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Os solos representam um importante componente no ciclo biogeoquímico do carbono, armazenado cerca de quatro vezes mais carbono que a biomassa vegetal e quase três vezes mais que a atmosfera. Além disso, a quantidade de carbono está diretamente ligada a capacidade de retenção de água, fertilidade entre outras propriedades. Assim, a quantificação de carbono do solo em condições de campo é um tema importante para estudos do ciclo de carbono relacionado às mudanças climáticas globais. Atualmente, espectroscopia de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) pode ser usada para análise elementar qualitativa sem tratamento prévio das amostras e os resultados são obtidos rapidamente. Novas tecnologias ópticas tornaram possível sistema LIBS portáteis e, agora, a grande expectativa é o desenvolvimento de métodos que possibilitam medições quantitativas com sistemas LIBS. LIBS é uma técnica espectroanalítica que emprega a microamostragem por ablação com laser e subseqüente excitação dos átomos presentes no microplasma induzido durante a ablação. Sendo assim, o presente projeto de pesquisa visou desenvolver uma metodologia para quantificar carbono em amostras intactas de solo e avaliar o desempenho de sistemas LIBS portáteis para análises em campo. Trinta e seis amostras de solo da região do Cerrado brasileiro (Argissolo Vermelho Distrófico Latossólico) foram utilizadas. Para avaliar o efeito de heterogeneidade, trabalhou-se com as amostras moídas criogenicamente e não moídas. Com o intuito de estudar uma melhor forma para estimar a quantidade de carbono no solo, quatro metodologias diferentes foram empregadas utilizando o sistema LIBS de bancada e apenas uma metodologia para o sistema LIBS portátil. Para ambos os sistemas LIBS foi necessário inicialmente fazer correções no sinal de fundo dos espectros obtidos. A linha de emissão do carbono em 193,03 nm foi utilizada, pois esta não apresenta interferência da linha de emissão do elemento ferro. A técnica de análise térmica (combustão seca) conhecida como TOC (Total Organic Carbon) foi utilizada como referência para calibrar os sistemas. Utilizando o sistema LIBS de bancada, foram criados modelos com base em regressão linear simples e crescimento exponencial para estimar a quantidade de carbono nas amostras. Para o sistema LIBS portátil foram utilizados modelos com base em regressão linear simples e regressão linear múltipla. A melhor metodologia empregada para o sistema LIBS de bancada foi utilizando a energia máxima do laser (50 mJ) e o maior acúmulo de tiros (10 tiros) e o modelo de regressão linear simples apresentou um melhor ajuste. Não houve diferença entre os dados obtidos com as amostras moídas e não moídas. Para o sistema LIBS portátil a análise de regressão linear múltipla apresentou um melhor resultado, selecionando a melhor variável para o modelo. Sendo assim, conclui-se que sistemas LIBS são ferramentas úteis para se realizar estimativas quantitativas, podendo ser usados para a construção de inventários de carbono no solo, que são importantes para áreas ambientais com o foco em seqüestro de carbono, mudanças climáticas globais, avaliação do manejo de solos e o efeito da aplicação de águas residuárias em solos. / Soils are an important component in the biogeochemical cycle of carbon, storing about four times more carbon that biomass plants and nearly three times more than the atmosphere. Moreover, the carbon content is directly related on the capacity of water retention, fertility, among others properties. Thus, soil carbon quantification in field conditions is an important challenge related to carbon cycle and global climate changes. Nowadays, Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has beeb applied to qualitative elemental analyses without previous treatment of samples and the results are obtained quickly. New optical technologies made possible portable LIBS systems and now, the great expectation is the development of methods that make possible quantitative analysis with LIBS. LIBS is a technique that employs a sampling by laser ablation and subsequent excitation of atoms present in induced microplasma during the ablation. The goal of this research was the development of methodology to estimate carbon in soil samples and evaluate the performance of portable LIBS systems for analysis in the field. Thirty six soil samples of Brazilian Cerrado region (Argisoil) were used. To evaluate the effect of heterogeneity, it was used samples that were grounding in a cryogenic ground and samples if not grounded. In order to study a better way to estimate the carbon content in the soil, four different methodologies were employed using the bench LIBS system and only one methodology for the portable LIBS system. For both LIBS systems was needed to do corrections in the background of obtained spectra. The carbon line at 193.03 nm was used because it does not present an interference of iron. The technique of thermal analysis known as TOC (Total Organic Carbon) was used as reference to calibrate the systems. Using the bench LIBS system have been adjusted models based on simple linear regression and exponential growth to estimate the carbon content in the samples. For portable LIBS system were used models based on simple linear regression and multiple linear regression. The best methodology used to the bench LIBS system was using the maximum of laser energy (50 mJ) and the largest shots count (10 shots count) and simple linear regression model showed a better fit. There was no difference between the data obtained from the grounded and not grounded samples. For the portable LIBS system multiple linear regression showed a better result because was select the best variable. Thus, it appears that LIBS systems are useful tools to perform quantitative estimates and could be used to build inventories of carbon in the soil that are important to environmental areas with the focus on carbon sequestration, global climate change, assessment the management of soils and the effect of wastewater into the soil.

