BR102017017235A2 - ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROUTINE - Google Patents

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Douglas Delgado De Souza
Thiago De Souza Parducci Camargo
André Marcelo De Souza
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Abstract

o campo da invenção se volta ao agronegócio, e compreende o fornecimento de um novo método, ou seja, um processo, e respectivo sistema envolvendo produto (hardware + software) no sentido de aprimorar os procedimentos de análises químicas e físicas da fertilidade do solo em rotina de larga escala, mediante um pacote tecnológico dedicado à análise de solos, que combina: - o uso de um espectrofotômetro vis-nir, denominado specsolo-scan com respectiva plataforma digital; - algoritmos quimiométricos de análise multivariada e; - um software integrado baseado em nuvem para produzir os resultados analíticos. para aplicação em rotina da técnica de espectroscopia no infravermelho para determinação de atributos químicos e físicos do solo, é necessária a construção dos modelos de calibração para cada um dos atributos que será analisado no solo, associando o resultado da análise via úmida, realizado de acordo com os métodos de referências, com o espectrocorrespondente de cada amostra de solo, adquirida através de espectrofotômetro vis-nir da invenção, ou specsolo-scan.The field of the invention is focused on agribusiness, and comprises the provision of a new method, that is, a process, and its system involving product (hardware + software) to improve the chemical and physical analysis procedures of soil fertility in Large-scale routine, through a technology package dedicated to soil analysis, combining: - the use of a vis-nir spectrophotometer, called specsolo-scan with its digital platform; - multivariate analysis chemometric algorithms and; - integrated cloud-based software to produce analytical results. For routine application of the infrared spectroscopy technique to determine soil chemical and physical attributes, it is necessary to construct calibration models for each of the attributes that will be analyzed in the soil, associating the result of the wet analysis, performed according to with the reference methods, with the corresponding spectrophotometer of each soil sample, acquired through the spectrophotometer visible from the invention, or specsolo-scan.

Description

“ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”“ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN A LARGE SCALE ROUTINE”

CAMPO DA INVENÇÃO [0001] Trata a presente de invenção de “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, cujo campo de aplicação está voltado ao agronegócio.FIELD OF INVENTION [0001] The present invention deals with “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROUTINE”, whose field of application is aimed at agribusiness.

[0002] Particularmente, o produto da invenção pode ser utilizado (i) por laboratórios agronômicos que prestam serviços em análise de fertilidade do solo; (ii) por setores que utilizam a informação da análise do solo para orientar seus clientes (produtores rurais) sobre o manejo químico da fertilidade do solo e nutrição de plantas (ex.: cooperativas, consultorias agronômicas, indústrias de fertilizantes e defensivos, revendas agrícolas, grupos agrícolas, usinas de açúcar e álcool); ou (iii) por produtores rurais.[0002] In particular, the product of the invention can be used (i) by agronomic laboratories that provide services in soil fertility analysis; (ii) by sectors that use soil analysis information to guide their clients (rural producers) on the chemical management of soil fertility and plant nutrition (eg cooperatives, agronomic consultancies, fertilizer and pesticide industries, agricultural resales) , agricultural groups, sugar and alcohol plants); or (iii) by rural producers.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Importância da Análise do Solo [0003] O solo possui uma propriedade muito importante que é a capacidade de reter e ceder, sob a forma iônica, determinados elementos químicos que são vitais para o desenvolvimento dos seres vivos. Esta característica é, basicamente, exercida pelos coloides do solo, sejam eles de natureza orgânica (“húmus”) ou mineral (“argila”), em virtude da presença de cargas superficiais, normalmente, negativas, conferindo aos solos, então, a capacidade de adsorver cátions (Daniel Vidal Perez, Embrapa Solos).Importance of Soil Analysis [0003] Soil has a very important property, which is the ability to retain and yield, under ionic form, certain chemical elements that are vital for the development of living beings. This characteristic is basically exercised by the soil colloids, be they organic (“humus”) or mineral (“clay”) in nature, due to the presence of surface charges, usually negative, thus giving the soil the capacity adsorb cations (Daniel Vidal Perez, Embrapa Solos).

[0004] O solo é um recurso natural renovável que desempenha um papel fundamental na produtividade agrícola, pois carrega em sua composição os nutrientes essenciais para as plantas. Um solo fértil possui grande capacidade de fornecer água e nutrientes às plantas, mas sua fertilidade pode variar muito,[0004] Soil is a renewable natural resource that plays a fundamental role in agricultural productivity, as it contains essential nutrients for plants in its composition. A fertile soil has a great capacity to supply water and nutrients to plants, but their fertility can vary a lot,

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2/44 em uma só propriedade agrícola. Por isso, o agricultor precisa conhecer os solos de sua lavoura, o que só é possível com a análise específica (site E m b ra p a: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17162564/tecnologiainovadora-analisa-solos-em-apenas-30-segundos).2/44 on a single farm. Therefore, the farmer needs to know the soil of his crop, which is only possible with the specific analysis (E mb ra pa site: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17162564 / innovative technology-analyzes-soils-in-just-30-seconds).

[0005] O planejamento da adubação e da calagem deve ser efetuado com base em informações precisas sobre o nível de fertilidade das glebas a serem cultivadas, o que se faz por meio da análise de solos, seguida da interpretação dos resultados com base no conhecimento das exigências da espécie a ser cultivada que é feita por um Engenheiro Agrônomo.[0005] The planning of fertilization and liming must be carried out based on accurate information on the level of fertility of the plots to be cultivated, which is done through the analysis of soils, followed by the interpretation of the results based on the knowledge of the areas. requirements of the species to be cultivated which is made by an Agronomist.

[0006] A análise de solo é um procedimento padrão para todo e qualquer cultivo e é efetuada por uma rede de laboratórios públicos e privados.[0006] Soil analysis is a standard procedure for any and all crops and is carried out by a network of public and private laboratories.

[0007] A análise de solo indica também o nível de acidez do solo por meio do índice de pH, que é a referência utilizada para calcular a necessidade de sua correção por meio da calagem ou gessagem. O índice ótimo de pH para cada espécie cultivada, associado às características do corretivo de acidez a ser utilizado é aplicado a fórmulas apropriadas, por meio das quais se calcula a quantidade que deve ser aplicada. (Site[0007] The soil analysis also indicates the level of acidity of the soil through the pH index, which is the reference used to calculate the need for its correction through liming or plastering. The optimum pH index for each cultivated species, associated with the characteristics of the acidity concealer to be used, is applied to appropriate formulas, through which the amount to be applied is calculated. (Site

Cnptia/Embrapa:https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/Repositorio/AG01 2 2982005 81532.html).Cnptia / Embrapa: https: //www.agencia.cnptia.embrapa.br/Repositorio/AG01 2 2982005 81532.html).

[0008] A análise de solo é uma das melhores práticas de manejo (MPM) que continua sendo importante tanto em países desenvolvidos como em países em desenvolvimento porque é agronomicamente correta, lucrativa e responsável em termos de ambiente.[0008] Soil analysis is one of the best management practices (MPM) that continues to be important in both developed and developing countries because it is agronomically correct, profitable and environmentally responsible.

[0009] A análise de solo deverá ser uma das práticas de manejo mais importantes para a produção de culturas e proteção ambiental no futuro. Com certeza ela será listada entre as melhores práticas de manejo (MPM) a serem utilizadas por agrônomos de indústrias e de universidades, consultores e administradores de fazendas para benefício dos clientes agricultores. A análise de solo deve ser um instrumento de planejamento e um serviço de suporte do[0009] Soil analysis should be one of the most important management practices for crop production and environmental protection in the future. It will certainly be listed among the best management practices (MPM) to be used by agronomists from industries and universities, consultants and farm administrators for the benefit of farming customers. Soil analysis should be a planning tool and support service for the

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3/44 manejo para que os fornecedores de fertilizantes utilizem para benefício de seus clientes. Os benefícios ambientais do manejo melhorado dos recursos do solo e materiais fertilizantes são notáveis quando MPM de nutrientes são adaptadas para campos ou áreas específicas do agricultor.3/44 handling for fertilizer suppliers to use for the benefit of their customers. The environmental benefits of improved management of soil resources and fertilizer materials are remarkable when nutrient MPM are adapted to specific fields or areas of the farmer.

[0010] Estatísticas do uso de fertilizantes e de produção das culturas indicam que a fertilidade do solo de muitas propriedades pode estar declinando devido ao déficit no manejo de nutrientes. As consequências da “mineração” (mais remoção do que aplicação) dos nutrientes do solo pode não se tornar aparente por vários anos. (IPNI, Manual Internacional de Fertilidade do Solo, 1998).[0010] Statistics on fertilizer use and crop production indicate that the soil fertility of many properties may be declining due to deficit in nutrient management. The consequences of "mining" (more removal than application) of soil nutrients may not become apparent for several years. (IPNI, International Soil Fertility Manual, 1998).

[0011] Portanto, a prática agrícola de analisar o solo é fundamental para melhorar a produtividade na lavoura, aumentar o rendimento do agricultor, além de contribuir para o uso sustentável de insumos. Por conta disso, é de extrema importância que a análise seja realizada com qualidade pelo laboratório, uma vez que o calcário e os fertilizantes constituem grandes investimentos é uma parte significativa no custo de produção. Além disso, o uso eficiente destes produtos é crítico para os lucros gerais da atividade e proteção ambiental.[0011] Therefore, the agricultural practice of analyzing the soil is fundamental to improve crop productivity, increase the farmer's income, in addition to contributing to the sustainable use of inputs. Because of this, it is extremely important that the analysis is carried out with quality by the laboratory, since limestone and fertilizers are major investments and are a significant part of the production cost. In addition, the efficient use of these products is critical to the overall profits of the activity and environmental protection.

ESTADO DA ARTE [0012] O descobrimento da região espectral do infravermelho próximo é creditado ao Astrônomo alemão radicado na Inglaterra, Sir Friedrich Wilhelm Herschel (Herschel, 1800). O trabalho intitulado “Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun” foi publicado em 1800 no periodico científico “PhilosophicalTransactions of the Roayl Societyof London”. A descoberta de Herschel se deu acidentalmente através de um experimento considerado simples nos dias de hoje: luz solar foi refratada nas cores do arcoíris com o auxílio de um prisma, e termômetros calibrados foram posicionados em cada uma das cores para medir suas temperaturas. Herschel ficou surpreso ao constatar que um termômetro que se encontrava posicionado logo após a região da cor vermelha, ou seja, região invisível, apresentava temperatura superior em relação a porção visível do espectro. Diante desse fato, o cientistaSTATE OF THE ART [0012] The discovery of the spectral region of the near infrared is credited to the German Astronomer based in England, Sir Friedrich Wilhelm Herschel (Herschel, 1800). The work entitled “Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun” was published in 1800 in the scientific journal “PhilosophicalTransactions of the Roayl Societyof London”. Herschel's discovery happened accidentally through an experiment considered simple today: sunlight was refracted in the colors of the rainbow with the aid of a prism, and calibrated thermometers were placed in each color to measure their temperatures. Herschel was surprised to find that a thermometer that was positioned just after the red region, that is, the invisible region, had a higher temperature than the visible portion of the spectrum. Given this fact, the scientist

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4/44 realizou uma série de experimentos envolvendo termômetros para constatar que havia produção de calor devido a incidência de uma porção invisível da luz solar localizada próxima ao vermelho, conhecida nos dias de hoje como região do infravermelho próximo (Near Infrared).4/44 carried out a series of experiments involving thermometers to verify that there was heat production due to the incidence of an invisible portion of sunlight located close to red, known today as the Near Infrared region.

[0013] Além de Herschel, outros cientistas contribuíram para o entendimento da radiação eletromagnética e da espectroscopia - estudo da interação da radiação eletromagnética com a matéria. O primeiro espectro de infravermelho próximo foi medido fotograficamente por Abney and Festing em 1881 na região de 700 a 1200 nm (Emil Ciurczackand III Drennen, 2002). No início do século 20 (por volta de 1900), Coblentz utilizou um prisma feito de material salino para construir um espectrofotômetro de infravermelho primitivo. Durante a Segunda Guerra Mundial (1939 a 1945) havia uma grande demanda pela produção de borracha sintética e, os primeiros espectrofotômetros de infravermelho industriais foram construídos para atender a essa demanda. No entanto, esses instrumentos operavam na faixa do infravermelho médio, mais tarde as pesquisas demonstraram que essa faixa espectral era mais adequada para elucidar estruturas do que para quantificação de substâncias.[0013] In addition to Herschel, other scientists contributed to the understanding of electromagnetic radiation and spectroscopy - study of the interaction of electromagnetic radiation with matter. The first near-infrared spectrum was measured photographically by Abney and Festing in 1881 in the 700 to 1200 nm region (Emil Ciurczackand III Drennen, 2002). In the early 20th century (around 1900), Coblentz used a prism made of saline material to build a primitive infrared spectrophotometer. During the Second World War (1939-1945) there was a great demand for the production of synthetic rubber, and the first industrial infrared spectrophotometers were built to meet this demand. However, these instruments operated in the middle infrared range, and later research showed that this spectral range was more suitable for elucidating structures than for quantifying substances.

[0014] Com a explosão da área de síntese orgânica nos anos 50, praticamente todo laboratório tinha um espectrofotômetro de infravermelho médio utilizado para a identificação de substâncias puras e caracterização de materiais. Nessa época também houve o surgimento dos instrumentos que operavam na faixa do ultravioleta e do visível (UV-Vis) para completar a faixa do infravermelho médio, e muito pouco foi investido na produção de instrumentos que operassem na faixa do NIR (780 a 2500 nm). No entanto, esses instrumentos UV-Vis vinham de fábrica com a região do NIR disponível, o que possibilitou o início do trabalho pioneiro desenvolvido por Karl Norris, um empregado do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, que iniciou uma série de experimentos inovadores aplicando a espectroscopia NIR para medir propriedades químicas em produtos agrícolas (Emil W. Ciurczakand III Drennen, 2002). Portanto, é creditado a Karl Norris o pioneirismo no[0014] With the explosion of the area of organic synthesis in the 1950s, practically every laboratory had a medium infrared spectrophotometer used for the identification of pure substances and characterization of materials. At that time, there was also the emergence of instruments that operated in the ultraviolet and visible range (UV-Vis) to complete the medium infrared range, and very little was invested in the production of instruments that operate in the NIR range (780 to 2500 nm ). However, these UV-Vis instruments came from the factory with the NIR region available, which made it possible to start the pioneering work developed by Karl Norris, an employee of the United States Department of Agriculture, who started a series of innovative experiments applying the NIR spectroscopy to measure chemical properties in agricultural products (Emil W. Ciurczakand III Drennen, 2002). Therefore, Karl Norris is credited with pioneering the

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5/44 estabelecimento de espectroscopia NIR como ferramenta analítica tal qual conhecemos hoje. No entanto, a espectroscopia NIR como ferramenta analítica somente alcançou popularidade entre os químicos a partir dos anos 1990, impulsionada pelo desenvolvimento da instrumentação analítica e dos computadores.5/44 establishment of NIR spectroscopy as an analytical tool as we know it today. However, NIR spectroscopy as an analytical tool only reached popularity among chemists from the 1990s onwards, driven by the development of analytical instrumentation and computers.

[0015] A região do infravermelho próximo é caracterizada por transições vibracionais de primeiro, segundo e terceiro sobretons (overtones) e por bandas de combinação de transições fundamentais provenientes de ligações CH, OH, NH e SH. Devido à natureza dessas vibrações, o espectro NIR é caracterizado por bandas largas e sobrepostas, de baixa intensidade quando comparado ao infravermelho médio. Estas características tornam o espectro NIR de difícil interpretação univariada (banda por banda), sendo necessária a utilização de métodos multivariados de análise de dados chamados pelos químicos de Quimiometria.[0015] The region of the near infrared is characterized by vibrational transitions of first, second and third overtones (overtones) and by bands of combination of fundamental transitions coming from CH, OH, NH and SH connections. Due to the nature of these vibrations, the NIR spectrum is characterized by broad and overlapping bands, of low intensity when compared to the medium infrared. These characteristics make the NIR spectrum difficult to interpret univariate (band by band), requiring the use of multivariate methods of data analysis called by chemists Chemistry.

[0016] São inúmeras as possibilidades de aplicação da espectroscopia NIR em diversas áreas da ciência, com destaque para aplicações práticas no desenvolvimento de tecnologias visando atender demandas do setor agrícola, incluindo as análises de solos. As pesquisas atuais apontam que a espectroscopia NIR é a alternativa mais promissora para a determinação de parâmetros de fertilidade do solo em substituição total ou parcial aos métodos tradicionais de via úmida. Uma pesquisa de publicações recentes na literatura empregando os termos “Near infrared Spectroscopy” e “Soil” como tópicos na base de dados Web of Science, demonstram que nos últimos 3 (três) anos (2016, 2015, 2014 e 2013) mais de 400 (quatrocentos) trabalhos foram publicados propondo a espectroscopia NIR como ferramenta analítica para análise de atributos do solo. Cerca de 94% desses trabalhos foram publicados na Língua inglesa, com destaque para o fato de 95% serem artigos científicos e apenas 0,5% registros de patentes.[0016] There are countless possibilities for the application of NIR spectroscopy in several areas of science, with emphasis on practical applications in the development of technologies aimed at meeting the demands of the agricultural sector, including soil analysis. Current research indicates that NIR spectroscopy is the most promising alternative for determining soil fertility parameters in total or partial replacement to traditional wet methods. A search of recent publications in the literature using the terms “Near infrared Spectroscopy” and “Soil” as topics in the Web of Science database, shows that in the last 3 (three) years (2016, 2015, 2014 and 2013) more than 400 (four hundred) works were published proposing NIR spectroscopy as an analytical tool for the analysis of soil attributes. About 94% of these works were published in the English language, with an emphasis on the fact that 95% are scientific articles and only 0.5% patent registrations.

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6/44 [0017] Assim, é importante para a definição do estado da arte uma breve revisão da literatura sobre o emprego da espectroscopia NIR para análise de solos e os principais métodos de quimiométricos comumente empregados no tratamento e validação dos dados, o que pode ser verificado nas descrições das técnicas a seguir apresentadas.6/44 [0017] Thus, it is important to define the state of the art a brief review of the literature on the use of NIR spectroscopy for soil analysis and the main chemometric methods commonly used in the treatment and validation of the data, which can be verified in the descriptions of the techniques presented below.

Espectroscopia no infravermelho próximo aplicada à análise de solos [0018] A maior parte das aplicações da espectroscopia no infravermelho em Ciência de Solos têm sido realizadas na região do infravermelho médio e próximo associado ou não ao visível (Vis/NIR, 400-2500 nm), em análises qualitativas e quantitativas (Madari et al., 2006; Mccarty et al., 2002). A radiação na região do infravermelho é energética o suficiente para causar transições vibracionais de energia, que basicamente resulta numa impressão digital química e física da amostra de solos, conforme apresentado no gráfico mostrado na Figura 2 (Fidencio and Poppi, 2002; Stenberg et al., 2010).Near infrared spectroscopy applied to soil analysis [0018] Most applications of infrared spectroscopy in Soil Science have been carried out in the medium and near infrared region associated or not with the visible (Vis / NIR, 400-2500 nm) , in qualitative and quantitative analyzes (Madari et al., 2006; Mccarty et al., 2002). The radiation in the infrared region is energetic enough to cause vibrational energy transitions, which basically results in a chemical and physical fingerprint of the soil sample, as shown in the graph shown in Figure 2 (Fidencio and Poppi, 2002; Stenberg et al. , 2010).

