산화/환원 열처리 조건 변화에 따른 투어멀린 색상 변화 연구

Abstract

투어멀린(Tourmaline)은 거의 모든 색조를 나타내는 보석종 중에서 가장 넓은 색상의 범위를 가지고 있다. 자연계에서 한 개의 원석 덩어리에서 여러 색의 무지갯빛 스펙트럼이 보여지는 보석은 아주 드문 편이다. 투어멀린은 보석의 색상에 따라서 이름이 다르다. 주로 붉은 빛을 나타내는 루벨라이트(Rubelite), 진한 청색 혹은 연두색을 나타내는 인디콜라이트(Indicolite), 일반적으로 검은색을 보이는 숄(Schorl), 두 가지 색상이 같이 나타나는 바이컬러 투어멀린 중에서도 가장 유명한 워터멜론 투어멀린 등 다른 어떤 보석류보다 다양한 종류의 흥미로운 컬러 변종들을 가진 아름다운 보석이다. 소비자는 처리된 보석을 시장에서 정기적으로 만나게 된다. 시장에서 종종 나타나는 주제는 특정 보석의 처리 여부이다. 모든 보석은 거친 결정학적형태에서 보석으로 높이 평가받고 착용하는 보석의 모양이나 윤곽, 광택으로 연마된다. 이러한 단계는 보석으로서 사용하는데 일상적인 절차이다. 그러나 절단 및 연마 외에도 보석은 종종 색상이나 불순물을 제거 혹은 선명도를 좋게 하는 방식으로 처리 될 수 있다. 보석의 처리는 외관을 향상 시키는 것 외에도 보석의 내구성을 개선하거나 또는 감소 할 수 있다. 투어멀린은 색상이나 선명도에 따라 가치가 달라질 수 있다. 투어멀린의 열처리를 통한 색상개선은 앞선 연구들에서도 많이 이루어지고 있다. 투어멀린의 색상변경은 투어멀린의 구성에 따라 다른 메커니즘을 형성한다. 하지만, 투어멀린의 복잡한 구조로 인해 색 향상이 잘 이루어지지 않고 있다. 투어멀린의 열처리를 통한 색상 변화에 대해서는 이전부터 이루어지고 있지만, 열처리 온도에 따른 색상 변화만 이루어질 뿐, 열처리 환경 조건에 따라 열처리 진행시 색상 변화가 어떻게 이루어지는지에 대해선 논해지고 있지 않다. 이에 본 연구에서는 XRF(X-ray fluorescence)의 기기로 조성 분석을 하고, 붉은 색을 띄는 색상의 4가지 시료(R군)와, 회색을 띄는 4가지 시료(G군)중에서 2개씩 나누어 R군에서 2가지, G군에서 두 가지로 총 4개씩 산화 조건, 환원조건 하에서 열처리를 진행하였다. 열처리 전 후로 UV-Vis를 측정하여 UV Peak을 비교분석 하였다. 열처리 후에 대부분의 시료의 색상이 옅어진 것을 확인할 수 있었으며, 특히 붉은 빛이 많이 사라지는 것을 알 수 있었다. XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 투어멀린 내부에 어떤 영향을 주는지에 대해 비교 분석 하였다. XPS를 통한 분광분석에서 붉은색의 변화는 Mn의 전하 상태의 변화로 인한 것으로 보인다. 투어멀린은 색상에 따라 가치와 가격이 달라지는 보석으로써, 열처리를 통해 색상이 개선된다면 이 연구는 투어멀린의 열처리 조건을 결정하는데 도움이 될 수 있기를 기대한다.