Fast Detection and Classification of Microplastics below 10 μm Using CNN with Raman Spectroscopy

微塑料 化学 拉曼光谱 环境化学 光谱学 色谱法 分析化学(期刊) 模式识别(心理学) 人工智能 光学 物理 量子力学 计算机科学
作者
Jong Tae Lim,Gwy-Am Shin,Dongha Shin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00823
摘要

In light of the growing awareness regarding the ubiquitous presence of microplastics (MPs) in our environment, recent efforts have been made to integrate Artificial Intelligence (AI) technology into MP detection. Among spectroscopic techniques, Raman spectroscopy is preferred for the detection of MP particles measuring less than 10 μm, as it overcomes the diffraction limitations encountered in Fourier transform infrared (FTIR). However, Raman spectroscopy's inherent limitation is its low scattering cross section, which often results in prolonged data collection times during practical sample measurements. In this study, we implemented a convolutional neural network (CNN) model alongside a tailored data interpolation strategy to expedite data collection for MP particles within the 1-10 μm range. Remarkably, we achieved the classification of plastic types for individual particles with a mere 0.4 s of exposure time, reaching an approximate confidence level of 85.47(±5.00)%. We postulate that the result significantly accelerates the aggregation of microplastic distribution data in diverse scenarios, contributing to the development of a comprehensive global microplastic map.
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