[0019] O gráfico acima mostra o espectro médio de amostras de solos representativos do Brasil. Os espectros foram adquiridos em um espectrofotômetro VisNIR do tipo dispersivo (NIRS XDS, Metrohm®) na faixa de 400 a 2500 nm. As faixas classificadas como primeiro, segundo, terceiro sobretons e bandas de combinação foram atribuídas segundo trabalho publicado por Stemberg e colaboradores (2010).[0019] The graph above shows the average spectrum of soil samples representative of Brazil. The spectra were acquired in a dispersive type VisNIR spectrophotometer (NIRS XDS, Metrohm®) in the 400 to 2500 nm range. The bands classified as first, second, third overtones and combination bands were assigned according to work published by Stemberg et al. (2010).

[0020] As técnicas de espectroscopia no infravermelho (próximo e médio) estão sendo cada vez mais empregadas na quantificação de vários atributos solos, tanto aqueles relacionados à composição química (por exemplo, teores de carbono orgânico, capacidade de troca catiônica, pH) e mineralógica, como aos parâmetros físicos de solos (Canasveras et al., 2010; Demattê et al., 2004; Fidencio and Poppi, 2002; Fontán et al., 2010; Mouazen et al., 2010; Nocita et al., 2011; Rossel and Behrens, 2010; Stenberg et al., 2010; Vohland et al., 2011). A efetividade de seu uso generalizado como técnica analítica de rotina nos laboratórios de solos ainda se encontra em fase de amadurecimento. No[0020] Infrared spectroscopy techniques (near and medium) are being increasingly used in the quantification of various soil attributes, both those related to chemical composition (for example, organic carbon content, cation exchange capacity, pH) and mineralogical, as well as the physical parameters of soils (Canasveras et al., 2010; Demattê et al., 2004; Fidencio and Poppi, 2002; Fontán et al., 2010; Mouazen et al., 2010; Nocita et al., 2011; Rossel and Behrens, 2010; Stenberg et al., 2010; Vohland et al., 2011). The effectiveness of its widespread use as a routine analytical technique in soil laboratories is still in the ripening stage. At the

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7/44 entanto, Fuentes et al. (2012) afirmam que é crescente na literatura as calibrações de sucesso entre os espectros NIR e, por exemplo, os teores de um ou mais atributos do solo; calibrações essas já suficientes para promoverem o NIR como substituto dos métodos convencionais de análise de solos. Entretanto, eles alertam para a necessidade de verificar a robustez desses modelos frente a novas amostras e ao uso de novos instrumentos.7/44 however, Fuentes et al. (2012) affirm that the calibrations of success among the NIR spectra are increasing in the literature and, for example, the contents of one or more attributes of the soil; calibrations already sufficient to promote NIR as a substitute for conventional methods of soil analysis. However, they warn of the need to verify the robustness of these models against new samples and the use of new instruments.

[0021] O crescente interesse em espectroscopia NIR como técnica instrumental alternativa à análise de solos pode ser justificado pelas inúmeras e marcantes vantagens que esta técnica apresenta em relação às análises convencionais. Fuentes et al. (2012) argumentam que o fato da tecnologia NIR ser não destrutiva livre de resíduos indesejáveis e impactos ambientais - além de ser de baixo custo, rápida, requerendo pouco manuseio das amostras quando combinada à Quimiometria (ou análise multivariada) - está dentre as suas principais vantagens. Entretanto, a interpretação dos espectros NIR não é imediata, pois na sua região espectral são observadas bandas de sobretom e de combinação, que são pouco intensas e sobrepostas, portanto, a análise univariada torna-se inviável (conforme gráfico apresentado acima). São inúmeros os trabalhos encontrados na literatura empregando métodos quimiométricos associados à espectroscopia NIR para a determinação de atributos no solo. Alguns trabalhos recentes são empregados na Tabela 1, em que diversos métodos de pré-processamento espectral e calibração multivariada são empregados para essa finalidade.[0021] The growing interest in NIR spectroscopy as an instrumental technique as an alternative to soil analysis can be justified by the countless and remarkable advantages that this technique presents in relation to conventional analyzes. Fuentes et al. (2012) argue that the fact that NIR technology is non-destructive free of undesirable residues and environmental impacts - besides being low cost, fast, requiring little handling of the samples when combined with Chemometrics (or multivariate analysis) - is among its main benefits. However, the interpretation of the NIR spectra is not immediate, since in its spectral region, overtone and combination bands are observed, which are not very intense and overlapping, therefore, univariate analysis becomes impracticable (as shown in the graph above). There are countless studies found in the literature using chemometric methods associated with NIR spectroscopy to determine soil attributes. Some recent works are used in Table 1, in which several methods of spectral pre-processing and multivariate calibration are employed for this purpose.

Tabela 1: Revisão da literatura comparando os números de amostras empregados nos conjunto de calibração (cal)/validação (val), os métodos de pré-processamento espectral, os valores de RMSEP e R2.Table 1: Literature review comparing the numbers of samples used in the calibration (cal) / validation (val) sets, the spectral pre-processing methods, the RMSEP and R 2 values.

Número de Faixa Espectral Pré-processamento Espectral Calibração RMSEP R2 ReferênciaSpectral Range Number Spectral Preprocessing RMSEP R 2 Calibration Reference

Amostras multivariadaMultivariate samples

371 cal/20 val 350-2500 1a derivada de Saviztky-Galoy+SNV PLS 0,498 (g100g-1) 0,83 (Minasny et al., (nm) (2011)371 cal / 20 val 350-2500 1 a Saviztky-Galoy derivative + SNV PLS 0.498 (g100g -1 ) 0.83 (Minasny et al., (Nm) (2011)

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8/448/44

104 cal/25 val 104 cal / 25 val 1100-2500 1100-2500 1a derivada de Saviztky-Galoy1 the Saviztky-Galoy derivative PLS PLS 0,32%(3,2 g Kg-1) 0,850.32% (3.2 g Kg -1 ) 0.85 (Cambule et (Cambule et (nm) (nm) et. al., 2012) et. al., 2012) 306 cal/50val 306 cal / 50val 300-1700 300-1700 MSC+1a derivada de Saviztky-GaloyMSC + 1 the Saviztky-Galoy derivative PLS PLS 0,48%(4,8gKg-1) 0,740.48% (4.8gKg -1 ) 0.74 (Mouazen (Mouazen (nm) (nm) et., al., 2007) et., al., 2007) 4184 cal/CV1 4184 cal / CV 1 350-2500 350-2500 1a derivada de Saviztky-Galoy 1st Saviztky-Galoy derivative BRT2 BRT 2 9,0 (g Kg-1) 0,829.0 (g Kg -1 ) 0.82 ( Brown et (Brown et (nm) (nm) et al., 2006) et al., 2006) 295 cal/60 val 295 cal / 60 val 1100-2000 1100-2000 MSC MSC MPLS3 MPLS 3 (1,2(g Kg-1) -(1.2 (g Kg -1 ) - (Fuentes (Fuentes (nm) (nm) et al., 2012) et al., 2012) 360 cal/154 val 360 cal / 154 val 350-2500 350-2500 Alisamento Saviztky-Galoy Saviztky-Galoy Straightening com PLS with PLS 2,88(g Kg-1) 0,862.88 (g Kg -1 ) 0.86 (Sarkhot et (Sarkhot et (nm) (nm) polinômio de 3a ordem 3rd order polynomial et al.,2011) et al., 2011) 168 cal/CV 168 cal / CV 453-2448 453-2448 Normalização + Standardization + BPNN4 BPNN 4 0,68%(6,8g Kg-1) 0,840.68% (6.8g Kg -1 ) 0.84 (Mouazen (Mouazen (nm) (nm) 1a derivada de Saviztky-Galoy 1st Saviztky-Galoy derivative et al.,2010) et al., 2010) 19969 cal/87315400-2 5 0019969 cal / 8731 5 400-2 5 00 1a derivada de Saviztky-Galoy 1st Saviztky-Galoy derivative LOCAL-PLS LOCAL-PLS 3,9(g Kg-1) 0,79 (Nocita et3.9 (g Kg -1 ) 0.79 (Nocita et (nm) (nm) al., 2014 al., 2014 288 cal/CV 288 cal / CV 350-2500 350-2500 Remoção visual de ruído Visual noise removal PLS PLS (0,35%(3,5g Kg-1) 0,57 (Summers(0.35% (3.5g Kg -1 ) 0.57 (Summers (nm) (nm) instrumental instrumental et al., 2011) et al., 2011)

1 Validação cruzada (Cross Validation, CV). 1 Cross validation (Cross Validation, CV).

2BRT—BoostedRegressionTress: método não linear de regressaão multivariada. 2 BRT — BoostedRegressionTress: non-linear method of multivariate regression.

3 MPLS - ModifledPartialLeastSquares. 3 MPLS - ModifledPartialLeastSquares.

4BPNN - Back Propagation Neural Network. 4 BPNN - Back Propagation Neural Network.

5Resultado apresentado apenas para um dos conjuntos externos avaliados no trabalho de Stemberg e colaboradores (2010). 5 Result presented only for one of the external groups evaluated in the work of Stemberg and collaborators (2010).

Quimiometria [0022] Diversos autores afirmam que a espectroscopia NIR e a Quimiometria convivem em simbiose. Devido ao fato da espectroscopia NIR possuir características que limitam uma análise univariada dos espectros, esta se beneficia da Quimiometria para tornar-se uma ferramenta cada vez mais robusta para identificação e quantificação de diversos parâmetros emChemometrics [0022] Several authors claim that NIR spectroscopy and Chemometrics coexist in symbiosis. Due to the fact that NIR spectroscopy has characteristics that limit univariate analysis of the spectra, it benefits from Chemometrics to become an increasingly robust tool for the identification and quantification of several parameters in

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9/44 diferentes matrizes. Por sua vez, a Quimiometria se beneficia do tipo e da elevada quantidade de informação espectral gerada pela espectroscopia NIR para o desenvolvimento e aplicações de novos métodos (McClure, 1994; Pasquini, 2003).9/44 different matrices. In turn, Chemometrics benefits from the type and the high amount of spectral information generated by NIR spectroscopy for the development and application of new methods (McClure, 1994; Pasquini, 2003).

[0023] A Quimiometria envolve a aplicação de métodos matemáticos estatísticos e computacionais para planejar, investigar e fazer previsão de conjuntos de dados de interesse químico (Wold, 1995). O termo foi introduzido em 1971 pelo Prof. SvanteWold (Umeã University) que definiu a arte de extrair a informação química relevante de dados produzidos em experimentos químicos como Quimiometria, em analogia à Biometria e a Econometria (Wold, 1995). Em 1974 o Prof. SvanteWold fundou, em conjunto com o Prof. Bruce R. Kowalski (Universityof Washington), a sociedade Internacional de Quimiometria (International Chemometrics Society), instituição pioneira na divulgação desta nova ciência. Em 1980, o Prof. Kowalski ministrou o primeiro curso de Quimiometria no Brasil, no Instituto de Química da Unicamp, a convite do Prof. Roy Edward Bruns, docente aposentado desta Instituição (Neto et al., 2006).[0023] Chemometrics involves the application of statistical and computational mathematical methods to plan, investigate and forecast data sets of chemical interest (Wold, 1995). The term was introduced in 1971 by Prof. SvanteWold (Umeã University) who defined the art of extracting the relevant chemical information from data produced in chemical experiments such as Chemometrics, in analogy to Biometrics and Econometrics (Wold, 1995). In 1974 Prof. SvanteWold founded, together with Prof. Bruce R. Kowalski (Universityof Washington), the International Chemistry Society (International Chemometrics Society), a pioneer institution in the dissemination of this new science. In 1980, Prof. Kowalski taught the first Chemistry course in Brazil, at the Chemistry Institute of Unicamp, at the invitation of Prof. Roy Edward Bruns, retired professor at this institution (Neto et al., 2006).

[0024] O surgimento da Quimiometria na década de 70 foi impulsionado pelo desenvolvimento de métodos instrumentais computadorizados para a análise química, os quais possibilitaram a obtenção de grande quantidade de dados de forma muito mais rápida e eficiente (Neto et al., 2006). Com isto, aumentou significativamente o número de variáveis que podem ser medidas em uma única amostra. Um exemplo notável é a intensidade de absorção em mais de um comprimento de onda, que é rotineiramente registrada em um único espectro. Diante da possibilidade de obtenção de respostas instrumentais a partir de múltiplas variáveis, surgiu também a necessidade de extrair resultados confiáveis e informações relevantes de forma rápida e eficiente, o que veio a ser feito muito eficientemente pelos métodos quimiométricos (Ferreira et al., 1999).[0024] The emergence of Chemometrics in the 70s was driven by the development of computerized instrumental methods for chemical analysis, which made it possible to obtain large amounts of data much more quickly and efficiently (Neto et al., 2006). This significantly increased the number of variables that can be measured in a single sample. A notable example is the absorption intensity over more than one wavelength, which is routinely recorded over a single spectrum. Given the possibility of obtaining instrumental responses from multiple variables, there was also a need to extract reliable results and relevant information quickly and efficiently, which came to be done very efficiently by chemometric methods (Ferreira et al., 1999) .

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10/44 [0025] Na década de 80 surgiram dois periódicos dedicados à área: Journal of Chemometrics, Chemometrics Intelligent and Laboratory Systems, cobrindo aspectos fundamentais e metodológicos da pesquisa em Quimiometria. Além disto, muitas aplicações que passaram a ser publicadas em outros periódicos de Química Analítica, tais como: Applied Spectroscopy, Analytical Chemistry, Analytical Chimica Acta, Talanta, etc. O primeiro trabalho científico publicado no Brasil sobre o tema é de 1985 por Bruns e Faigle (Bruns and Faigle, 1985). Neste trabalho, os autores introduziram aspectos gerais sobre teoria e prática em Quimiometria, além de incentivar a criação de disciplinas nos cursos de graduação e pós-graduação das universidades brasileiras. Também no ano de 1985 foi realizado o primeiro curso de Quimiometria como disciplina de pósgraduação no Brasil. O curso foi ministrado no programa de pós-graduação em Química da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) pelo Prof. Roy Eduard Bruns e contou com apenas dois alunos (Neto et al., 2006), uma realidade completamente diferente do que é observado atualmente.10/44 [0025] In the 1980s, two journals dedicated to the area appeared: Journal of Chemometrics, Chemometrics Intelligent and Laboratory Systems, covering fundamental and methodological aspects of research in Chemometrics. In addition, many applications have started to be published in other Analytical Chemistry journals, such as: Applied Spectroscopy, Analytical Chemistry, Analytical Chimica Acta, Talanta, etc. The first scientific paper published in Brazil on the subject is from 1985 by Bruns and Faigle (Bruns and Faigle, 1985). In this work, the authors introduced general aspects about theory and practice in Chemometrics, in addition to encouraging the creation of disciplines in the undergraduate and graduate courses of Brazilian universities. Also in 1985, the first Chemistry course was held as a graduate course in Brazil. The course was taught in the postgraduate program in Chemistry at the State University of Campinas (UNICAMP) by Prof. Roy Eduard Bruns and had only two students (Neto et al., 2006), a reality completely different from what is observed today.

[0026] Embora a Quimiometria atinja todos os ramos da Química, a Química Analítica foi a área mais beneficiada devido ao desenvolvimento da instrumentação analítica e à sua associação aos computadores (Bruns and Faigle, 1985). Espectroscopia no ultravioleta-visível (UV-Vis), no infravermelho próximo e médio, espectrometria de massas (Mass Spectrometry - MS), ressonância magnética nuclear (Nuclear Magnetic Ressonance, NMR), absorção/emissão atômica e cromatografia líquida/gasosa, são exemplos de técnicas analíticas que oferecem possibilidade de geração de dados caracterizados como multivariados.[0026] Although Chemometrics affects all branches of Chemistry, Analytical Chemistry was the area most benefited due to the development of analytical instrumentation and its association with computers (Bruns and Faigle, 1985). Examples in ultraviolet-visible (UV-Vis), near and medium infrared, mass spectrometry (Mass Spectrometry - MS), nuclear magnetic resonance (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), atomic absorption / emission and liquid / gas chromatography, are examples analytical techniques that offer the possibility of generating data characterized as multivariate.

[0027] São muitos os métodos quimiométricos e suas aplicações dependem da natureza do problema que se deseja resolver ou do tipo de informação que se pretende obter. De maneira geral, os métodos que formam a base da Qimiometria podem ser classificados como de reconhecimento de padrões, calibração multivariada, resolução multivariada de sinais e planejamento de experimentos. A aplicação desses métodos basicamente requer algumas[0027] There are many chemometric methods and their applications depend on the nature of the problem you want to solve or the type of information you want to obtain. In general, the methods that form the basis of Chemometrics can be classified as pattern recognition, multivariate calibration, multivariate signal resolution and design of experiments. The application of these methods basically requires some

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11/44 etapas fundamentais para a correta interpretação dos dados, como préprocessamento das respostas instrumentais, seleção de variáveis, remoção de outliers e o cálculo de algumas figuras de mérito, para assegurar a validade dos modelos construídos.11/44 fundamental steps for the correct interpretation of data, such as pre-processing of instrumental responses, selection of variables, removal of outliers and the calculation of some figures of merit, to ensure the validity of the models built.

[0028] Nas próximas subseções deste relatório serão introduzidos brevemente alguns dos principais métodos quimiométricos empregados como base neste trabalho, tais como a análise de componentes principais (Principal Component Analysis - PCA) e a regressão por quadrados mínimos parciais (Partial Least Squares - PLS). Os aspectos relativos à validação dos resultados serão apresentados na seção correspondente ao tema.[0028] In the next subsections of this report, some of the main chemometric methods used as a basis for this work will be briefly introduced, such as Principal Component Analysis (PCA) and regression by partial least squares (Partial Least Squares - PLS) . The aspects related to the validation of the results will be presented in the section corresponding to the theme.

Análise de componentes principais [0029] A PCA é um método que permite a redução da dimensionalidade dos dados através da representação do conjunto de dados em um novo sistema de eixos, denominados Componentes Principais (Principal Component- PC), permitindo a visualização da natureza multivariada dos dados em poucas dimensões. No espaço original, as amostras são pontos localizados em um espaço n-dimensional, sendo ‘n’ igual ao número de variáveis. Com a redução de dimensionalidade proporcionada pela PCA, as amostras se tornam pontos localizados em espaços de dimensões reduzidas definidas pelas PCs, por exemplo, bi ou tri dimensionais. Matematicamente, na PCA a matriz X é decomposta em um produto de duas matrizes, denominadas escores (T) e pesos (P), mais uma matriz de erros (E) (Wold and Sjostrom, 1998), como mostrado na Equação 1:Principal component analysis [0029] The PCA is a method that allows the reduction of the dimensionality of the data through the representation of the data set in a new system of axes, called Principal Components (Principal Component-PC), allowing the visualization of the multivariate nature data in a few dimensions. In the original space, the samples are points located in an n-dimensional space, with ‘n’ equal to the number of variables. With the reduction of dimensionality provided by the PCA, the samples become points located in spaces of reduced dimensions defined by the PCs, for example, two or three dimensional. Mathematically, in PCA the matrix X is decomposed into a product of two matrices, called scores (T) and weights (P), plus an error matrix (E) (Wold and Sjostrom, 1998), as shown in Equation 1:

X = TP' + E(1).X = TP '+ E (1).

