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수정 광학, 역학 및 물리적 특성에 대한 종합 가이드
색상, 광택, 투명도, 발광, 분산, 분열, 경도, 열적 특성을 포함한 특성
소개:
보석 애호가를 위한 이 가이드는 보석에 필수적인 크리스탈 광학, 기계적 특성 및 물리적 특성을 설명합니다. 주얼리 매장, 브랜드, 소매업체, 디자이너 및 전자상거래 플랫폼에 꼭 필요한 내용입니다. 크리스탈 광학의 색상 분산, 다색성, 발광에 대해 알아보세요. 투명도, 광택, 굴절률의 중요성을 파악하세요. 보석의 내구성에 영향을 미치는 경도, 밀도, 인성에 대해 자세히 알아보세요. 이 가이드를 통해 진품을 구별할 수 있는 전문 지식을 습득하고, 특별한 보석을 찾는 맞춤 보석상이나 유명인에게 꼭 필요한 정보를 얻을 수 있습니다. 보석의 매력과 가치를 결정하는 속성에 대한 인사이트를 통해 컬렉션을 더욱 풍성하게 만들어 보세요.
목차
섹션 I 결정과 관련된 광학 용어의 정의
자연에서 결정의 색이나 모양은 종종 우리의 관심을 즉시 끌기 때문에 우리가 그것을 찾도록 안내합니다. 오랜 세월에 걸쳐 우리는 결정이 다양한 형태와 색을 가질 수 있다는 사실을 발견했습니다. 현대 기술의 발달과 함께 결정학이라는 학문도 등장했습니다. 결정에 더 관심이 있다면 더 전문적인 책을 읽거나 공부할 수 있습니다.
이 섹션에서는 빛의 조건에서 크리스탈 보석을 볼 때 관찰되는 현상과 이러한 현상을 설명하는 데 사용되는 전문 용어에 대해 간략하게 설명합니다.
1. 크리스탈의 색
1.1 색상의 정의
색은 공간적 특성과는 별개로 사람의 눈에 작용하는 빛에 의해 발생하는 시각적 특성입니다. 이러한 시각적 특성은 관찰자의 색상 인식 능력과 조명 조건에 따라 달라집니다(그림 2-3-1).
보석학에서 색은 일반적으로 가시광선을 흡수한 후의 원석의 색으로 표현하거나 자연광에서 가시광선을 선택적으로 흡수한 후의 원석의 보색(그림 2-3-2)으로 설명할 수 있습니다(그림 2-3-3).
실제 시각적 식별에서 보석의 색조를 명확하게 정의하면 보석과 모조품을 빠르게 구별할 수 있을 뿐만 아니라 특정 천연 보석과 개량된 보석을 구별하는 데 도움이 됩니다.
1.2 색상을 관찰하기 위한 핵심 포인트
반사광을 이용해 색을 관찰합니다. 인공 광원이 있는 경우 색온도가 일정한 전문 비색 램프 아래에서 할 수 있습니다. 인공 광원이 없는 경우 맑은 날 그늘에서 관찰할 수 있습니다. 저녁에는 빛이 약하기 때문에 보석 색상을 관찰하지 않는 것이 가장 좋으므로 일반적으로 아침에 관찰하는 것이 좋습니다.
중성적인 검정, 흰색, 회색 배경에서 환경을 관찰합니다.
언급되지 않은 다른 요소는 색상 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
1.3 색상을 설명하는 방법
보석학은 여러 학문을 아우르는 학문으로, 보석의 색상을 설명할 때는 광물 색상을 설명할 때 사용하는 방법을 사용하는 경우가 많습니다. 일반적으로 사용되는 방법에는 표준 비색법, 이항법, 유추법 등이 있습니다. 색상 분포가 고르지 않은 특정 보석의 경우 색상이 줄무늬 또는 인터레이스 방식으로 분포할 때 일반적으로 색상 밴딩이라고 하는 색상 불균일 현상을 구체적으로 지적할 필요가 있습니다(일부 보석에서는 이 현상이 방향성이 있으며 투과광 아래에서 보석을 관찰해야 합니다)(그림 2-3-4 그림 2-3-6).
그림 2-3-4 컬러 밴딩이 있는 형석
그림 2-3-5 컬러 밴드가 있는 토르말린
그림 2-3-6 보라색-빨간색, 컬러 밴드가 있는 경우 뒤집으면 컬러 밴드가 사라집니다(위쪽은 루비의 컬러 밴드, 아래쪽은 뒤집은 후의 루비 컬러 밴드).
(1) 표준 크로마토그래피
표준 색상(빨강, 주황, 노랑, 초록, 청록, 파랑, 보라)과 흰색, 회색, 검정, 무색을 사용하여 광물의 색상을 설명합니다(그림 2-3-7 ~ 그림 2-3-17).
그림 2-3-7 표준 빨간색 기준 미네랄 신나바
그림 2-3-8 표준 주황색 기준 미네랄 납 크로메이트
그림 2-3-9 표준 노란색 기준 광물 오피먼트
그림 2-3-10 표준 녹색 기준 광물 말라카이트
그림 2-3-11 표준 파란색 기준 광물 아주라이트
그림 2-3-12 표준 보라색 기준 광물 자수정
그림 2-3-13 표준 갈색 기준 광물 리모나이트
그림 2-3-14 표준 검은색 기준 광물 토르말린
그림 2-3-15 표준 회색 기준 광물 보크사이트
그림 2-3-16 표준 흰색 참조 광물 플라보오클라제
그림 2-3-17 표준 무색 기준 미네랄 아이스 스톤
(2) 이항 방식
광물의 색이 더 복잡한 경우에는 두 가지 색을 사용하여 설명할 수 있습니다. 예를 들어 자홍색은 주로 붉은색에 보라색 톤이 가미된 빨간색입니다(그림 2-3-18). 색상이 고르지 않은 보석의 경우 이항법을 사용하여 각 색상 범주를 설명할 수도 있지만 색상이 고르지 않게 분포되어 있다는 점에 유의해야 합니다(그림 2-3-19).
