Deep Learning and Infrared Spectroscopy: Representation Learning with a β-Variational Autoencoder

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作者
Michael Grossutti,Joseph D’Amico,Jonathan Quintal,Hugh MacFarlane,Amanda Quirk,John Dutcher
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (25): 5787-5793 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c01328
摘要

Infrared (IR) spectra contain detailed and extensive information about the chemical composition and bonding environment in a sample. However, this information is difficult to extract from complex heterogeneous systems because of overlapping absorptions due to different generative factors. We implement a deep learning approach to study the complex spectroscopic changes that occur in cross-linked polyethylene (PEX-a) pipe by training a β-variational autoencoder (β-VAE) on a database of PEX-a pipe spectra. We show that the β-VAE outperforms principal component analysis (PCA) and learns interpretable and independent representations of the generative factors of variance in the spectra. We apply the β-VAE encoder to a hyperspectrum of a crack in the wall of a pipe to evaluate the spatial distribution of these learned representations. This study shows how deep learning architectures like β-VAE can enhance the analysis of spectroscopic data of complex heterogeneous systems.
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