[0030] Os escores se referem à similaridade entre as amostras e representam suas coordenadas no sistema de eixos formados pelas Componentes Principais (PC). A PC é formada pela combinação linear das variáveis originais e os coeficientes dessa combinação são chamados pesos. Os pesos são os cossenos dos ângulos entre as variáveis originais e as PCs, representando,[0030] The scores refer to the similarity between the samples and represent their coordinates in the system of axes formed by the Main Components (PC). The CP is formed by the linear combination of the original variables and the coefficients of this combination are called weights. The weights are the cosines of the angles between the original variables and the PCs, representing,

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12/44 portanto, o quanto cada variável original contribui para uma determinada PC. A primeira componente principal (PC1) é traçada no sentido da maior variação no conjunto de dados; a segunda (PC2) é traçada ortogonalmente à primeira, com o intuito de descrever a maior porcentagem da variação não explicada pela PC1 e assim por diante. A avaliação dos pesos permite entender quais variáveis contribuem mais para os agrupamentos observados no gráfico de escores. Através da análise conjunta do gráfico de escores e pesos, é possível verificar quais variáveis são responsáveis pelas diferenças observadas entre as amostras. O número de PCs a ser utilizado no modelo PCA é determinado pela porcentagem de variância explicada. Assim, seleciona-se um número de componentes de tal maneira que a maior porcentagem da variação presente no conjunto de dados originais seja capturada (Wold, 2002). Diversos algoritmos estão disponíveis para a realização da PCA e quatro deles aparecem frequentemente na literatura: (Non linear Iterative Partial Least Squares NIPALS), decomposição por valores singulares (Singular Value Decomposition - SVD), os quais utilizam a matriz de dados X, POWER e decomposição por autovalores (Eigen value Decompositon - EVD) que trabalham com a matriz de produto cruzado X'X. SVD e EVD extraem os Componentes Principais simultaneamente, enquanto NIPALS e POWER calculam a PC sequencialmente (Andersson, 2009; Geladi and Kowalski, 1986).12/44 therefore, how much each original variable contributes to a given PC. The first main component (PC1) is drawn in the direction of the greatest variation in the data set; the second (PC2) is drawn orthogonally to the first, in order to describe the largest percentage of the variation not explained by PC1 and so on. The evaluation of the weights allows us to understand which variables contribute the most to the groupings observed in the score graph. Through the joint analysis of the scores and weights graph, it is possible to verify which variables are responsible for the differences observed between the samples. The number of PCs to be used in the PCA model is determined by the percentage of explained variance. Thus, a number of components are selected in such a way that the largest percentage of the variation present in the original data set is captured (Wold, 2002). Several algorithms are available to perform the PCA and four of them appear frequently in the literature: (Non linear Iterative Partial Least Squares NIPALS), decomposition by singular values (Singular Value Decomposition - SVD), which use the data matrix X, POWER and decomposition by eigenvalues (Eigen value Decompositon - EVD) that work with the cross product matrix X'X. SVD and EVD extract the Main Components simultaneously, while NIPALS and POWER calculate the PC sequentially (Andersson, 2009; Geladi and Kowalski, 1986).

[0031] O SVD (Equação 2) é baseado no teorema da álgebra linear que afirma que uma matriz X (mxn), ‘m’ colunas e ‘n’ linhas, pode ser transformada em um produto de três matrizes U,S,V’ (‘subescrito significa transposta) w que têm propriedades específicas, onde: as matrizes U e V são quadradas e ortonormais; a matriz S é uma matriz retangular diagonal contendo os valores singulares na diagonal e todos os elementos fora da diagonal iguais a zero (Wold, 2002). Nesse caso, os pesos são dados pela matriz V e os escores por: T = US[0031] SVD (Equation 2) is based on the linear algebra theorem that states that an X matrix (mxn), 'm' columns and 'n' lines, can be transformed into a product of three matrices U, S, V '(' subscript means transposed) w which have specific properties, where: matrices U and V are square and orthonormal; the matrix S is a diagonal rectangular matrix containing singular values diagonally and all elements outside the diagonal equal to zero (Wold, 2002). In this case, weights are given by matrix V and scores by: T = US

X = USV'(2).X = USV '(2).

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13/44 [0032] EVD é um método similar ao SVD utilizados para calcular autovalores e autovetores de uma matriz. Ambos, SVD e EVD, são métodos matematicamente fáceis de utilizar no Matlab, porque neste software há funções internas para a decomposição de valores singulares e para estimar autovetores e autovalores de uma matriz.13/44 [0032] EVD is a method similar to SVD used to calculate eigenvalues and eigenvectors of a matrix. Both SVD and EVD are mathematically easy methods to use in Matlab, because in this software there are internal functions for the decomposition of singular values and for estimating eigenvectors and eigenvalues of a matrix.

[0033] O NIPALS é um método comumente utilizado para o cálculo de Componentes Principais de um conjunto de dados, no qual os vetores dos pesos e dos escores são calculados iterativamente, um de cada vez, em ordem decrescente de importância. O processo iterativo, para a primeira componente principal, é inicializado com uma primeira estimativa de escores, que pode ser a coluna de X que tem maior variância. Utilizando estes escores, calculam-se os pesos como: p = tX/t’t, sendo normalizados para comprimento igual a um. Após isso, os escores são calculados como: t = Xp/p’p. Esses valores de escores são comparados com os anteriores e se forem diferentes (dentro de um critério pré-estabelecido), os pesos são novamente calculados como mostrado acima. Esse processo continua até que os escores sejam semelhantes ou um dado número de iterações tenha sido realizado. Após a convergência, o produto tp’ é subtraído de X, obtendo-se o resíduo E (Equação[0033] NIPALS is a method commonly used for the calculation of Principal Components of a data set, in which the vectors of weights and scores are calculated iteratively, one at a time, in decreasing order of importance. The iterative process, for the first main component, is started with a first estimate of scores, which may be the column of X that has the greatest variance. Using these scores, weights are calculated as: p = tX / t't, being normalized to length equal to one. After that, the scores are calculated as: t = Xp / p'p. These score values are compared with the previous ones and if they are different (within a pre-established criterion), the weights are recalculated as shown above. This process continues until the scores are similar or a number of iterations have been performed. After convergence, the product tp 'is subtracted from X, obtaining residue E (Equation

3):3):

E = X - tp'(3).E = X - tp '(3).

[0034] O processo continua para a próxima componente principal, substituindo E por X (Andersson, 2009; Wold, 2002).[0034] The process continues to the next main component, replacing E with X (Andersson, 2009; Wold, 2002).

Regressão por quadrados mínimos parciais (PLS) [0035] Certamente o PLS é ao lado da PCA um dos métodos mais proeminentemente empregados em Quimiometria, sendo considerado o método de calibração multivariada tido como referência para este tipo de aplicação. No PLS a variação de resposta espectral está relacionada aos atributos (ou propriedades) de interesse através de uma regressão multivariada (Geladi and Kowalski, 1986). O PLS utiliza a PCA para a redução daRegression by partial least squares (PLS) [0035] Certainly PLS is next to the PCA one of the most prominent methods used in Chemometrics, being considered the multivariate calibration method used as a reference for this type of application. In PLS, the variation in spectral response is related to the attributes (or properties) of interest through a multivariate regression (Geladi and Kowalski, 1986). PLS uses PCA to reduce

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14/44 dimensionalidade do conjunto de dados para posterior correlação entre os espectros (matriz X) e as propriedades de interesse (vetor y) (Geladi and Kowalski, 1986). A propriedade de interesse muitas vezes é a concentração de um analito, porém não limitada à esta, podendo até mesmo ser propriedades físico-químicas, tais como densidade e viscosidade, as quais são relacionadas a composição da amostra. A matriz X e vetor y são decompostas por PCA por meio das equações 4 e 5:14/44 dimensionality of the data set for later correlation between the spectra (matrix X) and the properties of interest (vector y) (Geladi and Kowalski, 1986). The property of interest is often the concentration of an analyte, but not limited to it, and it may even be physical-chemical properties, such as density and viscosity, which are related to the sample composition. Matrix X and vector y are decomposed by PCA using equations 4 and 5:

X =TP' + E(4);X = TP '+ E (4);

y = Uq'+ f(5);y = Uq '+ f (5);

Onde: P e q são os pesos de X e y, respectivamente; T e U são os escores de X e y, respectivamente, e E e f representam as matrizes de resíduos de X e y, respectivamente. A matriz de escores T é estimada como uma combinação linear de X com os coeficientes ponderados pó W (chamados pesos);Where: P and q are the weights of X and y, respectively; T and U are the scores of X and y, respectively, and E and f represent the residual matrices of X and y, respectively. The matrix of scores T is estimated as a linear combination of X with the weighted coefficients powder W (called weights);

T = XW (6);T = XW (6);

A partir de W, os coeficientes de regressão do modelo PLS podem ser estimados por:From W, the regression coefficients of the PLS model can be estimated by:

bPLS = W(P' W)_1q (7);b PLS = W (P 'W) _1 q (7);

O modelo linear PLS pode ser representado por:The PLS linear model can be represented by:

y = X-bPLS (8)· y = X - b PLS (8) ·

Pré-processamento [0036] A etapa de pré-processamento dos dados é fundamental para o sucesso da análise multivariada. Os principais objetivos da aplicação das técnicas de pré-processamento são eliminar informações não relevantes do ponto de vista químico e tornar a matriz de dados melhor condicionada para a análise, possibilitando a subsequente análise exploratória do conjunto de dados com eficiência. Existe vasta literatura disponível a respeito dos diversos métodos dePreprocessing [0036] The data preprocessing step is fundamental to the success of multivariate analysis. The main objectives of applying pre-processing techniques are to eliminate information that is not chemically relevant and make the data matrix better conditioned for analysis, enabling the subsequent exploratory analysis of the data set efficiently. There is a vast literature available on the different methods of

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15/44 processamento de dados em espectroscopia (Xu et al., 2008). Normalizar os espectros, centrar os dados na média, derivar e suavizar utilizando o algoritmo de Savitzky-Golay e aplicar a correção de espalhamento multiplicativo (Multiplicative Scatter Correction - MSC) são alguns dos métodos mais aplicados (Rinnan et al., 2009).15/44 data processing in spectroscopy (Xu et al., 2008). Normalize the spectra, center the data on the mean, derive and smooth using the Savitzky-Golay algorithm and apply the multiplicative scattering correction (Multiplicative Scatter Correction - MSC) are some of the most applied methods (Rinnan et al., 2009).

[0037] Centrar os dados na média (Equação 9) consiste em calcular a média das intensidades para cada comprimento de onda e subtrair cada uma das intensidades do valor médio. Desta maneira, cada variável passará a ter média zero, ou seja, as coordenadas são movidas para o centro dos dados, permitindo que diferenças nas intensidades relativas das variáveis sejam mais fáceis de perceber.[0037] Centering the data on the mean (Equation 9) consists of averaging the intensities for each wavelength and subtracting each of the intensities from the mean value. In this way, each variable will have a zero average, that is, the coordinates are moved to the center of the data, allowing differences in the relative intensities of the variables to be easier to perceive.

Xjj (centrado na média) = x^·(original) — Xij(média)(9).Xjj (centered on the mean) = x ^ · (original) - Xij (mean) (9).

[0038] Deslocamento e inclinação de linha de base podem ser corrigidos por derivação dos espectros. Os métodos de alisamento são utilizados para reduzir matematicamente o ruído, aumentando com isto a relação sinal/ruído. Nestes métodos, é selecionada uma janela, a qual contém certo número de variáveis. Os pontos na janela são então utilizados para determinar o valor no ponto central da janela e, assim, o tamanho da janela influencia diretamente o resultado do alisamento. No método de Savitzky-Galoy, um polinômio de ordem baixa é ajustado aos pontos da janela e utilizado para recalcular o ponto central (Savitzky and Golay, 1964).[0038] Baseline displacement and inclination can be corrected by deriving the spectra. Smoothing methods are used to mathematically reduce noise, thereby increasing the signal / noise ratio. In these methods, a window is selected, which contains a number of variables. The points in the window are then used to determine the value at the center point of the window and, thus, the window size directly influences the smoothing result. In the Savitzky-Galoy method, a low-order polynomial is adjusted to the window points and used to recalculate the central point (Savitzky and Golay, 1964).

[0039] A correção de espalhamento multiplicativo é um método de transformação utilizado para compensar os efeitos aditivos e/ou multitiplicativos em dados espectrais. Este método remove a influência de efeitos físicos nos espectros, tais como o tamanho de partícula, a rugosidade e opacidade, os quais não trazem informações químicas sobre as amostras e introduzem variações espectrais como o deslocamento da linha de base. Para fazer a correção, o método MSC assume que cada espectro é determinado pelas[0039] Multiplicative scattering correction is a transformation method used to compensate for additive and / or multitiplicative effects in spectral data. This method removes the influence of physical effects on the spectra, such as particle size, roughness and opacity, which do not bring chemical information about the samples and introduce spectral variations such as the shift from the baseline. To make the correction, the MSC method assumes that each spectrum is determined by

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 24/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 24/65

16/44 características químicas da amostra somadas às características físicas indesejadas. A Equação 10 descreve o princípio de funcionamento do MSC:16/44 chemical characteristics of the sample added to the unwanted physical characteristics. Equation 10 describes the MSC's working principle:

x = [xtfe(ortgtnai)~at] (k (transformado') ( )· onde:x(k (original) e x(k (transformado) são os valores de absorbância antes e depois da correção com o MSC em k comprimentos de onda; ai e bi são constantes estimadas a partir de uma regressão em mínimos quadrados de um espectro individual x(k contra um espectro médio xdo conjunto de calibração em todos os comprimentos de onda ou em um subconjunto, seguindo a Equação 11: x = [x TFE (ortgtnai) + t] (k (transformed ') () · where: x (k (original) and x (k (transformed) are the absorbance values before and after correction with the MSC in k wavelengths; ai and bi are constants estimated from a least squares regression of an individual spectrum x (k against an average spectrum x of the calibration set at all wavelengths or in a subset, following Equation 11:

X(k = / + b(X + etk (11);X (k = / + b (X + etk ( 11 ) ;

onde:e(k corresponde a todos os outros efeitos nos espectros que não foram modelados (Rinnan et al., 2009).where: e (k corresponds to all other effects in the spectra that have not been modeled (Rinnan et al., 2009).

Remoção de outlier [0040] Outliers (ou anomalias) é o termo utilizado para designar amostras anômalas que podem estar presentes nos conjuntos de calibração e de validação, empregados na construção de modelos em calibração multivariada. Normalmente, essas amostras anômalas possuem comportamento diferente das demais amostras do conjunto de dados, e sua presença no conjunto de calibração pode resultar em modelos com baixa capacidade preditiva, ou seja, que produzem altos valores de erro em previsão (Naes and Martens, 1984; Valderrama, 2005).Outlier removal [0040] Outliers (or anomalies) is the term used to designate anomalous samples that may be present in the calibration and validation sets, used in the construction of models in multivariate calibration. Typically, these anomalous samples behave differently than other samples in the data set, and their presence in the calibration set can result in models with low predictive capacity, that is, that produce high error values in prediction (Naes and Martens, 1984; Valderrama, 2005).

[0041] No presente trabalho a identificação de outliers nos conjuntos de calibração e validação foi realizada seguindo as recomendações da norma E1655-05 da ASTM e de Martens e Naes (1984) (Tabela 2). Portanto, eles foram avaliados com base no leverage extremo, resíduos não modelados nos dados espectrais e resíduos não modelados na variável dependente. As[0041] In the present work, the identification of outliers in the calibration and validation sets was carried out following the recommendations of the standard A16M-05 of ASTM and of Martens and Naes (1984) (Table 2). Therefore, they were evaluated based on extreme leverage, residuals not modeled in the spectral data and residuals not modeled in the dependent variable. At

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 25/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 25/65

17/44 principais equações empregadas nos cálculos dos outliers no estão descritas na Tabela 2 (ASTM E1655-05, 2012; Valderrama, 2005).17/44 main equations used in the calculations of outliers are not described in Table 2 (ASTM E1655-05, 2012; Valderrama, 2005).

[0042] O leverage (Tabela 2) é a distância de uma amostra à média do centro do conjunto de dados. No caso de espectros NIR, trata-se de uma medida da similaridade de um dado espectro (perfil espectral) em relação aos demais espectros presentes na média. Sendo assim, amostras em elevados valores de leverage são potenciais outliers no conjunto de dados e podem ser eliminadas segundo um dado critério arbitrário (Naes, 1989).[0042] Leverage (Table 2) is the distance of a sample to the mean of the center of the data set. In the case of NIR spectra, it is a measure of the similarity of a given spectrum (spectral profile) in relation to the other spectra present in the mean. Therefore, samples with high leverage values are potential outliers in the data set and can be eliminated according to a given arbitrary criterion (Naes, 1989).

[0043] A identificação de anomalias em relação aos resíduos não modelados nos dados espectrais é obtida por comparação entre o desvio padrão residual total (s(ê)) e o desvio padrão residual de uma amostra i(s(ê()), definidos na Tabela 2. Se uma amostra apresentar s(ê() > 2s(ê)esta é removida do conjunto de calibração (Valderrama, 2005).[0043] The identification of anomalies in relation to the non-modeled residues in the spectral data is obtained by comparing the total residual standard deviation (s (ê)) and the residual standard deviation of a sample i (s (ê ( )), defined in Table 2. If a sample shows s (ê ( )> 2s (ê) it is removed from the calibration set (Valderrama, 2005).

[0044] Com relação aos resíduos não modelados na variável dependente, ou outliers são identificados através da comparação da raiz quadrada do erro médio da calibração (Root Mean Square Error of Calibration - RMSEC) com o erro absoluto daquela amostra (Tabela 2). Se a amostra apresentar erro absoluto (y( - y()maior do que (3 x RMSEC), esta é definida como sendo um outlier (Valderrama, 2005).[0044] Regarding residues not modeled on the dependent variable, or outliers are identified by comparing the square root of the mean calibration error (Root Mean Square Error of Calibration - RMSEC) with the absolute error of that sample (Table 2). If the sample shows an absolute error (y ( - y ( ) greater than (3 x RMSEC), it is defined as an outlier (Valderrama, 2005).

