인체 골격의 열에 대한 영향의 연구는 주로 뼈와 치아에 한정되어져 왔는데, 인체의 다른 조직에 비해 고온에서 저항성이 크고 장시간의 열의 노출에도 인지할 수 있는 형태로 남아있기 때문이다. 고온에 따른 치아의 조직변화에 대해서는 많은 연구가 있어왔지만, 뼈에 관한 연구는 미진하며, 한국에서는 이에 대한 연구가 전무하다. 본 연구에서는 주사전자현미경과 에너지분산분광분석기로 한국인 남녀의 화장 후 분골을 분석하였으며, 그 결과 남녀 모두 두 종류의 결정(구형, 6각형 프리즘형태)이 관찰되었으며, 남자보다 여자의 분골 결정이 작고 더 둥글었다. 칼슘과 산소의 양이 분골 무기질의 대부분을 차지하였는데, 이는 고온에서 형성되는 CaO(칼슘옥사이드)에 의한 것으로 확인할 수 있었다.
인체 골격의 열에 대한 영향의 연구는 주로 뼈와 치아에 한정되어져 왔는데, 인체의 다른 조직에 비해 고온에서 저항성이 크고 장시간의 열의 노출에도 인지할 수 있는 형태로 남아있기 때문이다. 고온에 따른 치아의 조직변화에 대해서는 많은 연구가 있어왔지만, 뼈에 관한 연구는 미진하며, 한국에서는 이에 대한 연구가 전무하다. 본 연구에서는 주사전자현미경과 에너지분산분광분석기로 한국인 남녀의 화장 후 분골을 분석하였으며, 그 결과 남녀 모두 두 종류의 결정(구형, 6각형 프리즘형태)이 관찰되었으며, 남자보다 여자의 분골 결정이 작고 더 둥글었다. 칼슘과 산소의 양이 분골 무기질의 대부분을 차지하였는데, 이는 고온에서 형성되는 CaO(칼슘옥사이드)에 의한 것으로 확인할 수 있었다.
Teeth and bones are very resistance to high temperatures and remain recognizable even after prolonged exposures to heat. The effects of heating and burning on teeth have been studied with the aim of discerning a characteristic signature withstanding high temperature, but there have been few studies ...
Teeth and bones are very resistance to high temperatures and remain recognizable even after prolonged exposures to heat. The effects of heating and burning on teeth have been studied with the aim of discerning a characteristic signature withstanding high temperature, but there have been few studies about a human cremated ash, especially Korea. We are recognizable by elemental composition and can be detected in human cremated ash samples by Scanning electromicroscopy/Energy dispersive X-ray spectrometry analysis(SEM/EDS), cremated, at $800{\sim}900^{\circ}C$ for 1 hour. In this temperature range, different crystals morphologies(spherical, irregular and hexagonal) are observed in SEM. Calcium(Ca) and oxygen(O) increases steadily after cremation in EDS. We suggest that cremated bone have been provided with calcium oxide(CaO) formation at temperature above $900^{\circ}C$. This study offers basic data to assess the structure and elemental compositions of human ash and to determine if these remain identifiable after exposure to extreme temperatures.
Teeth and bones are very resistance to high temperatures and remain recognizable even after prolonged exposures to heat. The effects of heating and burning on teeth have been studied with the aim of discerning a characteristic signature withstanding high temperature, but there have been few studies about a human cremated ash, especially Korea. We are recognizable by elemental composition and can be detected in human cremated ash samples by Scanning electromicroscopy/Energy dispersive X-ray spectrometry analysis(SEM/EDS), cremated, at $800{\sim}900^{\circ}C$ for 1 hour. In this temperature range, different crystals morphologies(spherical, irregular and hexagonal) are observed in SEM. Calcium(Ca) and oxygen(O) increases steadily after cremation in EDS. We suggest that cremated bone have been provided with calcium oxide(CaO) formation at temperature above $900^{\circ}C$. This study offers basic data to assess the structure and elemental compositions of human ash and to determine if these remain identifiable after exposure to extreme temperatures.
