O assistente de laboratório despeja uma xícara de grãos na parte superior de um instrumento, toca na tela touch-screen para iniciar um teste e mal tem tempo de procurar antes que os resultados multi-parâmetros apareçam na tela.
Para quem trabalha com controle de qualidade em áreas como manuseio de grãos, as vantagens da análise rápida e conveniente com instrumentos de infravermelho próximo (NIR) há muito são óbvias como uma alternativa à análise de referência mais lenta e aos resíduos químicos perigosos que a acompanham. Então, se o NIR já é comprovado para trabalhos como análise de grãos, ração, laticínios em pó, farelo de soja e inúmeras outras aplicações, por que não solo?
No papel, a tecnologia NIR é, de fato, bem qualificada para testar o solo. O princípio de medir a vibração de ligações químicas em uma amostra coincide com as características dos principais parâmetros do solo. As ligações químicas úteis que vibram na faixa NIR incluem ligações C-H, N-H, S-H e O-H. As calibrações podem ser desenvolvidas para parâmetros usando correlações diretas com ligações químicas como carbono orgânico do solo ou usando correlação indireta para parâmetros como pH, CEC, areia e lodo. Além disso, o tamanho da amostra relativamente grande (pelo menos 20 gramas ou mais) é bom para acomodar a natureza não homogênea e complexa das amostras de solo.
Na prática, no entanto, ainda é necessário um trabalho de base considerável (sem trocadilhos) antes que o NIR para teste de solo possa começar a roubar espaço de bancada de laboratório do equipamento de teste químico tradicional.
Os desafios e as recompensas
Em primeiro lugar, o uso de NIR para aplicações como análise de grãos é baseado em décadas de desenvolvimento de calibração.
As calibrações de redes neurais artificiais (ANN) são baseadas em muitos milhares de pontos de dados que cobrem muitas estações e condições de colheita. As calibrações são tão bem desenvolvidas que pode-se argumentar que os testes NIR são tão bons quanto, se não mais confiáveis, que os testes de referência.
Em comparação, o NIR para testes de solo está em sua infância. O solo também é complexo quando se trata de calibrar instrumentos, como explica o Dr. Andreas Zumdick, gerente global de negócios da empresa líder global em testes, SGS: “O solo é altamente variável, por exemplo, variações geográficas, composição, textura, níveis de pH e concentração de nutrientes”.
Andreas descreve como, em 2019, a SGS tomou a iniciativa de olhar mais de perto os desafios específicos envolvidos e o potencial do NIR para complementar a análise química por meio de um projeto colaborativo com os fornecedores de soluções analíticas FOSS. “A FOSS já é um parceiro, por exemplo, em grãos, então era um ponto de partida óbvio”, diz ele. “Queríamos testar se poderíamos usar o NIR como uma extensão de serviços comerciais. O NIR é mais rápido e não há resíduos perigosos.”
De particular interesse foi a capacidade de testar textura e carbono orgânico no solo para atender a uma tendência crescente de solicitações de testes em que a velocidade de entrega é mais importante do que pequenas diferenças em relação aos resultados de referência. “Se os dois dígitos após a vírgula não forem críticos, a precisão do NIR pode ser tão boa quanto a química úmida”, diz Andreas, mas com a ressalva: “Desde que a calibração seja robusta. Portanto, precisávamos avaliar se o NIR é aplicável a uma matriz de solo.”
Colaboração de calibração
As equipes de projeto da FOSS e da SGS estavam bem qualificadas para assumir a avaliação em várias áreas-chave. Dada a complexidade das amostras de solo, são necessários muitos dados de análises químicas de referência e testes NIR para formar a base de uma calibração. A SGS poderia fornecer muitos desses dados por meio de operações normais de laboratório, gerando uma riqueza de dados de teste de referência todos os dias. Em conjunto, a FOSS forneceu um aplicativo web inteligente para desenvolvimento de calibração, coleta de dados de diferentes analisadores em diferentes locais e administração de um único projeto para futura coleta e calibração de dados.
“Usando uma quantidade muito grande de amostra combinada com o método de calibração ANN, conseguimos obter previsões NIR com desempenho semelhante em comparação com o método de referência de laboratório.”
O quimiométrico sênior da FOSS, Clement Peltre
Outro fator que forneceu uma boa plataforma para o projeto de avaliação foi a rede de laboratórios de teste de solo da SGS em todo o mundo. Entre estes, um laboratório sul-africano foi escolhido por sua variedade de tipos de solo e situações de cultivo e pelo alto volume de testes realizados.
Conteúdo orgânico do solo sul-africano
O laboratório fornece dados de análise do solo sobre a textura, composição e nutrientes do solo para agricultores e consultores agrícolas. Esses dados estão se tornando cada vez mais importantes para a agricultura sustentável, ajudando a garantir o uso adequado de fertilizantes para proteger o rendimento e a qualidade das colheitas.
O gerente do laboratório da SGS Somerset West, Stuart Shepherd, dá detalhes: “Na África do Sul, fazemos mais de 200.000 amostras por ano em nosso laboratório e a análise do solo é usada extensivamente pelos agricultores para suas aplicações de fertilizantes.
Muitos agricultores estão agora tentando aumentar o conteúdo orgânico de seus solos para obter melhor produtividade e reabastecer o que retiraram do solo e, esperançosamente, começar a cultivar de maneira mais sustentável”.
Base para o desenvolvimento de calibração
Entre os parâmetros investigados na avaliação, o que se mostrou promissor foi a análise do carbono orgânico. O solo na África do Sul é caracterizado por alta acidez, o que torna a análise de carbono altamente relevante. Qualquer redução no uso de produtos químicos e no tempo envolvido nos testes de carbono pode contribuir significativamente para a eficiência das operações do laboratório.
