科研应用|高光谱技术土壤微塑料颗粒分类实验

一、实验背景

   土壤微塑料是指进入土壤环境中的微型塑料颗粒。这些微塑料颗粒通常是由于塑料制品在环境中的分解、老化以及物理磨损而产生的。它们具有粒径小、迁移性强、疏水性强等特点，因此容易在土壤和水体中分布和迁移。土壤微塑料对土壤生态系统具有显著的负面影响。它们能够改变土壤的理化性质，影响土壤功能和生物多样性，从而威胁土壤生态系统的健康。此外，微塑料还可能成为污染物的载体，吸附土壤及水体中的有机污染物和重金属，进一步加剧其对环境的危害。

   高光谱成像技术作为一种新兴的检测手段，具有精细光谱信息、非接触和无损检测、多维度分析、自动化处理等特点。高光谱技术能够捕捉非常详细的光谱数据，几乎提供了连续的光谱信息。每一种塑料材料都有其独特的光谱特征，这些特征体现在它们对不同波长光线的吸收和反射特性上，从而可以通过高光谱成像得到精准区分。可用于多种塑料类型和混合塑料的识别，特别适用于复杂混合物中细微差异的辨识，有助于解决塑料回收行业面临的多种材质混杂难题。

二、实验装置原理

实验微塑料样品

三、实验操作

   使用900-1700nm近红外高光谱相机对4种微塑料样品（PS、PA、PLA、PE）进行高光谱数据采集，颗粒大小为1-3mm，测量高度36cm，最小像元尺寸0.15mm

   使用高光谱数据处理和分析软件对采集的数据进行降噪和反射率计算等数据预处理；

数据处理软件上四种微塑料的高光谱数据曲线

    从下图可以看出：自上而下分别为PS、PA、PLA、PE，使用反射率对数据进行处理，可以发现每种材料反射率曲线在1100-1200nm波段都有不同且明显的吸收峰。使用深度学习分析对数据进行处理，将4种塑料建立数据库导入模型区分，由于模型数据不够完全，塑料边缘部分还存在误判情况。

四种微塑料颜色渲染图

四、可行性研究结论：

单从曲线上看，不同材质塑料微颗粒有明显区别， 使用深度学习算法，能比较直观分辨出塑料微颗粒材质，问题点：塑料边缘处还存在误判情况。