|сгенерировать QR код
Открытый доступ
Только для подписчиков
Комбинированный подход, основанный на совместном использовании лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии, масс-спектрометрии и нейронных сетей, для контроля продуктов горения резины
Аннотация
На основе лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (LIBS) разработана система для диагностики и отслеживания процесса горения резины в режиме онлайн. В качестве образцов использованы стирол-бутадиеновый каучук, фторкаучук, силиконовый каучук, хлоропреновый каучук и натуральный каучук. По спектрам LIBS горения резины обнаруживаются металлы Ca, Mg и Na. Установлено, что образующийся дым содержит различные элементы для разных видов резины. Для обнаружения образующегося при горении резины дыма использована специально разработанная система масс-спектрометрии с одной частицей аэрозоля. Проведено сравнение данных масс-спектров и LIBS. Комбинированный подход, объединяющий LIBS с анализом главных компонент и нейронной сетью с обратным распространением ошибки, применен для эффективного обнаружения и идентификации различного дыма, а также отслеживания процесса горения резины. Точность идентификации достигает 94.00%. Сочетание LIBS и указанного алгоритма помогает повысить эффективность обработки большого количества спектральных данных. Проанализированы различия элементов резиновых пластин разных типов, подтверждена точность системы диагностики. Продемонстрированы возможности онлайн-диагностики in situ и изучения процесса горения резины с помощью LIBS, а также спектрального анализа для переработки резины различных типов.
Ключевые слова
лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия,
система масс-спектрометрии аэрозоля с одной частицей,
горение резины,
анализ главных компонент,
нейронная сеть с обратным распространением ошибки
При поддержке: We would like to thank Miss Xiaomeng A for revising the article and Miss Junyi Zhu for assisting in drawing Fig. 1.
Об авторах
D. Tian
Координационный инновационный центр горнодобывающей техники и электрооборудования провинции Аньхой (Аньхойский университет науки и технологий); Государственная лабораторная база по развитию атмосферного оптоэлектронного обнаружения и слияния информации, Центр совместных инноваций в области атмосферной среды и технологий оборудования провинции Цзянсу (CI-CAEET), Нанкинский университет информационных наук и технологий
Китай
Китай
Хуайнань, Нанкин
G. Chen
Координационный инновационный центр горнодобывающей техники и электрооборудования провинции Аньхой (Аньхойский университет науки и технологий)
Китай
Китай
Хуайнань
W. Zhou
Государственная лабораторная база по развитию атмосферного оптоэлектронного обнаружения и слияния информации, Центр совместных инноваций в области атмосферной среды и технологий оборудования провинции Цзянсу (CI-CAEET), Нанкинский университет информационных наук и технологий
Китай
Китай
Нанкин
L. Li
Институт масс-спектрометрии и атмосферной среды, Инженерный исследовательский центр распределения источников загрязнения воздуха в режиме реального времени провинции Гуандун, Университет Цзинань
Китай
Китай
Гуанчжоу
Y. Liu
Координационный инновационный центр горнодобывающей техники и электрооборудования провинции Аньхой (Аньхойский университет науки и технологий); Государственная лабораторная база по развитию атмосферного оптоэлектронного обнаружения и слияния информации, Центр совместных инноваций в области атмосферной среды и технологий оборудования провинции Цзянсу (CI-CAEET), Нанкинский университет информационных наук и технологий; Международная объединенная лаборатория по метеорологической фотонике и оптоэлектронному обнаружению провинции Цзянсу, Нанкинский университет информационных наук и технологий
Китай
Китай
Хуайнань, Нанкин
Список литературы
1. M. Raue, M. Wambach, S. Gloggler, D. Grefen, R. Kaufmann, C. Abetz, P. Georgopanos, U. A. Handge, T. Mang, B. Blumich, V. Abetz, Macromol. Chem. and Phys., 215, 245–254 (2014).
2. C. P. Prabhu, S. Mohanty, V. K. Gupta, Rubber Chem. and Technol., 94, 410–431 (2021).
3. J. H. Guo, X. R. Zeng, Q. K. Luo, J. Elastomers and Plastics, 41, 554–573 (2009).
4. Department of Circulation Industry Development, Ministry of Commerce, PRC, China Renewable Resource Recycling Industry Development Report 2018, China Fortune Press, Beijing (2018).
5. L. He, H. D. Cai, Y. Huang, Y. Ma, W. van den Bergh, L. Gaspar, J. Valentin, Y. E. Vasiliev, K. J. Kowalski, J. H. Zhang, J. Build. Eng., 35, 101991 (2021).
6. P. Kumar, Y. Fukahori, A. G. Thomas, J. J. C. Busfield, Rubber Chem. and Technol., 80, 24–39 (2007).
7. N. Z. Noriman, H. Ismail, A. A. Rashid, J. Appl. Polymer Sci., 126, E56–E63 (2012).
8. S. Honus, V. Sassmanova, J. Frantik, P. Bukowski, D. Juchelkova, Chem. and Proc. Eng.-Inzynieria Chem. I Proc., 35, 317–329 (2014).
9. K. Formela, A. Hejna, L. Zedler, X. Colom, J. Canavate, Express Polymer Lett., 13, 565–588 (2019).
10. A. A. Basik, J. J. Sanglier, C. T. Yeo, K. Sudesh, Polymers, 13, 1989 (2021).
11. E. Raudonyte-Svirbutaviciene, R. Stakeniene, K. Joksas, D. Valiulis, S. Bycenkiene, A. Zarkov, Chemosphere, 286, 131556 (2022).
