Modelos de calibração e a espectroscopia no infravermelho próximo para predição das propriedades químicas e da densidade básica da madeira de Eucalyptus.

Lívia Cássia Viana, Paulo Fernando Trugilho, Paulo Ricardo Gherardi Hein, José Reinaldo Moreira da Silva, José Tarcísio Lima

Resumo


A espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) surge no campo das ciências florestais como método não destrutivo, rápido e preciso capaz de predizer propriedades tecnológicas da madeira. O objetivo deste trabalho foi aplicar a técnica NIRS para desenvolvimento de modelos de calibração para estimar as propriedades químicas e a densidade básica da madeira de Eucalyptus. Foram utilizados clones de Eucalyptus de três anos de idade, provenientes de plantios comerciais nas localidades de Cocais, Guanhães, Rio Doce-Ipaba e Santa Bárbara, estado de Minas Gerais. As propriedades químicas da madeira e a densidade básica das árvores foram determinadas por metodologia tradicional e correlacionadas com as leituras espectrais por meio da regressão dos mínimos quadrados parciais. As calibrações para estimar a densidade básica da madeira apresentaram coeficientes de correlação em validação cruzada (Rcv) variando de 0,56 a 0,97 e relação de desempenho do desvio (RPD) entre 1,1 e 4,7. Os modelos desenvolvidos para estimar o teor de xilanas e glicanas apresentaram Rcv variando de 0,39 a 0,88 e RPD de 1,1 a 2,1. Para o teor de celulose, lignina e extrativos os modelos de calibração apresentaram Rcv entre 0,10 e 0,87 e valores de RPD entre 0,9 e 2,0. A calibração para predição da relação S/G que apresentou o melhor ajuste (Rcv = 0,90 e RPD = 2,3) foi a que representa as árvores amostradas em Rio Doce. Os modelos de calibração desenvolvidos por meio da espectroscopia no infravermelho próximo mostraram-se eficientes para a densidade básica e propriedades químicas da madeira de clones de Eucalyptus.

Palavras-chave


infravermelho próximo; propriedades químicas, densidade básica

Texto completo:

PDF

Referências


ARANGO ALZATE, S. B.; TOMAZELLO FILHO, M.; PIEDADE, S. M. S. Variação longitudinal da densidade básica da madeira de clones de Eucalyptus grandis Hill ex Maiden, E. saligna Sm. e E. grandis x urophylla. Scientia Forestalis, Piracicaba, n. 68, p. 87-95, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Projeto de Estruturas de Madeira, Rio de Janeiro, 107 p. 1997.

BAILLÈRES, H.; DAVRIEUX, F.; HAM-PICHAVANT, F. Near infrared analysis as a tool for rapid screening of some major wood characteristics in a Eucalyptus breeding program. Annals of Forest Science. Les Ulis, v. 59, p. 479-490, 2002.

BIRKETT, M. D.; GAMBINO, M. J. T. Potential applications for Near Infrared Spectroscopy in the pulping industry. Paper Southern Africa, v. 11, n. 12, p. 34-38, 1988.

COGDILL, R. P. et al. Estimation of the physical wood properties of Pinus taeda L. radial strips using least square support vector machines. Journal of Near Infrared Spectroscopy, v. 12, p. 263-269, 2004.

GIERLINGER, N. et al. Rapid determination of heartwood extractives in Larix sp. by means of Fourier transform near infrared spectroscopy. Journal of Near Infrared Spectroscopy, v. 10, p. 203-214, 2002.

GINDL, W. et al. The relationship between Near Infrared Spectra of radial wood surfaces and wood mechanical properties. Journal of Near Infrared Spectroscopy, v. 9, p. 255-261, 2001.

GOLDSCHIMID, O. Ultraviolet Spectra. In: SARKANEM, K.; LUDWING, C. H. Lignins: ocurrence, formation, structure and reactions. New York: J. Wiley, 1971, p.241-298.

GOMIDE, J. L.; DEMUNER, B. J. Determinação do teor de lignina na madeira: método Klason modificado. O Papel, São Paulo, v. 47, p. 36-38, 1986.

HEIN, P. R. G.; CHAIX, G.; LIMA, J. T. Effects of sample preparation on NIR spectroscopic estimation of chemical properties of Eucalyptus urophylla S.T. Blake wood. Holzforschung, Berlin, v. 64, 45-54, 2010.

HEIN, P. R. G. et al. Near infrared spectroscopy for estimating wood basic density in Eucalyptus urophylla and Eucalyptus grandis. Revista Cerne, Lavras, v. 15, n. 2, p. 133-141, abr./jun. 2009.

HODGE, G. R.; WOODBRIDGE W. C. Use of near infrared spectroscopy to predict lignin content in tropical and sub-tropical pines. Journal of Near Infrared Spectroscopy, Chichester, v.12, p. 381-390, 2004.

HOFFMEYER P.; PEDERSEN J. G. Evaluation of density and strength of Norway spruce by near infrared reflectance spectroscopy, Holz als Roh-und Werkstoff, Berlin, v. 53, p. 165-170, 1995.

JONES, P. D. et al. Nondestructive estimation of Pinus taeda L. wood properties for samples from a wide range of sites in Georgia. Canadian Journal of Forest Research, Ottawa, v. 35, p. 85-92, 2005.

