컬러 다이아몬드 형광에 관한 새로운 발견

귀금속경제신문 2008년 08월 27일

천연 컬러 다이아몬드는 매우 다양하면서도 희귀하다. 그래서 그 특성에 대한 연구에는 많은 노력이 필요하다. 240개의 다양한 컬러의 다이아몬드가 세팅되어 있는 ‘Aurora Butterfly of Peace’라는 작품이 스미소니언 박물관에 전시됨에 따라 이를 연구하기 위한 연구팀이 구성되었다. 특히 연구팀은 휴대용 형광 분광기를 이용하여 천연의 컬러 다이아몬드의 형광 형태를 알아보는 데 주력했다.

연구 결과는 Gems & Gemology지(이하 G&G) 2007년 겨울호에 실렸으며 기사 제목은 ‘모바일 분광기를 통해 살펴본 컬러 다이아몬드의 형광 스펙트럼’이었다. 이 기사는 감정사들이 컬러 처리된 다이아몬드를 감별하는 데 많은 도움이 될 것이다.

연구팀의 팀원으로는 Sally Eaton-Magana, Jeffrey Post, Peter Heaney, Roy Walters, Christopher Breeding, James Butler 등이 있었으며 이들은 Butterfly 컬렉션에 세팅된 다이아몬드 중 48개와 스미소니언 박물관이 소장하고 있는 2개의 팬시 컬러 다이아몬드(DeYoung Red와 DeYoung Pink), GIA가 제공한 22개의 다이아몬드를 연구했다. 또한 10개의 방사능 조사된 컬러 다이아몬드도 연구 대상에 포함되었다. 이 다이아몬드들은 핑크, 옐로우, 옐로우-그린, 오렌지, 브라운, 블루-그레이 등의 체색을 띄고 있었으며 이밖에 팬시 화이트, 퍼플, 카멜레온 등과 같은 희귀한 종류도 있었다.

연구팀은 장파 자외선 조사시 형광을 띄는 다이아몬드를 주로 골랐다. 실험 후 형광 스펙트럼 형태의 유사성에 따라 대부분의 다이아몬드를 3가지 범주로 구분했다. 첫 번째는 파르스름한 형광을 띈 다이아몬드였다. 이 범주에는 대부분의 핑크 다이아몬드 및 팬시 화이트와 몇몇 천연 옐로우 컬러 다이아몬드 등이 포함되어 있다. 반면 이 범주에 속한 방사능 조사 처리된 다이아몬드는 체색이 그린~그리니쉬 블루였다.

두 번째 범주는 옐로우 그린과 브라운 컬러의 다이아몬드들로써, 그린 또는 옐로이쉬 그린 형광을 띄고 있었다. 천연(처리되지 않은) 다이아몬드들은 약~중간 정도의 형광 스펙트럼을 나타냈으며 두 개의 방사능 조사 처리된 그리니쉬 옐로우 다이아몬드는 강~매우 강한 스펙트럼을 보였다.  

세 번째 범주에는 대부분의 오렌지 다이아몬드 및 그레이-그린 카멜레온 다이아몬드가 속해 있으며 형광은 옐로우 혹은 옐로우-오렌지가 가장 많았다. 이 범주에 속하는 방사능 조사된 다이아몬드는 전혀 없었다. 그러나 처리된 다이아몬드에 관해 좀 더 폭넓은 연구가 행해져야 정확한 결론이 날 수 있을 것이다.

몇몇 경우를 제외하고 이 세 가지 범주의 천연 다이아몬드의 형광은 다이아몬드의 체색과 관련이 있었다. 그러나 첫 번째와 두 번째 범주에 속하는 방사능 조사된 다이아몬드의 경우 체색이 천연 다이아몬드와 판이하게 다르거나 스펙트럼의 집중도가 달랐다. 이러한 특징은 천연 다이아몬드와 처리된 다이아몬드를 구별하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 완전히 결론을 내릴 수는 없지만 실험을 통해 얻은 스펙트럼은 앞으로 시행될 다이아몬드의 컬러의 원인 물질을 밝혀내는 실험의 방향을 정하는 단서가 될 수 있을 것이다. 예를 들어 옐로우 다이아몬드는 질소, 블루 다이아몬드는 붕소, 그린 다이아몬드는 방사능 조사에 의해 각자의 체색을 띄게 된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 하지만 핑크, 브라운 다이아몬드의 발색 원인 물질은 아직 연구 중에 있다.

실험을 통해 형광 스펙트럼이 UV 조명 아래에서 나타나는 형광보다 정확하다는 것을 알 수 있었다. UV 조명을 이용한 경우 관찰자에 따라 다른 결론을 내릴 수도 있다. 형광의 색이 육안으로 볼 때는 달라 보일 수 있으나 이를 분광기로 측정, 형광 스펙트럼을 살펴보면 매우 동일하다. 형광 스펙트럼은 육안으로 본 형광보다 훨씬 더 많은 정보(강도의 특징(semiquantitative), 서브 피크의 존재 등)를 제공한다.

이번 연구는 가격이 비교적 싼 Ocean Optics사의 소형 형광 분광기의 성능 평가라는 목적도 가지고 있었다. 이 기구의 크기는 트럼프 카드 한 팩 정도로, 연구자들은 이 기구를 가지고 실험실로 옮겨올 수 없는 다이아몬드를 그 자리에서 쉽게 분석할 수 있다. 휴대가 용이하고 사용이 편해 박물관이나 개인 소장용 보석을 연구하는 데 편리하게 사용될 수 있으며 매장에서도 쉽게 사용할 수 있을 것으로 보인다.

또한 이 연구를 통해 어떤 경우에도 두 개의 다이아몬드가 동일한 형광 스펙트럼을 보이지 않는다는 사실을 알 수 있었다. 모든 다이아몬드가 피크의 강도나 두 개의 피크 사이의 비교 강도 등에서 미세하게나마 차이를 보였다. 이러한 미세한 차이를 통해 볼 때 모든 다이아몬드는 특별했다. 다이아몬드에 관한 모든 것-클래러티에서부터 형광의 원인이 되는 원자 구성상 결점-이 다이아몬드의 이야기를 들려주고 있다. 다이아몬드의 형광 스펙트럼은 이러한 이야기에 한 막을 더해 준다. 이를 통해 각각의 다이아몬드가 특성을 갖게 된다.

GIA