그림 2-3-18 보라색-빨간색(파드마 사파이어)
그림 2-3-19 청록색, 장미색, 고르지 않은 색상 분포(토르말린)
(3) 유사 방법
보석은 올리브 녹색과 같은 광물의 색을 설명하기 위해 일반적인 물체와 비교할 수 있습니다(그림 2-3-20).
유추 방법은 런던 블루 토파즈(그림 2-3-21)와 스위스 블루(그림 2-3-22)와 같이 보석 거래 시장에서 색상을 설명하는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다.
사파이어의 콘플라워 블루(그림 2-3-23), 로얄 블루(그림 2-3-24)와 같이 보석의 품질을 나타내는 비교 색상 용어 중 일부는 보석의 품질을 나타냅니다. 루비의 경우 피전 블러드 레드(그림 2-3-25) 및 피전 블러드 레드 등이 있습니다.
그림 2-3-20 올리브 색상(왼쪽은 감람석, 오른쪽은 올리브 나무와 과일의 색상)
그림 2-3-21 런던 블루 토파즈
그림 2-3-22 스위스 블루 토파즈
그림 2-3-23 콘플라워 블루(왼쪽은 콘플라워 블루 사파이어, 오른쪽은 콘플라워)
그림 2-3-24 로얄 블루 사파이어. 로얄 블루는 콘플라워 블루 다음으로 사파이어에서 두 번째로 가치가 높은 색상으로, 채도가 가장 높은 파란색이며 순수한 파란색이거나 약간의 보라색 색조를 띨 수 있습니다.
그림 2-3-25 피전 블러드 레드 루비. 피전 블러드 레드는 루비 중 가장 가치 있는 색상으로, 파란색이나 갈색 등 다른 색조가 뚜렷하지 않으면서도 허용 범위 내에서 아주 약간의 보라색이 섞인 풍부하고 채도가 높으며 균일한 순수한 붉은색을 말합니다. 이 보석의 본체 색상은 자외선 아래에서 강한 형광 반응을 보입니다.
2014년 12월 120일, GRS(스위스 보석 연구소)는 모잠비크 루비의 붉은 색을 설명하기 위해 새로운 색상인 "스칼렛"(임페리얼 레드)을 발표했습니다. 스칼렛 루비는 주황색을 띠는 선명한 붉은 색의 특정 모잠비크 루비이며, 이 루비의 형광은 돌 자체의 색(타입 B 루비)에 영향을 미치지 않습니다.
GRS는 루비를 두 가지 유형으로 분류합니다: A형 루비와 B형 루비입니다.
A형 루비는 모잠비크산 루비로 형광이 뚜렷하고 비둘기 피 루비로 알려진 B형 루비와 색상 특성이 비슷합니다. 이 루비가 미얀마산 최고급 비둘기 피 루비와 비슷한 색을 띠기 때문에 붙여진 이름입니다.
B타입 루비는 GRS 타입 "스칼렛"(임페리얼 레드) 루비로, 기본 인증서에는 모잠비크 루비(B타입)를 선명한 빨간색으로 설명하고 추가 설명은 보조 인증서에 기재합니다.
2015년 11월 5일, SSEF와 구벨린 보석연구소는 레드 및 블루 사파이어, 비둘기 피 레드, 로얄 블루를 설명하는 전문 용어에 대한 합의를 발표했습니다. 또한 이러한 용어는 어떠한 처리(가열 또는 충전) 없이 색상과 선명도만 설명하고 어두운 내포물이 보이지 않아야 합니다. 레드와 블루 사파이어는 균일한 색상과 선명한 내부 반사를 보여야 합니다.
2. 크리스탈의 광택
2.1 광택의 정의
표면이 빛을 반사하는 능력과 광택은 표면 연마 정도와 굴절률에 따라 달라집니다. 시장에서는 '광택' 또는 '밝기'와 같은 용어가 광택이라는 기술 용어를 대체하는 용어로 자주 사용됩니다.
실제 육안 식별에서 광택은 보석과 모조품을 빠르게 구별하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 특정 천연 보석과 가공된 보석을 구별하는 데도 도움이 됩니다.
2.2 광택을 관찰하는 핵심 포인트
반사광을 이용해 광택을 관찰합니다.
크리스탈을 관찰할 때는 크리스탈 표면 패턴이 광택에 미치는 영향에 주의하세요.
일반적으로 가공된 보석의 광택은 원석보다 더 좋습니다(그림 2-3-26).
가공 시 보석은 연마 재료의 경도 차이 또는 재료 자체의 경도 방향과 차이로 인해 같은 보석이라도 광택의 차이가 발생할 수 있으며, 이로 인해 보석의 광택이 달라질 수 있습니다.
크리스탈 원석의 경우 동일한 연마 조건에서 원석의 굴절률이 높을수록 광택이 강해집니다. 집합 보석은 성분에 따라 광택의 차이가 있을 수 있습니다(그림 2-3-27).
다른 요인의 부재는 광택의 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
2.3 광택을 설명하는 방법
이 책에서는 보석 광택의 8가지 유형에 대해 설명합니다. 결정에서 볼 수 있는 클러스터에는 금속 광택, 준금속 광택, 아다만틴 광택, 유리광택, 기름기 광택(결정이 손상된 부분에서 쉽게 볼 수 있음)이 있습니다. 다른 유형의 광택은 골재나 유기 보석에서 더 흔히 볼 수 있으며, 이에 대해서는 이후 장에서 자세히 설명합니다.
