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基于机器学习的拉曼成像技术在微塑料识别与可视化中的应用

文献类型： 中文期刊

作者： 马梦丹 1 ; 许玉芝 1 ; 李芳 2 ; 徐笠 2 ;

作者机构： 1.山东理工大学资源与环境工程学院

2.北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所

关键词： 微塑料;高光谱解混;拉曼成像;机器学习;环境检测

期刊名称： 中国无机分析化学

ISSN： 2095-1035

年卷期： 2025 年 15 卷 007 期

页码： 939-949

摘要： 微塑料（MPs）作为一种新型持久性污染物，已对生态系统构成潜在威胁，因此，有效进行微塑料的识别和分类工作对于环境污染的监测和风险评估至关重要，在现有的多种检测方法中，拉曼成像技术因其低样本需求及化学特异性强等优点被广泛应用于分析微塑料的类别和特征。为了应对MPs引发的生态环境问题，探讨高光谱解混方法与机器学习相结合的拉曼成像技术，用于识别和可视化土壤中的微塑料。采用N-FINDR算法耦合无约束最小二乘法（N-FINDR-UCLS）分析聚苯乙烯（Polystyrene,PS）、聚丙烯（Polypropylene,PP）、聚乙烯（Polyethylene,PE）和聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯[Poly(butylene adipate-co-terephthalate),PBAT]等四种常见的微塑料，分别对单一微塑料以及原始、老化和土壤中混合的微塑料进行了拉曼成像，并利用N-FINDR-UCLS分析，将其计算求得的平均光谱与原始微塑料拉曼数据进行对比，以皮尔逊相关系数（r）评价光谱图的相似性和鲁棒性。结果显示，建立的方法能够快速准确地识别单一以及原始和老化微塑料多元混合的微塑料类型，并在复杂的土壤样品中保持良好的识别能力。在微塑料污染日益严重的背景下，为环境监测和污染治理提供了强有力的工具，未来的研究可以进一步优化算法，引入更多种类的微塑料样本，并探索在其他复杂环境中的应用。

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