Workshop di Chemiometria 2007 - Modena pt. 3

Impiego di un naso ele/ronico
commerciale per identificare lo
stato di avanzamento del
processo di compostaggio di
rifiuto organico
(fase iniziale del proge/o di fine corso per
Advanced Chemometric Methods / Multiway Analysis
– January 2007)
M. Calderisi, N. Livio e B. Giussani

Workshop di Chemiometria 2007 Gruppo Divisionale della SCI 15-‐‑16 febbraio, 2007 -‐‑ Modena

Scopo del lavoro

Stabilire la capacità del Naso Elettronico di funzionare come
strumento per il monitoraggio del processo di compostaggio
della frazione organica.

Il processo di compostaggio può essere condotto, a
livello industriale, con diverse tecniche.

Tale processo è stato ricreato in laboratorio
utilizzando un piccolo impianto pilota

Perchè il Naso Ele/ronico

1) Al momento non ci sono tecniche consolidate per
effettuare questo tipo di monitoraggio;

2) Il processo di compostaggio consiste nella
stabilizzazione biologica della frazione putrescibile.
Perciò è particolarmente ODOROSO!


Processo di compostaggio su scala di laboratorio

Frazione organica

Matrice 1:
Matrice 2:

Matrice 3:
frazione comunemente frazione frazione comunemente
utilizzata* + enzimi comunemente utilizzata* + so/ovaglio

a/ivatori
utilizzata*

* frazione passante tra i 20 e gli 80 mm


Day 1

Day 2

Day 3

Air sampling

Ogni bireattore è stato costantemente
areato e la frazione organica è stata
rivoltata due volte al giorno


Naso ele/ronico

HUMAN NOSE
NASO UMANO NASO ELETTRONICO

Polmoni Pompa

Recettori olfattivi Sensori

Sistema nervoso Cavi e connessioni

Cervello Chemiometria


Naso ele/ronico

HUMAN NOSE


Misure

Tre campioni NOSE
HUMAN al giorno

Tre repliche per ciascuna campione

Ogni misura ha una durata di 100 secondi

Data array: 27 (campioni) x 10 (sensori) x 100 (acquisizioni)


Analisi dei dati

HUMAN NOSE
Tecnica analitica prescelta

PARAFAC

Altre tecniche, quali: unfolded-PCA, PARAFAC2 e TUCKER3
devono ancora essere valutate


Analisi dei dati

HUMAN NOSE
Che
pretra/amento
potrei eseguire?


Analisi dei dati

HUMAN NOSE
1) CORREZIONE DELLA LINEA DI BASE

Diﬀerenza (S-‐‑S0)

Relativa (S/S0)
I dati del Naso Ele/ronico
commerciale sono già S/S0

Diﬀerenza relativa (S-‐‑S0)/S0

2) SCALATURE

Dati tal quali

Dati centrati sui campioni

Dati centrati sui campioni e scalati sui sensori (2 modi diversi)


Analisi dei dati

HUMAN NOSE
Il miglior modello risulta essere quello calcolato sul dataset centrato sui
campioni e poi scalato sulle variabili (per quanto la diﬀerenza con quanto
o/enuto nel caso opposto sia veramente minima).

Numero di componenti 3

T a rg e t, Id e a lly n o n -z e ro c o re e le m e n ts , Id e a lly z e ro c o re e le m e n ts
Core consistency 89%

Explained variance 95%

S a m p le


Analisi dei dati

HUMAN NOSE L o a d in g s p lo t (s e n s o ri)
0 .6

0 .5 5 1

0 .4

0 .3

0 .2

4
F2

0 .1
2 10
0

-0 .1

8
-0 .2 7
6
9
-0 .3
-0 .3 -0 .2 -0 .1 0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7
F1
D e c lu tte re d


Conclusioni

HUMAN NOSE

1) In questo caso il Naso Ele/ronico si è dimostrato un valido strumento
per il monitoraggio del processo di compostaggio

2) L'ʹutilizzo di PARAFAC ha permesso di o/enere una valida elaborazione

dei dati


Analisi dei dati

HUMAN NOSE
30
N10_1
N10_2
N10_3

N09_1
N09_2
N09_3
20

N11_1
N11_3
N11_2
10
N06_2
N06_3
N06_1

0
F2

N05_1
-10
N05_2
N05_3 N02_1
N02_2
N02_3
N07_2
N07_1
N07_3
N03_1
N03_2
N03_3
-20

N01_2
N01_3 N01_1
-30 giorno 1
giorno 2
giorno 3
-40
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
F1

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