Archaeomagnetism is an area of research that utilises the magnetic properties of archaeological materials to date past human activity. This research aimed to use the evidence of past geomagnetism, as recorded by archaeological and geological materials, to identify and characterise short timescale changes in the Earth¿s magnetic field. This contribution to the discipline focused on the first millennium BC, as there is evidence that during this time the Earth¿s magnetic field experienced rapid changes in direction. This work focused on an established weakness in archaeomagnetic studies, i.e. the application of archaeological information to assign a date range to the magnetic directions. The date ranges for 232 magnetic directions from 98 Iron Age sites were reviewed and a programme of fieldwork produced 25 new magnetic directions from 11 Iron Age sites across Britain. The approach developed in this thesis has made significant improvements to the data examined, which represent the prehistoric section of the British secular variation curve (SVC). These data have been incorporated into the British archaeomagnetic dataset that now comprises over 1000 magnetic directions and will be used to generate future British SVCs. The potential of the near continuous records of geomagnetic secular variation from British lake sediment sequences to SVCs was explored. This showed that these sediments have recorded the relative changes in the Earth¿s magnetic field but the dating and method of constructing the British master curve requires revision. As SVCs are predominately used as calibration curves for archaeomagnetic dating, this work provides a foundation for a revised and extended British SVC. This revision would be to the mutual benefit of studies in archaeology and archaeomagnetism, as the latter could potentially enable highresolution dating of Iron Age material, providing a viable alternative to radiocarbon dating.

Os solos representam um importante componente no ciclo biogeoquímico do carbono, armazenado cerca de quatro vezes mais carbono que a biomassa vegetal e quase três vezes mais que a atmosfera. Além disso, a quantidade de carbono está diretamente ligada a capacidade de retenção de água, fertilidade entre outras propriedades. Assim, a quantificação de carbono do solo em condições de campo é um tema importante para estudos do ciclo de carbono relacionado às mudanças climáticas globais. Atualmente, espectroscopia de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) pode ser usada para análise elementar qualitativa sem tratamento prévio das amostras e os resultados são obtidos rapidamente. Novas tecnologias ópticas tornaram possível sistema LIBS portáteis e, agora, a grande expectativa é o desenvolvimento de métodos que possibilitam medições quantitativas com sistemas LIBS. LIBS é uma técnica espectroanalítica que emprega a microamostragem por ablação com laser e subseqüente excitação dos átomos presentes no microplasma induzido durante a ablação. Sendo assim, o presente projeto de pesquisa visou desenvolver uma metodologia para quantificar carbono em amostras intactas de solo e avaliar o desempenho de sistemas LIBS portáteis para análises em campo. Trinta e seis amostras de solo da região do Cerrado brasileiro (Argissolo Vermelho Distrófico Latossólico) foram utilizadas. Para avaliar o efeito de heterogeneidade, trabalhou-se com as amostras moídas criogenicamente e não moídas. Com o intuito de estudar uma melhor forma para estimar a quantidade de carbono no solo, quatro metodologias diferentes foram empregadas utilizando o sistema LIBS de bancada e apenas uma metodologia para o sistema LIBS portátil. Para ambos os sistemas LIBS foi necessário inicialmente fazer correções no sinal de fundo dos espectros obtidos. A linha de emissão do carbono em 193,03 nm foi utilizada, pois esta não apresenta interferência da linha de emissão do elemento ferro. A técnica de análise térmica (combustão seca) conhecida como TOC (Total Organic Carbon) foi utilizada como referência para calibrar os sistemas. Utilizando o sistema LIBS de bancada, foram criados modelos com base em regressão linear simples e crescimento exponencial para estimar a quantidade de carbono nas amostras. Para o sistema LIBS portátil foram utilizados modelos com base em regressão linear simples e regressão linear múltipla. A melhor metodologia empregada para o sistema LIBS de bancada foi utilizando a energia máxima do laser (50 mJ) e o maior acúmulo de tiros (10 tiros) e o modelo de regressão linear simples apresentou um melhor ajuste. Não houve diferença entre os dados obtidos com as amostras moídas e não moídas. Para o sistema LIBS portátil a análise de regressão linear múltipla apresentou um melhor resultado, selecionando a melhor variável para o modelo. Sendo assim, conclui-se que sistemas LIBS são ferramentas úteis para se realizar estimativas quantitativas, podendo ser usados para a construção de inventários de carbono no solo, que são importantes para áreas ambientais com o foco em seqüestro de carbono, mudanças climáticas globais, avaliação do manejo de solos e o efeito da aplicação de águas residuárias em solos. / Soils are an important component in the biogeochemical cycle of carbon, storing about four times more carbon that biomass plants and nearly three times more than the atmosphere. Moreover, the carbon content is directly related on the capacity of water retention, fertility, among others