• Facebook
  • Instagram
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Link til Klimateknologi

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

Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

AktueltBranchenyt27. 03. 2023

Skal man koge det ned til ganske få ord, vil EU have mindre bøvl omkring sagsbehandlingerne. Det stod klat efter EU’s stats- og regeringschefer blev enige om, at man vil gøre reguleringen mere enkel og sagsbehandlingen i EU, mens hastigheden for sagsbehandlingen skal op i de enkelte

Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

Energi24. 03. 2023

Brint og Power-to-X er set som værende en af de helt store teknologier i en mere grøn fremtid med vedvarende energi. For at det skal lykkedes, skal man have opbygget en infrastruktur, der kan håndtere fx brinten. Og det nu er første skridt taget til en fremtidig brintrørledning mellem Danmark og

Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

BranchenytTop24. 03. 2023

Man forbinder det sjældent med noget godt, når folk er fanatiske, men i tilfældet med gymnasielærer Klaus Møller Kristensen fra Tradium Teknisk Gymnasium i Randers forholder det sig anderledes. For selv om han betegner sig som fanatisk omkring STM-fagene, er det på en så positiv måde, at han har

Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

AktueltMedicinalkemi23. 03. 2023

Med forårets komme er den populære urt ramsløg ved at titte frem i de danske skove. Og der er intet forgjort ved at tilsætte den til sin mad. Men man skal passe på, for den velsmagende urt har en giftig fætter - eller to. Den mest kendte er liljekonval. Planten indeholder en række toxiner, men

Hestebønner

Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

FødevarekemiKlima og miljøTop17. 03. 2023

Den proteinrige hestebønne anses for at have en lovende fremtid som fødevare. Den største udfordring hidtil har været, at hestebønnegenomet er så stort og komplekst, at det ikke har været muligt at karakterisere det. Det største kromosom i hestebønnegenomet svarer til hele det humane genom. Uden

Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

AktueltBranchenyt17. 03. 2023

En europæiske liste over patentansøgninger viser det tydeligt. Danske opfindelser er udtænkt af mænd. Kun ved én ud af ti danske patentansøgninger står en kvinde bag, og det gør Danmark i bedste fald en blød mellemvare på det område. Det lave antal kvindelige opfindere i forhold til antal mænd,

Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

AktueltBioteknologi17. 03. 2023

Interessen for at komme i gang med bioraffinering er stor. Så stor, at en pulje, der har midler som kan støtte op om udviklingen af teknologien, er blevet løbet over ende. Puljen rummer 5 mio. kr. til uddeling i 2022, 2023 og 2024, og i år har Landbrugsstyrelsen modtaget ansøgninger om tilskud

Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

KemiteknikMedicinalkemi17. 03. 2023

Nogle kalder drikken Ouzo for Grækenland på flaske, men den anissmagende græske brændevin, der er landets nationaldrik, gemmer også på en hemmelighed, der på sigt kan føre til bedre emulsioner. Normalt er Ouzo en klar væske, men når den blandes med vand forvandles den til en mælkehvid opløsning.

Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

Branchenyt16. 03. 2023

Bedre medicin, klimaoptimeret byggeri og mere viden om fjerne galakser. Mulighederne er store, når man har den massive regnekraft fra supercomputere til rådighed. Og dem får forskere nu lettere adgang til takket være DeiC Integration Portal. Bag initiativet til den nye portal står The Danish

Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

Energi16. 03. 2023

LED-lys har i de seneste år taget verden med storm og har vundet popularitet som en energieffektiv, holdbar og alsidig form for belysning. Men hvad er kemien bag LED-lys? LED (Light Emitting Diode) fungerer ved hjælp af en halvleder, der er placeret mellem to ledende materialer. Når en elektrisk

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Sådan sparer du rengøringen efter vedligeholdelsesarbejde

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Sikker køling af salat takket være vakuumteknologi

  • Metrohm Nordic

    Kom med på IC-kursus med Metrohm!

  • MD Scientific

    Shodex polymer-baserede HPLC kolonner – se det nye katalog

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Kom til Mikrolab Seminardag d. 25 april!

  • Kem-En-Tec Nordic

    ANB Sensors går i partnerskab med Kem-En-Tec Nordic A/S i distributionen af nye, revolutionerende pH sensorer i Danmark, Sverige, Norge og Finland

  • DENIOS ApS

    Øg sikkerheden ved dit opsamlingskar med tre små justeringer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum bevarer den gode smag

  • Metrohm Nordic

    NIRS DS2500 Analyzers – til polymerer, petrokemi, kemikalier, pharma, palmeolie, produkter til personlig pleje m.m.

  • DENIOS ApS

    35 krav du ikke må misse, når du opbevarer gasflasker udendørs

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

    27.03.2023

  • Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

    24.03.2023

  • Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

    24.03.2023

  • Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

    23.03.2023

  • Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

    17.03.2023

  • Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

    17.03.2023

  • Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

    17.03.2023

  • Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

    17.03.2023

  • Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

    16.03.2023

  • Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

    16.03.2023

  • Danske forskere på vej med en løsning til at fjerne og nedbryde PFAS i ét trin

    15.03.2023

  • Millionbevillig til patentvoucherordning skal give flere blod på tanden

    15.03.2023

  • Minister vil teste for næsten dobbelt så mange PFAS-stoffer i drikkevandet

    15.03.2023

  • Nyt sekventeringsudstyr til SDU efter million-bevilling fra A.P. Møller Fonden

    15.03.2023

  • Den er god nok – gigtramte kan godt forudsige omskift i vejret

    14.03.2023

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