[0045] A remoção de outliers no conjunto de validação também é realizada através dos cálculos do leverage e dos resíduos não modelados nos dados espectrais, entretanto, além disso, pode ser realizado um teste que considera os resíduos não modelados da repetibilidade espectral de amostras com no mínimo três níveis de concentração com seis replicatas para cada nível. Este teste é baseado na raiz quadrada média dos resíduos espectrais (Root Mean Square Residuals - RMSSR), que, para uma amostra, é definida na Tabela 2. Se o valor da RMSSR de uma amostra de validação apresentar um valor maior do RMSSRlimit (Tabela 2), esta amostra deverá ser removida da conjunto de validação (Valderrama, 2005):[0045] The removal of outliers in the validation set is also performed through calculations of leverage and non-modeled residues in the spectral data, however, in addition, a test can be performed that considers the non-modeled residues of the spectral repeatability of samples with at least three levels of concentration with six replicates for each level. This test is based on the mean square root of the spectral residues (Root Mean Square Residuals - RMSSR), which, for a sample, is defined in Table 2. If the value of the RMSSR of a validation sample shows a higher value of the RMSSRlimit (Table 2), this sample must be removed from the validation set (Valderrama, 2005):

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 26/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 26/65

18/4418/44

Tabela 2: Equações empregadas nos cálculos dos outliersTable 2: Equations used in outlier calculations

Outliers Outliers Equação Equation Leverage Leverage hi = ti(T' T)_1tihi = ti (T 'T) _1 ti (12) (12) Resíduos não modelados (espectros) Unmodelated waste (spectra) S(B0 _ nJ — J — Amax(n, J) Σ i=1 S (B0 _ nJ - J - Amax (n, J) Σ i = 1 J Σ(χϋ —xi,j)2 h=1 J Σ (χ ϋ —x i, j ) 2 h = 1 (13) (13) Desvio padrão residual Residual standard deviation J S(e)2 = nJ — J— η,Ν X ' j = 1J S (e ' ) 2 = nJ - J— η, Ν X ' j = 1 (14) (14)

n—A —1 nn — A —1 n

e . yi)2 (15) e . y i ) 2 ( 15 )

Erro absoluto vs RMSECAbsolute error vs RMSEC

Erro abs (y — y() = 3 X RMSEC =Abs error (y - y ( ) = 3 X RMSEC =

Figure BR102017017235A2_D0001

RMSSR = JRMSSR = J

JJ

Xj)2 (34) Xj) 2 (34)

Amostras anômalas na validaçãoAnomalous samples in validation

X (16)X (16)

T são os escores de todas as amostras de calibração, t(é o vetor de escores de uma amostra em particular. _/é o número de variáveis espectrais e n é o número de amostras da calibração. VMSSfímax é o valor máximo observado para as amostras de calibração, VMSSRCflí(i)é a raiz quadrada da média dos resíduos espectrais para uma replicata de cada nível que são incluídas no conjunto de calibração e fíMSSfírepiy(í)é a raiz quadrada da média dos resíduos espectrais para a média de seis replicatas de cada nível que não estarão incluídas no conjunto de calibração (ASTM E1655-05, 2012; Valderrama, 2005).T are the scores for all calibration samples, t ( is the vector of scores for a particular sample. _ / Is the number of spectral variables and n is the number of samples in the calibration. VMSSfí max is the maximum observed value for calibration samples, VMSSR Cflí (i) is the square root of the mean of the spectral residues for a replicate of each level that are included in the calibration set and fíMSSfí repiy ( í) is the square root of the mean of the spectral residues for the mean of six replicates of each level that will not be included in the calibration set (ASTM E1655-05, 2012; Valderrama, 2005).

Validação dos ResultadosResults Validation

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 27/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 27/65

19/44 [0046] A proposição ou desenvolvimento de um método analítico requer obrigatoriamente uma criteriosa e sistemática avaliação do seu desempenho e robustez frente às condições nas quais será aplicado. A esse processo de adequação analítica no qual os requisitos especificados no método são adequados para um uso pretendido dá-se o nome de validação (VIM, 2008).19/44 [0046] The proposition or development of an analytical method necessarily requires a careful and systematic evaluation of its performance and robustness in the conditions in which it will be applied. This process of analytical adequacy in which the requirements specified in the method are suitable for an intended use is called validation (VIM, 2008).

[0047] A validação de um método analítico pode ser atestada através da determinação de parâmetros conhecidos como figuras de mérito (Lorber, 1986; Valderrama, 2005; Valderrama et al., 2009). Em Química Analítica as principais figuras de mérito comumente empregadas num processo de validação são: exatidão, precisão, sensibilidade, sensibilidade analítica, seletividade, razão sinal/ruído, limite de detecção, limite de quantificação, intervalos de confiança e testes para bias ou viés (Souza et al., 2016; Valderrama et al., 2009).[0047] The validation of an analytical method can be attested by determining parameters known as figures of merit (Lorber, 1986; Valderrama, 2005; Valderrama et al., 2009). In Analytical Chemistry, the main merit figures commonly used in a validation process are: accuracy, precision, sensitivity, analytical sensitivity, selectivity, signal / noise ratio, detection limit, quantification limit, confidence intervals and tests for bias or bias ( Souza et al., 2016; Valderrama et al., 2009).

[0048] A determinação de alguns desses parâmetros em modelos de calibração multivariada é estimada de maneira bastante similar aos métodos de calibração mutivariada. No entanto, essa similaridade não pode ser observada para parâmetros como intervalos de confiança ou incerteza, linearidade, sensibilidade, razão sinal/ruído e seletividade (Souza et al., 2016; Valderrama et al., 2009).[0048] The determination of some of these parameters in multivariate calibration models is estimated in a very similar way to the multivariate calibration methods. However, this similarity cannot be observed for parameters such as confidence intervals or uncertainty, linearity, sensitivity, signal / noise ratio and selectivity (Souza et al., 2016; Valderrama et al., 2009).

[0049] As figuras de mérito como a linearidade, sensibilidade, razão sinal/ruído e seletividade, somente podem ser estimadas mediante o cálculo do sinal analítico (Net Analyte Signal - NAS) para a propriedade de interesse a ser quantificada pelo método multivariado (Lorber et al., 1997; Valderrama et al., 2009). O NAS é a fração do sinal analítico relativo à propriedade que está medida pelo método multivariado “livre” do sinal dos demais compostos presentes na amostra (Lorberet al., 1997; Valderrama et al., 2009). De posse de um valor escalar que representa apenas o sinal do analito para i amostras de calibração, e não mais um espectro (vetor), é construído um modelo de regressão pseudo-univariada, por mínimos quadrados, entre o vetor contendo[0049] Figures of merit such as linearity, sensitivity, signal / noise ratio and selectivity, can only be estimated by calculating the analytical signal (Net Analyte Signal - NAS) for the property of interest to be quantified by the multivariate method (Lorber et al., 1997; Valderrama et al., 2009). The NAS is the fraction of the analytical signal related to the property that is measured by the “free” multivariate method of the signal of the other compounds present in the sample (Lorberet al., 1997; Valderrama et al., 2009). With a scalar value that represents only the analyte signal for i calibration samples, and no longer a spectrum (vector), a pseudo-univariate regression model, by least squares, is constructed between the vector containing

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 28/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 28/65

20/44 os valores de NAS e o vetor contendo os valores de y (Faber, 2000; Lorber et al., 1997; Valderrama, 2005).20/44 the NAS values and the vector containing the y values (Faber, 2000; Lorber et al., 1997; Valderrama, 2005).

[0050] Na literatura existem diversos trabalhos abordando aspectos teóricos à respeito de figuras de mérito em análise multivariada (Lorber, 1986) e aplicação de figuras de mérito em dados de espectroscopia NIR(Rambo et al., 2013; Souza et al., 2016; Valderrama et al., 2009). Especificamente em língua portuguesa, Valderrama e colaboradores (2009) publicaram um artigo sobre o estado da arte de figuras de mérito em calibração multivariada, que aborda aspectos práticos e teóricos de forma acessível. No caso específico do emprego de figuras de mérito na validação da espectroscopia NIR pata análise de solos, Bellon-Maurel e colaboradores (2010) publicaram um artigo que apresenta uma avaliação crítica sobre os indicadores de qualidade em modelos de calibração multivariada. No entanto, diversas figuras de mérito citadas anteriormente e a aplicação do NAS, não foram abordadas no referido trabalho.[0050] In the literature there are several works addressing theoretical aspects regarding figures of merit in multivariate analysis (Lorber, 1986) and application of figures of merit in NIR spectroscopy data (Rambo et al., 2013; Souza et al., 2016 ; Valderrama et al., 2009). Specifically in Portuguese, Valderrama et al. (2009) published an article on the state of the art of figures of merit in multivariate calibration, which addresses practical and theoretical aspects in an accessible way. In the specific case of the use of figures of merit in the validation of NIR spectroscopy for soil analysis, Bellon-Maurel and collaborators (2010) published an article that presents a critical assessment of quality indicators in multivariate calibration models. However, several figures of merit mentioned above and the application of the NAS, were not addressed in that work.

[0051] Um detalhamento da validação da metodologia analítica empregada na presente solicitação de patente pode ser encontrada no artigo publicado por um de seus autores na seguinte referência: (Souza et al., 2016).[0051] A detail of the validation of the analytical methodology employed in the present patent application can be found in the article published by one of its authors in the following reference: (Souza et al., 2016).

[0052] No que se refere às referências patentárias, cabe salientar que, até o presente momento, o termo “Near Infrared Spectroscopy” aparece como tópico em 2599 patentes inseridas na base de dados Derwent Innovations Index. Desse total, 29 documentos possuem o termo “Soil”.[0052] Regarding patent references, it should be noted that, until now, the term “Near Infrared Spectroscopy” appears as a topic in 2599 patents inserted in the Derwent Innovations Index database. Of this total, 29 documents have the term “Soil”.

[0053] Hubert e seus colaboradores depositaram uma patente descrevendo a invenção de um método de análise de dados espectrais para a seleção de um modelo de calibração. Nesse método os espectros de uma dada substância são relacionados com um parâmetro físico ou químico da substância, em uma faixa predeterminada de concentração desse parâmetro, seguindo os seguintes passos: a) os dados espectrais de uma substância foram capturados e relacionados com seus respectivos parâmetros físico-químicos em um dado intervalo de concentração; b) diversos modelos de calibração foram criados[0053] Hubert and his collaborators filed a patent describing the invention of a method for analyzing spectral data for the selection of a calibration model. In this method the spectra of a given substance are related to a physical or chemical parameter of the substance, in a predetermined range of concentration of that parameter, following the following steps: a) the spectral data of a substance were captured and related to its respective physical parameters - chemicals in a given concentration range; b) several calibration models were created

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 29/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 29/65

21/44 usando os dados espectrais e os parâmetros físico-químicos empregando reamostragem; c) foram calculados os intervalos de tolerância para cada nível de referência e modelo de calibração e; d) foram exibidos os intervalos de tolerância em cada um dos níveis de referência sobre o intervalo predeterminado para cada modelo de calibração. Desta forma, foi proposta uma possibilidade de análise de dados espectrais visando uma seleção automatizada de calibração.21/44 using spectral data and physical-chemical parameters using resampling; c) the tolerance intervals for each reference level and calibration model were calculated and; d) the tolerance intervals were displayed at each of the reference levels over the predetermined interval for each calibration model. In this way, a possibility of spectral data analysis was proposed aiming at an automated selection of calibration.

[0054] A Universidade Jiliang China depositou também algumas patentes sobre espectroscopia de infravermelho próximo, dentre as quais podem ser citadas:[0054] Jiliang China University has also filed some patents on near infrared spectroscopy, among which can be cited:

- CN106096656, publicado em 09/11/2016, que descreve um Método de análise de espectroscopia de infravermelho próximo do solo, baseado em representação escassa e técnica de rede neural BP;- CN106096656, published on 11/09/2016, which describes a method of analysis of infrared spectroscopy close to the ground, based on scarce representation and BP neural network technique;

- CN205157419, publicado em 13/04/2016, que descreve um Dispositivo de detecção de nutrientes do solo com base em espectroscopia de infravermelho próximo;- CN205157419, published on 04/13/2016, which describes a soil nutrient detection device based on near infrared spectroscopy;

- CN20515741, publicado em 10/02/2016, que descreve umDispositivo de detecção de nutrientes do solo com base em espectroscopia de infravermelho próximo do visível;- CN20515741, published on 10/02/2016, which describes a device for the detection of soil nutrients based on near-visible infrared spectroscopy;

- CN105319172, publicado em 10/02/2016, que descreve umDispositivo de detecção de nutrientes do solo com base em espectroscopia de infravermelho próximo do visível;- CN105319172, published on 10/02/2016, which describes a device for detecting soil nutrients based on near-visible infrared spectroscopy;

- CN204832023, publicado em 02/12/2015, que descreve um Dispositivo de detecção rápida da umidade do solo com base na espectroscopia do infravermelho próximo;- CN204832023, published on 02/12/2015, which describes a Device for rapid detection of soil moisture based on near infrared spectroscopy;

- CN204630922, publicado em 09/09/2005, que descreve um Sistema orgânico de detecção de matéria orgânica e de umidade baseada na técnica de espectroscopia de infravermelho próximo.- CN204630922, published on 09/09/2005, which describes an organic system for the detection of organic matter and moisture based on the technique of near infrared spectroscopy.

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 30/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 30/65

22/44 [0055] Destacamos dos documentos relacionados alguns a serem particularmente citados, como o documento CN106124449-A, de Wang R. e outros, que descreve um processo para analisar e prever a profundidade do solo por espectroscopia do infravermelho próximo envolvendo a obtenção de amostras de treinamento e pré-processamento, realização de espectrometria, aquisição de dados espectroscópicos, construção de modelo de predição e escaneamento de amostras de solo.22/44 [0055] We highlight from the related documents some to be particularly cited, such as the document CN106124449-A, by Wang R. and others, which describes a process for analyzing and predicting the depth of the ground by near infrared spectroscopy involving obtaining of training and pre-processing samples, performing spectrometry, acquiring spectroscopic data, building a prediction model and scanning soil samples.

[0056] O documento CN105784629-A, de Huang e outros, descreve a Detecção de uma relação isotópica de carbono estável do solo, ou seja, valor de carbono delta-13 usando espectroscopia de infravermelho médio, envolvendo a obtenção de espectros originais e o estabelecimento de relação quantitativa entre os espectros tratados e a relação isotópica do carbono estável.[0056] The document CN105784629-A, by Huang et al., Describes the Detection of a stable carbon isotopic relationship of the soil, that is, delta-13 carbon value using medium infrared spectroscopy, involving the acquisition of original spectra and the establishment of a quantitative relationship between the treated spectra and the stable carbon isotopic relationship.

[0057] O documento CN105699314-A, de Kang H. e outros, descreve um Método para detectar a relação isotópica de carbono estável usando a espectroscopia do meio do infravermelho, envolvendo o estabelecimento de um modelo de relação quantitativa de acordo com uma relação isotópica de carbono estável de amostras de solo calibradas.[0057] The document CN105699314-A, by Kang H. et al., Describes a Method to detect the stable carbon isotopic relationship using infrared spectroscopy, involving the establishment of a quantitative relationship model according to an isotopic relationship. stable carbon content of calibrated soil samples.

[0058] O documento CN105486663-A, de Kang H. e outros, descreve um dispositivo de detecção de nutrientes do solo baseado em tecnologia de espectroscopia visível e de infravermelho próximo, possuindo uma sonda de fibra óptica conectada com o controlador através do espectrógrafo e módulo GPS e módulo LCD conectado ao controlador.[0058] Document CN105486663-A, by Kang H. et al., Describes a soil nutrient detection device based on visible and near infrared spectroscopy technology, having a fiber optic probe connected to the controller through the spectrograph and GPS module and LCD module connected to the controller.

[0059] O documento WO2011051166-A1, de Janik LJ e outros, estendido a vários países, descreve um Dispositivo para determinação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em geral. O solo compreende uma unidade para expor a amostra da espectroscopia de infravermelho de reflexão difusa, e unidade de detecção para gravação de parâmetro espectroscópico de amostra e unidade de computação.[0059] Document WO2011051166-A1, by Janik LJ and others, extended to several countries, describes a Device for determining polycyclic aromatic hydrocarbons in general. The ground comprises a unit for exposing the sample of diffuse reflection infrared spectroscopy, and a detection unit for recording spectroscopic parameter of sample and computing unit.

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 31/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 31/65

23/44 [0060] Os métodos clássicos por via úmidasão os mais utilizados para análises físico-química da fertilidade do solo. Os mesmos incorporam produtos e processos empregados pelo homem da técnica, sendo que, em termos de processo, cabe citar que, os métodos para análise química de amostras de solo, envolvem 3 (três) etapas principais:23/44 [0060] The classic wet methods are the most used for physical-chemical analysis of soil fertility. They incorporate products and processes employed by the man of the art, and in terms of process, it is worth mentioning that the methods for chemical analysis of soil samples involve 3 (three) main steps:

- Preparo da amostra: secar, destorroar, passar pela primeira malha de 2 mm e retirar a quantidade de amostra (volume ou peso) específica para análise de cada atributo de interesse, conforme o Manual de Métodos;- Preparation of the sample: dry, remove, pass through the first 2 mm mesh and remove the amount of sample (volume or weight) specific for analysis of each attribute of interest, according to the Methods Manual;

- Extração: adicionar solução extratora (reagente química) e;- Extraction: add extracting solution (chemical reagent) and;

- Determinação Analítica: análise da amostra por diversos métodos, como Espectrometria de Absorção Atômica com Chama (FAAS), Espectrometria de Emissão Ótica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES), Colorimetria, Titulometria, dentre outros.- Analytical Determination: sample analysis by several methods, such as Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS), Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES), Colorimetry, Titulometry, among others.

[0061] Os métodos clássicos mais difundidos para análise física (granulometria) do solo baseiam-se na aplicação de pré-tratamentos para remoção de agentes cimentantes e floculantes; dispersão da amostra de solo mediante o uso de uma combinação de processos químicos e desagregação mecânica; e quantificação das frações do solo por peneiramento, para as frações de areia grossa e areia fina, e por sedimentação, para as frações silte e argila.[0061] The most widespread classic methods for physical analysis (granulometry) of the soil are based on the application of pre-treatments to remove cementing and flocculating agents; dispersion of the soil sample through the use of a combination of chemical processes and mechanical breakdown; and quantification of soil fractions by sieving, for coarse and fine sand fractions, and by sedimentation, for silt and clay fractions.

[0062] Em que pese as tecnologias conhecidas atualmente, incluindo as referências patentárias citadas, no que se refere aos produtos disponíveis no mercado, podem ser destacados os espectrofotômetos de infravermelho próximos (NIR), os quais possuem aplicações generalizadas para qualquer tipo de matriz ou amostra. Esses instrumentos podem ser classificados, de acordo com o sistema óptico de análise, em interferométricos e dispersivos. Os instrumentos interferométricos são aqueles que fazem uso de transformada de Fourier para realizar as medições espectroscópicas e gerar o espectro de infravermelho. Os equipamentos dispersivos fazem uso de grades de difração[0062] In spite of currently known technologies, including the cited patent references, with regard to products available on the market, nearby infrared spectrophotometers (NIR) can be highlighted, which have generalized applications for any type of matrix or sample. These instruments can be classified, according to the optical analysis system, into interferometric and dispersive. Interferometric instruments are those that use the Fourier transform to perform spectroscopic measurements and generate the infrared spectrum. Dispersive equipment makes use of diffraction grids

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24/44 para realizar tais medições. No mercado existem equipamentos comerciais de ambas as classes.24/44 to perform such measurements. Commercial equipment of both classes is available on the market.

