Массовый элементный анализ зубной эмали методами затухания низкоэнергетических фотонов и гамма-спектрометрии

Представлена аналитическая методика количественного определения элементного состава образцов зубов с использованием ослабления низкоэнергетических фотонов в диапазоне 10–150 кэВ. Метод основан на сильной зависимости фотоэлектрического эффекта от атомного номера (Z), что позволяет точно идентифицировать и количественно определять основные компоненты (Ca, P) и микроэлементы (Na, Mg). Образцы зубов людей различных демографических групп проанализированы с помощью ϒ-спектрометра на основе высокочистого германия (HPGe), настроенного на высокое энергетическое разрешение при низких энергиях фотонов. Экспериментальные коэффициенты массового ослабления подтверждены как моделированием методом Монте-Карло в Geant4, так и базой данных XCOM. Продемонстрировано хорошее соответствие с отклонениями ≤5%. Методика обладает явными преимуществами по сравнению с чувствительными к поверхности методами получения усредненных данных об элементном составе.

1. A. S. Korshunov, V. D. Vagner, K. N. Kuryatnikov, et al., J. Appl. Spectrosc., 91, 323–334 (2024), https://doi.org/10.1007/s10812-024-01724-w.

2. M. E. Grawish, L. M. Grawish, H. M. Grawish, M. M. Grawish, A. A. Holiel, N. Sultan, S. A. El-Negoly, Tissue Eng. Reg. Med., 19, No. 4, 687–701 (2022), https://doi.org/10.1007/s13770-022-00438-4.

3. M. Blanz, S. Stewart, I. Mainland, P. Ascough, A. Raab, J. Feldmann, M. A. Taggart, J. Archaeol. Sci., 139, 105551(2022), https://doi.org/10.1016/j.jas.2022.105551.

4. K. Sarna-Bo´s, K. Skic, P. Boguta, A. Adamczuk, M. Vodanovic, R. Chałas, Micron, 172, 103485 (2023), https://doi.org/10.1016/j.micron.2023.103485.

5. F. Lin, R. Ordinol-Zapata, B. Van Heel, L. Zhang, R. Lee, Z. Ye, H. Xu, A. S. L. Fok, Dental Materials (2025), https://doi.org/10.1016/j.dental.2024.12.009.

6. P. Thongnopkun, A. Phlayrahan, J. Appl. Spectrosc., 92, 1063–1072 (2025). https://doi.org/10.1007/s10812-025-02008-7.

7. S. Khrissi, M. Haddad, L. Bejjit, et al., J. Appl. Spectrosc., 92, 839–849 (2025). https://doi.org/10.1007/s10812-025-01978-y.

8. A. Y. Mayor, S. S. Golik, A. V. Borovskiy, et al., J. Appl. Spectrosc., 89, 1107–1111 (2023). https://doi.org/10.1007/s10812-023-01474-1.

9. P. Wróbel, P. Stec, W. Wiatrowska, A. Ziomber-Lisiak, Measurement, Part C, 242, 115939 (2025), https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115939.

10. S. I. Mamtha, R. Paranthaman, A. Negi, J. A. Moses, J. Food Comp. and Analysis, 140, 107216 (2025), https://doi.org/10.1016/j.jfca.2025.107216

11. M. Ristova, D. Josheva, Z. Brozek-Mucha, Forensic Sci. Int., 330, 111103 (2022), https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2021.111103.

12. A. H. Ismail, E. M. Tahir, Appl. Rad. and Isotopes, 180, 110036 (2022), https://doi.org/10.1016/j.apra-diso.2021.110036.

13. A. A. Guda, S. A. Guda, A. Martini, et al., Nature Rev. Methods Primers, 1, 58 (2021), https://doi.org/10.1038/s43586-021-00055-w.

14. J. Timoshenko, Roldan B. Cuenya, Chem. Rev., 122, No. 6, 5764–5796 (2022), https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00895.

15. M. A. Saeed, N. J. Zainal, I. Hossain, et al., J. Appl. Spectrosc., 81, 541–545 (2014), https://doi.org/10.1007/s10812-014-9967-9.

16. N. Zaim, C. Dogan, Z. Camtakan, J. Appl. Spectrosc., 83, 271–276 (2016), https://doi.org/10.1007/s10812-016-0280-7.

17. J. H. Hubbell, S. M. Seltzer, Tables of X-Ray Mass Attenuation Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients 1 keV to 20 MeV for Elements Z51 to 92 and 48 Additional Substances of Dosimetric Interest, U.S. Department of Commerce, Technology Administration, National Institute of Standards, Maryland (1995); Report NISTIR 5632.

18. L. Gerward, N. Guilbert, K. B. Jensen, H. Levring, X. Win, Rad. Phys. Chem., 71, 653–654 (2004).

19. S. Agostinelli, et al., Geant4-A Simulation Toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 506, 250–303 (2003), https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8.