기기를 이용한 다이몬드의 감별

==== 기기를 이용한 다이아몬드의 감별 ====

 
 급속한 과학의 발전은 진보된 보석학적인 검사를 요구한다. 이를 위한 하이테크 한 기구들은 매우 고가이며, 또한 그 결과를 해석하기 위해서는 전문적인 지식이 필요하므로 보석전문가로서는 접근이 어렵다. 
 이에 다이아몬드 분석을 위한 중요한 수단으로서의 일반기기(다이아몬드슈어, 다이아몬드 뷰 및 다이아몬드 플러스) 및 하이테크한 기구들을 간략하게 소개한다. 

1. 다이아몬드슈어(DiamondSure)와 다이아몬드뷰(DiamondView) 
 다이아몬드슈어는 I형의 N3 흡수(415nm의 케이프라인)를 확인하여 유사석과 합성 다이아몬드로부터 천연의 다이아몬드를 쉽게 구별할 수 있도록 드비어스사에서 개발한 기구이다. 
 나석은 물론 제품 된 상태에서도 검사가 가능하며, 0.05-10캐럿 범위에서 작업할 수 있도록 디자인되었다. 천연 다이아몬드 중 95% 이상이 415nm의 케이프라인을 나타내지만 합성 다이아몬드는 고압 프레스에서 고온으로 열처리되기 때문에 질소 함유 형태의 차이로 415nm의 흡수를 보이지 않는다. 
 천연 다이아몬드 중 5%는 D 컬러 및 E 컬러의 일부와 브라운 다이아몬드, Ib 형의 블루 다이아몬드, 일부의 팬시 옐로 및 일부의 핑크 다이아몬드로서 415nm의 흡수를 나타내지 않으므로 다이아몬드슈어는 이 종류와 합성 다이아몬드에 "REFER FOR FURTHERTESTS (추가 검사 요망)"라는 메시지를 나타낸다. 
 다이아몬드슈어에서 확인되지 않은 다이아몬드는 다이아몬드 뷰를 이용하여 검사한다. 다이아몬드 뷰는 자외선 여기 형광을 이용하여 천연과 합성 다이아몬드의 성장 구조를 관찰한다. 다이아몬드 뷰를 통해 관찰된 천연 다이아몬드와 합성 다이아몬드의 성장 구조에 의한 형광 패턴의 차이는 천연과 합성을 구분하는 데 도움을 준다. 

2. 다이아몬드 플러스(DiamondPlus) 
 다이아몬드 플러스는 고온고압(HPHT) 처리된 Ⅱ형의 다이아몬드를 검출하기 위해 개발되었다. 이 기구는 액화 질소에 침적한 연마된 다이아몬드의 고감도, 저온 포토루미네슨스를 측정할 수 있게 간편하고 기능적으로 만들어졌다. 
 천연의 Ia 형 무색 다이아몬드와 고온고압 처리되어 무색화된 Ia 형 다이아몬드 사이의 불순물과 구조적인 결함의 차이로 구별한다. 

3. 자외선-가시광선 · 근적외선 분광광도계(UV/VIS/NIR spectroscopy). 
 이 방법을 통하여 자외선-가시광선·근적외선 범위의 스펙트라를 얻을 수 있다. 이는 기본적으로 얼마만큼의 빛이 어떤 파장에서 흡수/투과되는가를 측정하여 그래프로 기록한다. 이렇게 얻어진 스펙트라 커브는 다이아몬드의 색의 기원에 대한 많은 정보를 준다. 대부분의 컬러 센터는 이 기술을 통해 탐지할 수 있다. 


4. 액체질소 침적(Liquid nitrogen immersion) 
 이 기술은 다이아몬드를 특수한 용기에 담긴 액체질소에 침적시키는 방법이다. 액체질소의 온도는 -196℃로서 이 극한의 온도는 UV/VIS/NIR과 Raman/Photoluminescencespectroscopy 등 모든 흡수 검사에서 최상의 정확성을 위해 필요하다. 드물게 액체헬륨(-269℃)을 사용하기도 한다. 

5. 적외선 분광기(FTIR 또는 IR spectroscopy) 
 800-25,000nm의 적외선 영역의 흡수를 측정한다. 이는 특히 다이아몬드의 타입을 결정하거나 미량원소의 농도를 측정하는 데 유용하다. 수소, 질소, 붕소의 존재나 부재가 다이아몬드의 타입을 말해준다. 

6. PL 분광기(Raman-Photoluminescence; PL) 
 다양한 파장(예를 들면 405, 514, 532nm)의 저출력 레이저를 보석에 집중시킨다. 광심(optical center)이 레이저에 의해 자극되어 측정 가능한 양의 형광을 방출한다. 이 형광 현상은 스펙트럼에 피크로 나타난다. 포토루미네선스는 특정한 컬러 센터를 찾아내며 다른 스펙트럼 수단보다 더 정교하여 특히 합성이나 HTHP 다이아몬드에 유용하다. 

7. 라만 분광기(Raman-Spectroscopy) 
 이것은 후방 산란 기법으로서, 다양한 파장(예를 들면 405, 514, 532nm)의 저출력 레이저를 보석에 집중시키면, 시료에 의한 재방출로 이 레이저광의 일부가 좀 더 긴 파장으로 전이되어 나타난다. 이때 “스토크스 방사(Stokes radiation)”라 부르는 피크들이 스펙트럼에 나타난다. 이 피크들이 테스트 된 물질에 대한 특징이다. 이 라만 현미 분광 기법은 표면에 닿아 있지 않은 보석 속의 대부분의 인클루전을 구별하는 데 유용하다. 이때 레이저는 현미경을 통해 집중되어 1미크론(=0.001mm)보다 작은 인클루전도 구별할 수 있다. 이런 요소는 천연 다이아몬드와 HPHT 처리된 다이아몬드를 구별하는 데 활용될 수 있다. 

8. CL 측정장치(Cathodoluminescence: 음극선 발광) 
 이 기술은 포토루미네선스와 유사하지만 레이저 빔 대신 전자빔을 사용한다는 점이 다르다. 이것은 분광기적으로 사용되거나, 관찰적인 기법으로도 사용된다. 특히 장단파 자외선에서의 형광 반응보다 뚜렷하고 확실한 성장 특성을 나타내므로 합성 다이아몬드의 구별에 유용하다. 또한 천연 다이아몬드에는 성장 과정이 반영된 확실한 발광선(CL상)이 보이고, 이 상의 패턴이 같은 다이아몬드는 없으므로 다이아몬드의 핑거 프린트로서 각각의 다이아몬드를 식별하는 수단으로 사용된다.