천연과 합성 다이아몬드 구별을 위한 다이아몬드 간이 감별 기기의 최적 조합

Abstract

최근 보석용 합성 다이아몬드가 랩 그로운 다이아몬드(Lab.-Grown Diamond)로 명명되면서 소비자에게 많은 관심을 받고 있다. 기술의 발전으로 공업용 다이아몬드는 상업적 품질로 매우 발전하면서 고품질의 합성 다이아몬드가 만들어진 것이다. 랩 그로운 다이아몬드가 천연 다이아몬드의 대안책으로 시장에 진입하기 시작하면서, 자연적으로 발생하는 천연과 합성 다이아몬드의 감별의 중요성이 대두되었다. 특히 중국의 영향으로 무색의 멜리(Melee) 크기 합성 다이아몬드가 대량 생산, 유통되기 시작하였고, 전 세계의 보석 시장에서는 이를 구분하기 위한 수많은 감별 장비들이 쏟아져 나오기 시작했다. 간이 감별 기기는 그 특징이 다양하고 검사를 진행하는 방법과 결과를 보여주는 방법, 심지어는 같은 다이아몬드이더라도 기기별로 다르게 판독하는 경우도 있다. 이에 신뢰할 수 있는 감별 방법은 다이아몬드 산업에 대한 믿음을 유지하고 잠재적인 허위 표현으로부터 소비자를 보호하기 위해 필요하다고 판단하였다. 본 연구에서는 국내 다이아몬드 도, 소매 업체 및 감정원에서 사용하고 있는 간이 감별 장비 6가지 Diamond Kensa, ARI, ID 100, Dia True CS2, Sherlock Homes 3.0, GLIS 3000 특징들을 살펴보았다. 다이아몬드 특성을 이용한 간이 감별기기에서 발현되는 특징들을 정리하였고, 또한 이를 활용하여 천연과 합성 (HPHT, CVD) 다이아몬드를 판별할 수 있는 가이드 라인을 제시하였다. 시료는 천연 다이아몬드 24개, HPHT 합성 다이아몬드 40개, CVD 합성 다이아몬드 25개, 총 89개의 시료를 각 각 분류하여 FT-IR, Photoluminescence (PL), UV-VIS NIR, Diamond View 4가지의 전문 장비를 통해 시료의 검증 결과를 도출하였다. FT-IR 타입 분석을 통해 천연 다이아몬드 24개 중 한 개를 제외한 23개의 다이아몬드는 TypeⅠa AB형을 확인하였고, 나머지 한 개는 질소 함유가 없는 TypeⅡa로 확인되었다. HPHT와 CVD 다이아몬드 시료는 모든 시료가 TypeⅡa임을 확인하였고, UV-VIS, PL 분석을 통해 천연 다이아몬드의 전형적인 특징인 N3 (415nm) 결함, H3 (503nm) 결함 등을 확인하였다. 합성 다이아몬드의 경우 HPHT의 Ni+ (883, 884nm)결함과 CVD에서 확인할 수 있는 Si-V (737nm)을 발견하였다. 이는 단순히 결함 확인을 통한 판단이 아니라 확대검사를 통한 내포물 확인과 Diamond View 성장선 확인 등 종합적인 결과에 의해 시료의 명확성을 증명하였다. 간이 감별 기기를 이용한 실험에서는 자외선 단파 부근에서 질소의 흡수 Edge를 통해 결과를 확인하는 Diamond Kensa와 ID 100의 경우 천연 다이아몬드 일지라도 FT-IR에서 검출되기 어려운 정도로 미량의 질소일 경우 합성으로 감별되었다. Dia True CS2은 형광과 인광의 구분이 명확하여 천연과 HPHT, CVD의 분리 감별이 가능했다. GLIS 3000은 명확한 HPHT 감별이 가능했다. Sherlock Homes 3.0은 다기능을 가진 복합장비로서 확대경 기능과 UV 장파를 이용하여 결과는 픽셀로 분명하게 나타내었다. ARI는 UV 반사량 측정을 이용하여 천연과 TypeⅡa, 그리고 Moissanite를 구별하였다. 실험을 통해 간이 장비의 원리를 활용하여 천연과 합성 다이아몬드를 판별할 수 있는 최적의 조합을 발견하였다. 첫째, 자외선 투과도를 측정할 수 있는 기기를 사용하여 명백한 TypeⅠ다이아몬드를 분리한다. 둘째, 형광과 인광 장비를 통해 가시적인 결과를 확인한다. 셋째, 복합 장비를 활용하여 형광과 인광의 반응을 다각도로 살펴보고 측정된 데이터를 취합하여 종합적인 판단에 따른 결과를 도출한다. 이를 정리하면 단파 흡수 edge 측정 기기와 인, 형광 장비의 조합이 가장 신뢰도 있는 결과를 얻을 수 있는 조합이라고 판단하는 바이다. 따라서 전문적인 해석을 필요로 하지 않은 간이 감별 기기의 사용법을 숙지하고 제시한 원리를 활용한 기기의 조합으로 감별을 진행하는 것은 다이아몬드 거래시 판단 오류를 최소화하고 즉각적이고 손쉬운 감별로 정확도와 신뢰도를 높이는 방법이 될 것이다.