JONES, P. D. et al. Nondestructive estimation of wood chemical composition of sections of radial wood strips by diffuse reflectance near infrared. Wood Science Technology, v. 40, p. 709–720, 2006.

KARR, W. E. et al. The complete analysis of wood polysaccharides using HPLC. Journal of Wood Chemistry and Technology, v. 11, p. 447-463, 1991.

KELLEY, S. S. et al. Use of Near Infrared Spectroscopy to predict the mechanical properties of six softwoods. Holzforschung, Berlin, v. 58, p. 252–260, 2004.

KOLLMANN, F. R.; COTÉ, W. A. Principles of Wood science and technology. Berlin: Springer-Verlag, 1968, 592 p.

LIN, S. Y.; DENCE, C. W. Methodos in lignin chemistry. Berlin: Springer-Verlag, 1992, 578 p.

MEDER, R. et al. Rapid Determination of the Chemical Composition and Density of Pinus radiata by PLS Modelling of Transmission and Diffuse Reflectance FTIR Spectra. Holzforschung, Berlin, v.53, p. 261–266, 1999.

MICHELL, A. J. Pulpwood quality estimation by near-infrared spectroscopic measurements on eucalypt woods. Journal Appita, v. 48, p. 425-428, 1995.

PASQUINI, C. Near infrared spectroscopy: fundamentals, practical aspects and analytical applications. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 14, n. 2, p. 198-219, 2003.

PUNSUVON, V. et al. Rapid NIR analysis of chemical and mechanical properties for Eucalyptus camaldulensis at plantation in Thailand. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON NEAR INFRARED SPECTROSCOPY, 11., 2003, Córdoba. Proceedings... Córdoba, 2003, p. 781-5.

RUY, O. F.; FERREIRA, M.; TOMAZELLO FILHO, M. Variação da qualidade da madeira entre grupos fenotípicos de clones de Eucalyptus urophylla S.T. Blake da Ilha de Flores, Indonésia. Scientia Forestalis, n. 60, p. 21-27, 2001.

SAVITZKY, A.; GOLAY, M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least-squares procedures. Analytical Chemistry, v. 36, n. 8, p. 1627-1639, 1964.

SCHIMLECK, L. R.; EVANS, R. Estimation of Pinus radiata D. Don tracheid morphological characteristics by near infrared spectroscopy. Holzforschung, Berlin, v. 58, p. 66-73, 2004.

SCHIMLECK, L. R.; KUBE, P. D.; RAYMOND, C. A. Genetic improvement of kraft pulp yield in Eucalyptus nitens using cellulose content determined by near infrared spectroscopy. Canadian Journal of Forest Research, v. 34, p. 2363-2370, 2004.

SCHIMLECK, L. R. et al. Estimation of wood stiffness of increment cores by near-infrared spectroscopy. Canadian Journal of Forest Research, n. 1, v. 32, p. 129-135, 2002.

SCHIMLECK, L. R. et al. Estimation of basic density of Eucalyptus globulus using near-infrared spectroscopy. Canadian Journal of Forest Research, v. 29, p. 194-201, 1999.

SCHIMLECK, L. R.; MORA, C.; DANIELS, R. F. Estimation of the physical wood properties of green Pinus taeda radial samples by near infrared spectroscopy. Canadian Journal of Forest Research, v. 33, p. 2297-2305, 2003.

SCHIMLECK, L. R. et al. Some applications of NIR spectroscopy to forest research. Journal Appita, v. 53, p. 458-464, 2000.

SEFARA, N. L.; CONRADIE, D.; TURNER, P. Progress in the use of near-infrared absorption spectroscopy as a tool for the rapid determination of pulp yield in plantation eucalypts. Tappsa Journal, v. 53, n. 11, p. 15-17, 2000.

TAPPI. Preparation of Wood for Chemical Analysis. In: Tappi Test Methods. Atlanta: Tappi Press, 1988.

TAPPI. Standard Methods of Technical Association of the Pulp and Paper Industry. Test methods 1998-1999. Atlanta: TAPPI, 1999.

TECHNICAL ASSOCIATION OF PULP AND PAPER INDUSTRY, Basic density and moisture content of pulpwood. Atlanta, TAPPI, 1994, 6p. ( T 258 om-94 ).

THUMM, A.; MEDER, R. Stiffness prediction of radiata pine clearwood test pieces using near infrared spectroscopy. Journal of Near Infrared Spectroscopy, v. 9, p. 117-122, 2001.

THYGESEN, L. G. Determination of dry matter content and basic density of Norway spruce by near infrared reflectance and transmission spectroscopy. Journal of Near Infrared Spectroscopy, v. 2, p. 127-135, 1994.

TOMAZELLO FILHO, M. Variação radial da densidade básica e da estrutura anatômica da madeira do Eucalyptus saligna e E. grandis. IPEF, Piracicaba, n. 29, p. 37-45, 1985.

VIANA, L.C. et al. Predicting the morphological characteristics and basic density of Eucalyptus wood using the NIRS technique. Revista Cerne, Lavras, v. 15, p. 421-429, 2009.

WORKMAN, J.; WEYWER, L. Practical guide to interpretive near-infrared spectroscopy. Boca Raton: CRC Press, 2007. 332 p.

ZOBEL, B.; JETT, J.B. Genetics of Wood Production. Berlin: Springer-Verlag, 1995. 336 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.5902/198050981859