properties. Thus, soil carbon quantification in field conditions is an important challenge related to carbon cycle and global climate changes. Nowadays, Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has beeb applied to qualitative elemental analyses without previous treatment of samples and the results are obtained quickly. New optical technologies made possible portable LIBS systems and now, the great expectation is the development of methods that make possible quantitative analysis with LIBS. LIBS is a technique that employs a sampling by laser ablation and subsequent excitation of atoms present in induced microplasma during the ablation. The goal of this research was the development of methodology to estimate carbon in soil samples and evaluate the performance of portable LIBS systems for analysis in the field. Thirty six soil samples of Brazilian Cerrado region (Argisoil) were used. To evaluate the effect of heterogeneity, it was used samples that were grounding in a cryogenic ground and samples if not grounded. In order to study a better way to estimate the carbon content in the soil, four different methodologies were employed using the bench LIBS system and only one methodology for the portable LIBS system. For both LIBS systems was needed to do corrections in the background of obtained spectra. The carbon line at 193.03 nm was used because it does not present an interference of iron. The technique of thermal analysis known as TOC (Total Organic Carbon) was used as reference to calibrate the systems. Using the bench LIBS system have been adjusted models based on simple linear regression and exponential growth to estimate the carbon content in the samples. For portable LIBS system were used models based on simple linear regression and multiple linear regression. The best methodology used to the bench LIBS system was using the maximum of laser energy (50 mJ) and the largest shots count (10 shots count) and simple linear regression model showed a better fit. There was no difference between the data obtained from the grounded and not grounded samples. For the portable LIBS system multiple linear regression showed a better result because was select the best variable. Thus, it appears that LIBS systems are useful tools to perform quantitative estimates and could be used to build inventories of carbon in the soil that are important to environmental areas with the focus on carbon sequestration, global climate change, assessment the management of soils and the effect of wastewater into the soil.

Linearization display unit will receive pulses from a gear flow meter KRACHT whose frequency corresponds to a flow. The measured value is flow that nonlinearly depends on the temperature and viscosity of the medium. The dependency is described by calibration curves for each flow meter. The task of the diploma thesis is to design, implement, and verify the operation of the display unit, which calculates the actual flow rate from the input data (pulse rate, temperature, viscosity, and flow meter calibration curves). The device will contain a suitable user interface to display all measured values, inputs for connecting measuring sensors, and outputs for transmission of measured data. A part of the device will be a USB interface for configuration and uploading calibration curves from a PC application, which is designed by diploma student.

Archaeomagnetism is an area of research that utilises the magnetic properties of archaeological materials to date past human activity. This research aimed to use the evidence of past geomagnetism, as recorded by archaeological and geological materials, to identify and characterise short timescale changes in the Earth¿s magnetic field. This contribution to the discipline focused on the first millennium BC, as there is evidence that during this time the Earth¿s magnetic field experienced rapid changes in direction. This work focused on an established weakness in archaeomagnetic studies, i.e. the application of archaeological information to assign a date range to the magnetic directions. The date ranges for 232 magnetic directions from 98 Iron Age sites were reviewed and a programme of fieldwork produced 25 new magnetic directions from 11 Iron Age sites across Britain. The approach developed in this thesis has made significant improvements to the data examined, which represent the prehistoric section of the British secular variation curve (SVC). These data have been incorporated into the British archaeomagnetic dataset that now comprises over 1000 magnetic directions and will be used to generate future British SVCs. The potential of the near continuous records of geomagnetic secular variation from British lake sediment sequences to SVCs was explored. This showed that these sediments have recorded the relative changes in the Earth¿s magnetic field but the dating and method of constructing the British master curve requires revision. As SVCs are predominately used as calibration curves for archaeomagnetic dating, this work provides a foundation for a revised and extended British SVC. This revision would be to the mutual benefit of studies in archaeology and archaeomagnetism, as the latter could potentially enable highresolution dating of Iron Age material, providing a viable alternative to radiocarbon dating. / Available full-text since June 30th 2013, at the end of the embargo period. / Lab data and appendices 3 and 4 are unavailable online.