[0063] O sistema de aquisição dos espectros (análise) de sólidos pode apresentar pelo menos 3 (três) tipos de design: fixo, giratório ou translacional. No caso de sistemas fixos, os espectros são adquiridos num único ponto da amostra. Nos sistemas giratórios, normalmente a amostra é analisada em um suporte semelhante a uma placa de petri com diâmetros que variam de 10 mm a 90 mm. Nesse caso, um sistema giratório (chamado spinner em inglês) faz com que a amostra gire continuamente durante todo o processo de aquisição dos espectros. Ao final da varredura é gerado um espectro que é a média de todos os espectros adquiridos durante a varredura da amostra. O sistema translacional pode funcionar de forma similar ao rotacional, entretanto, os suportes costumam ser retangulares. Normalmente, o suporte da amostra sofre translação e um espectro é adquirido a um dado número fixo de pontos. Ao final do processo é obtido um espectro que representa a média de todos os pontos analisados na amostra. Esses equipamentos analisam amostras sólidas na forma de pó ou grão no modo de refletância difusa, e apenas uma amostra pode ser analisada por vez.[0063] The system of acquisition of spectra (analysis) of solids can present at least 3 (three) types of design: fixed, rotating or translational. In the case of fixed systems, spectra are acquired at a single point in the sample. In rotating systems, the sample is usually analyzed on a support similar to a petri dish with diameters ranging from 10 mm to 90 mm. In this case, a rotating system (called a spinner in English) causes the sample to rotate continuously throughout the process of spectra acquisition. At the end of the scan, a spectrum is generated which is the average of all spectra acquired during the sample scan. The translational system can work in a similar way to the rotational one, however, the supports are usually rectangular. Normally, the sample holder undergoes translation and a spectrum is acquired at a given fixed number of points. At the end of the process, a spectrum is obtained that represents the average of all the points analyzed in the sample. These devices analyze solid samples in the form of dust or grain in diffuse reflectance mode, and only one sample can be analyzed at a time.

[0064] Os sistemas de aquisição de amostras apresentados acima podem analisar a amostra por baixo ou por cima, ou seja, a localização do feixe de radiação infravermelha pode estar abaixo ou acima dos portadores de amostras. No caso de equipamentos que fazem a leitura por baixo dos portadores de amostra, o caminho ótico ou a distância entre o feixe e a amostra é facilmente mantido constante, pois a superfície dos portadores de amostras, normalmente de quartzo ou de vidro, funciona como fronteira entre a amostra e o feixe de radiação. No entanto, os espectrofotômetros comerciais que fazem a aquisição do espectro por cima da amostra, o detector é fixo e a distância entre o feixe e a amostra pode variar em função da quantidade de amostra colocada no portador de amostras e da irregularidade na superfície da amostra quando disposta no recipiente.[0064] The sample acquisition systems presented above can analyze the sample from below or from above, that is, the location of the infrared radiation beam may be below or above the sample carriers. In the case of equipment that reads below the sample holders, the optical path or distance between the beam and the sample is easily kept constant, as the surface of the sample holders, usually quartz or glass, acts as a border between the sample and the radiation beam. However, in commercial spectrophotometers that acquire the spectrum over the sample, the detector is fixed and the distance between the beam and the sample can vary depending on the amount of sample placed in the sample holder and the irregularity on the sample surface. when arranged in the container.

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INCONVENIENTES DOS PRODUTOS E/OU PROCESSOS DO ESTADO DA TÉCNICA [0065] Em geral, os métodos atuais para análise físico-química da fertilidade do solo exigem vários testes distintos para analisar diferentes características do solo, são trabalhosos, podem levar um tempo significativo para sua execução, demandam um número expressivo de mão-de-obra especializada, fazem uso de diversos reagentes químicos e produzem resíduos que podem gerar impactos ambientais negativos.INCONVENIENTS OF THE PRODUCTS AND / OR PROCESSES OF THE STATE OF THE TECHNIQUE [0065] In general, current methods for physical-chemical analysis of soil fertility require several different tests to analyze different characteristics of the soil, are laborious, can take a significant time for their execution, demand an expressive number of specialized labor, make use of several chemical reagents and produce residues that can generate negative environmental impacts.

[0066] No caso da análise de Carbono Orgânico Total (COT) no solo, os laboratórios de análises usualmente empregam o método Walkley & Black, que é baseado na oxidação das formas de carbono por dicromato (Cr2O72-). Além do alto custo e tempo elevado na aquisição dos dados para determinação do carbono orgânico por este método, é utilizado um reagente tóxico na análise que, ao final do processo, gera um resíduo químico altamente danoso ao meio ambiente e à saúde humana.[0066] In the case of Total Organic Carbon (TOC) analysis in the soil, the analysis laboratories usually employ the Walkley & Black method, which is based on the oxidation of carbon forms by dichromate (Cr2O7 2- ). In addition to the high cost and high time in the acquisition of data for determining organic carbon by this method, a toxic reagent is used in the analysis, which, at the end of the process, generates a chemical residue highly harmful to the environment and human health.

[0067] Vale destacar que a complexidade nas metodologias oficiais para análise de solo está relacionada com as diversas etapas para realização do ensaio. Por conseqüência, para um laboratório garantir a qualidade do resultado da análise é necessário a implantação de diversos controles no seu processo, pois cada etapa contribui para a incerteza final do resultado. Além disso, é de extrema importância observar a qualidade da água e de reagentes utilizados no ensaio, possuir um plano de manutenção preventiva e calibração de equipamentos e investir constantemente na capacitação de seus colaboradores. É desejável que os laboratórios busquem a implantação de sistemas de gestão de qualidade, a exemplo da ISO/IEC 17.025, como forma de aprimorar o controle do processo e qualidade da análise.[0067] It is worth noting that the complexity in the official methodologies for soil analysis is related to the various stages for carrying out the test. Consequently, for a laboratory to guarantee the quality of the analysis result, it is necessary to implement several controls in its process, as each step contributes to the final uncertainty of the result. In addition, it is extremely important to observe the quality of the water and reagents used in the test, to have a preventive maintenance plan and equipment calibration and to constantly invest in the training of its employees. It is desirable that laboratories seek to implement quality management systems, such as ISO / IEC 17.025, as a way to improve process control and analysis quality.

[0068] Outro ponto importante que deve ser considerado é que, na grande maioria das vezes, a capacidade analítica do laboratório de solos está diretamente relacionada com a quantidade de recursos humanos empregados[0068] Another important point that must be considered is that, in most cases, the analytical capacity of the soil laboratory is directly related to the amount of human resources employed

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26/44 no processo. Além disso, a demanda por análises de solo na agricultura é sazonal, ou seja, existem períodos do ano em que a demanda por análise é intensa, em detrimento de outros períodos. Portanto, é uma tarefa muito difícil aos laboratórios dimensionar adequadamente sua capacidade analítica e alocar os recursos adequados para isto, uma vez que quando subdimensionada a capacidade analítica, o laboratório pode deixar de atender o mercado e reduzir seu potencial de faturamento, ao passo que se alocar muitos recursos e por alguma nuance de mercado não chegarem amostras, o prejuízo pode ser muito grande.26/44 in the process. In addition, the demand for soil analysis in agriculture is seasonal, that is, there are periods of the year when the demand for analysis is intense, to the detriment of other periods. Therefore, it is a very difficult task for laboratories to adequately size their analytical capacity and allocate the appropriate resources for this, since when the analytical capacity is undersized, the laboratory may fail to serve the market and reduce its billing potential, while allocate many resources and due to some market nuance there are no samples, the loss can be very great.

[0069] Todos estes fatores contribuem para dificultar a implantação e operação com qualidade de laboratórios de análises de solo em regiões remotas com um pólos agrícolas, onde a disponibilidade de mão-de-obra especializada e de fornecedores de insumos reagentes é limitada; a qualidade de água muitas vezes não é adequada para utilização no ensaio; o acesso a prestadores de serviços de manutenção e calibração de equipamentos é escasso.[0069] All of these factors contribute to hamper the implementation and quality operation of soil analysis laboratories in remote regions with an agricultural pole, where the availability of specialized labor and suppliers of reagent inputs is limited; the water quality is often not suitable for use in the test; access to service providers for equipment maintenance and calibration is scarce.

[0070] No que tange aos espectrofotômetros NIR disponíveis no mercado atual, cabe informar que, nenhum espectrofotômetro de infravermelho próximo (NIR) de bancada de conhecimento dos afeitos à matéria, possui uma solução dedicada à análise de solos, com uma plataforma digital associada, baseada em nuvem (web), para previsão e disponibilização de resultados. Em geral, esses equipamentos possuem softwares complexos para construção de modelos de calibração que exigem constante intervenção dos analistas, sendo que é recorrente a falta de mão-de-obra especializada para tratamento multivariado de dados. Estes softwares possuem recursos limitados para a realização dos cálculos e análises exploratórias exigidos em calibração multivariada; são sistemas muito pouco intuitivos, possibilitando que o analista cometa erros grosseiros que podem comprometer a qualidade dos resultados.[0070] Regarding the NIR spectrophotometers available in the current market, it is worth mentioning that no near infrared spectrophotometer (NIR) with a knowledge bench dedicated to the matter, has a solution dedicated to soil analysis, with an associated digital platform, cloud-based (web), for forecasting and making results available. In general, this equipment has complex software for the construction of calibration models that require constant intervention by analysts, and the lack of specialized labor for multivariate data processing is recurrent. These software have limited resources for carrying out the calculations and exploratory analyzes required in multivariate calibration; these systems are not very intuitive, allowing the analyst to make gross errors that can compromise the quality of the results.

[0071] No que diz respeito à modelagem dos dados, os serviços prestados comercialmente, na maioria das vezes pelas próprias empresas que vendem os[0071] With regard to data modeling, services provided commercially, most often by the companies that sell the products themselves

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27/44 equipamentos NIR, se resume a oferecer aos clientes as chamadas “curvas de calibração” pré-prontas. Esse tipo de abordagem é extremamente desaconselhado tecnicamente, pois qualquer variação na composição das matrizes pode afetar gravemente o modelo de calibração causando erros sistemáticos e prejudicando a exatidão das análises. Em alguns casos, essas empresas oferecem um serviço de recalibração dos modelos embutidos no sistema utilizando dados do cliente. No entanto, esse serviço é fornecido de forma pouco eficiente por não possuírem uma solução sistematizada de software ou plataforma digital, para tratamento multivariado de dados. Normalmente essas empresas enviam os dados para especialistas lotados em suas matrizes, localizadas principalmente na Europa e Estados Unidos, para que a recalibração seja realizada. Cabe ressaltar que esse tipo de abordagem tem contribuído negativamente para a popularização, aceitação e entendimento da espectroscopia NIR para análise de solos e outras matrizes.27/44 NIR equipment, is limited to offering customers the so-called “ready-made calibration curves”. This type of approach is highly technically discouraged, as any variation in the matrix composition can seriously affect the calibration model causing systematic errors and impairing the accuracy of the analyzes. In some cases, these companies offer a service of recalibration of models embedded in the system using customer data. However, this service is provided inefficiently because it does not have a systematized software solution or digital platform for multivariate data processing. Typically, these companies send the data to specialists based in their headquarters, located mainly in Europe and the United States, for recalibration to be performed. It should be noted that this type of approach has contributed negatively to the popularization, acceptance and understanding of NIR spectroscopy for soil analysis and other matrices.

[0072] Outro inconveniente inerente aos instrumentos de infravermelho disponíveis no mercado, é que eles permitem a análise de apenas uma amostra por vez. Considerando o alto investimento para aquisição de um espectrofotômetro infravermelho comercial e, em geral, o baixo valor agregado dos serviços de análise de solo, se o equipamento NIR não tiver um alto desempenho operacional, torna-se inviável sua aplicação em rotinas de análise de solos.[0072] Another drawback inherent in the infrared instruments available on the market, is that they allow the analysis of only one sample at a time. Considering the high investment for the acquisition of a commercial infrared spectrophotometer and, in general, the low added value of soil analysis services, if the NIR equipment does not have a high operational performance, its application in soil analysis routines is not viable .

DA SOLUÇÃO INVENTIVA DO MÉTODO DA INVENÇÃO EM RELAÇÃO AO ESTADO DA TÉCNICA [0073] A nova tecnologia dedicada às análises químicas e físicas da fertilidade do solo por espectroscopia Vis-NIR (denominada SpecSolo) simplifica muito o procedimento analítico, limitando-se a apenas duas etapas:THE INVENTIVE SOLUTION OF THE INVENTION METHOD IN RELATION TO THE STATE OF THE TECHNIQUE [0073] The new technology dedicated to chemical and physical analyzes of soil fertility by Vis-NIR spectroscopy (called SpecSolo) greatly simplifies the analytical procedure, limiting itself to just two phases:

- Preparo da amostra: secar, destorroar, passar pela primeira malha 2 mm e transferir a quantidade de amostra de solo suficiente para cobrir o fundo do recipiente de amostra (copinho plástico), aproximadamente 150g;- Sample preparation: dry, remove, pass through the first 2 mm mesh and transfer the amount of soil sample sufficient to cover the bottom of the sample container (plastic cup), approximately 150g;

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- Determinação Analítica: coleta do espectro da amostra com o espectrofotômetro Vis-NIR da invenção, que envia automaticamente a informação para um banco de dados hospedado nas nuvens, onde ficam armazenados os modelos de calibração (modelos matemáticos), que vão produzir os resultados analíticos e disponibilizar para consulta no portal, em menos de 30 (trinta) segundos. Tem ainda a vantagem de analisar diferentes atributos do solo com apenas uma leitura espectral: dezenas de parâmetros de fertilidade do solo podem ser analisados simultaneamente de forma não destrutiva, rápida e econômica.- Analytical Determination: collection of the sample spectrum with the Vis-NIR spectrophotometer of the invention, which automatically sends the information to a database hosted in the clouds, where the calibration models (mathematical models) are stored, which will produce the analytical results and make it available for consultation on the portal, in less than 30 (thirty) seconds. It also has the advantage of analyzing different soil attributes with just one spectral reading: dozens of soil fertility parameters can be analyzed simultaneously in a non-destructive, fast and economical way.

[0074] Os controles necessários para avaliar o correto funcionamento do espectrofotômetro Vis-NIR e garantir a qualidade do resultado analítico são feitos através do uso de um padrão branco de referência (Spectralon), com reflexão conhecida por volta de 0,99 através do espectro visível, e de uma amostra padrão de solo, com resultados analíticos conhecidos. Antes de iniciar o processo de análise das amostras de solo na bandeja, o espectrofotômetro precisa ser calibrado através da leitura do Spectralon. Esta calibração tem o objetivo de equalizar os feixes de energia, dentro de um limite de 0 a 100%. Se aprovada a leitura do Spectralon, o amostrador automático (autosampler) parte para a leitura do segundo controle, que é a amostra padrão de solo. O resultado analítico da amostra padrão é previsto no banco de dados e avaliado através da Carta Controle online. Apenas se aprovado o espectro da amostra padrão o equipamento prossegue com a análise de toda a bandeja.[0074] The controls necessary to assess the correct functioning of the Vis-NIR spectrophotometer and guarantee the quality of the analytical result are made through the use of a white reference standard (Spectralon), with known reflection around 0.99 across the spectrum visible, and a standard soil sample, with known analytical results. Before starting the process of analyzing soil samples in the tray, the spectrophotometer needs to be calibrated by reading Spectralon. This calibration aims to equalize the energy bundles, within a limit of 0 to 100%. If the Spectralon reading is approved, the autosampler will start reading the second control, which is the standard soil sample. The analytical result of the standard sample is predicted in the database and evaluated using the online Control Chart. Only if the standard sample spectrum is approved does the equipment proceed with the analysis of the entire tray.

[0075] Assim, a solução apresentada democratiza a realização e o acesso à tecnologia de análise de solos, pois: (i) dispensa a necessidade de mão-deobra especializada no processo; (ii) reduz significativamente o custo operacional da análise, possibilitando uma redução do preço final do serviço, permitindo ao agricultor intensificar o número de amostras coletadas à campo objetivando maior representatividade e melhor conhecimento da área de produção; (iii) diminui o tempo de determinação analítica para menos de 30 (trinta) segundos, o que vai ao encontro das demandas de mercado por[0075] Thus, the solution presented democratizes the realization and access to soil analysis technology, as it: (i) eliminates the need for specialized labor in the process; (ii) significantly reduces the operational cost of the analysis, enabling a reduction in the final price of the service, allowing the farmer to intensify the number of samples collected in the field, aiming at greater representativeness and better knowledge of the production area; (iii) reduces the analytical determination time to less than 30 (thirty) seconds, which meets the market demands for

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29/44 informações mais rápidas e precisas; (iv) padronização do processo analítico, conferindo maior repetibilidade e qualidade nos resultados de análise; (v) possibilidade de implantação em áreas remotas, como em polos agrícolas, promovendo um maior acesso dos produtores rurais ao uso da tecnologia de análise, ainda com o benefício de facilitar a logística e diminuir o tempo de envio das amostras ao laboratório; (vi) dispensando o uso de reagentes químicos que geram resíduos tóxicos altamente danosos ao meio ambiente e à saúde humana, além de desburocratizar o processo de implantação de laboratórios de análise de solo por não necessitar manipulação de produtos perigosos e o descarte controlado de resíduos.29/44 faster and more accurate information; (iv) standardization of the analytical process, providing greater repeatability and quality in the analysis results; (v) the possibility of implantation in remote areas, such as in agricultural centers, promoting greater access by rural producers to the use of analysis technology, still with the benefit of facilitating logistics and reducing the time for sending samples to the laboratory; (vi) eliminating the use of chemical reagents that generate toxic waste highly harmful to the environment and human health, in addition to reducing the bureaucracy in the process of implementing soil analysis laboratories, as it does not require the handling of hazardous products and the controlled disposal of waste.

[0076] Outro diferencial da tecnologia da invenção é a alta eficiência operacional e baixa demanda por mão-de-obra dedicada no processo, possibilitando sua aplicação em rotinas de larga escala. Como o modelo de cobrança para uso da tecnologia da invenção é por amostra analisada (por “click”), o custo fixo para manutenção da estrutura analítica laboratorial será drasticamente reduzido, passando a ter principalmente custo variável (quando realizar a análise). Dessa forma, todo trabalho para planejamento da capacidade analítica do laboratório para atender as sazonalidades intrínsecas do mercado agrícola vai desaparecer, uma vez que a tecnologia permite com um número reduzido de funcionários ser capaz de produzir grandes volumes de amostras de solo por dia.[0076] Another differential of the technology of the invention is the high operational efficiency and low demand for dedicated labor in the process, enabling its application in large-scale routines. As the charging model for the use of the technology of the invention is per sample analyzed (by "click"), the fixed cost for maintaining the laboratory analytical structure will be drastically reduced, starting to have mainly variable cost (when performing the analysis). In this way, all work to plan the laboratory's analytical capacity to meet the intrinsic seasonality of the agricultural market will disappear, since the technology allows a small number of employees to be able to produce large volumes of soil samples per day.

