• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Kemometri01. 09. 2012 | Katrine Meyn

Anvendelse af Tucker-modellering i miljøovervågning

Kemometri01. 09. 2012 By Katrine Meyn

Tucker3-modellen er et stærkt redskab til eksplorativ analyse af multivejsdata. Modsat PARAFAC-modellen skal man ikke bekymre sig om numeriske problemer med algoritmen, eller om modellen giver matematisk mening. Her anvendes Tucker3 til at visualisere et trevejs datasæt fra miljøovervågning.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 9, 2012 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.

Af Rasmus Bro, Søren Balling Engelsen, Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet og Lars Nørgaard, FOSS

Den blå svømmekrabbe er af stor økonomisk betydning for fiskeriet i bl.a. staten North Carolina. Igennem nogle år var der imidlertid problemer med sygdom blandt disse krabber; bl.a. havde en stor andel af krabberne læsioner på skjoldet. Der blev spekuleret i, om disse problemer kunne tilskrives forurening fra landbrug, øget turisme og/eller minedrift [1,2]. En indsamling af syge og raske krabber blev gennemført i North Carolina. Man indsamlede 16 raske krabbeprøver fra Albemarle-sundet og 16 raske krabbeprøver fra Pamlico-floden samt 16 syge krabbeprøver fra Pamlico-floden.
Fra hver krabbeprøve (én krabbeprøve var i virkeligheden poolet fra tre krabber) blev der udtaget vævsprøver fra gæller, muskler og indre organer. Fra disse tre vævstyper blev der vha. ICP-AES bestemt sporstofkoncentrationer af 28 metaller. Målet var at undersøge, om der var mønstre, der kunne relateres til sygdom. Alt i alt var der tale om 3600 koncentrationer, som kunne arrangeres i en trevejs datastruktur med 48 krabbeprøver × 28 metaller × 3 vævstyper.

Forbehandling af data
Forbehandling af multivejsdata kan til tider være en kompliceret affære [3], men de fleste programmer til multivejsanalyse indeholder hjælpefunktioner. I dette tilfælde findes de individuelle metaller i meget forskellige koncentrationer i prøverne (tabel 1).
Hvis man ikke håndterer disse forskelle i niveau og spredning, vil en model af data kun afspejle de variable, der har meget stor spredning eller meget høje middelkoncentrationer. Dette håndteres ved at centrere og skalere data, så hver vektor af et metal for et væv (f.eks. 48 målinger af Zn i gællerne) fratrækkes sit gennemsnit. Dernæst skaleres hver matrix af metal (eksempelvis alle Ag-målinger) med den samlede spredning på Ag. På denne vis har vi opnået noget, som vi konceptuelt kan sammenligne med autoskalering.

Antal komponenter
For at beregne en Tucker-model på de forbehandlede data, må antallet af komponenter besluttes. Da der er tale om en eksplorativ analyse, er det ikke kritisk at vælge det korrekte antal komponenter. Ønsket er at visualisere de mest væsentlige tendenser i data, så enhver model, der beskriver en rimelig andel af variationen, vil være anvendelig. Der vælges et antal komponenter, som er relativt lavt, men højt nok til at beskrive en rimelig del af variationen. I den oprindelige artikel søgte man at beskrive omkring 70% af variationen og noget lignende gøres her. Komponenter i den sidste retning, afspejlende de tre vævstyper, bidrager ikke meget til at beskrive data, så i denne retning vælges to komponenter. I de to andre retninger vælges tre komponenter. Dvs. at vi bestemmer en (3,3,2) Tucker3-model. Denne beskriver 68% af variationen i de forbehandlede data.

