El professor de l’EUSS Dr. Ignasi Santín acaba de
publicar un article al llibre d’actes del 26th International
Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), titulat “Complementary Control
Actions for Greenhouse Gas Emissions Reduction in Wastewater Treatment Plant
Operation”. Aquest treball ha estat fruit de la col·laboració amb investigadors
del Departament de Telecomunicació i d’Enginyeria de Sistemes de la Universitat
Autònoma de Barcelona, i la Facultad de Ingeniería de Costa Rica.
Les depuradores són necessàries per millorar la
qualitat de les aigües residuals abans de ser abocades al medi receptor, però
tenen l’inconvenient de generar emissions d’òxid nitrós durant el tractament
biològic, que és un potent gas d’efecte hivernacle (GEH). Aquest és un greu
inconvenient, ja que la reducció de les emissions de gasos d’efecte hivernacle
per causes antròpiques és un dels principals reptes a afrontar en referència
als efectes del canvi climàtic.
Figura 1. ACC que combina Qa fixa i regulada amb el controlador “fuzzy” proposat, depenent de Tas.
En aquest article s’examina una manera potencial de
reduir les emissions d’òxid nitrós reduint l’oxigen dissolt als nivells mínims.
Per aconseguir aquest objectiu, en aquest treball es proposa utilitzar el cabal
de recirculació interna del tractament biològic. Es tracta d’una variable
manipulada força oblidada que, com s’ha pogut mostrar, pot tenir efectes
secundaris potencials per complementar les accions de control ja existents. Per
tant, aquesta regulació addicional s’afegeix a una estratègia de control
habitual a les depuradores d’aigües residuals, que aconsegueix resultats
satisfactoris en qualitat de l’aigua i en costos d’explotació però amb elevades
emissions d’òxid nitrós. El model de simulació de referència núm. 2 Gas (BSM2G)
s’utilitza com a escenari de treball, que inclou les dues vies principals
d’emissió d’òxid nitrós: la desnitrificació heteròtrofa i la desnitrificació de
bacteris oxidants d’amoníac.
El Dr. Jordi Cruz acaba de publicar un article a la revista foods,
titulat “A Comparative Study of Benchtop and Portable NIR and Raman
Spectroscopic Methods for the Quantitative Determination of Curcuminoids in
Turmeric Powder ”.
Aquest treball ha estat fruit de la investigació d’en Jordi amb les
companyes de la Mahidol University i amb components del Grup de Quimiometria
Aplicada de la UAB.
El consum de cúrcuma augmenta contínuament a tot el món. Els curcuminoides són els principals components actius de la cúrcuma i estan associats amb nombrosos beneficis per a la salut. Una combinació de mètodes espectroscòpics i quimiometria mostra la idoneïtat pel control de la qualitat de la cúrcuma, ja que són mètodes ràpids, versàtils, amb possibilitat de portar l’instrument a la mostra i en els que no es necessita la preparació de mostres.
Es van proposar cinc models de calibratge per quantificar els curcuminoides
a la cúrcuma mitjançant dispositius de sobretaula i portàtils.
Els resultats més destacables van mostrar que els models de calibratge
Raman i NIR presenten un excel·lent rendiment d’informes RMSEP de 0,44% p/p i
0,41% p/p, respectivament.
A més, es van comparar els cinc mètodes suggerits (FT-IR, Raman i NIR) en termes de precisió i exactitud.
Els resultats van mostrar que a nivell predictiu no hi ha diferències
significatives entre els mètodes de sobretaula i portàtils.
Aquest estudi pretén fomentar l’ús d’aparells portàtils per al control de la qualitat dels aliments in situ demostrant la seva idoneïtat per a la finalitat.
Figura 1. Esquema de preparació de mostres.
Figura 2. Anàlisi de components principals amb els diferents instruments. Figura 3. Rectes de calibratge i validació pels diferents instruments.
La Dra.
