Implementação da espetroscopia NIR para o controlo da ureia em solução

Abstract

A ureia é um componente bastante utilizado na fabricação de produtos para venda na Bresfor, de entre os quais se destacaram as soluções de ureia e o AdBlue. Este trabalho teve como objetivo efetuar testes de calibração e validação de forma a verificar se seria possível a implementação da espetroscopia de infravermelho próximo (NIR) para o controlo da concentração da ureia presente nos produtos da empresa e da densidade dos mesmos. A espetroscopia NIR apresenta diversas vantagens como a rapidez de análise, não haver necessidade de preparação da amostra e não ser uma técnica destrutiva. Após a análise em laboratório das amostras por métodos convencionais e a obtenção dos espetros NIR correspondentes, foram aplicadas técnicas quimiométricas para extrair informação relevante dos espetros, uma vez que estes são de difícil interpretação por apresentarem combinações e bandas harmónicas das bandas de absorção fundamentais no infravermelho. Foram desenvolvidos para o teor de ureia modelos de calibração para ambos os produtos, utilizando o método PLS. Obtiveram-se coeficientes de correlação e desvios de previsão residual (RPD) elevados, tendo-se obtido os valores de 99,99 e 93,4, respetivamente, para as soluções de ureia, e os valores de 99,95 e 45,5, respetivamente, para o AdBlue. Na validação destes modelos de calibração obtiveram-se baixos erros de previsão (RMSECV), e valores elevados de RPD, 0,291 e 80,3, respetivamente, para as soluções de ureia, e 0,238 e 25,4 para o Adblue. Os mesmos espetros de NIR foram utilizados em conjunto com os valores da densidade para estabelecer o modelo de calibração. Os valores obtidos para o coeficiente de correlação e RPD foram de 99,91 e 32,5, respetivamente, para a densidade das soluções de ureia e de 99,57 e 15,3 para a densidade do AdBlue, sendo este último valor de correlação 99,57 não tão bom como os anteriores, apesar de se ter obtido na validação um RMSECV baixo (0,000642), com um RPD elevado (14,1). Para a densidade das soluções de ureia o erro na validação (RMSECV) foi bastante baixo (0,00117) e o valor de RPD foi elevado (28,3). Estes resultados permitem concluir que a espetroscopia NIR associada a técnicas de análise multivariada é uma técnica capaz de quantificar vários parâmetros de interesse, a partir de um único espetro NIR, o que possibilitará melhorar o controlo de qualidade da empresa, uma vez que permite a obtenção mais rápida dos resultados, substituindo a análise individual por várias técnicas. A técnica pode ainda vir a ser implementada on-line.

Urea is a widely used component in the manufacture of products for sale at Bresfor, among which stand out urea solutions and AdBlue. This work aimed to perform calibration and validation tests in order to verify if it was possible to apply near infrared spectroscopy (NIR) to determine the concentration of urea present in the company's products and their density. Analysis by NIR spectroscopy has several advantages, is fast, not destructive and needs no sample preparation. After laboratory analysis of the samples by conventional methods and obtaining the corresponding NIR spectra, chemometric techniques were applied to extract relevant information from the spectra, since these are difficult to interpret because signals result from combinations and harmonics of the infrared fundamental absorption bands. Calibration models were developed for urea content in both products using the PLS method. High correlation coefficients and residual prediction deviations (RPD) were obtained, with values of 99.99 and 93.4, respectively, for urea solutions, and values of 99.95 and 45.5, respectively, for AdBlue. In the validation of these calibration models, low prediction errors (RMSECV) and high RPD values were obtained, 0.291 and 80.3, respectively, for urea solutions, and 0.238 and 25.4, respectively, for Adblue. The same NIR spectra were used in conjunction with the density values to establish the density calibration model. The values obtained for the correlation coefficients and RPD were 99.91 and 32.5, respectively, for the density of urea solutions, and 99.57 and 15.3, respectively, for the density of AdBlue. The correlation coefficient of 99.57 was not as good as the previous ones, although in the validation, the RMSECV was low (0.000642) and the RPD high (14.1). For the density of urea solutions the validation error (RMSECV) was also low (0.00117) and the RPD value was high (28.3). In conclusion, it was found that NIR spectroscopy associated with multivariate analysis techniques is a technique capable of quantifying several parameters of interest, from a single NIR spectrum, which will improve the company's quality control, as it allows obtaining faster results by replacing individual analysis using several techniques. Furthermore, NIR technique can be implemented on-line.