12. Q. H. Zhang, Y. Z. Liu, At. Spectrosc., 43, No. 2, 174–185 (2022).
13. D. W. Hahn, N. Omenetto, Appl. Spectrosc., 66, 347–419 (2012).
14. N. Sharma, V. K. Singh, Y. Lee, S. Kumar, P. K. Rai, A. K. Pathak, V. K. Singh, At. Spectrosc., 41, No. 6, 234–241 (2020).
15. B. M. Atta, M. Saleem, S. U. Haq, H. Ali, Z. Ali, M. Qamar, Laser Phys. Lett., 15, 125603 (2018).
16. D. C. Zhang, Z. Q. Hu, Y. B. Su, B. Hai, X. L. Zhu, J. F. Zhu, X. Ma, Opt. Express, 26, 18794–18802 (2018).
17. J. N. Onkangi, H. K. Angeyo, J. Appl. Spectrosc., 90, No. 6, 1325–1333 (2024).
18. E. Abas, C. Marina-Montes, M. Laguna, R. Lasheras, P. Rivas, P. Peribanez, J. del Valle, M. Escudero, A. Velasquez, J. O. Caceres, L. V. Perez-Arribas, J. Anzano, Chemosphere, 307, 135706 (2022).
19. E. L. Wan, Q. H. Zhang, L. Li, Q. H. Xie, X. Li, Y. Z. Liu, Opt. and Laser Eng., 174, No. 6, 107974 (2024).
20. J. Ren, Y. R. Zhao, K. Q. Yu, Comp. Electron. Agric., 197, 106986 (2022).
21. C. Eum, E. Jang, H. Kim, S. H. Nam, Y. Lee, D. Choi, H. Chung, Analyst, 147, 3193–3200 (2022).
22. A. Brysbaert, K. Melessanaki, D. Anglos, J. Archaeolog. Sci., 33, 1095–1104 (2006).
23. E. Srivastava, H. Kim, J. P. Lee, S. Shin, S. Jeong, E. Hwang, Chemometrics and Intelligent Lab. Systems, 230, 104667 (2022).
24. R. C. Wiens, S. Maurice, B. Barraclough, et al., Space Sci. Rev., 170, 167–227 (2012).
25. T. Kan, V. Strezov, T. Evans, Fuel, 191, 403–410 (2017).
26. N. Miskoiczi, R. Nagy, L. Bartha, P. Halmos, S. B. Fazeka, Microchem. J., 88, 14–20 (2008).
27. M. Toh, T. Gondoh, T. Mori, M. Mishima, J. Appl. Polymer Sci., 95, 166–172 (2005).
28. M. Ture, I. Kurt, Z. Akturk, Expert Systems Appl., 32, 422–426 (2007).
29. S. Marukatat, Artificial Intelligence Rev., 56, 5445–5447 (2023).
30. H. Tian, L. N. Zhang, M. Li, Y. Wang, D. G. Sheng, J. Liu, C. M. Wang, Infrared Phys. Technology, 102, 4 (2019).
31. A. J. C. Trappey, C. V. Trappey, L. Ma, J. C. M. Chang, Comp. Ind. Eng., 84, 3–11 (2015).
32. D. P. Tian, Z. M. Sun, E. L. Wan, W. T. Zhou, Z. Chen, Y. Z. Liu, J. Laser Appl., 34, 032011 (2022).
33. E. L. Wan, Y. Z. Liu, Z. M. Sun, Q. H. Zhang, M. L. Yang, F. Zhang, Chemosphere, 298, No. 8 (2022).
34. Q. H. Zhang, Y. Z. Liu, W. Y. Yin, Y. H. Yan, L. Li, G. H. Xing, Chemosphere, 242, 125184 (2020).
35. Q. H. Zhang, Y. Z. Liu, W. Y. Yin, Y. H. Yan, Q. Y. Tang, G. H. Xing, J. Anal. At. Spectrometry, 35, 341 (2020).
36. Q. H. Zhang, Y. Z. Liu, Y. Chen, Y. Z. Zhangcheng, Z. M. Zhuo, L. Li, Opt. Express, 28, No. 15, 22844–22855 (2020).
37. L. Li, Z. Huang, J. Dong, et al., Int. J. Mass Spectrom., 303, 118–124 (2011).
38. Y. Z. Zhangcheng, Y. Z. Liu, Q. H. Zhang, et al., Opt. Laser Eng., 142, 106586 (2021).
39. Y. Chen, Y. Z. Zhangcheng, Q. H. Zhang, et al., Opt. Laser Technol., 145, 107490 (2022).
40. National Institute of Standards and Technology, http://webbook.nist.gov/chemistry/form-ser/
41. N. O. Bezverkhnii, T. A. Lapushkina, N. A. Monakhov, M. V. Petrenko, S. A. Ponyaev, Tech. Phys. Lett., 47, 68–70 (2021).
Рецензия
Для цитирования:
Tian D., Chen G., Zhou W., Li L., Liu Y. Комбинированный подход, основанный на совместном использовании лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии, масс-спектрометрии и нейронных сетей, для контроля продуктов горения резины. Журнал прикладной спектроскопии. 2025;92(3):417.
For citation:
Tian D., Chen G., Zhou W., Li L., Liu Y. Online in situ Diagnosis and Traceability of Rubber Combustion: Utilizing LIBS, Mass Spectrometry, and Machine Learning. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2025;92(3):417.
Просмотров:
7
Послать статью по эл. почте 