Elena Bartolomé acaba de publicar a la revista Inorganic Chemistry
Frontiers, (IF-7.78) l’article titulat “Towards large area surface functionalization with
luminescent and magnetic lanthanoid complexes”, en col·laboració amb la Dra. C. Sañudo, J. Jover i
en G. Gabarró, del Dep. de Química Inorgànica i Orgànica de la Universitat de
Barcelona, i en Dr. J.R. Zuazo de l’ESRF – ICMM de Madrid.
El dipòsit
superficial i homogeni de molècules sobre una àrea del substrat de gran
extensió és difícil d’aconseguir, però extremadament important per a les
aplicacions proposades de molècules magnètiques en emmagatzematge de dades,
processament d’informació o espintrònica molecular.
En aquest
treball s’ha presentat un mètode senzill per funcionaritzar àrees de gran
superfície i empeltar molècules complexes de manera organitzada. Es mostra una
prova de concepte realitzada empeltant els complexos [Ln2(SYML)3(H2O)] de Ln =
Eu(III) i Dy(III) sobre Si funcionaritzar, en la qual s’han obtingut cobertures
homogènies del Si(100) d’uns 1 cm × 1 cm. En el cas del complex d’Eu, s’ha
utilitzat la luminescència per seguir el procés.
Figura 1. Esquerra: (a) el ligand SYMLH2 (b) estructura cristal·lina del complex d’Eu, on cada ligand es mostra d’un color; (c) dimer supramolecular; (d) empaquetament cristal·lí al llarg d’eix-a, i (d) del pla bc. Dreta: possible mode d’empelta de la molècula [Ln2(SYML)3(H2O)] sobre el substrat de Si funcionaritzat.
L’espectroscòpia
de masses d’ions secundaris del temps de vol (ToF-SIMS) confirma la presència
de la molecular esperada. A més les mesures de difracció de raigs X amb
incidència rasant (GIXRD) realitzades en el sincrotró de l’ESRF a Grenoble
mostren orientacions preferides i dominis ordenats de les molècules. Les
propietats magnètiques i l’anisotropia de la monocapa de molècules empeltades
es van examinar mitjançant la tècnica del dicroisme circular magnètic de raigs
X (XMCD) al sincrotró ALBA de Barcelona. Els resultats mostren que existeix una
fracció de molècules amb una orientació preferida del seu eix fàcil de
magnetització a 30° respecte de la direcció normal a la superfície.
Figura 2. (a) Espectres de XAS i XMCD registrats a 6 T i 4 K en funció de l’angle d’incidència del feix respecte a la normal (θ) per a una mostra, de la mostra [Dy2(SYML)3(H2O)] emplatada sobre Si funcionaritzat, I en pols; (b) dependència angular del moment magnètic orbital (mL), espinorial (ms) i total (mTOT). El panell inferior mostra la dependència angular de mTOT(θ) esperada per a molècules amb el seu eix de fàcil imanació (EAM) orientat fora del pla (OOP), dins del pla (IP) i amb un angle alpha = 30°, respecte al substrat normal (vegeu requadre), així com la simulació corresponent a una combinació lineal (LC) del 20% de molècules amb l’EAM orientat a 30° i una fracció del 80% de les molècules amb EAM orientat aleatòriament.
La Dra. Elena Bartolomé acaba de publicar l’article titulat “Origin of
the unusual ground-state spin S=9 in a Cr10 single-molecule magnet” al Journal
of the American Chemistry Society (JACS), una de les revistes més
prestigioses en l’àrea de Química amb un índex d’impacte IF-16.38.
Aquest treball ha estat possible gràcies a una llarga i fructífera col·laboració
multidisciplinària entre científics nacionals i internacionals: en Dr. J.
Rubín, Dr. A. Arauzo, Dr. F. Bartolomé i Prof. J. Bartolomé de la Universidad
de Zaragoza-Instituto de Ciencia y Nanomateriales de Aragón (INMA-CSIC); en Dr.
