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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
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Scopo del lavoro
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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
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Perchè il Naso Ele/ronico
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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!
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Processo di compostaggio su scala di laboratorio
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Frazione organica
Matrice 1: frazione comunemente utilizzata* + enzimi
a/ivatori
Matrice 2: frazione
comunemente utilizzata*
Matrice 3: frazione comunemente utilizzata* + so/ovaglio
* frazione passante tra i 20 e gli 80 mm
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Processo di compostaggio su scala di laboratorio
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Processo di compostaggio su scala di laboratorio
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Ogni bireattore è stato costantemente areato e la frazione organica è stata rivoltata due volte al giorno
Day 1
Day 2
Day 3
Air sampling
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Naso ele/ronico
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Polmoni
Recettori olfattivi
Sistema nervoso
Cervello
HUMAN NOSE
Pompa
Sensori
Cavi e connessioni
Chemiometria
NASO ELETTRONICO NASO UMANO
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Naso ele/ronico
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HUMAN NOSE
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Misure
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HUMAN NOSE Tre campioni 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)
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Analisi dei dati
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HUMAN NOSE Tecnica analitica prescelta PARAFAC
Altre tecniche, quali: unfolded-PCA, PARAFAC2 e TUCKER3 devono ancora essere valutate
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Analisi dei dati
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HUMAN NOSE Che
pretra/amento potrei eseguire?
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Analisi dei dati
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HUMAN NOSE 1) CORREZIONE DELLA LINEA DI BASE
Differenza (S-‐‑S0)
Relativa (S/S0)
Differenza relativa (S-‐‑S0)/S0
I dati del Naso Ele/ronico commerciale sono già S/S0
2) SCALATURE
Dati tal quali
Dati centrati sui campioni
Dati centrati sui campioni e scalati sui sensori (2 modi diversi)
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Analisi dei dati
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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).
S a m p l eTarge
t, Ide
ally n
on-ze
ro co
re ele
ments
, Idea
lly ze
ro co
re ele
mentsNumero di componenti 3
Core consistency 89%
Explained variance 95%
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Analisi dei dati
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HUMAN NOSE
- 0 . 3 - 0 . 2 - 0 . 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7- 0 . 3
- 0 . 2
- 0 . 1
0
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
F 1
F2
1
2
4
5
6 7
8
9
1 0
L o a d i n g s p l o t ( s e n s o r i )
D e c l u t t e r e d
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Conclusioni
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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
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Analisi dei dati
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HUMAN NOSE
N01_1N01_2N01_3
N02_1N02_2N02_3
N03_1N03_2N03_3
N05_1
N05_2N05_3
N06_1N06_2N06_3
N07_1N07_2N07_3
N09_1N09_2N09_3
N10_1N10_2N10_3
N11_1N11_2N11_3
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
F1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
F2
giorno 1giorno 2giorno 3