(1) 메탈릭 광택
반사광으로 결정성 보석을 관찰할 때 금, 은, 황철석과 같은 금속 또는 일부 보석은 매우 강한 반사(입사광의 대부분이 정반사)를 나타낼 수 있습니다(그림 2-3-28). 이는 일반적인 금속과 유사한 반사 강도를 갖는 것으로 이해할 수 있습니다.
(2) 다이아몬드 광택
빛이 반사된 결정성 보석을 관찰할 때 다이아몬드와 같은 보석에서 가장 강한 반사 상태가 나타납니다(그림 2-3-29). 실제 보석 감별 분석에서는 굴절률(굴절계나 반사계와 같은 전문 보석 검사 장비에서 관찰한 데이터)이 2.417보다 큰 보석을 연마 후 다이아몬드 광택이 있는 것으로 간주합니다. 서브 다이아몬드 광택(그림 2-3-30, 2-3-31)은 다이아몬드 광택과 유리 광택 사이에 있으며, 굴절률이 2.417에서 1.780 사이인 보석은 폴리싱 후 서브 다이아몬드 광택을 나타냅니다.
(3) 유리 광택
반사광 아래에서 크리스탈 보석을 관찰하면 에메랄드, 크리스탈, 토르말린 등 대부분의 크리스탈 보석이 이러한 유형의 광택을 나타냅니다(그림 2-3-32 및 2-3-34). 실제 보석 식별 분석에서는 굴절률이 1.45~1.78인 보석을 연마 후 유리 광택이 있는 것으로 간주하며, 이는 유리 표면과 유사한 반사 강도로 이해할 수 있습니다. 동일한 연마 조건에서 굴절률이 낮을수록 유리 광택이 약해져 약한 유리 광택이라고 할 수 있으며, 반대로 굴절률이 높을수록 유리 광택이 강해져 강한 유리 광택이라고 표현하기도 합니다.
(4) 기름진 광택
반사된 빛으로 크리스탈 보석을 관찰할 때, 몇몇 보석은 크리스탈 표면에 이러한 현상을 보일 수 있습니다. 반면, 대부분의 보석은 외부 손상으로 인해 고르지 않은 부분에서 이러한 광택이 나타납니다(이 현상은 골절 또는 미발달 분열과 같은 전문 용어를 사용하여 설명할 수 있음)(그림 2-3-35 및 2-3-36). 이는 기름기가 많은 표면과 유사한 반사 강도로 이해할 수 있습니다.
그림 2-3-28 반사광 아래 황철석 결정의 금속 광택
그림 2-3-29 다이아몬드 반사광의 다이아몬드 광택
그림 2-3-30 반사광 아래에서 큐빅 지르코니아의 다이아몬드 이하 광택도
그림 2-3-31 반사광 아래에서 인공 브레이징 알루미늄 가넷의 아다만틴 이하 광택
그림 2-3-32 반사광 아래에서 형석의 약한 유리 광택
그림 2-3-33 반사광 아래 토르말린의 유리 광택
그림 2-3-34 반사광 아래에서 루비의 강한 유리 광택
그림 2-3-35 반사광 아래에서 전기석의 깨진 표면의 기름기 많은 광택(고르지 않은 가장자리)과 유리 광택(거의 삼각형에 가까운 하이라이트 영역)의 비교
그림 2-3-36 반사광 아래에서 가닛 결정 파절의 기름기 많은 광택
3. 크리스탈의 투명성
3.1 투명성의 정의
가시광선을 투과하는 물체의 능력. 크리스탈의 두께와 색상은 보석의 투명도를 판단하는 데 영향을 미칩니다. 일반적으로 유색 보석 결정의 경우 보석 결정이 두꺼울수록 투명도가 떨어집니다.
실제 육안 식별에서 투명도는 보석과 모조품을 빠르게 구별하는 데 도움이 되는 독립적인 판단 요소로 사용될 수 없으며, 보석의 품질을 평가하는 요소로 더 자주 나타납니다.
3.2 투명성 준수를 위한 핵심 사항
투과광을 사용하여 투명도를 관찰하는데, 이때 투과광의 강도가 자연광의 강도에 가까운지 확인하는 것이 중요합니다. 관찰광과 자연광의 강도에 편차가 있을 때 오판하는 경우가 종종 발생합니다.
보석에 명백한 내포물(불순물)이 포함되어 있으면 투명도가 감소하거나 불균일해질 수 있습니다.
같은 두께의 돌은 색이 진할수록 투명도가 떨어지고, 같은 색의 돌은 두께가 두꺼울수록 투명도가 떨어집니다.
언급되지 않은 기타 요인은 투명성 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
3.3 투명성 확보 방법에 대한 설명
투명도는 빛 투과 정도에 따라 투명, 반투명, 반투명, 미세투명, 불투명 등 5단계로 나뉩니다.
(1) 투명
투과광으로 보석을 관찰하면 보석이 전체적으로 밝게 보이며 배경과 비교했을 때 보석 중앙 부분의 밝기가 배경과 일치하거나 약간 더 높습니다. 동시에 가장자리 윤곽은 더 어둡습니다(그림 2-3-37~그림 2-3-39).
투과된 빛과 같은 면에 있는 물체는 보석을 통해 더 선명하게 볼 수 있습니다.
패싯 보석의 경우 투명성의 의미는 가장 큰 테이블에서 파빌리온의 패싯과 가장자리를 명확하게 볼 수 있다는 것입니다(그림 2-3-40).