Este trabalho é um estudo das dispersões metrológicas em aproximações de funções tidas como não conhecidas ou não totalmente conhecidas. A metodologia alternativa para esse fim são as redes neurais artificiais do tipo Multilayer Perceptrons (MLP), aqui utilizadas como aproximadoras de funções. As funções aproximadas são curvas de calibração decorrentes de indicações de instrumentos ou sistemas de medição numa calibração. Essas curvas levam consigo propriedades metrológicas e possuem, neste trabalho, papel de ponte entre os elementos considerados da teoria metrológica e os elementos considerados da teoria da Inteligência Computacional: as Multilayer Perceptrons (MLPs). Uma balança externa de medição de esforços aerodinâmicos e uma Língua Eletrônica (LE), aplicada na medição da concentração de cátions, foram os meios de aplicação dos conceitos dessa metodologia alternativa. As proposições desta tese visam implementar melhorias na exatidão do ajuste das curvas de calibração por meio da consideração dos seguintes fatores: grandezas de influências, incertezas nos Valores Objetivos (VOs), tendência de medição de erros sistemáticos ocultos ou não solvidos e indicadores de desempenho metrológicos. A indicação da qualidade na medição ou a indicação da competência metrológica de um laboratório de calibração é estabelecida pelos valores das incertezas, e a curva de calibração é o ponto de partida para os cálculos desses valores. Visto que o estabelecimento dessa curva é uma das dificuldades para o cálculo das incertezas e a própria curva é uma fonte de incerteza, sua aproximação requer uma a cuidadosa e meticulosa metodologia, daí a importância estratégica deste trabalho. As dispersões metrológicas possuem conotação de incertezas nas medições e elas são a base para a determinação de seu valor numérico; assim, os indicadores de desempenho podem representar essas dispersões e a recíproca também é verdadeira: a incerteza padrão pode ser um dos indicadores de desempenho. Sintetizando, nesta tese é mostrado de que forma a teoria da inteligência computacional adentra na teoria da metrologia e vice versa, nas esferas dos elementos aqui considerados. / The present study investigates metrological dispersions in fitting partially or totally unknown functions. An alternative method is the application of a multilayer perceptron neural network used here to fit functions. The fitting functions are calibration curves from calibration indications of measurement systems or instruments. These curves hold metrological properties and establish a link between elements of Metrological theory and elements of Computing Intelligence theory: the Multilayer Perceptrons. An external balance of aerodynamic forces and moments and an electronic tongue applied in the measurement of cation concentrations were the measurement systems used to apply the concepts of this alternative methodology. This thesis proposes improvements in the accuracy of fitting calibration curves considering the following factors: influence quantities, uncertainties about target values, tendency of hidden or not solved systematic errors and metrological performance functions. The measurement quality indicator or the laboratory metrological competence indicator is established by uncertainty values and the calibration curve is the starting point for the calculation of these values. The establishment of this curve is one of the difficulties in assessing uncertainties and the curve itself is an uncertainty source. Therefore, a careful and meticulous methodology is necessary in curve approximation, which explains the strategic importance of this work. Metrological dispersions have connotation of uncertainty in measurements and are the basis for calculating their numerical values, the performance functions can represent metrological dispersions and the opposite is also true: the standard uncertainty can be a performance function. Making a synthesis, this thesis demonstrates how computing intelligence theory takes into account the metrological theory and vice versa, in the elements of these theories that were discussed in the present study.

