Use of Digital Images and Principal Component Analysis for the Identification of Cr (VI) Levels in Soil Samples

Abstract

Abstract:The proposition of simple and rapid methods for the identification of Cr (VI) levels in soil samples is desirable to guide remediation strategies. The aim of the present study was to develop a method for soils samples identification with Cr (VI) concentrations exceeding the values specified by international legislations. A soil sample was spiked with Cr (VI) concentrations varying from 0 to 20 mg kg -1 (total of 61 fortifications) and subsequently submitted to an alkaline extraction. The extracts were deposited in Petri plates and diphenylcarbazide 0.2 % (m v ) for pH adjustment were added. After color development, the plates were placed in a commercial scanner and images of their bottom part were acquired. The images were treated with computer programs to calculate the following color descriptors: R, G, B, H, S, V, r, g, b, L and an analysis by PCA (Principal Component Analysis) was performed. There was a good separation between values above and below the Italian legislation, which specifies a maximum value of 2.0 mg kg -1 for Cr (VI). Also were used the Cr (VI) values set by legislation of Canada and Sweden were used and, in general, the images allowed the identification of levels of Cr (VI) for these countries. Furthermore, through the visual analysis of PCA it is possible to state that digital images have potential to be used for the proposition of classification models.Keywords: Digital images; scanner; principal component analysis; hexavalent chromium; soils. ResumoA proposição de métodos simples e rápidos para a identificação dos níveis de Cr (VI) em amostras de solos é desejável para nortear estratégias de remediação. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um procedimento para a identificação de amostras de solos com concentrações de Cr (VI) superiores aos valores estabelecidos pelas legislações internacionais. Uma amostra de solo foi fortificada com concentrações de Cr (VI) que variaram de 0 a 20 mg kg -1 (total de 61 fortificações) e posteriormente submetidas a extração alcalina. Os extratos foram colocados em placas de Petri, aos quais se adicionou difenilcarbazida 0,2 % (m v -1 ) como reagente colorimétrico e H 2 SO 4 (5 mol L -1 ) para o ajuste do pH. Após o desenvolvimento da coloração, as placas foram posicionadas em um scanner comercial e obtidas imagens da parte inferior. As imagens foram tratadas com programas computacionais para cálculo dos seguintes descritores de cores (R, G, B, H, S, V, r, g, b e L) e, efetuou-se uma análise por ACP (Análise de componentes principais -Principal Component Analysis). Houve uma boa separação entre os valores acima e abaixo da legislação italiana, a qual define um valor máximo de 2,0 mg kg -1 para Cr (VI). Também foram utilizados os valores de Cr (VI) das legislações do Canadá e da Suécia e, em geral, as imagens permitiram a identificação dos níveis de Cr (VI) para estes países. Através da análise visual da ACP é possível afirmar que as imagens digitais são passíveis de uso para a proposição de modelos de classificação.

Avaliando a Fertilidade do Solo com Imagens Digitais

“…Essas metodologias também são desenvolvidas para a agricultura, como na avaliação da qualidade de algodão 19 , mamona 20 , girassol 21 e café 22 , por exemplo. Imagens digitais também foram empregadas análises de solo para quantificar Cr(VI) 23 , Fe 24 , além de argila e areia 25 .…”

Use of a Portable Microscope Combined with a Smartphone to Determine the Authenticity of Brazilian Banknotes and National Driver’s Licenses

“…This approach is used widely since it allows for visualizing the safety items developed by CBB. 2 The use of simple and low-cost analyses in scientific settings has been growing due to recent technological advances such as the use of portable equipment for analyzing digital images, [19][20][21][22][23] which have been shown to be fast, non-destructible and reliable for specific forensic applications. 1 In this context, a portable microscope was combined with a smartphone (equipped with the PhotoMetrix ® application) to investigate the authenticity of Brazilian banknotes (R$50 and R$100) and national driver's licenses (NDLs).…”

Classification of Mineral Waters Based on Digital Images Acquired by Smartphones

“…Oliveira et al aplicaram a análise de componentes principais à diversos descritores de cores de imagens digitais, entre eles o sistema RGB, para a classificação de solos contaminados com diferentes teores de cromo. 12 Os autores relataram que o método proposto é bastante simples e permite verificar se os solos apresentam teores de cromo superiores ou inferiores ao estabelecido por legislações de diferentes países. Damasceno e colaboradores utilizaram a análise multivariada de imagens para estimar o pH de amostras de água potável a partir da mistura das amostras com o reagente azul de bromotimol e aplicação das informações do sistema RGB em modelo de calibração por mí-nimos quadrados parciais.…”