그림 2-3-37 왼쪽은 황수정, 가운데는 합성수지입니다.
그림 2-3-38 투명(노란색 결정, 투과광)
그림 2-3-39 투명(가넷, 투과광).
그림 2-3-40: 투명(인공 브레이징 알루미늄 가넷, 투과광). 다이아몬드와 같은 고굴절률 보석의 투명도를 판단하는 핵심 포인트는 보석의 반대편 면과 표면을 볼 수 있는지 여부입니다.
(2) Sub-투명.
투과된 빛으로 보석을 관찰하면 보석이 전체적으로 밝게 보입니다. 배경과 비교하면 보석의 밝기가 배경과 일치합니다. 투과광과 같은 쪽에서 관찰된 물체는 더 뚜렷하게 보이는 반면, 투명한 보석과 광원 사이에 짙은 흰색 거즈 층이 추가된 것처럼 물체가 다소 흐릿하게 보입니다(그림 2-3-41, 2-3-42).
그림 2-3-41 분말 결정(반사광)
그림 2-3-42 반투명(분말 결정, 투과광)
(3) 반투명
투과광으로 보석을 관찰하면 전체적으로 비교적 밝게 보이지만 배경보다 밝기가 약합니다. 투과광과 같은 쪽의 물체는 더 뚜렷하게 보이지만 물체가 무엇인지 판단할 수는 없으며 물체가 있다는 것만 알 수 있습니다(그림 2-3-43, 2-3-44).
그림 2-3-43 반투명(당겨진 장석, 투과광)
그림 2-3-44 반투명(선스톤, 투과광)
(4) 반투명
반투명성에는 두 가지 상황이 있습니다.
투과광으로 보석을 관찰하는 경우, 빛 투과율이 낮아 보석의 밝기가 중앙은 검게 보이지만 가장자리는 높은 빛 투과율로 인해 밝게 보이는 경우가 한 가지 상황입니다.
또 다른 상황은 투과광으로 보석을 관찰하는 것입니다. 보석은 불투명도 때문에 전체적으로 검은색으로 보이지만 반사광 아래에서는 보석의 내부 특징을 볼 수 있습니다(그림 2-3-45).
(5) 불투명
투과광으로 보석을 관찰하면 보석이 불투명하고 상대적으로 밝은 배경에 비해 보석의 가장자리는 밝고 다른 부분은 검게 보이거나 빛이 통과하지 못합니다(그림 2-3-46, 2-3-47).
그림 2-3-46 불투명(결정: 토르말린)
그림 2-3-47 불투명(크리스탈: 루비)
4. 크리스탈의 다색성
4.1 플레오크로이즘의 정의
반투명에서 투명한 색상의 특정 결정이 여러 각도에서 관찰할 때 다른 색으로 보이는 현상을 복색증이라고 합니다.
여기서 다른 색상은 색조, 밝기, 명암의 차이를 나타냅니다.
모든 보석에서 이 현상이 나타나는 것은 아니며, 중간 결정계 또는 그 이하의 일부 보석에서만 다색성을 보일 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 일반적으로 중간 결정 계열의 보석은 두 가지 색상인 이색성을 나타내며, 낮은 결정 계열의 보석은 삼색성으로 알려진 세 가지 색상을 나타내며, 이를 통칭하여 다색성이라고 합니다.
실제 시각적 식별에서 다색성은 사파이어와 그 모조품인 이올라이트(그림 2-3-48~2-3-50)와 같은 보석과 모조품을 빠르게 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
4.2 다색성 관찰을 위한 핵심 포인트
투과광을 사용하여 보석의 다색성을 관찰합니다. 대부분의 보석의 다색성은 쌍안경을 통해서만 볼 수 있으며 육안으로 관찰하기는 매우 어렵다는 점에 유의하세요.
보석 내부에 명백한 내포물(불순물)이 있는 경우, 보석의 투명도를 낮추면 다색성 관찰에 영향을 미칠 수 있습니다.
언급되지 않은 다른 요인들은 복색증 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
4.3 다색주의 방법에 대한 설명
육안으로 관찰되는 다색성을 설명하는 형식은 존재와 부재입니다.
쌍안경을 사용하여 보석의 다색 현상을 관찰하기 위한 설명 형식에는 다음이 포함됩니다: 다색성 색상의 수; 다색성의 강도; 다색성 색상에 대한 설명. 예를 들어, 이색성이 있는 보석은 이색성, 강함, 빨강/보라-빨강, 삼색성이 있는 보석은 삼색성, 강함, 진한 청자색/연한 청자색/연한 노란색으로 설명할 수 있습니다.
5. 크리스탈의 발광
5.1 발광의 정의
발광이 있는 보석은 더욱 매혹적입니다. 별빛이 쉽게 나타나는 루비와 인광이 쉽게 나타나는 형석을 제외하면 대부분의 보석의 형광이나 인광은 자외선 아래에서만 관찰할 수 있습니다. 따라서 실제 육안 식별에서 루비의 형광은 루비와 대부분의 천연 모조품을 빠르게 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다(그림 2-3-51).
(1) 발광
외부 에너지에 의해 자극을 받으면 가시광선을 방출하는 결정의 성질을 발광이라고 합니다. 외부 에너지에는 마찰, 자외선, X-선 및 기타 고에너지 방사선이 포함됩니다.
자외선은 우리가 가장 쉽게 얻을 수 있는 외부 에너지원 중 하나로, 햇빛에는 자외선이 포함되어 있으며 실생활에서 자외선은 화폐 확인기나 병동 소독 등에 사용됩니다.
