Recently, the combination of robust one-dimensional convolutional neural networks (1-D CNNs) and Raman spectroscopy has shown great promise in rapid identification of unknown substances with good accuracy. Using this technique, researchers can recognize a pure compound and distinguish it from unknown substances in a mixture. The novelty of this approach is that the trained neural network operates automatically without any pre- or post-processing of data. Some studies have attempted to extend this technique to the classification of pure compounds in an unknown mixture. However, the application of 1-D CNNs has typically been restricted to binary classifications of pure compounds. Here we will highlight a new approach in spectral recognition and quantification of chemical components in a multicomponent mixture. Two 1-D CNN models, RaMixNet I and II, have been developed for this purpose. The former is for rapid classification of components in a mixture while the latter is for quantitative determination of those constituents. In the proposed method, there is no limit to the number of compounds in a mixture. A data augmentation method is also introduced by adding random baselines to the Raman spectra. The experimental results revealed that the classification accuracy of RaMixNet I and II is 100% for analysis of unknown test mixtures; at the same time, the RaMixNet II model may achieve a regression accuracy of 88% for the quantification of each component.


翻译:最近,强健的单维共振动神经神经网络(1-DCNNs)和拉曼光谱综合体的结合在快速识别未知物质的准确性方面显示了巨大的前景。使用这一技术,研究人员可以识别纯化合物,并将其与混合物中的未知物质区分开来。这种方法的新颖之处是,经过训练的神经网络自动运行,而没有任何数据预处理或处理后的任何数据处理。一些研究试图将这一技术扩大到将纯化合物归入一种未知混合物中。然而,1-DCNN的应用通常限于纯化合物的二元分类。在这里,我们将突出一种在多构件混合物中识别和量化化学成分的光谱识别和量化新方法。为此开发了两种1-DCNN模式,即RaMixNet I和II。前者用于对混合物中的成分进行快速分类,而后者用于定量确定这些成分。在拟议方法中,对混合物中的纯化合物数量没有限制。在Raman光谱中添加随机基线,从而引入了数据增强方法。在这里,我们将突出多构件混合物中的化学成分的光谱识别和量化方法。实验结果表明,RM网络的每组的精确度为每组的精确度,在Ramix II 的精确度测试中将达到100。

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