귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 73. 적외선 분광분석
73. 적외선 분광분석
| 적외선 영역 - 전자기파 스펙트럼에서 적외선 영역은 가시광선 스펙트럼의 적 색 파장보다 파장이 긴 에너지 범위이다. 그러므로 적외선은 가시광선의 적색 파장보다 에너지가 낮다. 적외선의 측정 단위는 파수(波數, wavenumber)이고, 센티미터의 역수로서 나타내며, 적외선의 범위는 13,333cm-1 ∼ 33cm-1 이다. 적외선은 파장(波長, wavelength)의 단위로도 표현할 수 있는데 마이크로미터(1 ㎛ = 1,000nm = 10,000Å) 또는 에너지의 단위인 일렉트론 볼트(electron volt) 로서 나타낸다. |
가시광선 영역에서 흡수 특징은 결정의 격자 내에 존재하는 원자와 공공(空孔) 등의
요인에 의해 색이 생성되는 전자의 전이(轉移)에 기인하는데 반해, 적외선은 가시광선보다 에너지가 낮기 때문에 빛을 흡수하여 전자의 전이 현상을 일으키지 못한다. 그러므로 결정의 구조적인 성분에 관련하여 분자의 진동, 회전, 병진(竝進) 등과 같은 여러가지 분자운동을 일으키게 된다. 이로 인해 분자 진동에 의한 특성적 스펙트럼이 나타
나며, 이를 분자 진동 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼이라 한다. 보석의 특성적 적외선
스펙트럼을 자세히 해석하면 여러 가지 미지 보석의 규명은 물론 분자구조를 추정할 수 있게 된다.
분자의 진동은 [그림 4-11]과 같이 크게 스트레칭 진동(stretching vibration)과 벤딩
진동(bending vibration)으로 나뉜다. 스트레칭 진동은 두 원자 사이의 결합 축에 따라
원자 간의 거리가 계속하여 변화하는 운동으로서 대칭과 비대칭 진동이 있다. 벤딩 진
동은 두 결합 사이의 각도가 변하는 운동으로 가위질 진동, 좌우 흔듬 진동, 앞뒤 흔듬, 진동 등으로 구분된다.
적외선은 파장에 따라 세 가지 영역으로 크게 나눌 수 있는데, 가시광선에 가까운 짧
은 파장의 근적외선(near infrared) 영역과 4,000∼400cm-1 사이의 중적외선(mid
infrared) 영역, 검출의 한계점까지의 원적외선(far infrared) 영역이다. 이중 보석을 측
정하는데 가장 유용하게 사용되는 영역은 근적외선 영역과 중적외선 영역이다.
적외선 분광기(infrared spectroscopy : [그림 4-12])를 이용하여 다이아몬드 타입을
알 수 있다. 적외선 스펙트럼의 1,400∼1,000cm-1 범위에서 다이아몬드 내에 존재하는
질소가 어떻게 결합하고 있는지를 알 수 있게 해 준다. 또한 일반적인 보석학 검사로는
구별하기 힘든 비취의 왁스와 폴리머, 수지의 주입을 확인할 수 있으며, 천연 수정과 합
성 수정을 구별할 수 있다. 이 외에도 천연 오팔과 합성 오팔의 감별, 합성 오팔에 주입
된 폴리머의 확인, 천연 터키석과 합성 터키석의 감별, 천연 에메랄드와 합성 에메랄드
의 감별, 천연 알렉산드라이트와 합성 알렉산드라이트의 감별, 천연 호박과 모조 호박
의 감별, 천연 다이아몬드와 다이아몬드 유사석과의 감별 등에 이용되고 있다.
