분광분석을 통한 지르콘의 메타믹상태와 색상 변화 분석

Abstract

다이아몬드 다음으로 높은 광택을 지닌 지르콘은 예전부터 다이아몬드 대용석으로 많이 사용되어 왔다. 일반적으로 많이 산출되는 적갈색 지르콘은 보석용으로 선호도가 낮아 색상변화를 위하여 많은 처리가 시도되고 있지만 지르콘의 발색원인에 대한 분석이 미흡하여 색상변화가 활발히 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 캄보디아와 탄자니아산 지르콘을 대상으로 메타믹 상태와 열처리 상태별 색상변화에 대하여 분석 하였다. 이를 위해 U, Th등의 방사성 원소 검출을 위한 원소분석(WD-XRF 형광분석기)과 분광분석(UV-VIS 분광기, FT-IR 분광기)을 하였다. UV-VIS 분광분석 결과 청색과 무색에서는 고온형의 특징인 많은 흡수 피크들과 세기가 높게 나타났으며 U이 검출된 녹색과 황색 시료에서는 흡수 피크들의 수가 현저히 적게 나타나 메타믹화가 진행되었음을 알 수 있었다. 열처리 후에는 반대의 결과가 확인 되었다. FT-IR 분광분석 결과 3100-3400cm-1영역에서 [SiO4]4- 내부 진동의 3-포논 조합 모드 밴드들이 메타믹화된 녹색과 황색의 지르콘에서는 완만하며 없어진 밴드들도 있으나 열처리 후에는 다시 결정격자가 원상태로 회복되어 사라졌던 밴드들이 나타났다. 또한 지르콘에 U이 함유되어 있는지를 알 수 있는 4800cm-1근처에서 U4+의 피크가 녹색과 황색 시료에서 확인 되었다. 분광분석과 열처리 실험결과 지르콘에 U의 함유가 메타믹 상태와 칼라의 변화에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 이번 연구는 지르콘의 발색원인에 대한 기초자료를 확보하여 색상변화에 활용하는데 본 연구의 목적이 있다.