[0077] Considerando a determinação de Carbono Orgânico Total (COT) no solo ser uma análise de rotina nos laboratórios agronômicos e a crescente demanda por este tipo análise em função de iniciativas globais para monitoramento da quantidade de carbono no solo com programas de Agricultura de Baixo Carbono, faz-se necessário o desenvolvimento de novas tecnologias analíticas de alto rendimento e que não baseadas na oxidação por dicromato. O IPCC Intergovernmental Panelon Climate Change, reconhece a análise de Carbono Orgânico Total no solo pelo método de combustão à seco utilizando um analisador elementar CHN. No entanto, este método além de muito custoso[0077] Considering the determination of Total Organic Carbon (TOC) in the soil to be a routine analysis in agronomic laboratories and the growing demand for this type of analysis due to global initiatives to monitor the amount of carbon in the soil with Low-Level Agriculture programs Carbon, it is necessary to develop new high-performance analytical technologies that are not based on dichromate oxidation. The IPCC Intergovernmental Panelon Climate Change, recognizes the analysis of Total Organic Carbon in the soil by the dry combustion method using an elemental CHN analyzer. However, this method is not only very expensive

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 38/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 38/65

30/44 não possui um rendimento adequado para aplicação em rotinas laboratoriais objetivando atender as demandas de mercado. Por esse motivo, nova tecnologia aqui apresentada para análise de solo por espectroscopia Vis-NIR torna-se ainda mais relevante.30/44 does not have an adequate yield for application in laboratory routines in order to meet market demands. For this reason, new technology presented here for soil analysis by Vis-NIR spectroscopy becomes even more relevant.

[0078] Segundo a Agência de Substâncias Tóxicas e Registros de Doenças (Agency for Toxic Substances and Disease Registry - ATSDR), situada em Atlanta, EUA, o cromo é um elemento natural em plantas, rochas, solos e está presente em diferentes formas (Cr(0), Cr(III) e Cr(VI), sendo o Cr(III)) de ocorrência natural e Cr(0) e (VI) geralmente resultados de processos industriais, encontrando-se o cromo hexavalente em 18° na lista de prioridades de substâncias perigosas publicada em 2007 (ATSDR, 2010).[0078] According to the Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR), located in Atlanta, USA, chromium is a natural element in plants, rocks, soils and is present in different forms ( Cr (0), Cr (III) and Cr (VI), Cr (III) being naturally occurring and Cr (0) and (VI) generally results from industrial processes, with hexavalent chromium at 18 ° in the priority list of dangerous substances published in 2007 (ATSDR, 2010).

[0079] De acordo com a NBR 10.004, da Associação Brasileira de Normas Técnicas, os resíduos contendo cromo (VI) são classificados como perigosos, ou Classe I (ABNT, 2004) e necessitam de formas apropriadas para transporte e acondicionamento.[0079] According to NBR 10.004, of the Brazilian Association of Technical Standards, the wastes containing chromium (VI) are classified as hazardous, or Class I (ABNT, 2004) and require appropriate forms for transport and packaging.

[0080] Não existe nenhum dado oficial que confirme esta informação, mas considerando a estimativa da Embrapa Solos que no Brasil são realizados pelo menos 4 (quatro) milhões de análises de solos; que o método Walkley & Black estabelece para análise de COT o uso de 10mL dicromato de potássio + 10mL ácido sulfúrico concentrado + 200mL de água destilada + 10mL ácido fosfórico concentrado (Total de Solução contendo Cromo (VI) utilizado por amostra: 240mL); a análise de COT é uma análise básica de rotina, sendo demandada em todos os serviços analíticos; portanto, pelo menos 900.000 litros de solução contendo Cromo (VI) são gerados no Brasil oriundos de análise de solos.[0080] There is no official data to confirm this information, but considering the estimate by Embrapa Solos that in Brazil at least 4 (four) million soil analyzes are performed; that the Walkley & Black method establishes for the TOC analysis the use of 10mL potassium dichromate + 10mL concentrated sulfuric acid + 200mL of distilled water + 10mL concentrated phosphoric acid (Total Solution containing Chromium (VI) used per sample: 240mL); COT analysis is a basic routine analysis, being required in all analytical services; therefore, at least 900,000 liters of solution containing Chromium (VI) are generated in Brazil from soil analysis.

DA SOLUÇÃO INVENTIVA DO PRODUTO DA INVENÇÃO EM RELAÇÃO AO ESTADO DA TÉCNICA - COMO SOLUCIONA OS INCONVENIENTES RELACIONADOS [0081] O grande referencial inovativo do espectrofotômetro Vis-NIR automatizado, denominado SpecSolo-Scan, é o fato de ele ter sidoTHE INVENTIVE SOLUTION OF THE PRODUCT OF THE INVENTION IN RELATION TO THE STATE OF THE TECHNIQUE - HOW IT SOLVES THE RELATED INCONVENIENTS [0081] The great innovative reference of the automated Vis-NIR spectrophotometer, called SpecSolo-Scan, is the fact that it has been

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 39/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 39/65

31/44 desenvolvido customizado para análise de fertilidade de solos em rotinas de larga escala. Possui bandeja com capacidade para acomodar 40 (quarenta) amostras de solo por vez e amostrador automático (autosampler) para análise seqüencial das amostras. O equipamento pode também ser associado a uma esteira que carrega as amostras, como alternativa à bandeja de 40 (quarenta) amostras.31/44 custom developed for soil fertility analysis in large-scale routines. It has a tray with the capacity to accommodate 40 (forty) soil samples at a time and an automatic sampler (autosampler) for sequential analysis of the samples. The equipment can also be associated with a conveyor that carries the samples, as an alternative to the 40 (forty) sample tray.

[0082] O sistema de aquisição de espectros do espectrofotômetro SpecSoloScan da invenção é feito por cima da amostra, ou seja, o feixe de radiação infravermelha fica acoplado no autosampler acima dos portadores de amostras (copo/recipiente de análise). Além disso, o autosampler é equipado com um sensor de altura que se ajusta em função da quantidade de amostra colocada no recipiente, garantindo que o caminho ótico, ou a distância entre o feixe e a amostra, seja sempre o mesmo entre amostras, padronizando e melhorando a qualidade da coleta de espectros e, por consequência, a robustez do modelo e a qualidade do resultado.[0082] The spectrum acquisition system of the SpecSoloScan spectrophotometer of the invention is made on top of the sample, that is, the infrared radiation beam is coupled to the autosampler above the sample holders (glass / analysis vessel). In addition, the autosampler is equipped with a height sensor that adjusts according to the amount of sample placed in the container, ensuring that the optical path, or the distance between the beam and the sample, is always the same between samples, standardizing and improving the quality of spectra collection and, consequently, the robustness of the model and the quality of the result.

[0083] A identificação das amostras pelo sistema é realizada pela leitura do código de barras afixado no recipiente da amostra por meio de um leitor que fica acoplado ao autosampler. Portanto, as amostras podem ser dispostas em qualquer posição da bandeja (ou esteira) que o equipamento será capaz de identifica-las no momento da coleta do espectro, minimizando a intervenção do analista e as chances de erros.[0083] The identification of the samples by the system is performed by reading the bar code affixed to the sample container by means of a reader that is attached to the autosampler. Therefore, the samples can be placed in any position of the tray (or mat) that the equipment will be able to identify them at the time of collecting the spectrum, minimizing the analyst's intervention and the chances of errors.

[0084] O espectrofotômetro da invenção (SpecSolo-Scan) é integrado a uma plataforma de softwares dedicados à análise de solos, denominada Plataforma Digital SpecSolo, que controla o equipamento e gerencia toda a rotina de análise, desde o recebimento da amostra até a disponibilização dos resultados analíticos no portal. A plataforma Digital SpecSolo é composta pelos seguintes módulos: SpecSolo-Manager, SpecSolo-Tray, SpecSolo-Lims, SpecSoloServices e SpecSolo-Toolbox.[0084] The spectrophotometer of the invention (SpecSolo-Scan) is integrated into a software platform dedicated to soil analysis, called the Digital SpecSolo Platform, which controls the equipment and manages the entire analysis routine, from receiving the sample to making it available analytical results on the portal. The Digital SpecSolo platform consists of the following modules: SpecSolo-Manager, SpecSolo-Tray, SpecSolo-Lims, SpecSoloServices and SpecSolo-Toolbox.

OBJETIVOS DA INVENÇÃOOBJECTIVES OF THE INVENTION

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 40/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 40/65

32/44 [0085] É objetivo da presente invenção o fornecimento de um novo método, ou seja, um processo, e respectivo sistema envolvendo produto (hardware + software) no sentido de aprimorar os procedimentos de análises químicas e físicas da fertilidade do solo, através de pacote tecnológico dedicado à análise de solos, pacote esse que combina o uso de um espectrofotômetro Vis-NIR, denominado SpecSolo-Scan, algoritmos quimiométricos eficientes e um software integrado baseado em nuvem para produzir os resultados analíticos.32/44 [0085] The objective of the present invention is to provide a new method, that is, a process, and the respective system involving the product (hardware + software) in order to improve the procedures for chemical and physical analysis of soil fertility, through a technological package dedicated to soil analysis, a package that combines the use of a Vis-NIR spectrophotometer, called SpecSolo-Scan, efficient chemometric algorithms and an integrated cloud-based software to produce the analytical results.

[0086] Outro objetivo da invenção visa democratizar a realização e o acesso à tecnologia de análise de solos, reduzindo significativamente seu custo operacional, diminuindo o tempo de análise para menos de 30 segundos, dispensando o uso de reagentes químicos que geram resíduos tóxicos e possibilitando sua implantação em áreas remotas, como em polos agrícolas. Tem a vantagem de analisar amostras de solo de forma não destrutiva, rápida e econômica: dezenas de parâmetros de fertilidade do solo podem ser analisados simultaneamente em apenas alguns segundos.[0086] Another objective of the invention aims to democratize the realization and access to soil analysis technology, significantly reducing its operational cost, reducing the analysis time to less than 30 seconds, dispensing with the use of chemical reagents that generate toxic waste and enabling its implantation in remote areas, as in agricultural centers. It has the advantage of analyzing soil samples in a non-destructive, fast and economical way: dozens of soil fertility parameters can be analyzed simultaneously in just a few seconds.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0087] A invenção será, a seguir, descrita em uma forma de realização não limitativa, sendo que, para o melhor entendimento da tecnologia desenvolvida, referências podem ser feitas aos desenhos anexos, nos quais estão representadas:DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0087] The invention will be described below in a non-limiting embodiment, and for the better understanding of the technology developed, references can be made to the attached drawings, in which they are represented:

FIGURA 1: Vista em perspectiva do equipamento dedicado à análise de solos por espectroscopia Vis-NIR, segundo a invenção, denominado SpecSolo-Scan;FIGURE 1: Perspective view of the equipment dedicated to soil analysis by Vis-NIR spectroscopy, according to the invention, called SpecSolo-Scan;

FIGURA 2: Mostra gráfico da radiação na região do infravermelho energética o suficiente para causar transições vibracionais de energia, que basicamente resulta numa impressão digital química e física da amostra de solos;FIGURE 2: Shows a graph of radiation in the energetic infrared region enough to cause vibrational energy transitions, which basically results in a chemical and physical fingerprint of the soil sample;

FIGURA 3: Vista ilustrativa dos componentes da tecnologia da invenção;FIGURE 3: Illustrative view of the components of the technology of the invention;

FIGURA 4: Ilustra a interação entre os fatores que compõem a tecnologia SpecSolo;FIGURE 4: Illustrates the interaction between the factors that make up the SpecSolo technology;

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 41/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 41/65

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FIGURA 5: Diagrama mostrando o algoritmo do processo de construção do modelo de calibração multivariada e previsão dos resultados;FIGURE 5: Diagram showing the algorithm for the process of building the multivariate calibration model and forecasting the results;

FIGURA 6: Mostra o fluxograma do processo de análise com o produto (espectrofotômetro SpecSolo-Scan) segundo a invenção.FIGURE 6: Shows the flowchart of the analysis process with the product (SpecSolo-Scan spectrophotometer) according to the invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0088] A “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, objeto desta solicitação de Patente de Invenção, compreende ofornecimento de um novo método, ou seja, um processo, e respectivo sistema envolvendo produto (hardware + software) no sentido de aprimorar os procedimentos de análises químicas e físicas da fertilidade do solo, através de pacote tecnológico dedicado à análise de solos, segundo rotina própria, pacote esse que combina o uso de um espectrofotômetro VisNIR, denominado SpecSolo-Scan com respectiva plataforma digital, algoritmos quimiométricos de análise multivariada e um software integrado baseado em nuvem para produzir os resultados analíticos.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0088] The “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROUTINE”, object of this Invention Patent Application, comprises the offering of a new method, that is, , a process, and respective system involving product (hardware + software) in order to improve the procedures for chemical and physical analysis of soil fertility, through a technological package dedicated to soil analysis, according to its own routine, a package that combines the use of a VisNIR spectrophotometer, called SpecSolo-Scan with its digital platform, chemometric algorithms for multivariate analysis and an integrated cloud-based software to produce the analytical results.

[0089] Assim, de acordo com a invenção, para aplicação em rotina da técnica de espectroscopia no infravermelho para determinação de atributos químicos e físicos do solo, primeiramente é necessária a construção dos modelos de calibração para cada um dos atributos que será analisado no solo, associando o resultado da análise via úmida, realizado de acordo com os métodos de referências, com o espectro correspondente de cada amostra de solo, adquirida através de espectrofotômetro Vis-NIR da invenção, ou SpecSoloScan.[0089] Thus, according to the invention, for routine application of the infrared spectroscopy technique to determine the chemical and physical attributes of the soil, it is first necessary to build calibration models for each of the attributes that will be analyzed in the soil , associating the result of the wet analysis, carried out according to the reference methods, with the corresponding spectrum of each soil sample, acquired through the Inv-NIR spectrophotometer of the invention, or SpecSoloScan.

[0090] Por outro lado, o equipamento (1) dedicado à análise de solos por espectroscopia VisNIR segundo a invenção, apresenta diferenciais em relação aos demais espectrofotômetros de infravermelho próximo disponíveis no mercado, a seguir relacionados:[0090] On the other hand, the equipment (1) dedicated to soil analysis by VisNIR spectroscopy according to the invention, presents differentials in relation to the other near infrared spectrophotometers available on the market, listed below:

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 42/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 42/65

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- presença do amostrador automático (autosampler) para análise sequencial das amostras de solo dispostas na bandeja (2), com capacidade para pelo menos 40 (quarenta) posições;- presence of an automatic sampler (autosampler) for sequential analysis of soil samples arranged in tray (2), with capacity for at least 40 (forty) positions;

- sensor de proximidade acoplado ao autosampler para padronização da distância da coleta de espectro, ou seja, a distância entre o feixe de radiação infravermelha e a amostra;- proximity sensor coupled to the autosampler to standardize the distance of the spectrum collection, that is, the distance between the beam of infrared radiation and the sample;

- presença de um leitor de código de barras acoplado ao autosampler para identificação e registro da amostra na bandeja.- presence of a barcode reader coupled to the autosampler for identification and registration of the sample in the tray.

[0091] Com um comando através do software que controla o equipamento, inicia-se a aquisição dos espectros das amostras do solo em todas as 40 (quarenta) posições disponíveis no suporte. O tempo de varredura de uma amostra para coleta de espectro é inferior a 10 (dez) segundos.[0091] With a command through the software that controls the equipment, the acquisition of spectra of the soil samples begins in all 40 (forty) positions available in the support. The scanning time of a sample for spectrum collection is less than 10 (ten) seconds.

[0092] A plataforma Digital SpecSolo é o pacote tecnológico que integra aos equipamento SpecSolo-Scan (1) os sistemas para gerenciamento de amostras de solo e cálculo dos resultados analíticos, sendo composto pelos seguintes módulos:[0092] The Digital SpecSolo platform is the technological package that integrates with the SpecSolo-Scan equipment (1) the systems for managing soil samples and calculating the analytical results, consisting of the following modules:

- SpecSolo-Manager. software para gestão e controle de acessos dos parceiros credenciados no SpecSolo;- SpecSolo-Manager. software for management and access control of partners accredited by SpecSolo;

- SpecSolo-Tray: software para controle do equipamento SpecSolo-Scan e organização das amostras para análise;- SpecSolo-Tray: software for controlling SpecSolo-Scan equipment and organizing samples for analysis;

- SpecSolo-Lims: software para gerenciamento das amostras de solo e serviços analíticos a serem executados. Gerencia toda rotina analítica desde a chegada da amostra até a disponibilização do resultado;- SpecSolo-Lims: software for managing soil samples and analytical services to be performed. Manages the entire analytical routine from the arrival of the sample to the availability of the result;

- SpecSolo-Services: portal de serviços para integração (comunicação) da Plataforma Digital SpecSolo com seus módulos próprios ou módulos de terceiros;- SpecSolo-Services: services portal for integration (communication) of the SpecSolo Digital Platform with its own modules or third-party modules;

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 43/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 43/65

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- SpecSolo-Toolbox: software próprio para modelagem de dados e previsão de resultados, onde as rotinas de pré-processamento espectral, construção e escolhas dos melhores modelos, validação e previsão de resultados foram automatizados por meio de algoritmos quimiométricos eficientes. O sistema fica hospedado em nuvem onde estão armazenados os modelos de calibração responsáveis por realizar os cálculos de análise multivariada necessários para gerar os resultados analíticos, de cada um dos atributos químicos e físicos calibrados, a partir dos espectros gerados pelo instrumento SpecSolo-Scan. Portanto, segundo a invenção, não é exigido do analista conhecimentos específicos de quimiometria para tratamento e interpretação dos resultados gerados uma vez que o sistema realiza esta tarefa de forma automática. Diariamente a robustez dos modelos é avaliada por meio de algoritmos treinados e a atualização destes modelos, ou “recalibração”, acontece de forma automática pela inserção no sistema de novos dados analíticos e espectrais de amostras de solo relevantes.- SpecSolo-Toolbox: proprietary software for data modeling and prediction of results, where the spectral pre-processing routines, construction and choice of the best models, validation and prediction of results were automated using efficient chemometric algorithms. The system is hosted in the cloud where the calibration models responsible for performing the multivariate analysis calculations necessary to generate the analytical results of each of the calibrated chemical and physical attributes are stored, from the spectra generated by the SpecSolo-Scan instrument. Therefore, according to the invention, the analyst does not require specific knowledge of chemometrics to treat and interpret the results generated since the system performs this task automatically. The robustness of the models is evaluated daily through trained algorithms and the updating of these models, or “recalibration”, happens automatically by inserting new analytical and spectral data of relevant soil samples into the system.