(2) 형광 및 인광
보석학에서는 보석의 발광을 관찰하기 위해 다양한 파장의 자외선 광원을 사용하며, 형광과 인광의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
형광은 보석이 자외선에 여기되면 빛을 발산하고 외부 에너지가 사라지면 발광이 중단되는 현상입니다(그림 2-3-52, 2-3-53).
인광은 보석이 자외선에 여기되면 빛을 발산하고 외부 에너지가 소멸된 후에도 일정 시간 동안 계속 빛을 발하는 현상을 말합니다(그림 2-3-54).
그림 2-3-51 강한 반사광 아래에서 보석의 형광(왼쪽은 전기석, 오른쪽은 루비); 형광이 없는 왼쪽 붉은 전기석은 색이 고르지 않은 반면, 형광이 강한 오른쪽 붉은 루비는 색이 균일하게 나타납니다. 이는 형광이 강한 루비와 형광이 없는 모조품 사이의 중요한 시각적 식별 차이입니다.
그림 2-3-52 적색 스피넬의 형광
그림 2-3-53 루비의 형광(비형광 블루 사파이어에 비해 형광 루비가 더 매력적임)
그림 2-3-54 플라스틱(인공 붕소 스트론튬 알루미네이트의 인광)
(3) 영향 요인
형광의 강도는 보석의 불순물 및 결함의 종류와 양과 관련이 있기 때문에 같은 종류의 보석이라도 형광이 다를 수 있습니다. 보석에 철분이 포함되어 있으면 형광이 억제되는 경우가 많기 때문에 철분을 형광 퀀처라고도 합니다(그림 2-3-55~2-3-57).
그림 2-3-55 일반 광원 아래 모조 다이아몬드.
그림 2-3-56 장파장 자외선 아래에서 육안으로 관찰할 수 없는 합성 다이아몬드의 형광.
5.2 발광을 관찰하기 위한 핵심 포인트
루비, 레드 스피넬 등 일부 보석을 제외한 대부분의 보석에서 형광을 관찰하려면 특정 에너지의 자외선이 필요합니다.
특정 에너지를 사용하여 보석의 발광을 관찰하려면 어두운 배경에 자외선을 사용해야 합니다.
관찰 시간은 외부 에너지 여기 후 외부 에너지가 끝날 때까지의 보석의 현상입니다.
결정성 보석의 발광은 점, 선 또는 표면의 반사가 아닌 보석의 전체적인 밝기 변화가 특징입니다.
외부 에너지 여기 하에서 대부분의 보석의 형광색은 자연광에서 관찰되는 형광색과 다릅니다. 동일한 보석의 형광색은 에너지 여기 강도에 따라 다를 수 있으며, 동일한 보석의 발광과 형광이 다를 수 있습니다.
다른 요인의 부재는 발광의 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
5.3 발광 방식에 대한 설명
육안으로 보석의 발광 설명 형식인 '있음, 없음'을 관찰합니다.
특수 자외선 형광등을 사용하여 보석의 발광을 관찰합니다. 설명 형식: 자외선의 종류, 보석의 발광 강도, 색상(예: 장파 자외선, 강함, 파란색)을 테스트합니다. 강도의 경우 강함, 중간, 약함, 없음 등의 용어를 사용할 수 있습니다. 청백색 형광을 설명할 때 "백악질"이라는 용어가 자주 사용된다는 점에 유의해야 합니다.
6. 크리스탈의 특별한 광학 현상
6.1 특수 광학 현상의 정의
빛이 보석의 표면에 닿으면 광원이나 보석이 서로 상대적으로 움직이면서 보석에 표시되는 별 모양 또는 띠 모양의 밝은 영역의 색상이나 현상이 깜박이고 움직이며 변화합니다(그림 2-3-58). 특수 광학 현상은 두 가지 다른 조명 조건에서만 색상 변화를 표시할 수 있습니다.
그림 2-3-94 고급 크리스탈 시스템의 보석(다이아몬드)
그림 2-3-95 비정질 고체(천연 유리)
그림 2-3-96 유기 보석(황색 투명 호박색)
6.2 특수 광학 현상 관찰을 위한 핵심 포인트
보석의 특수 광학 현상의 대부분은 관찰을 위해 반사광이 필요하며, 손전등을 사용하여 보석을 비추면 현상을 더욱 선명하게 볼 수 있습니다.
특수 광학 현상의 색상 변화 효과는 낮에는 자연광, 밤에는 인공광 등 다양한 광원 아래에서 관찰해야 합니다.
다른 요인의 부재는 특수 광학 현상의 관측 결과에 영향을 미치지 않습니다.
6.3 특수 광학 현상의 방법 설명
보석의 특별한 광학 현상에는 캣츠아이 효과, 별 효과, 색 변화 효과, 샌드 골드 효과, 색 변화 효과, 달빛 효과, 후광 효과 등 총 7가지가 있습니다. 일부 교과서에서는 색 변화 효과, 달빛 효과, 후광 효과를 통칭하여 후광 효과라고 합니다.
위의 특수 광학 현상 중 고양이 눈 효과, 별 효과, 색 변화 효과만 보석 이름 짓기에 관여하고, 그 외 특수 광학 현상은 이름 짓기에 관여하지 않습니다.
이 책에서는 일반적인 캣츠아이 효과, 별 효과, 색상 변화 효과, 샌드 골드 효과, 달빛 효과, 크리스탈의 색상 변화 효과에 대해 다룹니다.
(1) 캣츠 아이 효과
정의: 곡면 보석의 표면에 조명을 비추면 밝은 띠가 나타나고 광원과 보석이 움직이면서 보석의 표면에서 빛의 띠가 평행하게 움직이는 현상을 말합니다(그림 2-3-59, 2-3-60).
