Classification of household microplastics using a multi-model approach based on Raman spectroscopy

微塑料 支持向量机 人工智能 线性判别分析 主成分分析 极限学习机 模式识别(心理学) 机器学习 生物系统 环境科学 计算机科学 环境化学 人工神经网络 化学 生物
作者
Zikang Feng,Lina Zheng,Jia Liu
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:325: 138312-138312 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.138312
摘要

The extensive use of plastics leads to the release and diffusion of microplastics. Household plastic products occupy a large part and are closely related to daily life. Due to the small size and complex composition of microplastics, it is challenging to identify and quantify microplastics. Therefore,a multi-model machine learning approach was developed for classification of household microplastics based on Raman spectroscopy. In this study, Raman spectroscopy and machine learning algorithm are combined to realize the accurate identification of seven standard microplastic samples, real microplastics samples and real microplastic samples post-exposure to environmental stresses. Four single-model machine learning methods were used in this study, including Support vector machine (SVM), K-nearest neighbor (KNN), Linear discriminant analysis (LDA), and Multi-layer perceptron (MLP) model. The principal components analysis (PCA) was utilized before SVM, KNN and LDA. The classification effect of four models on standard plastic samples is over 88%, and reliefF algorithm was used to distinguish HDPE and LDPE samples. A multi-model is proposed based on four single models including PCA-LDA, PCA-KNN and MLP. The recognition accuracy of multi-model for standard microplastic samples, real microplastic samples and microplastic samples post-exposure to environmental stresses is over 98%. Our study demonstrates that the multi-model coupled with Raman spectroscopy is a valuable tool for microplastic classification.
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