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拉曼光譜檢測(cè)識(shí)別微塑料有新進(jìn)展
2025年03月24日 11:18:09
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5242
近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安光所高曉明研究員團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)基于改進(jìn)殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在劣質(zhì)拉曼光譜檢測(cè)識(shí)別微塑料方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名期刊《塔蘭塔》上。
微塑料，是一種直徑小于5毫米的塑料顆粒，是造成污染的主要載體。微塑料體積小，這就意味著其比表面積大，吸附污染物的能力越強(qiáng)。目前,微塑料已在世界范圍內(nèi)的海洋環(huán)境、地表水系統(tǒng)(湖泊、河流等)、陸地系統(tǒng)(土壤、污泥等)和空氣粉塵中被廣泛檢出。因此，快速準(zhǔn)確對(duì)不同類型的微塑料進(jìn)行分類識(shí)別對(duì)環(huán)境中微塑料污染的追溯和針對(duì)性治理具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安光所高曉明研究員團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)基于改進(jìn)殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在劣質(zhì)拉曼光譜檢測(cè)識(shí)別微塑料方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名期刊《塔蘭塔》上。
拉曼光譜技術(shù)具有無損檢測(cè)、非入侵性、樣品要求量低、空間分辨率高、光譜范圍寬等特點(diǎn)，適用于微塑料檢測(cè)識(shí)別。機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以快速處理和分析大量光譜數(shù)據(jù)，能夠從復(fù)雜的拉曼光譜數(shù)據(jù)中快速提取特征進(jìn)行有效分類，然而運(yùn)用拉曼光譜處理和分析復(fù)雜環(huán)境或干擾情況下的微塑料仍然具有挑戰(zhàn)。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種改進(jìn)的殘差網(wǎng)絡(luò)模型，可對(duì)激光功率不足和光譜采集時(shí)間較短的非理想實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的微塑料不同質(zhì)量拉曼光譜進(jìn)行分類識(shí)別。相比傳統(tǒng)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，引入擠壓-激發(fā)(SE)模塊的改進(jìn)的殘差網(wǎng)絡(luò)能夠在不顯著增加參數(shù)量和計(jì)算量情況下，在噪聲干擾大、信噪比低的低質(zhì)量微塑料拉曼光譜分類中達(dá)到更高的準(zhǔn)確率，并且通過Grad-CAM可視化反映了機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行光譜分類的依據(jù)。這項(xiàng)工作表明了機(jī)器學(xué)習(xí)在更多復(fù)雜環(huán)境和干擾下，分析處理低質(zhì)量拉曼光譜的能力。
拉曼光譜檢測(cè)識(shí)別微塑料的技術(shù)突破，不僅彰顯了我國在環(huán)境污染物研究領(lǐng)域的實(shí)力，更為全球生態(tài)環(huán)境治理注入了新的活力。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與應(yīng)用，更加快捷、高效的微塑料檢測(cè)技術(shù)有望加速走向現(xiàn)實(shí)，為實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。
素材來源：安徽日?qǐng)?bào)
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