牙制品的无损检测技术研究——以海象牙和独角鲸牙为例

申报人：王笑雯申报日期：2025-01-04

基本情况

所属批次:

2025年批次

项目名称:

牙制品的无损检测技术研究——以海象牙和独角鲸牙为例学生申报

项目类型:

创新训练项目

所属学科门类:

工学

所属专业类:

材料类

项目来源名称:

学生来源于教师科研项目选题

项目归属学院:

项目期限:

一年期

项目简介:

本项目旨在通过对海象牙、独角鲸牙品的形貌特征与成分进行深入分析研究，建立一套准确、高效的检测鉴定方法，以满足文物保护、艺术品鉴定以及野生动物保护等多领域的需求。运用多种先进的分析技术，如显微镜技术观察形貌，光谱分析技术确定成分，对不同牙制品的微观结构和化学组成进行系统对比，揭示其特异性，为牙制品的精准鉴别提供科学依据。

负责人曾经参与科研的情况:

无

指导教师承担科研课题情况:

RH2100001216海南珠宝玉石产业分析项目——海南与东盟珠宝玉石产业互动发展关系研究。

指导教师对本项目的支持情况:

指导项目选题、申报、运行及结题相关工作。

项目级别:

校级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	王笑雯	材料科学与工程学院	宝石及材料工艺学	2023	全面负责	第一主持人
2	郑容平	材料科学与工程学院	宝石及材料工艺学	2023	实验研究、数据处理	成员
3	马卫栋	材料科学与工程学院	宝石及材料工艺学	2023	整理文献资料、整理实验数据	成员
4	杨嘉歆	材料科学与工程学院	宝石及材料工艺学	2023	文献信息整理	成员

指导教师

序号	教师姓名	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	孙媛	材料科学与工程学院	否	第一指导教师

立项依据

研究目的:

1. 建立海象牙、独角鲸牙、猛犸象牙等牙制品的微观形貌特征数据库，包括纹理、孔隙等特征的详细记录。

2. 确定各牙制品的主要化学成分及其含量范围，并分析成分差异与形貌特征之间的内在联系。

3. 开发一套基于形貌对应成分分析的牙制品检测鉴定技术流程和标准，实现对未知牙制品样本的快速、准确鉴定。

研究内容:

1.形貌特征分析

运用光学显微镜、电子显微镜等设备，观察不同放大倍数下牙制品的表面纹理、横截面结构、孔隙分布等形貌特征，并进行详细记录和图像采集。对比不同牙制品之间形貌特征的差异，总结各自的特异性形貌标识。

2.化学成分与谱学特征分析

采用 X 射线荧光光谱仪（XRF）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、拉曼光谱仪等仪器对牙制品样本进行化学成分与谱学特征分析，确定其主要元素组成及有机官能团结构。研究不同牙制品中钙、磷等主要元素含量的差异以及有机成分比例的变化。

3.形貌与成分分析相关联研究

结合形貌特征和成分分析结果，探索两者之间的内在联系，如特定的形貌结构是否与某些元素的富集或有机成分的分布相关。建立基于形貌——组成成分关联的鉴定模型，通过数学算法和统计分析提高鉴定的准确性和可靠性。

国、内外研究现状和发展动态:

1.国外研究现状

国外在牙制品鉴定领域起步较早且技术较为先进。在形貌分析方面，利用高分辨率显微镜和三维成像技术对牙制品的纹理、生长结构等微观形貌进行精确表征，建立了详细的不同牙种的形貌数据库。例如，通过扫描电子显微镜（SEM）可以清晰地观察到猛犸象牙独特的施氏角结构特征以及海象牙的特定矿物包裹体分布形貌。在成分分析上，广泛采用先进的光谱分析技术[1][2]如激光诱导击穿光谱（LIBS）、拉曼光谱（Raman）[3]等，能够快速准确地确定牙制品中的元素组成和化学键信息。同时，结合同位素质谱技术对牙制品中的碳、氧同位素进行分析，以区分不同来源和年代的象牙。此外，一些国际研究团队还开展多技术联用研究，将形貌分析与成分分析结果进行数据融合，利用人工智能算法构建鉴定模型，提高鉴定的准确性和自动化程度。

2.国内研究现状

国内在该领域的研究也在不断发展[4]。在形貌观察上，主要运用光学显微镜和电子显微镜结合图像处理技术，对牙制品的宏观和微观形貌进行研究[5]，初步总结出了一些具有鉴别意义的形貌特征[6]，如独角鲸牙的螺旋纹理特征等。在成分分析方面[7]，采用 X 射线荧光光谱（XRF）[8]、傅里叶变换红外光谱（FTIR）[9]等技术对牙制品的化学成分进行分析[10]。并且在猛犸象牙的放射性碳定年方面取得了一定成果，能够有效区分猛犸象牙与现代象牙。然而，国内在多技术融合以及鉴定模型构建方面相对国外仍有一定差距，数据共享和标准化体系建设也有待完善。

参考文献

[1]Zuo-wei Y ,Qin-feng L ,Chen Z , et al.[The spectrum characteristic analysis of mammoth ivory].[J].Guang pu xue yu guang pu fen xi = Guang pu,2013,33(9):2338-42.

[2]Xiaoguang L ,Chong W ,Yu Z , et al.Fourier-transformed infrared spectroscopy study of the ancient ivory tusks from the Sanxingdui site[J].Frontiers in Earth Science,2023,

[3]V. V P ,S. E P ,A. T I , et al.Study of the Structure of Mammoth Tusk by IR Spectroscopy[J].Optics and Spectroscopy,2022,130(3):207-213.

