Metodologias analíticas para avaliar a biodegradabilidade do diesel, biodiesel e blendas B10

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidas metodologias de análise para avaliar a biodegradabilidade do diesel, biodiesel e blendas B10, mediante as técnicas de espectroscopia no infravermelho (FTIR) associada com quimiometria e o emprego de análise de imagem digitais. O objetivo do trabalho foi desenvolver métodos analíticos capazes de avaliar biodegradação em diesel, quantificar biomassa formada na biodegradação de misturas biodiesel/diesel e por fim quantificar o número de colônias de microrganismos deteriogênicos de biodiesel. Para isso, foram utilizados métodos de análise multivariada como análise por componentes principais (PCA) e regressão multivariada por mínimos quadrados (PLS) e a análise de imagens digitais. Para o estudo de biodegradação de diesel foi investigado diferentes combinações de métodos de pré-processamentos aplicados em espectros de infravermelho médio para analisar amostras de diesel com diferentes teores de enxofre que foram submetidas a estocagem simulada com contaminação microbiana por um período de 40 dias. Para quantificação de biomassa em blendas B10 (10% de biodiesel puro e 90% de óleo diesel) foram utilizadas amostras submetidas a biodegradação por microorganismos e analisadas através de espectroscopia no infravermelho médio e regressão multivariada. Para a quantificação do número de colônias, foram utilizadas imagens digitais de placas de petri contendo colônias da bactéria Bacillus pumilus e da levedura Meyerozyma guilliermondii e um código Python foi desenvolvido para contar automaticamente as unidades formadoras de colônias a partir das imagens digitais. Os principais resultados obtidos demonstraram que o FTIR-ATR pode ser utilizado para avaliação da degradação de diesel e que a região de 1528 - 1318 cm-1 é a mais indicada e uma possível combinação de pré-processamentos com normalização/segunda derivada/centrado na média. Para a quantificação utilizando espectros FTIR-ATR foram avaliadas as figuras de mérito da metodologia, sendo o método considerado promissor para o seu objetivo. Na contagem de unidades formadoras de colônias, por um método semi-automático, foram avaliadas a calibração e validação em relação à contagem manual clássica, os resultados mostraram curvas de calibração e validação com coeficiente de determinação (R2) de 0,99 e 0,98, respectivamente.

In this work, analysis methodologies were developed to evaluate the biodegradability of diesel, biodiesel and B10 blends, using infrared spectroscopy (FTIR) technique associated with chemometry and the use of the digital image analysis. The aim of this work was to develop analytical methods capable of evaluating biodegradation in diesel, quantifying biomass formed in biodegradation of biodiesel/diesel mixtures and finally quantifying the number of colonies of deteriogenic microorganisms in biodiesel. For this, multivariate analysis methods were used such as principal component analysis (PCA) and multivariate least squares regression (PLS) and the digital image analysis. For the study of diesel biodegradation was investigated different combinations of pre-processing methods applied in mid-infrared spectra to analyze diesel samples with different sulfur contents that were subjected to simulated storage with microbial contamination for a period of 40 days. For quantification of biomass in B10 blends (10% pure biodiesel and 90% diesel oil), samples subjected to biodegradation by microorganisms were used and analyzed using medium infrared spectroscopy and multivariate regression. To quantify the number of colonies, digital images of petri dishes containing colonies of the genus Bacillus pumilus and the yeast Meyerozyma guilliermondii were used and a Python code was developed to automatically count the colony forming units from the digital images. The main results obtained demonstrated that the FTIR-ATR can be used to assess diesel degradation and that the region of 1528 - 1318 cm-1 is the most suitable and a possible combination of pre-processing with normalization/second derivative/centered on average. For the quantification using FTIR-ATR spectra, the figures of merit of the proposed method were evaluated, being considered appropriate for its objective. The counting of colony forming units, by a semi-automatic method, the calibration and validation were compared with the classic manual counting. The results showed calibration and validation curves with coefficient of determination (R2) of 0.99 and 0 .98, respectively.