그림 2-3-59 고양이의 동공은 강한 빛 아래에서 선형으로 보입니다.
그림 2-3-60은 캣츠아이 현상(실리마나이트)이 있는 보석을 보여줍니다.
원인: 캣츠아이 효과는 곡선 모양, 방향성 절단, 보석 내부의 방향성 조밀 평행 내포물의 세 가지 조건이 충족되는 경우에만 보석에서 관찰할 수 있습니다(그림 2-3-61 ~ 그림 2-3-64). 이 현상은 보석이 결정 그룹인지 결정계인지, 보석이 결정인지 여부와는 아무런 관련이 없습니다. 이 현상은 응집체 및 비정질 고체에서도 나타납니다.
그림 2-3-61은 밝은 밴드 부분을 확대한 후 캣츠아이 효과가 있는 보석에서 관찰된 내포물의 조밀한 병렬 배열을 보여줍니다.
그림 2-3-62는 밝은 밴드 부분을 확대한 후 캣츠아이 효과가 있는 보석에서 관찰된 내포물의 조밀한 병렬 배열을 보여줍니다.
그림 2-3-63 캣츠아이 현상은 조밀하게 평행한 내포물이 있는 수직 캣츠아이 밝은 띠로 인해 발생합니다.
그림 2-3-64 결정에서 고양이 눈 현상의 곡면 바닥면
식별 방법: 곡면 보석의 돌출된 부분을 반사광으로 비추면 밝은 띠를 관찰할 수 있으며, 이 밝은 띠는 광원의 상대적인 움직임이나 보석의 위치에 따라 움직입니다(그림 2-3-65).
(2) 별빛 효과
정의: 곡면 보석에 조명을 비추면 2개, 3개 또는 6개의 밝은 띠가 교차하는 현상을 말합니다. 두 개의 밝은 띠가 교차하면 4광선 별빛, 세 개의 밝은 띠가 교차하면 6광선 별빛, 여섯 개의 밝은 띠가 교차하면 12광선 별빛이라고 합니다. 별빛 효과의 밝은 띠를 스타 라인이라고도 합니다.
원인: 보석이 별빛 효과를 관찰하려면 보석이 구부러져 있고 방향이 잘려 있어야 하며 보석 내부에 방향이 조밀한 평행 내포물이 2개, 3개 또는 6개 그룹으로 구성되어 있어야 합니다(그림 2-3-66). 그림 2-3-67). 이 현상은 결정성 보석, 특히 중간 및 저결정성 보석에서 더 자주 발생합니다.
그림 2-3-66 별빛 효과에 기여하는 요인 묘사
그림 2-3-67 스타라이트 사파이어의 방향성 고밀도 평행 내포물 세 그룹(30배, 암시야 조명 방식)
식별 방법: 곡면의 돌의 돌출된 부분에 반사광을 비추면 광원의 상대적인 움직임이나 돌의 위치에 따라 움직이는 2개, 3개 또는 6개의 밝은 띠가 나타납니다(그림 2-3-68). 그림 2-3-69) 일부 특수 보석은 투명 별빛이라고도 하는 별빛 효과를 관찰하기 위해 투과광이 곡선형 보석을 통과해야 합니다.
그림 2-3-68 일정한 조명 아래에서 별빛 사파이어
그림 2-3-69 별빛 사파이어의 광원이 움직일 때 별 선의 움직임
여러 방향의 내포물 세트가 존재하기 때문에 석영은 서로 다른 방향으로 별자리를 나타낼 수 있습니다(그림 2-3-70). 그림 2-3-66 별빛 효과 계수 다이어그램.
수정 보석의 세 가지 상황은 별자리 효과와 쉽게 혼동될 수 있으며, 이러한 현상의 공통점은 "별 선"이 고정되어 있다는 것입니다. 첫 번째는 죽은 별자리라고도 알려진 트라피체(Trapiche)로, 별자리 효과와 매우 비슷해 보이지만 밝은 띠를 교차하는 대신 흰색 또는 검은색 광물로 구성된 6개의 광선이 60° 간격을 두고 있으며 이 6개의 광선은 광원과 함께 움직이지 않는 것이 특징입니다. 이 현상은 일반적으로 에메랄드, 루비, 석영과 같이 육각형 프리즘 결정 습관을 가진 보석에서 발생합니다(그림 2-3-71, 2-3-72). 두 번째는 루틸화 석영과 같이 방향성이 있는 내포물로 인해 발생하는 유사한 별 모양 현상입니다(그림 2-3-73). 세 번째는 결정 보석의 성장 과정에서 탄소와 점토와 같은 검은색 탄소질 물질이 포함되어 특별한 무늬가 생기는 것으로, 예를 들어 붉은 베릴의 빈 석영의 특징은 검은색 탄소질 내포물이 배향적으로 배열되어 단면이 십자 모양으로 나타나는 것입니다(그림 2-3-74).
그림 2-3-71 트랩피시 루비
그림 2-3-72 다비즈의 형태(이사벨라 피냐텔리 외, 2015)
그림 2-3-73 루틸화 석영
그림 2-3-74 안달루사이트 결정(사방정계 원석, 단면이 정사각형인 경우가 많음)
(3) 색상 변경 효과
정의: 광원에 따라 보석의 색이 다르게 나타나는 현상.
원인: 보석에 크롬(Cr) 또는 바나듐(V)이 적당량 함유된 경우 이러한 현상이 발생할 수 있으며, 이는 보석의 자연스러움 및 보석의 절단 또는 연마 여부와 무관하며 크리스탈 원석과 합성 보석 모두에서 색상 변화 효과를 볼 수 있습니다.