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문제 정의
본 연구는 국내 연구로는 처음으로 한국인 성인 남녀의 화장(cremation) 이후 주사전자현미경을 통해 사람의 분골의 형태와 에너지분산분광분석기를 통해 미네랄 성분의 화학조성을 분석한 연구이다. 해당 연구의결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 일반적 화장 온도에서 관찰되는 뼈 미네랄의 특징적 결정체 변화를 SEM/EDS를 통해 보고, 이를 통해 완전 연소된 상태에서의 뼈 구조물의 형태변화와 뼈 미네랄의 화학조성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
고정이 끝난 시료는 동일 인산완충용액으로 15분씩 3회 세척한 다음, 에탄올 농도상승 순으로 탈수하여 isoamyl acetate로 치환하였다. 처리된 시료는 임계점건조기(critical point dryer, SCP-II Hitachi, Japan)에서 건조시킨 후, 이온침착기(ion coater, E-1030, Hitachi, Japan)를 사용하여 20 nm두께로 금도금(goldcoating)한 다음 주사전자현미경(S-4700, Hitachi, Japan)으로 10 kV에서 관찰하였다.
화장 분골 외부에 부착되어 있는 물질의 성분을 분석하기 위해 C, O, S, Na, Ca, Mg 등의 분포양상을 에너지분산분광분석기(INCA. Oxford Ins., Great Britain)를 사용하여 확인하였다. 이때 가속전압은 15kV를 이용하였다.
화장온도는 평균 850℃에서 80분간 완전 연소되었으며 분석을 위한 인위적인 조정은 없었다. 화장한 유골은 자동분쇄기에 분쇄되어 타 분골과 섞이거나 불순물이 첨가되지 않은 상태에서 일부분 채취하여 관찰하였다.
대상 데이터
60세 후반의 성인 남, 여 각각 1인을 2차 연소시설, 후단시설이 있고 비례제어시스템이 있는 화장장에서 완전 연소시켰다. 화장온도는 평균 850℃에서 80분간 완전 연소되었으며 분석을 위한 인위적인 조정은 없었다.
800~900℃에서 60분간 화장된 뼈의 표면구조를 관찰하기 위해서 채취 후 전처리 과정을 거치지 않은 화장 뼈를 실험재료로 사용하였다. 각각의 시료를 2.
성능/효과
1. 주사전자현미경을 통해 관찰한 결과, 남녀 모두 두 종류의 결정(구형, 6각형 프리즘형태)이 관찰되었다.
2. 남자보다 여자의 분골 결정이 작고 더 둥글었다.
3. 소량의 탄소만이 검출된 것은, 완전 연소에 의해 유기물이 모두 연소되었기 때문으로 생각된다.
4. 칼슘과 산소의 양이 분골 무기질의 대부분을 차지하였는데, 이는 고온에서 형성되는 CaO(칼슘옥사이드)에 의한 것으로 확인할 수 있었다.
본 실험에서도 다양한 형태의 결정체를 볼 수 있었는데, JL Holden 등(1)의 연구에서 관찰되었던 결정체가 모두 관찰되었다(둥근 모양, 불규칙한 모양, 6각형 모양). 남, 여에 따라 결정체의 차이가 있었는데 남자의골분에서는 형태와 크기가 다양한 결정체가 보이는 반면, 여성의 골분에서는 작고 둥근 결정체가 균일하게 분포되어 있는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 JL.
본 실험에서 800℃도에서 80분간 화장한 분골을 EDS를 통해 성분을 분석한 결과 탄소가 거의 없는 것으로 보아 유기물의 완전 연소가 이루어졌음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 800℃도 이상에서 60분간의 연소가 유기물의 완전 연소를 발생함을 확인하였다. 또한 Ca와 O의 양이 human ash 무기질의 대부분을 차지하였다.
본 연구에 사용된 화장 분골(human cremated ash)은 60대 후반의 남녀로 pyrophosphate 생성이 예상되었으며, 다양한 크기의 pyrophosphate가 발견됨을 관찰할 수 있었다. 800℃ 이상에서 결정화(crystallinity)가 증가하고 결정의 증가가 가속되는 것은 합성된 hydorxyapatite의 침전(sintering)때문으로 보고되어져 있다.