[0093] A Tabela 3 mostra os principais recursos de cada módulo que compõe a plataforma digital da invenção, conforme segue:[0093] Table 3 shows the main features of each module that makes up the invention's digital platform, as follows:

Recurso Resource Módulo Module Cadastro do parceiro credenciado (cliente SpecSolo) na plataforma Registration of the accredited partner (SpecSolo client) on the platform SpecSolo-Manager SpecSolo-Manager Controle de acessos e privilégios do parceiro credenciado SpecSolo Access control and privileges of the SpecSolo accredited partner SpecSolo-Manager SpecSolo-Manager Cadastro de amostras com as respectivas solicitações de serviços analíticos e impressão das etiquetas de identificação da amostra Registration of samples with the respective requests for analytical services and printing of sample identification labels SpecSolo-Lims SpecSolo-Lims Registro de recebimento da amostra, através da leitura do código de barras anexado à embalagem da Record of receipt of the sample, by reading the bar code attached to the packaging of the SpecSolo-Lims SpecSolo-Lims

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 44/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 44/65

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amostra sample Identificar a amostra para análise através do seu código de barras Identify the sample for analysis using its barcode SpecSolo-Tray SpecSolo-Tray Comandar o equipamento para realizar a coleta de espectros das amostras Command the equipment to collect spectra from the samples SpecSolo-Tray SpecSolo-Tray Associar o espectro coletado da amostra com a sua identificação (ID da amostra) Associate the spectrum collected from the sample with its identification (sample ID) SpecSolo-Tray SpecSolo-Tray Armazenar os espectros coletados das amostras em banco de dados local e enviar uma cópia deste espectro, através do SpecSolo-Services para o SpecSolo-Toolbox hospedado em nuvem Store the spectra collected from the samples in a local database and send a copy of this spectrum, through SpecSolo-Services to the Cloud-hosted SpecSolo-Toolbox SpecSolo-Tray SpecSolo-Tray Calcular os resultados analíticos através de modelos de calibração Calculate analytical results using calibration models SpecSolo-Toolbox SpecSolo-Toolbox SpecSolo-Lims capta automaticamente, através do SpecSolo-Services, o resultado de análise gerado pelo SpecSolo-Toolbox e disponibiliza para consulta no portal SpecSolo SpecSolo-Lims automatically captures, through SpecSolo-Services, the analysis result generated by SpecSolo-Toolbox and makes available for consultation on the SpecSolo portal SpecSolo-Lims e SpecSolo-Services SpecSolo-Lims and SpecSolo-Services Impressão de relatórios de ensaio com os resultados analíticos Printing test reports with analytical results SpecSolo-Lims SpecSolo-Lims Disponibilizar o resultado analítico para ser consumido por outras aplicações através de APIs do SpecSoloServices Make the analytical result available for consumption by other applications through SpecSoloServices APIs SpecSolo-Services SpecSolo-Services Gerenciamento de serviços realizados de controle de acesso por cliente Management of services performed by access control by client SpecSolo-Manager SpecSolo-Manager Gestão financeira dos serviços analíticos consumidos Financial management of analytical services consumed SpecSolo-Manager SpecSolo-Manager

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pelo parceiro credenciado SpecSolo by the accredited partner SpecSolo Disponibilização de formas de pagamento eletrônico dos serviços analíticos consumidos pelo parceiro credenciado SpecSolo Provision of electronic payment methods for analytical services consumed by the accredited partner SpecSolo SpecSolo-Manager SpecSolo-Manager

[0094] Quanto aos algoritmos de análise multivariada, a serem abordados sequencialmente à plataforma digital, estes são armazenados no SpecSoloToolbox e fazem uso de métodos de calibração multivariada para gerar resultados precisos e confiáveis.[0094] As for the multivariate analysis algorithms, to be addressed sequentially to the digital platform, they are stored in the SpecSoloToolbox and make use of multivariate calibration methods to generate accurate and reliable results.

[0095] A invenção contempla um ‘modelo de negócios' baseado na tecnologia SpecSolo, que consiste em credenciar parceiros locais para que estes ofereçam o serviço de análise de solo para os agricultores da sua região. Os parceiros credenciados SpecSolo - clientes - podem ser selecionados entre: (i) laboratórios agronômicos que prestam serviços em análise da fertilidade do solo; (ii) cooperativas, consultorias agronômicas, indústrias de fertilizantes e defensivos, revendas agrícolas, grupos agrícolas, usinas de açúcar e álcool, dentre outros, que utilizam a informação de análise do solo para orientar seus clientes (produtores rurais) sobre o manejo químico da fertilidade do solo e nutrição de plantas; ou (iii) por produtores rurais.[0095] The invention contemplates a 'business model' based on SpecSolo technology, which consists of accrediting local partners so that they can offer the soil analysis service to farmers in their region. SpecSolo accredited partners - customers - can be selected from: (i) agronomic laboratories that provide services in soil fertility analysis; (ii) cooperatives, agronomic consultants, fertilizer and pesticide industries, agricultural resellers, agricultural groups, sugar and alcohol plants, among others, that use soil analysis information to guide their customers (rural producers) on the chemical management of the soil fertility and plant nutrition; or (iii) by rural producers.

[0096] O parceiro credenciado SpecSolo terá um custo inicial para aquisição do equipamento SpecSolo-Scan, além de um custo variável em função do número de amostras de solos processadas através da plataforma. Portanto, o modelo de negócio está baseado na cobrança de uma taxa - valor - por amostra analisada através da plataforma SpecSolo.[0096] The SpecSolo accredited partner will have an initial cost for the acquisition of the SpecSolo-Scan equipment, in addition to a variable cost depending on the number of soil samples processed through the platform. Therefore, the business model is based on charging a fee - value - per sample analyzed using the SpecSolo platform.

[0097] No que se refere ao método, ou processo da invenção, e para aplicação em rotina da técnica de espectroscopia no infravermelho para determinação de atributos químicos e físicos do solo, inicialmente se torna necessário a construção de modelos de calibração para cada um dos atributos que será[0097] Regarding the method, or process of the invention, and for routine application of the infrared spectroscopy technique to determine the chemical and physical attributes of the soil, it is initially necessary to build calibration models for each of the attributes that will be

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 46/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 46/65

38/44 analisado no solo, associando o resultado das análises via úmida, realizada de acordo com os métodos de referência, com o espectro correspondente de cada amostra de solo, adquirido através do equipamento SpecSolo-Scan (1). Para isto, foram coletados espectros de mais de 100.000 amostras de solos representativos de todo território brasileiro e associado com os resultados analíticos obtidos via úmida destas amostras. Por meio de tratamento de dados multivariados - quimiometria - os modelos de calibração foram construídos para cada um dos 36 (trinta e seis) parâmetros que foram analisados pelo método de referência nas mais de 100.000 amostras representativas. O tratamento de dados multivariados foi feito com auxílio do software SpecSoloToolbox, onde as rotinas de pré-processamento espectral, construção e escolha dos melhores modelos, validação e previsão de resultados foram otimizados por meio de algoritmos quimiométricos eficientes. Portanto, em um número “n” de espectros coletados em um número de pelo menos milhares amostras de um solo representativo de um determinado local, mediante associação com resultados analíticos obtidos via úmida dessas amostras, ao se aplicar o tratamento de dados multivariados - quimiometria - se obtém os modelos de calibração para cada uma das dezenas de parâmetros analisados pelo método de referência.38/44 analyzed in the soil, associating the result of the wet analysis, carried out according to the reference methods, with the corresponding spectrum of each soil sample, acquired through the SpecSolo-Scan equipment (1). For this, spectra were collected from more than 100,000 representative soil samples from all over the Brazilian territory and associated with the analytical results obtained by wetting these samples. Through treatment of multivariate data - chemometry - the calibration models were built for each of the 36 (thirty-six) parameters that were analyzed by the reference method in the more than 100,000 representative samples. The treatment of multivariate data was carried out with the aid of the SpecSoloToolbox software, where the spectral pre-processing routines, construction and choice of the best models, validation and prediction of results were optimized through efficient chemometric algorithms. Therefore, in a number “n” of spectra collected in a number of at least thousands of samples of a representative soil of a given location, through association with analytical results obtained by wetting these samples, when applying multivariate data treatment - chemometry - the calibration models are obtained for each of the dozens of parameters analyzed by the reference method.

[0098] Após a construção dos modelos de calibração, o usuário (ou parceiro credenciado SpecSolo) poderá fazer uso da plataforma SpecSolo para realizar análises de fertilidade do solo em rotina.[0098] After the construction of the calibration models, the user (or SpecSolo accredited partner) will be able to use the SpecSolo platform to carry out routine soil fertility analyzes.

[0099] Para a construção dos modelos de calibração, alguns procedimentos sequenciais devem ser observados, a saber:[0099] For the construction of the calibration models, some sequential procedures must be observed, namely:

- Coleta do espectro infravermelho das amostras de solos representativas (>100.000) através do equipamento SpecSolo-Scan (1). Essas amostras tinha sido previamente secas à 40 °C, moídas, passadas por uma peneira de malha 2 mm e analisadas pelo método de referência quanto aos seguintes parâmetros: P (Resina, mg/dm3), P (mehlich, mg/dm3), P (remanescente,- Collection of the infrared spectrum of representative soil samples (> 100,000) using the SpecSolo-Scan equipment (1). These samples had previously been dried at 40 ° C, ground, passed through a 2 mm mesh sieve and analyzed by the reference method for the following parameters: P (Resin, mg / dm 3 ), P (mehlich, mg / dm 3 ), P (remainder,

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 47/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 47/65

39/44 mg/dm3), COS (oxidação, mg/dm3), MOS (oxidação, mg/dm3), pH (H2O), pH (CaCl2), pH (SMP), K (resina, mmolc/dm3), Ca (resina, mmolc/dm3), Mg (resina, mmolc/dm3), Na (Mehlich, dm3), H3 + Al3 (calculo, mmolc/dm3), Al3 (KCl, mmolc/dm3), C.T.C. (calculo, mmolc/dm3), S.B. (calculo, mmolc/dm3), V% (%), m% (%), S (fosfato de cálcio, mg/dm3), B (água quente, mg/dm3), Cu (DTPA, mg/dm3), Cu (mehlich, mg/dm3), Fe (DTPA, mg/dm3), Fe (Mehlich, mg/dm3), Mn (DTPA, mg/dm3), Mn (mehlich, mg/dm3), Zn (DTPA, mg/dm3), K na CTC (calculo, %), Na na CTC (calculo, %), Al na CTC (calculo, %), H na CTC (calculo, %), Ca/K (calculo), Mg/K (calculo), Argila (HMS+NaOH, g/Kg), Silte (HMFS+NaOH, g/Kg), Areia Total (HMS+NaOH, g/Kg);39/44 mg / dm 3 ), COS (oxidation, mg / dm 3 ), MOS (oxidation, mg / dm 3 ), pH (H2O), pH (CaCl2), pH (SMP), K (resin, mmolc / dm 3 ), Ca (resin, mmolc / dm 3 ), Mg (resin, mmolc / dm 3 ), Na (Mehlich, dm 3 ), H 3 + Al 3 (calculation, mmolc / dm 3 ), Al 3 (KCl , mmolc / dm 3 ), CTC (calculation, mmolc / dm 3 ), SB (calculation, mmolc / dm 3 ), V% (%), m% (%), S (calcium phosphate, mg / dm 3 ) , B (hot water, mg / dm 3 ), Cu (DTPA, mg / dm 3 ), Cu (mehlich, mg / dm 3 ), Fe (DTPA, mg / dm 3 ), Fe (Mehlich, mg / dm 3) ), Mn (DTPA, mg / dm 3 ), Mn (mehlich, mg / dm 3 ), Zn (DTPA, mg / dm 3 ), K in CTC (calculation,%), Na in CTC (calculation,%), Al in CTC (calculation,%), H in CTC (calculation,%), Ca / K (calculation), Mg / K (calculation), Clay (HMS + NaOH, g / Kg), Silt (HMFS + NaOH, g / Kg), Total Sand (HMS + NaOH, g / Kg);

- O SpecSolo-Toolbox associa o dado analítico de cada amostra, obtido pelo método de referência, com seu respectivo espectro de infravermelho, criando um robusto banco de dados;- The SpecSolo-Toolbox associates the analytical data of each sample, obtained by the reference method, with its respective infrared spectrum, creating a robust database;

- Através das rotinas de processamento e algoritmos quimiométricos embarcados no SpecSolo-Toolbox, foramcriados e validados os melhores modelos de calibração multivariada para cada um dos 36 (trinta e seis) parâmetros;- Through the processing routines and chemometric algorithms embedded in the SpecSolo-Toolbox, the best multivariate calibration models were created and validated for each of the 36 (thirty-six) parameters;

- Depois de feita a modelagem, o software SpecSolo-Toolbox salva os modelos de calibração para serem utilizados na previsão das concentrações das novas amostras de solos analisadas no infravermelho.- After modeling, the SpecSolo-Toolbox software saves the calibration models to be used in forecasting the concentrations of the new soil samples analyzed in the infrared.

[0100] A Figura 3 ilustra a interação entre os fatores que compõem a tecnologia SpecSolo, ou seja:[0100] Figure 3 illustrates the interaction between the factors that make up the SpecSolo technology, that is:

- resultados dos atributos do solo obtidos pelos métodos via úmida (ou método de referência) (3);- results of soil attributes obtained by wet methods (or reference method) (3);

- espectros NIRS (SpecSolo-Scan) (4);- NIRS spectra (SpecSolo-Scan) (4);

- banco de dados (5) e;- database (5) and;

- algoritmos (6) (SpecSolo-Toolbox).- algorithms (6) (SpecSolo-Toolbox).

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 48/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 48/65

40/44 [0101] Por outro lado, a Figura 4 ilustra o fluxograma de funcionamento do algoritmo para construção dos modelos e calibração multivariada e previsão de resultados.40/44 [0101] On the other hand, Figure 4 illustrates the flowchart of operation of the algorithm for building the models and multivariate calibration and forecasting of results.

[0102] Conforme o fluxograma da Figura 4, o processo de construção dos modelos e calibração multivariada se inicia com o recebimento e registro das amostras (7), seguida do preparo na condição de terra fina seca ao ar (TFSA) (8). As amostras são analisadas por espectroscopia NIR (9) e pelos Métodos de Referência (10) e utilizadas na construção do modelo de calibração (11). Em seguida é verificada a presença outliersno modelo de calibração(12), em caso positivo retornam para repetição das medidas espectrais (9) e referência (10). Os outiliers são avaliados com base no gráfico de Leveragevs resíduos em X (11B) e Y(11C), em caso negativo, segue para a etapa de pré-processamento espectral (11D). Os métodos de pré-processamento disponíveis (13) são: Centrar na Média, Derivadas, MSC, SNV e Autoescalamento. Depois de préprocessados (13), os dados são utilizados na construção dos modelos de calibração (14) e validação (15). O modelo de calibração é avaliado através das seguintes figuras de mérito (16): Sensibilidade analítica, relação sinal/ruído, seletividade, exatidão (RMSEC e RMSEP), precisão e coeficiente de determinação (R2,cal e val) (17). Após a construção e avaliação do modelo de calibração é iniciada a etapa de previsão das novas amostras, ou seja, emprego em rotina de análise de solos por espectroscopia NIR(18). As amostras previstas na rotina são avaliadas quanto a existência de outliers (19); em caso positivo, os outliers são adicionados ao modelo de calibração com o objetivo de atualizá-lo (11); em caso negativo (20), os resultados são liberados (21) de três maneiras diferentes (22): fornecidos individualmente (23), por faixa (24) ou por recomendação de adubação e calagem (25).[0102] According to the flowchart in Figure 4, the process of building the models and multivariate calibration begins with the receipt and registration of the samples (7), followed by preparation in the air-dried fine earth (TFSA) condition (8). The samples are analyzed by NIR spectroscopy (9) and by the Reference Methods (10) and used in the construction of the calibration model (11). Then, the presence of outliers in the calibration model (12) is verified, in case they return to repeat the spectral measurements (9) and reference (10). The outiliers are evaluated based on the graph of Leveragevs residues in X (11B) and Y (11C), if not, proceed to the stage of spectral pre-processing (11D). The available pre-processing methods (13) are: Center on Average, Derivatives, MSC, SNV and Self-Scaling. After pre-processed (13), the data are used in the construction of the calibration (14) and validation (15) models. The calibration model is evaluated using the following figures of merit (16): Analytical sensitivity, signal / noise ratio, selectivity, accuracy (RMSEC and RMSEP), precision and determination coefficient (R2, cal and val) (17). After the construction and evaluation of the calibration model, the forecasting step for new samples begins, that is, use in routine soil analysis by NIR spectroscopy (18). The samples provided for in the routine are evaluated for the existence of outliers (19); if so, the outliers are added to the calibration model in order to update it (11); if not (20), the results are released (21) in three different ways (22): supplied individually (23), by strip (24) or by recommendation for fertilization and liming (25).

[0103] A presente invenção se destaca, portanto, por trazer soluções reais em se tratando de análises químicas e físicas da fertilidade do solo por espectroscopia Vis-NIR, de modo a simplificar de maneira extraordinária o[0103] The present invention stands out, therefore, for bringing real solutions when it comes to chemical and physical analyzes of soil fertility by Vis-NIR spectroscopy, in order to simplify in an extraordinary way

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 49/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 49/65

41/44 procedimento analítico, limitando-se, como regra geral, a duas etapas principais:41/44 analytical procedure, limited, as a general rule, to two main steps:

- Preparo da Amostra: secar, moer, passar por peneira e transferir a quantidade de amostra de solo suficiente para cobrir o fundo do recipiente de amostra (copinho plástico), aproximadamente 150g e;- Sample Preparation: dry, grind, pass through a sieve and transfer the amount of soil sample sufficient to cover the bottom of the sample container (plastic cup), approximately 150g and;

- Determinação Analítica: coleta do espectro da amostra com o espectrofotômetro Vis-NIR (1), que envia automaticamente a informação para servidor de serviços hospedados nas nuvens, onde ficam armazenados os modelos de calibração que vão produzir os resultados analíticos e disponibilizar para consulta no portal, em menos de 30 (trinta) segundos. Tem ainda a vantagem de analisar diferentes atributos do solo com apenas uma leitura espectral: dezenas de parâmetros de fertilidade de solo podem ser analisados simultaneamente de forma não destrutiva, rápida e econômica.- Analytical Determination: collection of the sample spectrum with the Vis-NIR spectrophotometer (1), which automatically sends the information to a cloud-based service server, where the calibration models that will produce the analytical results are stored and made available for consultation at portal, in less than 30 (thirty) seconds. It also has the advantage of analyzing different soil attributes with just one spectral reading: dozens of soil fertility parameters can be analyzed simultaneously in a non-destructive, fast and economical way.

