resid. max 10,2122
V-Set t-value 2,218
V-Set t-Test(n-1,2-tail) Confidence [%] 95,6398
C-Set n 46
V-Set n 15