010µm 였다. 성별에 따라 크기의 형태 변화가 있었는데 남자보다 여자의 분골 결정이 작고 더 둥근 특징이 관찰되었다(그림 1, 2). 남, 여 모두 다양한 형태의 결정이 존재하였으며 형태는 둥근 형태, 불규칙 형태, 6각형 형태 등 다양하였다(그림 1, 2)
화장된 뼈 표면을 에너지분산분광분석기를 사용하여 분석한 결과, 주로 산소(50~55%), 칼슘(30~40%)의 성분이 검출되었으며, 소량의 탄소와 나트륨, 황, 마그네슘 성분이 검출되었다(Table 1).
화장된 뼈를 최대한 보존하기 위해 채취한 상태에 별다른 처치없이 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 뼈표면에는 소금을 뿌린 듯한 결정체들이 부분적으로 또는 완전히 둘러싸고 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
뼈와 치아의 특징은?
뼈와 치아는 인체의 다른 조직에 비해 고온에서 저항성이 크고 장시간의 열의 노출에도 인지할 수 있는 형태로 남아있는 조직으로, 특히 치아는 온도변화에 따른 조직파괴의 양상이 매우 명확하여 온도의 변화에 따른 치아조직의 파괴양상에 대해 많은 연구가 진행되어져 왔다. 하지만 고온에 따른 뼈에 대한 연구는 미진하며, 주로 SEM, SAXS 등을 이용한 뼈 미네랄의 형태, 크기 및 모양에 관한 연구로 국한되어져 왔다.
SEM, SAXS 등을 이용한 연구는?
뼈와 치아는 인체의 다른 조직에 비해 고온에서 저항성이 크고 장시간의 열의 노출에도 인지할 수 있는 형태로 남아있는 조직으로, 특히 치아는 온도변화에 따른 조직파괴의 양상이 매우 명확하여 온도의 변화에 따른 치아조직의 파괴양상에 대해 많은 연구가 진행되어져 왔다. 하지만 고온에 따른 뼈에 대한 연구는 미진하며, 주로 SEM, SAXS 등을 이용한 뼈 미네랄의 형태, 크기 및 모양에 관한 연구로 국한되어져 왔다.
미네랄 성분의 화학조성을 분석한 연구 결과는?
1. 주사전자현미경을 통해 관찰한 결과, 남녀 모두 두 종류의 결정(구형, 6각형 프리즘형태)이 관찰되었다.
2. 남자보다 여자의 분골 결정이 작고 더 둥글었다.
3. 소량의 탄소만이 검출된 것은, 완전 연소에 의해 유기물이 모두 연소되었기 때문으로 생각된다.
4. 칼슘과 산소의 양이 분골 무기질의 대부분을 차지하였는데, 이는 고온에서 형성되는 CaO(칼슘옥사이드)에 의한 것으로 확인할 수 있었다.
참고문헌 (7)
JL. Holden, PP Phakey, JG Clement. Scanning electron microscope observations of heat-treated human bone. Forensic Science International, 74. pp,29-45. 1995
Ronald F. Carr, Robert E. Barsley, William D. Davenport. Postmortem examination of incinerated teeth with the Scanning Electron Microscope. Journal of Forensic Sciences. pp.1-7. 1986
Douglas H. Ubelaker, Dennis C. Ward, Valeria S. Braz, John Stewart. The use of SEM/EDS analysis to distinguish dental and osseous tissue from other materials. Journal of Forensic Sciences. pp.940-943. 2002
Michael Bohnert, Thomas Rost, Stefan pollak, The degree of destruction of human bodies in relation to the duration of the fire. Forensic Science international 95. pp.11-21. 1998
JC Hiller, TJU Thompson, MP Evison, AT Chamberlain, TJ Wess. Bone mineral change during experimental heating: an X-ray scattering investigation. Biomaterials. 24. pp.5091-5097. 2003
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