基于拉曼光谱技术的海水微塑料快速识别技术研究

近年来由于塑料的大量使用和排放,这些塑料经环境作用破碎变成微塑料大量汇聚到海洋中,导致海洋中聚集大量微塑料。微塑料形状较小,难以识别其来源与种类。激光拉曼探测技术具有快速、无损、且各物质指纹峰明显易被精确识别等优点,近年来被广泛应用。本文基于拉曼光谱探测技术,提出了一种结合小波处理、随机森林算法实现海水中微塑料快速识别的智能分类方法。针对六种典型的海水微塑料标准样品(丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的三元共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)),采用激光拉曼探测技术进行光谱数据收集,对获取的拉曼光谱采用小波基为DB7、分解次数为3的小波,标准差归一化进行了拉曼光谱预处理。为了提高识别速度,同时还需要对光谱数据进行数据压缩预处理,分别进行了数据压缩点为64,128,256,512和1024点的数据压缩比较,它们的决策树算法识别精度分别为91.51%,91.67%,92.35%,93.17%和93.21%,随机森林算法识别精度分别为93.12%,93.92%,94.83%,96.81%和96.81%,实验结果表明,微塑料的拉曼光谱压缩为512点时为效率和精度的最佳压缩点,可以为实际工程应用中微塑料拉曼数据压缩提供参考。分别采用决策树、随机森林两种算法进行微塑料拉曼光谱识别研究。研究结果表明,基于拉曼光谱数据,随机森林算法的识别微塑料交叉验证精度高于决策树算法。为进一步提高识别精度,进行了模型参数(折次k)优化研究,采用经过优化后的模型参数(k=20),随机森林算法识别微塑料的交叉验证精度可以达到97.24%。可以为实际海水中微塑料的快速识别提供技术参考。

基于拉曼光谱技术的可燃液体快速检测研究

拉曼光谱作为一种分子“指纹”图谱,能够根据物质分子间的振动对物质进行定性分析,广泛应用在很多领域。拉曼光谱可应用于便携式监测系统,但其数据量偏大,如果不对其数据处理,会增加后续的分析时间,影响自动识别的速度。文中选取九种常见可燃液体90#汽油、93#汽油、97#汽油、丙酮、二甲苯、甲醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇为例,对其进行数据预处理分析,特征峰提取效果显著,进而对数据进行512点的压缩,然后选取支持向量机(support vector machine,SVM)分类算法和随机森林分类算法进行模型训练。研究结果表明,随机森林算法的识别可燃液体样品的交叉验证精度高于SVM算法,随机森林算法的均方误差的结果也都优于SVM算法。运用拉曼光谱技术可明显检测出可燃液体样品的谱峰,对数据进行压缩,提高分析速度,可为后续仪器小型化提供技术参考。