라만분광법을 이용한 천연과 코팅된 사파이어의 감별

Abstract

일반적으로 사파이어는 커런덤의(α-Al₂O₃)의 일종으로 적색을 나타내는 루비를 제외하고 나머지 색상을 가지는 커런덤을 사파이어라 통칭한다. 사파이어의 다양한 처리법 중 코팅 처리법은 과거에 많이 실행되었던 방법으로 아직도 처리된 사파이어들이 보석 시장에 많이 유통되고 있다. 코팅된 보석의 감별법은 다양하지만 대부분 보석을 파괴하는 분석들이므로 보석 감별에 적당하지 않다. 천연과 코팅된 사파이어의 감별을 위해 비파괴 분석의 하나인 라만 분광법을 사용하였다. 라만분광법은 보석 분석에 있어서 비파괴적인 부분뿐만 아니라 빠르고 정확한 분석을 할 수 있다는 다양한 장점을 가지며 앞서 진행되었던 파괴분석들 보다 더 보석에 용이 하다고 할 수 있다. 실험을 위해 오렌지색과 황색 사파이어를 두 종류의 천연과 코팅된 사파이어를 사용하였다. 천연 사파이어에서는 900-300 cm-1 영역에서 7개의 밴드가 나타났으며 코팅된 사파이어에서는 1800-1000 cm-1 영역에서 천연 사파이어에서 나타나지 않은 추가적인 밴드가 나타났다. 이것은 천연과 코팅된 사파이어의 감별에 있어서 가장 큰 감별 포인트를 제시하였다. Moses TM 과 Ilene Reinitz가 과거 실험한 방법인 염산 처리법은 사파이어의 표면 코팅 여부를 더욱더 확실하게 감별하기 위해 실행되었다. 염산에 두개의 시료를 침전시킨 후 한 개의 시료는 실온에서 그리고 다른 시료는 50℃에 보관되었다. 실온에서 보관했을 시 염산의 색상이 사파이어와 같은 색상으로 변하였다. 50℃에서 보관했을 때 염산의 색상은 실온에 침전시켰던 사파이어 보다 상대적으로 더 진한 색상으로 변하였다. 그러나 처리 전후의 사파이어의 색상의 변화는 관찰되지 않았다. 염색의 색상변화로 인해 코팅 여부를 확인 할 수 있었다. 주사 전자 현미경(SEM) 실험에서 사파이어 표면이 천연과 다르게 깨끗하지 않은 것을 관찰 할 수 있었으며, 이를 통하여 표면에 어떤 물질로 코팅 되어있다는 것을 예상할 수 있었다. 에너지 분산형 X선 분광기(EDX)를 통해 표면에 탄소의 존재를 확인할 수 있었으며 X선 광전자 분광법(XPS) 또한 탄소의 존재를 확인할 수 있었다. 코팅된 모든 사파이어에서 다색성이 나타나지 않아 무색 사파이어에 코팅되었음을 유추할 수 있었다. 본 연구를 토대로 사파이어 표면이 탄소를 포함한 물질로 코팅되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.