식별 방법: 보석을 두 가지 색온도의 반사광(보통 자연광과 밤의 촛불)으로 비추면 보석이 두 가지 뚜렷하게 다른 색을 띠게 됩니다(그림 2-3-75).
(4) 샌드 골드 효과
정의: 투명한 보석에 불투명하고 벗겨지는 고체 내포물이 포함되어 있으면 불투명하고 벗겨지는 고체 내포물에 의한 빛의 반사로 인해 별과 같은 반사 현상이 발생합니다(그림 2-3-76, 2-3-77).
그림 2-3-76 선스톤(주황색-빨간색, 반투명).
그림 2-3-77 선스톤(연한 주황색-빨간색, 투명)
원인: 투명 또는 반투명 보석에 불투명하거나 반투명하게 벗겨지는 고체 내포물(그림 2-3-78, 2-3-79)이 포함된 경우, 일반적으로 태양석과 코디라이트에서 볼 수 있는 샌드 골드 효과를 볼 수 있습니다. 이 현상은 보석의 자연스러움이나 보석의 절단 또는 연마 여부와는 무관합니다.
그림 2-3-78 월장석의 내포물의 확대된 특징 (10 x , 수직 조명 방식)
그림 2-3-78 월장석 내 내포물의 확대된 특징 (10배, 수직 조명 방식) 그림 2-3-79 월장석 내 내포물의 확대된 특징 (40배, 암시야 조명법)
식별 방법: 보석을 반사광으로 비추면 보석 내부에 별 모양의 반사가 나타납니다. 광원이나 보석의 위치가 상대적으로 이동하면 별 모양의 반사가 깜빡입니다(그림 2-3-80).
(5) 달빛 효과
정의: 입사광이 보석 내부에서 산란되어 보석 표면의 국부적인 영역에 밝은 파란색 또는 유백색 빛이 나타나는 현상입니다. 달빛 효과는 캣츠아이 문스톤, 스펙트럼 문스톤 등과 같은 다른 특수 광학 현상과 동시에 발생할 수 있습니다(그림 2-3-81).
원인: 달빛 효과는 알바이트와 칼륨 장석이 교대로 층을 이루는 보석 광물인 월장석에서 흔히 볼 수 있으며, 각 성분의 평행한 층의 두께는 50~l00nm 사이입니다. 이 층상 교차 구조는 들어오는 빛을 산란시켜 보석 표면에 방황하는 색을 만들어냅니다. 평행 층이 두꺼울수록 방황하는 색의 채도가 낮아지고 회백색이 더 뚜렷해집니다. 예를 들어, 파란색과 보라색 빛의 강한 산란으로 인해 반사광 아래에서 정면에서 푸른 달빛 효과를 관찰할 수 있습니다. 다른 색광의 산란 정도는 작고 샘플을 통과하는 대부분의 합성광은 파란색과 보라색 빛의 보색인 주황색과 노란색 빛으로 나타납니다(그림 2-3-82).
식별 방법: 반사광으로 보석을 비추면 보석 표면의 특정 방향에 흐릿한 색이 나타납니다. 광원의 상대적 위치나 보석의 움직임에 따라 흐릿한 색상이 바뀝니다. 달빛 효과가 발생하는 영역 근처에서 약간 회전하면 달빛 효과의 색조에는 변화가 없지만 회전이 너무 크면 달빛 효과가 보이지 않습니다(그림 2-3-83~2-3-86).
(6) 색상 변경 효과
색상 변경을 색상 플레이라고도 합니다.
정의: 광원이나 관찰 각도에 따라 보석에 나타나는 색상 변화를 색상 변화 효과라고 합니다. 색상 변화 효과를 낼 수 있는 보석으로는 라브라도라이트가 있습니다(그림 2-3-87).
원인: 빛이 특정 구조적 구성을 가진 보석을 통해 반사되거나 투과할 때, 조명 방향이나 관찰 각도에 따라 회절 및 간섭 효과로 인해 색상이 달라집니다.
식별 방법: 조명 방향과 관찰 각도가 변하지 않더라도 보석을 움직이기만 하면 반사광이 보석을 비추는 데 사용된다고 가정해 보세요. 이 경우 보석의 색이 서서히 다른 색으로 변하는 것을 볼 수 있습니다.
같은 보석에서 다른 색상을 가진 부분을 컬러 패치라고 하며, 모양과 크기가 다양합니다. 컬러 패치의 가장자리는 종종 불규칙하고 한 컬러 패치에서 다른 컬러 패치로 전환됩니다(오팔과 같은 변색 유리, 플라스틱 또는 합성 오팔의 컬러 패치는 종종 규칙적인 톱니 모양의 가장자리를 가집니다).
색상 변경으로 표시되는 스펙트럼은 보라색에서 빨간색으로 전체 색상이 변경되거나 보라색에서 녹색으로 이색 또는 삼원색이 변경될 수 있습니다.
7. 결정의 분산
7.1 분산의 정의
분산은 백색 복합광이 프리즘 특성을 가진 물질을 통과할 때 여러 파장 스펙트럼으로 분해되는 현상입니다. 백색광을 일곱 가지 색으로 분해하는 보석의 능력으로 설명하거나, 광원 아래에서 보석을 흔들었을 때 면 처리된 보석 내부에서 보이는 다채로운 현상으로 이해할 수 있습니다(그림 2-3-88). 시장에서 흔히 "파이어" 또는 "파이어 컬러"라고 불리며 다이아몬드와 관련하여 자주 논의되는 기술 용어입니다.