J. Luzón, del CUD-Zaragoza; en Dr. F. Sedona, Dr. M. Rancan i Prof. L. Armelao,
de la Universitat de Pàdua, i la Dra. E. Garlatti de la Universitat de Parma (Itàlia);
la Dra. T. Guidi del ISIS labortory (UK); els Drs. F.Wilhelm i Dr. A. Rogalev
del sincrotró ESRF de Grenoble; el Dr. A. Amann i Dr. S. Spagna de l’empresa
Quantum Design.
Les rodes moleculars magnètiques són una subclasse d’imants moleculars
molt interessants per les seves
propietats magnètiques intrínseques, com a sistemes de referència per la
recerca de fenòmens quàntics macroscòpics coherents, i per la seva potencial
aplicació en el processament d’informació quàntica. A més, la geometria plana i
alta simetria de les molècules cícliques les fa atractives per al dipòsit sobre
substrats, un pas crític en el camí cap a la fabricació de dispositius.
La roda molecular [Cr10(OMe)20(O2CCMe3)10], abreujada {Cr10}, és un cas
rar entre les rodes basades en un nombre parell de metalls 3d, que solen
presentar un estat fonamental antiferromagnètic (AF) (S = 0), ja que presenta
un espí intermedi completament inusual (S = 9) i una anisotropia no negligible, D/kB = -0.045 (2)
K.
En aquest treball, s’ha aconseguit desvelar l’origen de l’espí S=9 en el {Cr10} que prové dels detalls més fins de l’estructura química de la roda, que donen lloc a una estructura d’interaccions d’intercanvi molt poc comuna. La resolució d’aquest problema ha estat possible gràcies a un estudi molt detallat de les propietats magnètiques de la roda, combinant diferents tècniques experimentals (magnetometria del monocristall, capacitat calorífica, dispersió de neutrons inelastics, XANES i XMCD, susceptibilitat ac fins a molt baixa temperatura de 0,1K) amb amplis càlculs numèrics de diferents tipus (ab initio, DFT, càlculs de Monte Carlo).
Les mesures de magnetometria angular realitzades en monocristall van
confirmar el comportament anisòtrop axial del {Cr10}, (Figura 2, esquerra). Per
a mostres en pols, la corba de χT(T) va demostrar un comportament general de l’anell ferromagnètic (FM)
fins a T=1.8 K però, en canvi, la corba de magnetització M(H) no saturà als 30 μB/fu esperats per deu ions Cr3+ d’espí
Si=3/2 espín acoblats FM, sinó a un valor molt inferior, corresponent a un espí
total S=9 (Figura 2, dreta).
Figura 2. Esquerra: Dependència angular de la magnetització del monocristall (SC) del {Cr10}; Dreta: Mesures de magnetometria dc, (a) dependència amb el camp de la magnetització, M(H), a T = 1.8 K per una mostra en pols i SC, mesurat amb el camp magnètic aplicat paral·lel (EA), perpendicular (HA) a l’eix de fàcil imanació, i a un angle intermedi; (b) dependència amb la temperatura del producte de la susceptibilitat-per-T, χT(T) per a les mateixes mostres.
Aquests resultats es van poder racionalitzar utilitzant un model
magnètic, que inclou l’anisotropia del clúster, en què la roda {Cr10} està
formada per dues semirodes, cadascuna amb quatre spins Cr3+ acoblats FM (JFM/kB
= 2.0 K), separats per dos ions Cr3+
acoblats AF asimètricament (J23/kB = J78/kB = -2,0 K; J34/kB = J89/kB =
-0,25 K), Figura 3.
Figura 3. Model magnètic per al {Cr10}: (a) esquema d’acoblament i (b−e) corbes magnètiques calculades amb un model Monte Carlo clàssic al llarg de l’eix fàcil (EA, blau) I difícil (HA, vermell), i amb Monte Carlo quàntic tan sols al llarg de la direcció EA (verd), amb els paràmetres d’acoblament JFM/kB= 2.0 K, J23/kB = −2.0 K, J34/kB = −0.25 K, Di/kB = −0.31 K.
