귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 17. 굴절계
17. 굴절계
굴절계는 보석의 굴절률을 측정할 수 있는 검사 기구로서 보석을 감별함에 있어 가장
기본적이면서 중요한 감별 정보를 제공한다.
(1) 굴절계의 활용
보석이 가지고 있는 특징적인 원자 구조로 인해 굴절되는 빛의 속도가 각각 다르며,
이러한 차이를 굴절계(屈折計, refractometer)를 활용해 굴절률을 정확하게 측정할 수
있다면 보석 감별에 중요한 수단이 될 수 있다. 또한, 굴절계는 불투명한 보석을 포함하
여, 다양한 연마 형태들 그리고 평평하거나 곡면 또는 불규칙한 표면을 가진 보석의 굴
절률을 측정할 수 있다. 일반적으로 연마 상태가 좋을수록 굴절률 수치를 더 정확하게
측정할 수 있다. 또한 헤미실린더(hemicylinder)의 상태와 광원의 종류도 굴절률 수치
의 정확도에 영향을 준다. 굴절계에 있는 헤미실린더(듀플렉스Ⅱ 모델)의 굴절률은 1.96
이지만 실제 굴절률 측정 범위는 접촉액의 굴절률에 의해 결정된다. 일반적인 접촉액
의 굴절률은 약 1.81정도이므로 검사하는 보석의 가장 높은 굴절률 수치는 약 1.81이 된
다. 다이아몬드와 지르콘처럼 굴절계의 한계치를 넘어서는 굴절률의 수치를 통칭하여
OTL(over the limit)이라고 한다.
굴절계의 눈금이 정확한지 확인하기 위해서는 굴절률 수치가 일률적인 백수정
(1.544-1.553)이나 합성 무색 스피넬(1.728)이 기준석으로 사용된다.
(2) 굴절계의 구조
굴절계는 헤미실린더, 광구, 반사경, 스케일, 관찰렌즈, 확대경, 편광필터, 덮개, 차폐
장치로 구성되어 있다[그림2-27].
1) 헤미실린더
헤미실린더는 경도가 낮은 반원통형의 특수한 납유리로 되어 있으며, 이 헤미실린더
에 검사할 보석을 올려놓고 굴절률을 측정한다.
2) 광구
굴절계 내부에는 광원이 없어, 외부에서 공급을 받아야 하며, 광구는 이러한 굴절률
측정에 필요한 빛이 들어오는 통로이다. 광원으로는 백색광과 단색광이 이용된다.
3) 반사경
헤미실린더에 올려놓은 보석의 상을 눈금판으로 반사시켜 준다.
4) 스케일
측정된 굴절률 수치를 읽을 수 있는 눈금
5) 관찰렌즈
검사할 보석이 스케일에 반사되어 나타난 보석의 상을 관찰하는 렌즈로 굴절계에 부
착되어 있다.
6) 확대경
반사된 보석의 상과 측정 수치를 크게 보여주는 확대장치이며, 굴절계에 탈부착이 가
능하고(듀플렉스Ⅱ 모델) 평면법은 주로 부착한 상태에서 굴절률을 측정한다.
7) 편광필터
편광필터를 사용해 반사된 보석의 굴절 상의 움직임을 검사하는 도구로서, 확대경 위
에 올려놓고 사용한다. 굴절률의 최대치와 최소치를 측정할 수 있으며, 이를 이용하여
복굴절량(복굴절률)도 측정할 수 있다.
8) 덮개
헤미실린더 위에 놓인 보석을 덮어주는 덮개이며, 집중된 조명과 선명한 반사상을 얻
기 위해서는 측정 시 가능하면 덮개를 덮어야 한다.
9) 차폐장치
광원의 빛이 직접 확대경이나 스케일, 관찰렌즈로 투과되지 않고, 헤미실린더에 놓인
보석에만 빛이 투과되게 하도록 빛을 차단하는 장치이다.
(3) 굴절계의 용도
굴절계를 사용하여 다음과 같은 보석의 광학적 특성을 얻을 수 있다.
1) 굴절률 측정
2) 복굴절량(복굴절률) 측정
3) 단굴절과 복굴절의 구별
4) 광학 특성인 일축성 및 이축성의 확인
5) 광학부호 확인
(4) 접촉액
1) 접촉액의 용도
접촉액(굴절액이라고도 함)의 용도는 굴절계의 헤미실린더와 검사할 보석 사이에 완
전한 접촉이 이루어지게 하기 위해서 특수한 액체를 사용하는데 두 표면 사이의 공기막
을 제거시키는 역할을 한다. 여러 종류의 굴절률을 지닌 접촉액을 사용할 수 있으나 반
드시 검사하는 보석보다 굴절률이 높은 액체를 사용해야 하는데, 그 이유는 검사할 보
석과의 경계부분에서 전반사를 일으켜야 하기 때문이다. 그리고 검사 시 접촉액이 너무
많을 경우 정확도가 떨어질 수 있으므로 헤미실린더에 접촉되는 보석의 면적에 따라 최
소량을 사용해야 한다.
2) 일반적으로 굴절계에 사용되는 접촉액[그림2-28]
① 메틸렌 아이오다이드(CH2I2) - 굴절률 : 1.74
② 유황을 용해한 메틸렌 아이오다이드 - 굴절률 : 1.78
③ 유황과 테트라요오드에틸렌(C2I4)이 용해된 메틸렌 아이오다이드 -굴절률 : 1.81
(5) 광원
1) 백색광
가시광선에 속하는 모든 파장을 가진 빛으로 일반광 또는 백색광이라 한다. 백색광은
무색이며, 빛의 진행 방향에 수직인 모든 방향으로 진동한다.
단굴절 보석의 경우 백색광원을 사용하여 보석의 그림자 중심에 녹색 음영의 절단선
을 읽어 굴절률을 비교적 쉽게 측정할 수 있다. 이 백색광원은 주로 곡면으로 연마된 보
석의 굴절률 측정 시 사용되며, 주로 편광기에서 나오는 백색 광원이 손쉽게 사용되고
있다.
일반적인 복굴절 보석에서는 녹색 음영의 절단선의 그림자 모서리가 겹쳐질 수 있기
때문에 두 굴절률을 정확하게 측정하는 것은 어렵다. 그러나 탄산염 보석과 같이 복굴
절량(복굴절률)의 차이가 큰 보석에는 유용하기도 한다.
2) 단색광
단색광은 가시광선 범위 내의 특정한 파장으로 구성된 빛으로 일정한 색을 띠며, 빛
의 진행 방향에 수직인 모든 방향으로 진동한다.
보석의 굴절률 측정 시 나트륨광에서 나오는 단색파장을 사용하면 그림자 모서리가
명암으로 선명하게 나타나므로 백색광원을 사용할 때 보다 정확한 굴절률 수치를 얻을
수 있다. 이 경우 나트륨 D흡수선의 589.3nm 파장을 사용하며, 이 단색광은 주로 평평
하게 연마된 보석의 굴절률 측정 시 사용된다.
그리고 단색광을 사용하여 검사하는 중 굴절되는 보석의 상을 찾기가 힘들 때는 백색
광을 사용해 녹색 음영의 그림자 형상을 보아 대략적인 위치를 확인한 다음 다시 단색광
을 사용하여 정확한 굴절률을 측정할 수 있다.