[0104] A Tabela 4 detalha cada etapa do processo de análise com o SpecSolo, ao passo que a Figura 5 ilustra o fluxograma deste processo, conforme segue:[0104] Table 4 details each step of the analysis process with SpecSolo, while Figure 5 illustrates the flowchart of this process, as follows:

Etapa Stage N° dos blocos no Fluxo da Fig. 5 No. of blocks in Flow of Fig. 5 Descrição description Vantagens Benefits Para utilizar os serviços de análise de solo To use soil analysis services CredenciaMento do Parceiro Partner Accreditation 26 e 27 26 and 27 Com o SpecSolo é necessário fazer antes um credenciamento. Esta etapa de credenciamento do parceiro na Plataforma Digital SpecSolo é realizado pela equipe interna do projeto através do Módulo SpecSolo-Manager do sistema, e neste momento são definidas as regras de acesso SpecSolo requires accreditation beforehand. This stage of accreditation of the partner on the SpecSolo Digital Platform is carried out by the project's internal team through the system's SpecSolo-Manager Module, and at this moment the access rules are defined

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 50/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 50/65

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e privilégios do parceiro. and partner privileges. Cadastro do cliente Client register 28 28 Uma vez credenciado, o parceiro poderá fazer o cadastro de seus clientes (agricultores), através do Módulo SpecSoloLimes, e disponibilizar um login e senha para eles terem acesso à plataforma. Once accredited, the partner will be able to register their clients (farmers), through the SpecSoloLimes Module, and provide a login and password for them to have access to the platform. Gestão do cadastro de clientes através de plataforma digital Management registration customers through digital platform Cadastro amostra Sample registration 29, 30, 32, 33, 34, 43 29, 30, 32, 33, 34, 43 O cadastro de amostras no sistema pode ser feito pelo parceiro credenciado ou pelo seu cliente (agricultor). Ambos vão utilizar a mesma interface para cadastro, o Módulo SpecSolo-Lims. Cadastro pelo Agricultor: o agricultor acessa a plataforma digital com seu login e senha e realiza o cadastro das amostras com as respectivas solicitações de serviços analíticos e define a forma de pagamento pelo serviço. Nesta etapa, ele gera para impressão as etiquetas de identificação (código de barras ou QRCode) para fixar nas embalagens que ele vai colocar as amostras de solo coletadas para envio para análise. Cadastro pelo Parceiro Credenciado: no caso do Parceiro Credenciado receber clientes amostras sem cadastro, ele deve proceder com o processo de cadastramento das amostras com os respectivos serviços analíticos e definir a forma de cobrança. Nesta etapa, o sistema vai gerar para impressão as etiquetas de trabalho (código de barras) para fixar na embalagem de análise. The registration of samples in the system can be done by the accredited partner or by your client (farmer). Both will use the same interface for registration, the SpecSolo-Lims Module. Registration by the Farmer: the farmer accesses the digital platform with his login and password and performs the registration of the samples with the respective requests for analytical services and defines the form of payment for the service. In this step, he generates the identification tags (barcode or QRCode) for printing to fix on the packages that he will place the collected soil samples for sending for analysis. Registration by the Accredited Partner: in the case of the Accredited Partner receiving samples without registration, he must proceed with the process of registering the samples with the respective analytical services and define the form of collection. In this step, the system will generate for printing the job labels (barcode) to be attached to the analysis package. Cadastro da amostra pode ser feito online pelo próprio agricultor (usuário final), agilizando o processo operacional na rotina e evitando erros de cadastro. Registration sample can be done online by yourself farmer (end user), streamlining the operational process in the routine and avoiding registration errors. 31 31 Registro de Recebimento de Amostra Cadastrada pelo Agricultor: caso o Parceiro Credenciado receba amostras já Registration of Sample Receipt Registered by the Farmer: if the Accredited Partner receives samples already Registro de recebimento da amostra por Register of sample receipt by

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 51/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 51/65

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cadastradas pelo agricultor, através do Módulo SpecSolo-Lims, ele vai ler o código de identificação fixado na embalagem e gerar para impressão uma etiqueta de trabalho (código de barras) para fixar na embalagem de análise. registered by the farmer, through the SpecSolo-Lims Module, he will read the identification code fixed on the package and generate for printing a work label (bar code) to be fixed on the analysis package. leitor de código (barras ou QRCode), evitando digitação e agilizando o processo. code reader (bars or QRCode), avoiding typing and streamlining the process. Preparo da amostra Sample preparation 36 36 O preparo da amostra consiste em secar a amostra em estufa a 40 °C, moer a amostra em moinho tipo martelo, passar a amostra em uma peneira de malha 2 mm (terra fina seca ao ar - TFSAR) e transferir a amostra para o recipiente de análise (copinho plástico) identificando este copinho com a etiqueta de trabalho (código de barras). Os copinhos de análise devem, então, ser distribuídos na bandeja (2) do equipamento (1) SpecSolo-Scan, que possui 40 posições. Sample preparation consists of drying the sample in an oven at 40 ° C, grinding the sample in a hammer mill, passing the sample through a 2 mm mesh sieve (air-dried fine earth - TFSAR) and transferring the sample to the container analysis (plastic cup) identifying this cup with the job label (barcode). The analysis cups should then be distributed in the tray (2) of the equipment (1) SpecSolo-Scan, which has 40 positions. Coleta de Espectros, Tratamento de Dados e Publicação do Resultado. Spectrum Collection, Data Treatment and Publication of Results. 37 37 Para iniciar o processo de análise, o Parceiro Credenciado deve apenas acionar o equipamento SpecSolo-Scan, através do software integrado ao equipamento SpecSolo-Tray. Uma vez acionado o SpecSolo-Scan, antes de iniciar o processo de análise das amostras na bandeja, ele vai fazer a calibração do espectrofotômetro através do Spectralon. Se aprovada a leitura pelo sistema, o autosampler passa o segundo controle que é a leitura da amostra padrão, fornecida pela SpecSolo para controle de qualidade do processo. O espectro coletado da amostra padrão é automaticamente avaliado por uma Carta de Controle e, se aprovado, o autosampler inicia a coleta de To start the analysis process, the Accredited Partner must only activate the SpecSolo-Scan equipment, through the software integrated with the SpecSolo-Tray equipment. Once the SpecSolo-Scan is activated, before starting the analysis process of the samples in the tray, it will calibrate the spectrophotometer using Spectralon. If the reading is approved by the system, the autosampler passes the second control, which is the reading of the standard sample, provided by SpecSolo for quality control of the process. The spectrum collected from the standard sample is automatically evaluated by a Control Chart and, if approved, the autosampler starts collecting data. Análise rápida, precisa, dispensa uso de reagentes, redução de custo operacional, resultados disponibilizados através de plataforma digital. Fast, accurate analysis, no need for reagents, reduced operating cost, results made available through Digital platform.

Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 52/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 52/65

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espectros das amostras distribuídas na bandeja, sendo que em cada posição ele capta também a identificação da amostra através da leitura do código de barras fixado nos copinhos. Todo este processo é controlado pelo Módulo SpecSolo-Tray. spectra of the samples distributed in the tray, and in each position it also captures the sample identification by reading the bar code fixed on the cups. This entire process is controlled by the SpecSolo-Tray Module. 38 e 39 38 and 39 Finalizadas as leituras, o sistema armazena os espectros em um banco de dados local e envia uma cópia do espectro, através do SpecSolo-Services para o SpecSolo-Toolbox hospedado em nuvem. After the readings are finished, the system stores the spectra in a local database and sends a copy of the spectrum, through SpecSolo-Services to the Cloud-hosted SpecSolo-Toolbox. 40 40 O SpecSolo-Toolbox é o módulo responsável por realizar os cálculos dos resultados analíticos através dos modelos de calibração previamente construídos. The SpecSolo-Toolbox is the module responsible for performing the calculations of the analytical results through the previously built calibration models. 41,42,43 41.42.43 O SpecSolo-Lims capta automaticamente, através do SpecSolo-Services, o resultado analítico da amostra e disponibiliza para consulta no Portal SpecSolo, podendo ser impresso pelo parceiro ou pelo cliente (agricultor). SpecSolo-Lims automatically captures, through SpecSolo-Services, the analytical result of the sample and makes it available for consultation on the SpecSolo Portal, which can be printed by the partner or by the customer (farmer). Gestão Financeira Management Finance 45 45 Encerrando os serviços analíticos, o Módulo SpecSolo-Manager faz toda gestão financeira dos serviços analíticos consumidos pelo Parceiro Credenciado e disponibiliza formas de pagamento eletrônico. Closing the analytical services, the SpecSolo-Manager Module makes all financial management of the analytical services consumed by the Accredited Partner and provides payment methods electronic. Transparência e comodidade Transparency and convenience

[0105] A título de esclarecimento, e para melhor definição dos parâmetros de uso do produto requeridos segundo a invenção, cabe salientar que os espectros de infravermelho são adquiridos em temperatura e pressão ambientes, na faixa de 400 a 2500nm.[0105] For the sake of clarity, and for a better definition of the product use parameters required according to the invention, it should be noted that the infrared spectra are acquired at ambient temperature and pressure, in the range of 400 to 2500nm.

Claims (5)

REIVINDICAÇÕES 1) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, compreende o fornecimento de um novo método, ou seja, um processo, e respectivo sistema envolvendo produto (hardware + software) no sentido de aprimorar os procedimentos de análises químicas e físicas da fertilidade do solo em rotinas de larga escala, caracterizado por pacote tecnológico dedicado à análise de solos, que combina:1) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE SCHEDULE”, comprises the provision of a new method, that is, a process, and the respective system involving the product (hardware + software ) in order to improve the procedures for chemical and physical analysis of soil fertility in large-scale routines, characterized by a technological package dedicated to soil analysis, which combines: - o uso de um espectrofotômetro Vis-NIR, denominado SpecSolo-Scan com respectiva plataforma digital;- the use of a Vis-NIR spectrophotometer, called SpecSolo-Scan with the respective digital platform; - algoritmos quimiométricos de análise multivariada e;- chemometric algorithms for multivariate analysis; - um software integrado baseado em nuvem para produzir os resultados analíticos.- integrated cloud-based software to produce analytical results. 2/5 transferir a quantidade de amostra de solo suficiente para cobrir o fundo do recipiente de amostra), aproximadamente 150g e;2/5 transfer the amount of soil sample sufficient to cover the bottom of the sample container), approximately 150g and; - Determinação Analítica: coleta do espectro da amostra com o espectrofotômetro Vis-NIR (1), que envia automaticamente a informação para servidor de serviços hospedados nas nuvens, onde ficam armazenados os modelos de calibração que vão produzir os resultados analíticos e disponibilizar para consulta no portal, em menos de 30 (trinta) segundos; analisa diferentes atributos do solo com apenas uma leitura espectral: dezenas de parâmetros de fertilidade de solo podem ser analisados simultaneamente.- Analytical Determination: collection of the sample spectrum with the Vis-NIR spectrophotometer (1), which automatically sends the information to a cloud-based service server, where the calibration models that will produce the analytical results are stored and made available for consultation at portal, in less than 30 (thirty) seconds; analyzes different soil attributes with just one spectral reading: dozens of soil fertility parameters can be analyzed simultaneously. 2) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para aplicação em rotina da técnica de espectroscopia no infravermelho para determinação de atributos químicos e físicos do solo, é necessária a construção dos modelos de calibração para cada um dos atributos que será analisado no solo, associando o resultado da análise via úmida, realizado de acordo com os métodos de referências, com o espectro correspondente de cada amostra de solo, adquirida através de espectrofotômetro Vis-NIR da invenção, ou SpecSoloScan.2) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN A LARGE SCALE ROUTINE”, according to claim 1, characterized by, for routine application of the infrared spectroscopy technique for determining chemical and physical attributes of the soil, it is necessary to build calibration models for each of the attributes that will be analyzed in the soil, associating the result of the wet analysis, carried out according to the reference methods, with the corresponding spectrum of each sample. of soil, acquired through the Inv-NIR spectrophotometer of the invention, or SpecSoloScan. 3/5 sendo o tempo de varredura de uma amostra para coleta de espectro inferior a 10 (dez) segundos.3/5 with the scanning time of a sample for spectrum collection less than 10 (ten) seconds. 6) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a plataforma Digital SpecSoloser o pacote tecnológico que integra ao equipamento SpecSolo-Scan (1) os sistemas para gerenciamento de amostras de solo e cálculo dos resultados analíticos, sendo composto pelos seguintes módulos:6) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE SCHEDULE”, according to claim 1, characterized by the Digital SpecSoloser platform the technological package that integrates the SpecSolo-Scan equipment (1) systems for managing soil samples and calculating analytical results, consisting of the following modules: - SpecSolo-Manager. software para gestão e controle de acessos dos parceiros credenciados no SpecSolo;- SpecSolo-Manager. software for management and access control of partners accredited by SpecSolo; - SpecSolo-Tray: software para controle do equipamento SpecSolo-Scan e organização das amostras para análise;- SpecSolo-Tray: software for controlling SpecSolo-Scan equipment and organizing samples for analysis; - SpecSolo-Lims: software para gerenciamento das amostras de solo e serviços analíticos a serem executados. Gerencia toda rotina analítica desde a chegada da amostra até a disponibilização do resultado;- SpecSolo-Lims: software for managing soil samples and analytical services to be performed. Manages the entire analytical routine from the arrival of the sample to the availability of the result; - SpecSolo-Services: portal de serviços para integração (comunicação) da Plataforma Digital SpecSolo com seus módulos próprios ou módulos de terceiros;- SpecSolo-Services: services portal for integration (communication) of the SpecSolo Digital Platform with its own modules or third-party modules; - SpecSolo-Toolbox: software próprio para modelagem de dados e previsão de resultados, onde as rotinas de pré-processamento espectral, construção e escolhas dos melhores modelos, validação e previsão de resultados automatizados por meio de algoritmos quimiométricos.- SpecSolo-Toolbox: proprietary software for data modeling and prediction of results, where the spectral pre-processing routines, construction and choice of the best models, validation and prediction of automated results using chemometric algorithms. 7) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o sistema ficar hospedado em nuvem onde estão armazenados os modelos de calibração responsáveis por realizar os cálculos de análise multivariada necessários para7) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROUTINE”, according to claim 6, characterized in that the system is hosted in the cloud where the responsible calibration models are stored for performing the multivariate analysis calculations necessary to Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 56/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 56/65 3) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por apresentar, como regra geral, duas etapas principais:3) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN A LARGE SCALE SCHEME”, according to claims 1 and 2, characterized by presenting, as a general rule, two main steps: - Preparo da Amostra: secar a amostra em estufa a 40 °C, moer a amostra em moinho tipo martelo, passar a amostra em uma peneira de malha 2 mm e- Sample Preparation: dry the sample in an oven at 40 ° C, grind the sample in a hammer mill, pass the sample through a 2 mm mesh sieve and Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 54/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 54/65 4/5 gerar os resultados analíticos, de cada um dos atributos químicos e físicos calibrados, a partir dos espectros gerados pelo instrumento SpecSolo-Scan.4/5 generate the analytical results, for each of the chemical and physical attributes calibrated, from the spectra generated by the SpecSolo-Scan instrument. 8) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por, para a construção dos modelos de calibração, alguns procedimentos sequenciais devem ser observados, a saber:8) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROUTINE”, according to claims 1 and 2, characterized by, for the construction of calibration models, some sequential procedures must be observed, namely: - Coleta do espectro infravermelho das amostras de solos representativas da região onde a tecnologia será utilizada através do equipamento SpecSolo-Scan (1);- Collection of the infrared spectrum of soil samples representative of the region where the technology will be used through the SpecSolo-Scan equipment (1); - O SpecSolo-Toolbox associa o dados analítico de cada amostra, obtido pelo método de referência, com seu respectivo espectro de infravermelho, criando um robusto banco de dados;- The SpecSolo-Toolbox associates the analytical data of each sample, obtained by the reference method, with its respective infrared spectrum, creating a robust database; - Através das rotinas de processamento e algoritmos quimiométricos embarcados no SpecSolo-Toolbox, são criados e validados os melhores modelos de calibração multivariada para cada um dos parâmetros analisados;- Through the processing routines and chemometric algorithms embedded in the SpecSolo-Toolbox, the best multivariate calibration models are created and validated for each of the analyzed parameters; - Depois de feita a modelagem, o software SpecSolo-Toolbox salva os modelos de calibração para serem utilizados na previsão das concentrações das novas amostras de solos analisadas no infravermelho.- After modeling, the SpecSolo-Toolbox software saves the calibration models to be used in forecasting the concentrations of the new soil samples analyzed in the infrared. 9) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 1 e 8, caracterizado por após a construção dos modelos de calibração, o usuário - ou parceiro credenciado SpecSolo - estar apto a fazer uso da plataforma SpecSolo para realizar análises de fertilidade do solo em rotina.9) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN A LARGE SCALE ROUTINE”, according to claims 1 and 8, characterized by after the construction of the calibration models, the user - or SpecSolo accredited partner - be able to use the SpecSolo platform to perform routine soil fertility analyzes. 10) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o ‘modelo de10) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN A LARGE SCALE SCREEN”, in accordance with claim 9, characterized by the ‘model of Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 57/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 57/65 4) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o equipamento (1) dedicado à análise de solos por espectroscopia VisNIR apresentar as características:4) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE ROTINE”, according to claim 1, characterized in that the equipment (1) dedicated to soil analysis by VisNIR spectroscopy the CARACTERISTICS: - presença do amostrador automático (autosampler) para análise sequencial das amostras de solo dispostas na bandeja (2), com capacidade para pelo menos 40 (quarenta) posições;- presence of an automatic sampler (autosampler) for sequential analysis of soil samples arranged in tray (2), with capacity for at least 40 (forty) positions; - sensor de proximidade acoplado ao autosampler para padronização da distância da coleta de espectro, ou seja, a distância entre o feixe de radiação infravermelha e a amostra;- proximity sensor coupled to the autosampler to standardize the distance of the spectrum collection, that is, the distance between the beam of infrared radiation and the sample; - presença de um leitor de código de barras acoplado ao autosampler para identificação e registro da amostra na bandeja;- presence of a barcode reader coupled to the autosampler for identification and registration of the sample in the tray; - opcionalmente à bandeja, se pode utilizar uma esteira automatizada para alimentação.- optionally to the tray, an automated conveyor can be used for feeding. 5) “ANÁLISE DE ATRIBUTOS QUÍMICOS E FÍSICOS DE FERTILIDADE DO SOLO POR ESPECTROSCOPIA VIS-NIR PARA USO EM ROTINA DE LARGA ESCALA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, através do software que controla o equipamento, iniciar-se a aquisição dos espectros das amostras do solo em todas as 40 (quarenta) posições disponíveis no suporte,5) “ANALYSIS OF CHEMICAL AND PHYSICAL ATTRIBUTES OF SOIL FERTILITY BY VIS-NIR SPECTROSCOPY FOR USE IN LARGE SCALE SCHEDULE”, according to claim 1, characterized by the acquisition of the software that controls the equipment. spectra of soil samples in all 40 (forty) positions available in the support, Petição 870170088564, de 16/11/2017, pág. 55/65Petition 870170088564, of 11/16/2017, p. 55/65 5/5 negócios' consistir em credenciar parceiros locais para que estes ofereçam o serviço de análise de solo para os agricultores da sua região. O ‘modelo de negócios' em questão prevê um investimento inicial, por parte do parceiro credenciado, para aquisição do SpecSolo-Scan (1) e cobrança de taxa - valor - em função do número de amostras de solos processadas através da plataforma SpecSolo, ou seja, por amostra analisada (por “click”).5/5 business' consists of accrediting local partners to offer soil analysis services to farmers in their region. The 'business model' in question foresees an initial investment, by the accredited partner, for the acquisition of SpecSolo-Scan (1) and collection of fee - value - depending on the number of soil samples processed through the SpecSolo platform, or that is, by analyzed sample (by “click”).
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