라만 분광기를 이용한 천연 및 베릴륨 확산 사파이어의 비파괴 분석

Abstract

사파이어는 커런덤의 종류로 적색의 루비와 적색을 제외한 다른 색상을 나는 커런덤을 사파이어라 명칭 하고 있다. 과거 사파이어는 가장 가치 있는 블루 색상을 비롯하여 옐로우, 그린, 핑크 등 여러 가지 색상의 사파이어를 가치 있게 여겨 왔다. 하지만 시간이 지날수록 천연 사파이어의 희소성이 높아짐에 따라 저 품질의 사파이어를 인위적인 처리를 통하여 천연 사파이어로 둔갑하여 판매하는 시장이 형성 되었다. 이에 따라 처리 기술은 상당히 발전이 되었고, 이를 분석하고 식별하는 일은 굉장히 어려워지고 있다. 보석의 특성에 따라 정확성이 있는 파괴검사는 보석의 가치에 있어 상당히 치명적인 검사이며, 비 파괴 분석으로 정확한 분석을 하는 비(非) 파괴 검사의 필요성이 굉장히 중요하게 요구 되고 있다. 이러한 비 파괴 분석으로 라만분광법은보석에있어비파괴적인부분뿐만아니라빠르고정확한분석을할수있다는다양한장점을가지고있다. 실험을 위해 천연 옐로우 사파이어와 Be 확산된 사파이어를 사용하였다. 천연 사파이어와 Be 확산 사파이어의 평균화한 스펙트럼에서 뚜렷한 밴드의 이동이 보였고, 이를 통해 Be 확산을 통한 양이온의 치환이 미세하게 구조가 변화되었음을 알 수 있었다. 국부적인 검사로 천연 사파이어와 Be 확산 사파이어를 mapping하여 스펙트럼을 조사하였는데, 이를 통해 천연 사파이어는 불 균질한 구조를 나타내었고, Be 확산 사파이어는 천연사파이어 보다 균질한 구조를 나타내고 있었으며, 서로 상이한 peak이 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한, 이를 더 응용 하여 Principal Component(PC)의 주된 영역에서 천연 사파이어와 Be 확산된 사파이어의 식별 할 수 있도록 응용을 하였고, k-Nearest Neighbor(k-NN)의 차이가 7.3%일 때 식별이 보다 정확 하다는 것을 알 수 있었다.