机器学习助力土壤污染物检测新方法

研究人员开发了一种结合表面增强拉曼光谱、密度泛函理论计算和机器学习算法的新方法,可检测土壤中未被实验分离研究的多环芳烃类污染物,为环境监测提供更高效解决方案。

某大学与某医学院研究团队开发出新型土壤污染物检测策略,该方法无需依赖实验室物理样本即可识别多环芳烃(PAHs)及其衍生物(PACs)等有害物质。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》。

核心技术架构包含三部分:

  1. 表面增强拉曼光谱技术:通过分析分子与光的相互作用获取独特光谱指纹
  2. 密度泛函理论计算:基于分子结构预测数千种PAHs/PACs的虚拟光谱库
  3. 双机器学习算法
    • 特征峰提取算法:解析真实土壤样本的光谱特征
    • 特征峰相似度算法:匹配虚拟光谱库中的化合物

实验采用某自然保护区的实际土壤样本,结果显示该方法比传统技术更快速准确地检测出微量污染物。未来可集成便携式拉曼设备实现现场检测,突破现有环境监测必须依赖专业实验室的局限。

该研究获某国家卫生研究院(P42ES027725-01)和某基金会(C-1220, C-1222)资助。核心创新点在于通过理论计算预测未知污染物的光谱特征,结合机器学习实现"化学指纹"的跨时空匹配——即使污染物随时间发生化学变化仍可识别。

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