Deep-learning-driven spectral image analysis for intelligent monitoring of multiple pesticides and antibiotics.
Talanta · 2026 · 298:128942 · PMID 41052491 · 등급8 기타 분석법개발 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 환경시료
요약 생성 대기 중입니다.
초록 전문 번역 · gemma4:e4b
농업 및 의료 분야에서 살충제와 항생제의 광범위한 사용으로 인해 발생하는 환경 오염과 잠재적 건강 위험은 전 세계적인 관심사로 부상하였다. 본 연구는 농업용 수역에 존재하는 다수의 살충제와 항생제를 지능적으로 모니터링하는 데 특화된 새로운 딥러닝 기반 분광 이미지 분석 접근법을 제시한다. 글리포세이트(GL), 벤다존(BE), 벤질페니실린 칼륨(BP), 테트라사이클린 염산염(TH)을 포함하며 농도가 3.8–550 μg/L 범위인 총 6100개의 샘플이 준비되었다. 샘플들을 선택된 복합 발색 시약과 혼합한 후, 안정화된 반응 혼합물의 특정 흡광도 특성을 맞춤 설계된 분광광도계를 이용하여 측정하였다. 전처리된 분광 데이터는 미세 조정된 ResNet-50 딥러닝 모델을 훈련하는 데 사용되었다. 분광 특징과 참고 농도 간의 매핑을 확립함으로써, 해당 모델은 알려지지 않은 오염물질 농도를 효과적으로 예측하였다. 그 결과에 따르면, 제안된 방법은 GL, BE, BP 및 TH의 신속하고 동시적인 검출이 가능함을 나타냈다. 실험실 조건에서 결정계수는 0.993을 초과하였으며, 10–550 μg/L 농도 범위에서 신뢰성 있는 예측률은 80%를 상회하였다. GL, BE, BP 및 TH의 검출 한계는 각각 0.23, 0.32, 0.38 및 0.28 μg/L이었다. 또한, 천연수 샘플에서 비정상적인 예측 빈도는 3.8–10 μg/L 농도 범위에서 증가하는 경향을 보였으나, 전반적인 정확도는 비교적 높게 유지되었다. 본 연구는 살충제 및 항생제의 신속한 식별에 대한 새로운 관점을 제공한다. 향후 이 방법이 수역 내 오염물질의 조기 경보 및 실시간 추적을 위한 시의적절하고 비용 효율적이며 확장 가능한 해결책을 제공할 수 있기를 기대한다.ORIGINAL ABSTRACT
With the widespread use of pesticides and antibiotics in agriculture and healthcare, their associated environmental pollution and potential health hazards have emerged as a global concern. This study presents a novel deep learning-based spectral image analysis approach that is dedicated to the intelligent monitoring of multiple pesticides and antibiotics in agricultural water bodies. A total of 6100 samples containing glyphosate (GL), bentazone (BE), benzylpenicillin potassium (BP), and tetracycline hydrochloride (TH) at concentrations range of 3.8-550 μg/L were prepared. After the samples were mixed with selected composite chromogenic reagents, the specific absorbance characteristics of the stabilized reaction mixtures were measured using a custom-designed spectrometer. The preprocessed spectral data were used to train a fine-tuned ResNet-50 deep learning model. By establishing mappings between spectral features and reference concentrations, the model effectively predicted unknown pollutant concentrations. The results indicated that the proposed method enables rapid and simultaneous detection of GL, BE, BP and TH. Under laboratory conditions, the coefficient of determination exceeded 0.993, the reliable prediction rate was over 80 % in the concentration range of 10-550 μg/L. The limits of detection for GL, BE, BP, and TH were 0.23, 0.32, 0.38, and 0.28 μg/L, respectively. In addition, the frequency of abnormal predictions for natural water samples exhibited an increase over the concentration range of 3.8-10 μg/L, while the overall accuracy remained relatively high. Our research provides a new perspective on the rapid identification of pesticides and antibiotics. In the future, we hope this method can offer a timely, cost-effective and scalable solution for the early warning and real-time tracking of pollutants in water bodies.| 저자 | Fu, Z.; Liu, L.; Duan, Q.; Yao, L.; Wan, Q.; Zhou, C.; Wu, W.; Wang, F.; Lee, J. |
|---|---|
| 저널 | Talanta |
| 권·호·쪽 | 298(Pt A), 128942 |
| PMID | 41052491 |
| DOI | 10.1016/j.talanta.2025.128942 |
| MeSH | Pesticides; Anti-Bacterial Agents; Deep Learning; Water Pollutants, Chemical; Environmental Monitoring; Glyphosate; Glycine |