Og et kig på modellen
I figur 2 er vist et plot af score et og to for de 48 krabber. Som man kan se, så er der en meget tydelig gruppering.
Det er tydeligt, at komponent to er relateret til syge krabber. Ikke-syge krabber har meget lidt variation i denne retning. Det er derfor interessant at se, hvad denne retning repræsenterer. For at forstå det, må vi først igennem kernetensoren, som fortæller hvordan de tre scores, de tre metalloadings og de to vævsloadings spiller sammen. I figur 3 kan vi se kernen.
Som det ofte er tilfældet, så er kernen rimelig simpel. Det er næsten kun komponent et i tredje vævsretning, der spiller ind, og for krabbe score to er det metalscore to, som er eneste væsentlige komponent. Denne kombination af komponenter er positivt korreleret, da kerne-elementet er positivt. Dvs. at de syge krabber er karakteriseret ved markant højere koncentrationer af de metaller, der ses som et styrende cluster i figur 4. Det er metaller som Al, Mn, Fe, Cr med flere.
Ydermere, så er loadings i komponent et i vævsretningen givet ved værdierne [1,0 0,1 0,1], og det betyder, at dette fænomen primært er gældende for det første af de tre væv; nemlig gællerne. Denne iagttagelse bekræftes også efterfølgende i rådata.
Ifølge [1] kan disse forhøjede koncentrationer være en indikation på, at mineraler fra leret i den omgivende geografiske region absorberes af krabberne. Mineralerne kunne være opløseliggjort og frigivet fra leret pga. en kendt udledning af flurid fra minedrift. Denne udledning stoppede nogle år efter den oprindelige artikel blev skrevet, og det samme gjorde forekomsten af syge krabber.
En række andre observationer kan let gøres i modellen, og det kan man se flere eksempler på i de oprindelige publikationer.

Outro
Som vist, så kan passende brug af Tucker-modellen være et stærkt redskab til at visualisere meget komplicerede data. På trods af en stor mængde kemiske koncentrationer målt på mange forskellige krabber og væv, kan en Tucker-model bruges til at lære nye sammenhænge om data, som så sidenhen kan danne baggrund for nye hypoteser og eksperimenter.

Referencer
1. P. J. Gemperline, K. H. Miller, Terry L. West, J. E. Weinstein, J. C. Hamilton, J. T. Bray. Principal component analysis, trace elements, and blue crab shell disease. Analytical Chemistry. 64:523A-532A, 1992.
2. P. M. Kroonenberg, K. E. Basford, P. J. Gemperline. Grouping three-mode data with mixture methods: the case of the diseased blue crabs. Journal of Chemometrics, 18: 508-518, 2004.
3. R. Bro and A. K. Smilde. Centering and scaling in component analysis. Journal of Chemometrics. 17 (1):16-33, 2003.
4. Data tilgængelige fra http://three-mode.leidenuniv.nl/ (13/8/2012).

Figur 1. Den blå svømmekrabbe (Callinectes Sapidus).

Figur 2. Scoreplot for en (3,3,2) Tucker3-model.

Figur 3. Kernen i en (3,3,2) Tucker3-model. De blå elementer er her positive.

Figur 4. Loadingplot for en (3,3,2) Tucker3-model for metaller.
Tabel 1. Middelværdi og spredning på målte metalkoncentrationer – enheden er ppm.

Skrevet i: Kemometri

Seneste nyt fra redaktionen

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemiTop09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstillingTop02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø26. 05. 2025

Kontinuerlige, kvalitetssikrede målinger af kemiske, fysiske og biologiske miljøparametre giver uundværlig information. Det gælder også for Grønland. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

AktueltAnalytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Lær at håndtere lækager på 90 min.

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Mød Busch på Spildevand Teknisk Forenings Årsmøde 2025

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    Styrk laboratoriets digitale kompetencer med Python

  • DENIOS ApS

    Sådan vælger du det rigtige opbevaringsskab til farlige stoffer

  • MD Scientific

    Mød MD Scientific på ESOC 2025

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Group præsenterer innovative vakuumløsninger på Battery Show Europe 2025 i Stuttgart

  • DENIOS ApS

    Sådan transporterer du lithiumbatterier sikkert

  • Kem-En-Tec Nordic

    Opnå rent DNA/RNA på få minutter og på bæredygtig vis!

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • DENIOS ApS

    Her er den oversete vej til et sundere arbejdsmiljø

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik