• 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

Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

Artikler fra Dansk KemiMedicinalkemiTop04. 03. 2026

Fluorid styrker tænders emalje ved at erstatte hydroxid i hydroxyapatit og sænke opløseligheden. Strontium styrker også tænders emalje, selv om strontium-analogen til Ca5(OH)(PO4)3 er mere opløselig. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

AktueltAnalytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi25. 02. 2026

Hvordan moderne kemiske analysemetoder hjælper os til at forstå dynamikken af mikroforureninger i spildevandet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kristoffer Kilpinen1, Selina

ISO 13391 og ISO 25078

Artikler fra Dansk KemiGrøn omstilling18. 02. 2026

– beregning af skovens klimaeffekter En ny international ISO-standard for beregning af skovens klimaeffekter giver emnet fornyet aktualitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af

Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg (KFNU) i dets nuværende inkarnation daterer sig fra 1940. Udvalgets første større bedrift var i 1952 at nedkomme med

CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

CleanCloud er et EU-finansieret forskningsprojekt, hvor der blandt andet er udført to målekampagner på Villum Research Station (VRS) på Station Nord i Nordgrønland, med det formål at undersøge, hvordan partikler og skyer interagerer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses

Supporting chemical thermodynamics:

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik18. 02. 2026

The role of infrared spectroscopy The use of molecular vibrations to probe structure in hydrogen bonding liquids. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) By Evangelos Drougkas, Georgios

To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi18. 02. 2026

Naturvidenskab kom ind i latinskolen – den lærde skole – i midten af 1800-tallet. Hvad var det for lærere, der underviste i naturvidenskab i den lærde skole og realskolen? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi18. 02. 2026

Vores fødevareproduktion er alt for klimabelastende, og én af løsningerne findes i mælkeprotein produceret af svampe med en teknologi, der kaldes præcisionsfermentering. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

- effektvurdering på Danmarks længst iltede søer: Hald Sø og Furesø. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Sofie Kamlarczyk1, Henrik Skovgaard2, Julia Groth1, Theis Kragh1 og Kasper

Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø18. 02. 2026

– et problem i hele Kongeriget Danmark Seneste års monitering viser, at miljøet og mennesker i Danmark, Færøerne og Grønland kan være kritisk belastet af per- og polyfluorerede alkylstoffer (de såkaldte PFAS). I Danmark har brugen af PFAS – i særligt industrien, landbruget og brandøvelser – været

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • Holm & Halby

    Holm & Halby indstillet til Årets Virksomhed i Brøndby 2025

  • Holm & Halby

    DIREKTE ColdStorage sætter fokus på kulden bag forskningen

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Certificeret service: Vi kompetence-udvider hos Mikrolab – Frisenette

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Øget effektivitet med skræddersyede løsninger

  • DENIOS ApS

    Find det perfekte opsamlingskar på et øjeblik

  • MD Scientific

    PuriFlash oprensningssystem

  • Holm & Halby

    WorkShop: Fryserrobotter

  • DENIOS ApS

    Lithiumbatterier: Sådan sikrer du din virksomhed

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Energiomkostninger reduceret med 50% via et centraliseret vakuumsystem

  • Kem-En-Tec Nordic

    Nyt produkt – Streptavidin

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

    04.03.2026

  • Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

    25.02.2026

  • ISO 13391 og ISO 25078

    18.02.2026

  • Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

    18.02.2026

  • CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

    18.02.2026

  • Supporting chemical thermodynamics:

    18.02.2026

  • To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

    18.02.2026

  • Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

    18.02.2026

  • Konsekvenserne af kunstig iltning af søer

    18.02.2026

  • Per- og polyfluorerede alkylstoffer (PFAS)

    18.02.2026

  • Grønlandske miner og metaller  

    10.02.2026

  • 2026-udgaven af Torkil Holm Prisen måtte deles af to markante forskningsprofiler

    03.02.2026

  • Italienskfødt, dansk-bosat forsker modtager årslegat for at sætte molekyler på menuen

    27.01.2026

  • To år med enhedspatentet og Enhedspatentdomstolen

    26.01.2026

  • Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

    20.01.2026

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