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Computer-Assisted Analysis of Microplastics in Environmental Samples Based on μFTIR Imaging in Combination with Machine Learning

Titelangaben

Hufnagl, Benedikt ; Stibi, Michael ; Martirosyan, Heghnar ; Wilczek, Ursula ; Möller, Julia N. ; Löder, Martin G. J. ; Laforsch, Christian ; Lohninger, Hans:
Computer-Assisted Analysis of Microplastics in Environmental Samples Based on μFTIR Imaging in Combination with Machine Learning.
In: Environmental Science & Technology Letters. Bd. 9 (2022) Heft 1 . - S. 90-95.
ISSN 2328-8930
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.estlett.1c00851

Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357 Mikroplastik
391977956
PLAWES – The Journey of Microplastics from the River Weser to the North Sea
BMBF Project PLAWES, grant 03F0789A
MiKoBo BWMK18007
BWMK18007
BabbA - Biologisch abbaubare Beutel in der Bioabfallverwertung
BWBAW20101

Projektfinanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Andere

Abstract

The problem of automating the data analysis of microplastics following a spectroscopic measurement such as focal plane array (FPA)-based micro-Fourier transform infrared (FTIR), Raman, or QCL is gaining ever more attention. Ease of use of the analysis software, reduction of expert time, analysis speed, and accuracy of the result are key for making the overall process scalable and thus allowing nonresearch laboratories to offer microplastics analysis as a service. Over the recent years, the prevailing approach has been to use spectral library search to automatically identify spectra of the sample. Recent studies, however, showed that this approach is rather limited in certain contexts, which led to developments for making library searches more robust but on the other hand also paved the way for introducing more advanced machine learning approaches. This study describes a model-based machine learning approach based on random decision forests for the analysis of large FPA-μFTIR data sets of environmental samples. The model can distinguish between more than 20 different polymer types and is applicable to complex matrices. The performance of the model under these demanding circumstances is shown based on eight different data sets. Further, a Monte Carlo cross validation has been performed to compute error rates such as sensitivity, specificity, and precision.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Polymer particles; Machine learning; Fourier transform infrared spectroscopy; Software; Polymers
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I > Lehrstuhl Tierökologie I - Univ.-Prof. Dr. Christian Laforsch
Forschungseinrichtungen > Forschungszentren > Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung - BayCEER
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1357 - MIKROPLASTIK
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Forschungszentren
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
Eingestellt am: 15 Dec 2021 08:23
Letzte Änderung: 21 Jan 2022 07:46
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/68152