[4]王波,解迎双,王娟,等.中远红外光谱结合PLS-DA算法对非洲象牙与常见仿制品的鉴别[J].中国口岸科学技术,2024,6(S2):71-76.

[5]陆冠亚,谭笑,郝雨,等.象牙及相关牙骨制品的形态学鉴定要领[J].中国口岸科学技术,2023,5(04):92-96.

[6]许彦,何雪梅.猛犸象牙成分与结构特征分析[C]//国土资源部珠宝玉石首饰管理中心,中国珠宝玉石首饰行业协会.珠宝与科技——中国珠宝首饰学术交流会论文集（2015）.中国地质大学(北京)珠宝学院;,2015:5.

[7]孙雪莹,何明跃,吴金林.象牙与猛犸象牙的成分特征对比分析[C]//自然资源部珠宝玉石首饰管理中心（国家珠宝玉石质量监督检验中心）（NGTC）,中国珠宝玉石首饰行业协会（GAC）.2021国际珠宝首饰学术交流会文集.中国地质大学(北京)珠宝学院;国家珠宝玉石质量监督检验中心深圳实验室;,2021:6.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.059485.

[8]邱云亮.X射线“显微CT”在象牙与仿制品鉴定中的应用[J].森林公安,2015,(03):24-26.许彦,何雪梅.猛犸象牙成分与结构特征分析[C]//国土资源部珠宝玉石首饰管理中心,中国珠宝玉石首饰行业协会.珠宝与科技——中国珠宝首饰学术交流会论文集（2015）.中国地质大学(北京)珠宝学院;,2015:5.

[9]吴姗,张明哲,虞惠贞,等.基于近红外光谱的象牙鉴定[J].光谱学与光谱分析,2023,43(08):2397-2406.

吴烨盛,于志超,马永旺,等.猛犸象牙“冻土料”与猛犸臼齿的形貌、化学成分及谱学特征研究[J].宝石和宝石学杂志(中英文),2024,26(02):23-30.DOI:10.15964/j.cnki.027jgg.2024.02.003.

创新点与项目特色:

1.创新点

①综合研究方法创新：将牙制品的形貌特征与成分分析有机结合，突破传统单一鉴定方法的局限，提高鉴定的准确性和可靠性[8]。

②建立关联模型创新：构建形貌——组成成分关联的鉴定模型，为牙制品鉴定提供新的思路和技术手段。

2.项目特色

将数学模型引入形貌与组成成分研究中，通过对牙制品进行形貌观察与成分分析，以更加直观的方式体现牙制品中二者之间的联系，以为牙制品新的鉴定方法提供思路和技术支持。

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

1.研究技术路线

2.拟解决的问题

①　提高鉴定的准确性和效率：国内外在牙制品鉴定方面均面临提高鉴定准确性和效率的挑战，尤其是在非破坏性鉴定方面。

②　多技术融合与数据共享：国内在多技术融合以及鉴定模型构建方面相对国外存在差距，需要加强数据共享和标准化体系建设。

3.预期成果

为制定标准提供相关的科学依据，并发表高水平论文一篇。

项目研究进度安排:

1.准备阶段

①　2025.01-2025.02

搜索和阅读文献资料，与指导老师交流项目，全员在线学习相关理论知识。

②　2025.03-2025.04

广泛搜集国内外关于牙制品检测、鉴定及成分分析的相关文献和资料，了解当前的研究进展和技术手段。

③　2025.04-2025.05

初步了解项目，准备实验方案，制作实验计划图，并且购买实验用品，落实实验场地和部分器材。

2.实验阶段

①　2025.06-2025.07

样品采集与处理：从牙制品中采集代表性样品，并进行适当的预处理，如清洁、干燥等，按照既定的技术方案和操作流程，对样品进行形貌特征分析和化学成分检测实验，并记录实验数据和结果。

③　2025.09-2025.10

在前期实验基础上，优化后续实验方案，探究牙制品形貌特征与成分组成的联系。

3.总结阶段

①　2025.10-2025.11

检查实验，对实验漏洞进行补充，整理实验数据，得到实验结果，对实验进行验证。

②　2025.11-2025.12

撰写并尝试发表论文。

已有基础:

与本项目有关的研究积累和已取得的成绩:

目前本项目组已经收集到了可靠样品原料（图 1），并对样品进行初步处理(图 2)。在此基础上，本团队已经开展了部分实验，并取得了一些有意义的结果。

已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法:

1、已具备的条件

①　人员充足：本团队有4个学习能力强且积极进取的成员，还有老师进行指导。

②　研究环境：拥有学校对该类研究的支持。

③　基础设备：学校、学院、指导老师配有与此相关的实验室、实验设备，且能正常使用。

2、尚缺少的条件

国内外可参考的研究论文相对较少，需要摸索。

3、解决方法

①　关注相关领域的学术会议。

②　咨询领域内的专家。

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	10000.00	无	6500.00	3500.00
1. 业务费	7000.00	无	3500.00	3500.00
（1）计算、分析、测试费	3000.00	电子显微镜、光谱测试仪器等测试费用	1500.00	1500.00
（2）能源动力费	0.00	无	0.00	0.00
（3）会议、差旅费	1000.00	开展试验科学考察、项目调研、学术交流	1000.00	0.00
（4）文献检索费	1000.00	国内外资料检索与数据库应用	1000.00	0.00
（5）论文出版费	2000.00	论文发表费用	0.00	2000.00
2. 仪器设备购置费	0.00	无	0.00	0.00
3. 实验装置试制费	0.00	无	0.00	0.00
4. 材料费	3000.00	实验样品购置	3000.00	0.00

结束