귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 6. 전자기 스펙트럼

6. 전자기 스펙트럼

 

색은 빛이 물체에 비추었을 때 일어나는 반사, 굴절, 흡수, 투과, 산란 등의 과정을 통
해 인간의 눈을 자극함으로서 생기는 현상이며, 우리 눈에 보이는 보석의 아름다운 색
은 빛과 밀접한 관계가 있다.

다양한 유색보석이 세팅된 티아라(tiara)

1. 전자기 스펙트럼
지구상의 모든 생물체는 태양으로부터 에너지를 직접 또는 간접적으로 얻는다. 에너
지의 근원이라 할 수 있는 태양광선을 전자기 스펙트럼으로 배열하면 감마선, X-선, 자
외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파 등으로 구성되어 있으며 이들 광선은 각
각의 파장에 따라 구별할 수 있다[그림 2-2]. 보통 지구상에 도달하는 빛의 약 50%는
가시광선, 40%정도는 적외선, 10%정도는 자외선으로 구성되어 있으며 지역, 시간, 계
절, 기후에 따라 약간의 차이가 있다.

(1) 가시광선
눈으로 빛을 느낄 수 있는 파장의 범위는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 파장의 길
이가 380nm∼780nm 영역의 가시광선은 누구나 느낄 수 있다.

가시광선(可視光線, visible ray)은 무지개나 프리즘 실험들을 통해서 이미 잘 알려진
바와 같이, 가시광선 내에서는 파장에 따른 성질의 변화가 적색으로부터 보라색에 이르
는 7가지 다른 색상으로 나타나며, 적색으로부터 보라색으로 갈수록 파장이 짧아진다.
적색보다 파장이 긴 빛을 적외선, 보라색보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라고 한다. 대
기를 통해서 지상에 도달하는 태양복사의 광량(光量)은 가시광선 영역이 가장 많으며,
우리 눈에 보이는 이 영역의 색상을 모두 합하면 백색으로 보이는데, 이러한 이유 때문
에 일광이 백색광으로 보인다. 가시광선은 우리의 일상생활뿐만 아니라 보석을 감별함
에 있어서도 가장 밀접한 연관이 있다. 보석의 색과 굴절률, 다색성, 흡수스펙트럼 등의
여러 검사에 이용된다.

(2) 적외선
적외선(赤外線, infrared ray)은 적색보다 더 긴 파장을 지니고 있으며, 세분하여 근
적외선, 중적외선, 원적외선으로 구분이 된다. 또한 적외선은 가시광선이나 자외선과
달리 열 효과가 있으며, 가시광선이나 자외선에 비해 파장이 길어 신체에 비교적 깊숙
이 침투하므로 일부에서는 의료용으로 사용되고 있다. 그리고 보석의 적외선 반사도 측
정과 첨단 분석기기인 적외선 분광기의 광원 등으로 사용된다.

(3) 자외선
자외선(紫外線, ultraviolet ray)은 가시광선의 보라색(자색)보다 짧은 파장을 가진 광
선으로 자색의 바깥쪽에 있다고 해서 자외선이라 불린다. 단파 자외선은 약 200nm부
터 280nm까지의 파장을 포함하고 있으며, 장파 자외선은 약 315nm에서 380nm를 포
함한다. 이러한 자외선은 강한 살균효과를 가지고 있어 식기 및 칫솔 등의 살균 목적의
자외선 램프로 많이 이용되고 있다. 이 외에도 보석의 형광 현상, 변색 연구에 중요하게
이용된다.

(4) X-선
X-선은 파장이 10-2nm에서 10nm 사이인 전자기 스펙트럼의 X-선 범주에 속한다.
그러나 그 경계는 뚜렷하지 않아 파장이 짧은 쪽은 감마선과 겹치고 파장이 긴 쪽은 자
외선과 겹친다. 이러한 X-선이 최초로 응용되었던 분야는 의학이었으며 X-선 회절을
이용하여 미지의 보석을 규명할 수 있고 보석의 정성 분석 및 결정성의 좋고 나쁨을 알수 있다.
X-선 투시기를 이용하여 다이아몬드와 다이아몬드 유사석 및 천연 진주와 양식 진주
등을 구별한다[그림 2-4]. 그리고 X-선 형광분석으로 보석의 성분 분석, 귀금속의 함
량 및 순도 측정이 가능하다. 또한 납(Pb)이 함침된 루비 및 함침된 보석의 함침물을 검
출해 낼 수 있으며, 해수진주와 담수진주의 감별 등에 사용된다.

 

(5) 감마선
감마선(gamma ray)은 X-선과 함께 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 에너지 영역을
형성하고 있다.
감마선의 응용분야는 X-선과 거의 같지만, X-선보다 큰 투과력이 필요한 경우에 유
용하며, 다이아몬드를 비롯한 일부 보석의 색을 바꿀 때 사용될 수 있다. 그리고 암의
치료, 금속재료의 내부결함 탐지 등 의학·공업 분야에 널리 응용되고 있다. 그러나 감
마선은 화상, 암, 유전자 변형과 같은 피해를 유발하며, 핵폭발 시 방사능재(낙진)에서
발생하는 감마선에 의해 수많은 사상자를 유발할 수 있다.

 

전자기 스펙트럼(electromagnetic spectrum) - 전자기파를 파장에 따라 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파로 분해하여 배열한 것이 다. 장파, 단파 - 각 스펙트럼은 파장의 길이에 따라 장파(長波, long wave), 단파 (短波, short wave)로 나눌 수 있으며, 그 종류에 따라 다르게 이용된다. 특히 자 외선 영역의 장파와 단파를 구분하여 보석의 특징을 검사할 수 있다. 적외선(赤外線, infrared ray) - 파장이 가시광선보다 길며 극초단파보다 짧은 750μm~1mm의 전자기파. 눈으로는 볼 수 없고 일반적으로 공기 가운데에서 산란되기 어려우며, 가시광선보다 투과력이 강하다. 가시광선(可視光線, visible ray) - 사람의 눈으로 볼 수 있는 빛. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색의 일곱 가지가 있다. 자외선(紫外線, ultraviolet ray) - 태양 광선의 스펙트럼을 사진으로 찍었을 때 가시광선의 바깥쪽에 나타나는 전자파를 통틀어 이르는 말. 육안(肉眼)으로 보 이지 않는 빛으로 가시광선보다 파장이 짧고 X-선 보다 길다. X-선(X-ray) - X-선은 파장이 10 ~ 0.01 나노미터이며, 주파수는 30 × 1015 헤르츠에서 30 × 1018헤르츠 사이인 전자기파다. 이는 자외선보다 짧은 파장의 영역이다. 독일의 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 처음 발견하여 이름 붙였으며, 그의 이름을 따라 뢴트겐선으로도 부르기도 한다. 뢴트겐은 이 발견 으로 최초의 노벨물리학상을 수상했다. X-선은 투과성이 강하여 물체의 내부를 볼 수 있으므로, 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 널리 쓰인다. 감마선(gamma ray) - 감마선은 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 에너지 영역 이다. 극히 파장이 짧은 전자기파로 물질을 투과하는 힘이 몹시 강하다.