전자빔 조사한 나이지리아산 핑크 투어멀린의 분광학적 비교 연구

Abstract

본 연구에서는 나이지리아에서 산출 된 핑크색 투어멀린을 온도별 열처리와 전자빔 조사 후 컬러 변화와 분광특성의 변화를 관찰하였다. 나이지리아에서 산출 된 핑크 투어멀린은 다른 산지의 투어멀린과 대부분의 물리적 특성이 유사하게 분석되었다. X-선 형광분석에서 미량으로 존재하는 Mn에 초점을 맞춰 핑크 투어멀린의 컬러변화에 대해 분석을 하였고 자외선-가시광선 분석 결과는 Mn3+에 의해 510~530nm 영역에서 높은 흡수 밴드가 나타났고 Mn2+에 의한 410nm 영역에서도 흡수 밴드가 나타났다. 열처리하여 얻어진 나이지리아산 핑크 투어멀린의 UV-Vis 결과에서 알 수 있는 바와 같이 흡수 스펙트럼의 pattern에는 변화가 없었으나 처리전의 투어멀린과 비교 했을 때 전 영역에 걸쳐 흡수 스펙트럼이 낮게 형성되는 것을 알수 있었다. 하지만 450℃에서 열처리한 결과 Mn3+의 530nm 영역에서 현저히 감소함을 알 수 있고 컬러 또한 핑크에서 컬러리스에 가까운 색으로 옅어졌음을 알 수 있다. 전자빔 조사에서는 530nm의 Mn3+의 530nm 영역이 증가 하였고 색상 또한 레드도 바뀌었다. 핑크 투어멀린의 경우, 전자빔 조사 후 Mn2+에서 Mn³⁺ 로의 이동과 Mn3+는 Y자리에서 O(1)H-O(3)H 축을 따라 Jann-taller 변형으로 안정한 구조를 가지게 된다. 적외선-분광분석에서는 특히 4300-4600cm-1 사이에 투어멀린의 특징적인 밴드들이 나타난다. 이 사이의 밴드들은 금속 O-H 사이의 스트레칭과 밴딩 모드가 잘 나타나고 있는데 금속들은 주로 Al, Mg, Fe 그리고 Mn 등이 이 픽들과 관련이 있다. 4300cm-1 근처에는 Fe-OH의 스트레칭과 밴딩 모드이고 4000cm-1 근처의 밴드는 Al-OH의 스트레칭과 밴딩 모드이다. 이들은 그림에서 보듯이 거의 모든 시료에서 동일하게 나타난다. 또한 이들 모드는 1100cm-1 근처의 수산기(hydroxyl) 스트레칭과 3000cm-1 근처의 수산기 밴딩 모드가 조합되어 나타나는 스트레칭과 밴딩이 조합 된 모드이다. 이들 스펙트라에서 나타나듯이 열처리나 전자빔 조사 전후의 스펙트라와 비교 했을 때 거의 변화가 없는 것으로 보아 급격한 구조적 변화는 없는 것으로 판단된다.