Aquest model d’acoblament tan singular sorgeix de l’asimetria en les interaccions
que es produeix a causa de petites distorsions en els angles dels ponts alcoxi
Cr−O−Cr que acoblen els ions Cr3+, tal com demostren els càlculs ab initio i
DFT, mentre que l’anisotropia total del clúster es pot correlacionar amb les
anisotropies individuals calculades per cadascun dels ions Cr3+ de la roda,
Figura 4.
Figura 4. (a) – (b) Eixos de fàcil imantació (EAM) calculats per ab initio per al {Cr10} ring; (c) Correlació entre els angles dels ponts alkoxi Cr−O−Cr I les constants acoblaments Jij calculades per DFT entre ions Cri-Crj consecutius de la roda.
Les mesures d’Inelastica Neutron Scattering (INS) van permetre confirmar el model d’acoblament proposat, que dona lloc a un estat fonamental amb espí total S = 9 I un primer estat excitat S = 8 (Figura 5, esquerra).
Finalment, mitjançant mesures de susceptibilitat ac fins a 0.1 K es va comprovar
que el {Cr10} es comporta com a imant molecular, amb una energia d’activació de
U/kB = 4,0 (5) K en absència de camp aplicat (Figura 5, dreta).
Figura 5. Esquerra: Spectre d’Inelastic Neutron Scattering (INS) del {Cr10}, mesurat a T = 1.8 i 5.0 K; i nivells d’energia calculats amb el model d’acoblament proposat. Dreta: Components real i imaginària de la susceptibilitat ac, i dependència del temps de relaxació amb la inversa de la temperatura.
El professor Dr. Jordi Cruz acaba de publicar un article a la revista AUTOMATICA and INFORMATICS, titulat “A Comparative Evaluation of the Predictive Ability of PLS and RBF ANN Calibration Techniques Applied to SW-NIR Meat Data”. Aquest treball ha estat fruit de la investigació d’en Jordi amb els Químics de la Bulgarian Academy of Sciences.
En aquest estudi s’han comparat els mètodes quimiomètrics lineals i no lineals. Els espectres de transmitància de mostres de carn de porc es van registrar mitjançant Short Wave-Near Infrared Spectroscopy (SW-NIR) (850 nm-1.050 nm).
S’han seleccionat el
Partial Least Squares Regresion (PLSR) i Radial Basis Functions Neural Networks
(RBF NN) per tal de determinar el contingut d’humitat i greix.
La raó per utilitzar
RBF ANN és la no linealitat significativa que s’exhibeix entre els espectres
i el contingut de greix i humitat.
Figura 1. Els espectres NIR i els espectres preprocessats: MSC, SNV i D1+SNV del conjunt de dades de calibratge.
S’han combinat PLSR i
RBF NN amb arquitectura diferent amb diferents tècniques de pretractaments de
dades com la Primera Derivada (D1), Standard Normal Variate (SNV),
Multiplicative Signal Correction (MSC) i les combinacions de MSC i SNV amb
primera derivada.
Els pretractaments
òptims per humitat han estat MSC per a la humitat, i la combinació de D1 i SNV
per al greix.
Per PLSR, els valors
RMSEP utilitzant MSC amb un 2,3% (PLSR)
i un 1,3% (NN) per a la determinació de la humitat.
Figura 2. Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima d’humitat PLS (MSC). Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima d’humitat RBF ANN (MSC). EJCR i gràfic de residuals per a dos models.
En el cas de la
determinació del greix PLSR emprant la combinació de SNV i D1, es va obtenir
uns valors de RMSEP de 1,7% (PLSR) i un
0,7% (NN).
Els valors d’error de
predicció per a xarxes neuronals són millors que pels obtinguts amb PLSR, però
l’aplicació d’aquests mètodes és costosa i la millora predictiva respecte els
mètodes PLSR no és significativa per apostar per un canvi a mètodes no
lineals.
Figura 3. Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima de greix PLS (D1+ SNV). Gràfic predit versus nominal per a la determinació òptima de greix RBF ANN (D1+ SNV). EJCR i gràfic de residuals per a dos models.
Aquests resultats de predicció fan el PLSR i l’espectroscòpia SW-NIR idònies a implementar en el control de la qualitat en la indústria càrnica.
