ÁREA
Química Analítica
Autores
Cremasco, H. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS) ; Galvan, D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA) ; Bona, E. (UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ)
RESUMO
As técnicas de planejamento de experimentos são amplamente utilizadas para potencializar o desenvolvimento científico em diversas áreas. Neste contexto foi desenvolvido um aplicativo de análise multivariada GAMMA-GUI, para a aplicação de métodos quimiométricos, através de uma interface gráfica e amigável. Dentre as ferramentas disponíveis neste primeiro momento estão, técnicas de planejamento fatorial; metodologia de superfície de resposta como composto central rotacional, Box-Behnken e matriz de Doehlert; planejamento de mistura; otimização com variável de processo, otimização simplex e otimização de múltiplas respostas. O objetivo deste trabalho é apresentar e divulgar o aplicativo GAMMA -GUI afim de tornar as técnicas de planejamento de experimentos mais acessíveis e amigáveis.
Palavras Chaves
Quimiometria; Planejamento de Experimen; Análise Multivariada
Introdução
Métodos de análise multivariada tem se tornado cada vez mais presente no dia a dia dos químicos. Essas ferramentas trazem uma série de benefícios, como obter informações valiosas e confiáveis com uma redução de experimentos e economia de tempo (Bruns, et al. 2006). Existem diversos livros que podem direcionar usuários iniciantes, como: “Statistical design – Chemometrics” (Bruns, et al. 2006), “Como Fazer Experimentos ” (Barros Neto, 2010), entre outros. Contudo para a aplicação das mesmas é necessário que, em certo grau, o usuário domine conhecimentos e linguagem de programação. Alguns tutoriais estão disponíveis, mas ainda assim a linguagem de programação, ou softwares cujo funcionamento interno não é transparente para o usuário (nomeados como “caixa preta”, tais como Design-Expert, Minitab, Statgraphics, Statistica entre outros) muitas vezes é uma barreira para que estudantes e pesquisadores incluam estas ferramentas em suas pesquisas e trabalhos, pois não permitem acesso, verificação ou mudança dos códigos usados. O aplicativo GAMMA-GUI – “Grupo de Análise Multivariada em Matrizes Alimentares - graphical user interface” traz uma interface gráfica e amigável para planejamento de experimentos livre de programação baseado em plataforma Matlab®. Trata-se ainda de uma interface que permite acesso e modificação aos códigos o que aumenta sua abrangência e aplicação. O objetivo deste trabalho é a divulgação do GAMMA-GUI, um aplicativo que permite ao usuário implementar análises multivariadas de forma simples através de uma interface gráfica e amigável.
Material e métodos
Interface gráfica O aplicativo foi desenvolvido utilizando a interface gráfica do usuário “graphical user interface” (GUI) e implementado usando programação orientada a objetos “object-oriented programming” (OOP) do software Matlab®. Os códigos e algoritmos implementados no aplicativo contém funções nativas do próprio Matlab, scripts desenvolvidos pelos próprios autores ou adaptações de scripts disponíveis gratuitamente para download. A execução do aplicativo requer funções dos toolbox “Global Optimization Toolbox”, “Optimization Toolbox”, “Statistics Machine Learning Toolbox” e “Signal Processing Toolbox”. O guia de instalação e conjuntos de dados de demonstração do aplicativo estão no canal do YouTube https://5x5x www.youtube.com/@appGAMMA e disponíveis gratuitamente para download no GitHub https://github.com/appGAMMA. Esse pacote é livremente distribuído, os autores não se responsabilizam pelos resultados obtidos através da livre utilização dessas rotinas e sua venda não está autorizada.
Resultado e discussão
O aplicativo GAMMA-GUI possui diferenciais frente a outros pois permite realizar
otimização com variável de processo e construção de superfície de respostas
utilizando matriz de Doehlert, Figura 1.
Por estar todo em português abrange um número maior de usuários para além dos
que atuam na pesquisa e pós-graduação, mas também em nível técnico e de
graduação. O que contribui com a formação de recursos humanos, promovendo um
aprendizado prático através da interatividade, visualização de conceitos
abstratos entre outros.
O GAMMA já tem sido utilizado com sucesso por grupos de pesquisa da UTFPR, UFSC,
UFRJ, UFGD e UEL. Na docência foi utilizado pela primeira vez na disciplina de
“Técnicas de Planejamento de Experimentos” para os alunos de pós-graduação em
Química da UFMS. Os alunos que já haviam tido contato prévio com softwares que
abrangem técnicas relataram que o GAMMA é mais prático, amigável e de fácil
utilização.
O GAMMA-GUI possui canal do YouTube que oferece suporte através de tutoriais que
demonstram tanto a instalação quanto exemplos práticos retirados da literatura.
A Figura 2a apresenta uma janela resumida da interface e mostra o diferencial de
botões e janelas interativas. Também é possível gerar multi-janelas gráficas em
um mesmo estudo, permitindo melhor interpretação dos resultados, conforme
demonstrado na Figura 2b.
Embora o aplicativo permita acesso aos códigos utilizados, os desenvolvedores
não recomendam a manipulação dos códigos. A utilização do GAMMA não dispensa
conhecimentos prévios em técnicas de planejamento de experimentos, portanto,
usuários iniciantes ou inexperientes devem consultar a literatura antes da sua
ut
Figura 1 – Possibilidades de aplicação do GAMMA-GUI.
Figura 2 – a) Layout da janela interface e b) \r\nexemplos de saídas gráficas.
Conclusões
O aplicativo se encontra em português e disponível gratuitamente para download no GitHub e todo o conjunto de dados de demonstração estão e um canal no YouTube. Sua interface gráfica e interativa permite o uso em diversos contextos com finalidades de pesquisa e ensino. É uma alternativa prática e viável tanto para usuários que não dominam a linguagem de programação, mas também para aqueles que preferem adaptar os códigos para maximizar a obtenção de resultados. Por fim o uso do GAMMA permite enriquecer o ensino desde as séries de nível médio até a pós graduação.
Agradecimentos
Referências
BRUNS, R. E.; SCARMINIO, I. S.; DE BARROS NETO, B. Statistical design-chemometrics. Elsevier, 2006.
BARROS NETO, B.; SCARMINIO, I. S.; BRUNS, R. E. Como Fazer Experimentos: Pesquisa e Desenvolvimento na Ciência e na Indústria, 4tha. ed.; Bookman: Porto Alegre, 2010.