Este trabalho é um estudo das dispersões metrológicas em aproximações de funções tidas como não conhecidas ou não totalmente conhecidas. A metodologia alternativa para esse fim são as redes neurais artificiais do tipo Multilayer Perceptrons (MLP), aqui utilizadas como aproximadoras de funções. As funções aproximadas são curvas de calibração decorrentes de indicações de instrumentos ou sistemas de medição numa calibração. Essas curvas levam consigo propriedades metrológicas e possuem, neste trabalho, papel de ponte entre os elementos considerados da teoria metrológica e os elementos considerados da teoria da Inteligência Computacional: as Multilayer Perceptrons (MLPs). Uma balança externa de medição de esforços aerodinâmicos e uma Língua Eletrônica (LE), aplicada na medição da concentração de cátions, foram os meios de aplicação dos conceitos dessa metodologia alternativa. As proposições desta tese visam implementar melhorias na exatidão do ajuste das curvas de calibração por meio da consideração dos seguintes fatores: grandezas de influências, incertezas nos Valores Objetivos (VOs), tendência de medição de erros sistemáticos ocultos ou não solvidos e indicadores de desempenho metrológicos. A indicação da qualidade na medição ou a indicação da competência metrológica de um laboratório de calibração é estabelecida pelos valores das incertezas, e a curva de calibração é o ponto de partida para os cálculos desses valores. Visto que o estabelecimento dessa curva é uma das dificuldades para o cálculo das incertezas e a própria curva é uma fonte de incerteza, sua aproximação requer uma a cuidadosa e meticulosa metodologia, daí a importância estratégica deste trabalho. As dispersões metrológicas possuem conotação de incertezas nas medições e elas são a base para a determinação de seu valor numérico; assim, os indicadores de desempenho podem representar essas dispersões e a recíproca também é verdadeira: a incerteza padrão pode ser um dos indicadores de desempenho. Sintetizando, nesta tese é mostrado de que forma a teoria da inteligência computacional adentra na teoria da metrologia e vice versa, nas esferas dos elementos aqui considerados. / The present study investigates metrological dispersions in fitting partially or totally unknown functions. An alternative method is the application of a multilayer perceptron neural network used here to fit functions. The fitting functions are calibration curves from calibration indications of measurement systems or instruments. These curves hold metrological properties and establish a link between elements of Metrological theory and elements of Computing Intelligence theory: the Multilayer Perceptrons. An external balance of aerodynamic forces and moments and an electronic tongue applied in the measurement of cation concentrations were the measurement systems used to apply the concepts of this alternative methodology. This thesis proposes improvements in the accuracy of fitting calibration curves considering the following factors: influence quantities, uncertainties about target values, tendency of hidden or not solved systematic errors and metrological performance functions. The measurement quality indicator or the laboratory metrological competence indicator is established by uncertainty values and the calibration curve is the starting point for the calculation of these values. The establishment of this curve is one of the difficulties in assessing uncertainties and the curve itself is an uncertainty source. Therefore, a careful and meticulous methodology is necessary in curve approximation, which explains the strategic importance of this work. Metrological dispersions have connotation of uncertainty in measurements and are the basis for calculating their numerical values, the performance functions can represent metrological dispersions and the opposite is also true: the standard uncertainty can be a performance function. Making a synthesis, this thesis demonstrates how computing intelligence theory takes into account the metrological theory and vice versa, in the elements of these theories that were discussed in the present study.

Instrumental to forensic investigations is the ability to identify unknown human remains providing key evidence to criminal cases, resolution to missing persons, and assistance in mass or natural disasters. Identification of remains in an effort to determine age is an area of forensics that has received considerable attention. Traditional methods in age determination such as morphology are often biased, antiquated, and frequently result in a large margin of error. Conversely, the emergence of new forensic techniques provide promise to reduce the margin of error in determining age. One such technique has focused on relating the extent of amino acid racemization in teeth to age. Past research has focused primarily on the analysis of aspartic acid due to its high racemization rate. Our research indicates that glutamic acid also shows promise as related to age determination. Results will be presented illustrating optimization of gas chromatography using a chiral column for separation of amino acids found in dentin and their enantiomeric ratio quantification. Age correlation data will be presented on collected teeth ranging from mid-teens to early seventies.

The Ph.D. thesis deals with one of the most important characteristics of hardened concrete; i.e. the modulus of elasticity. The thesis aims to describe and evaluate the important factors that affect the final value of concrete modulus of elasticity, especially those that can be influenced during construction. Another aim is to find ways to determine the static modulus of elasticity of concrete by non-destructive means (primarily ultrasonic pulse method, resonance method and use of electronic rebound hammers), thus to determine the possibility of creating calibration curve for NDT determination of the modulus of elasticity.