분산은 패싯 결정형 보석에 고유한 현상입니다. 분산은 보석의 천연성과는 무관하며 합성 보석도 합성 스트론튬 티탄산염, 합성 루틸, 합성 큐빅 지르코니아, 합성 실리콘 카바이드, 합성 알루미늄 가넷과 같은 분산 현상을 나타낼 수 있습니다(그림 2-3-89). 분산은 보석의 결정계와 관련이 없으며, 예를 들어 등방정계 결정계의 다이아몬드와 육각형 결정계의 합성 실리콘 카바이드에서 분산이 관찰될 수 있습니다.
실제 보석 식별에서는 "총 내부 반사" 패싯에서 서로 다른 보석이 나타내는 색상과 분산 영역이 다양하므로 다이아몬드와 모조품을 빠르게 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다(그림 2-3-90, 2-3-91).
그림 2-3-90 다이아몬드의 분산
그림 2-3-91 합성 실리콘 카바이드의 분산(일반적인 다이아몬드 유사체 중 하나)
7.2 분산 관찰을 위한 핵심 포인트
투과광을 사용하여 보석이 특정 방향으로 분산되는 것을 관찰합니다. 현상을 더 명확하게 관찰하려면 파빌리온의 끝에서 크라운의 테이블을 향해 관찰하는 것이 좋습니다(그림 2-3-92).
보석에 명백한 내포물(불순물)이 포함되어 있는 경우 보석의 투명도를 낮추면 분산 관찰에 영향을 미칠 수 있습니다.
분산 정도가 같은 보석(분산 속도가 같다고도 설명할 수 있음)은 다른 조건이 같은 밝은 색의 보석에 비해 색이 더 진하면 관찰이 더 어렵습니다(그림 2-3-93).
분산은 패싯 원석의 일반적인 현상 중 하나이며, 컷의 품질(특히 컷이 원석에 들어오는 빛의 "전체 내부 반사"를 달성할 수 있는지 여부)이 분산 가시성에 영향을 미칩니다.
다른 요인의 누락은 분산 관찰 결과에 영향을 미치지 않습니다.
7.3 분산 방법에 대한 설명
일반적으로 분산 현상의 관찰 난이도는 명백하다, 명확하지 않다 등으로 설명합니다.
8. 기존 실험실 식별 장비를 사용할 때 결정과 관련된 광학 용어의 정의
8.1 등방성 및 비균질 재료
(1) 등방성 바디
정의: 등방성 광학 특성을 가진 보석의 일종입니다. 여기에는 아이소메트릭 결정계의 보석과 일부 무정형 및 투명에서 반투명 유기 보석(그림 2-3-94~2-3-96)이 포함됩니다.
식별 방법: 가공 전 등방성체는 모양으로 미리 판단할 수 있습니다. 가공 후 대부분의 등방성체는 굴절계에서 보석이 단일 굴절을 보이는지 관찰하고, 확대하여 고스트가 없는지, 편광 아래에서 완전히 어둡게 보이거나 비정상적인 소멸을 보이는지 확인하는 등 기기를 통해서만 구별할 수 있습니다.
그림 2-3-94 고급 크리스탈 시스템의 보석(다이아몬드)
그림 2-3-95 비정질 고체(천연 유리)
그림 2-3-96 유기 보석(황색 투명 호박색)
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(2) 비-동질체
정의: 보석과 광물의 광학 이방성의 일종입니다. 삼각형계(그림 2-3-97), 정사각형계(그림 2-3-98), 육각형계(그림 23-99), 사방정계(그림 2-3-100), 단사면체(그림 2-3-101), 삼사면체(그림 2-3-102)에 속하는 보석을 포함합니다.
식별 방법: 가공 전 비균질체는 모양으로 정확하게 식별할 수 있습니다. 가공 후 비균질체의 일부 원석은 눈에 보이는 다색성을 나타내면 정확하게 식별할 수 있지만 대부분의 비균질체는 굴절계, 현미경, 편광판 또는 이분광기를 사용하여 구별해야 합니다.
그림 2-3-97 중간 결정계 삼각계 토르말린
그림 2-3-98 정방정계 중간 결정 계열의 지르콘
그림 2-3-99 육각계 중간 결정 계열의 에메랄드
그림 2-3-100 사방정계에서 저수준 결정 계열의 토파즈
그림 2-3-101 단사선계에서 저수준 결정 계열의 스포두멘
그림 2-3-102 저수준 결정계의 아마존 스톤(삼선형)
8.2 단축 굴절, 복굴절, 복굴절 지수
단축 굴절은 빛이 투명에서 반투명 균질 매질에 들어갈 때 입사각이 변하여 빛이 쪼개지지 않는 현상을 말합니다.
복굴절이란 빛이 투명에서 약간 투명한 이질체에 들어간 후 입사각이 변하여 빛이 두 개의 광선으로 나뉘는 현상을 말합니다(그림 2-3-103). 빛의 굴절 법칙을 따르는 두 개의 빛줄기를 정상 빛이라고 하고, 그렇지 않은 빛줄기를 특이한 빛이라고 합니다.
복굴절은 비균질 보석의 현상 중 하나로, 특히 복굴절이 높은 특정 보석은 육안으로 관찰할 수 있는 복시를 나타낼 수 있습니다(그림 2-3-104 ~ 그림 2-3-105).
그림 2-3-104 보석의 이중 굴절 현상
그림 2-3-105 보석의 이중 굴절 현상(왼쪽의 합성 탄화규소의 이중 굴절률은 0.043, 오른쪽의 합성 루틸의 이중 굴절률은 0.287)
8.3 광축, 광학 인디케이터, 단축 수정, 양축 수정
(1) 광학 축
빛이 비균질 매질에 들어가면 일반적으로 이중 굴절을 겪게 됩니다. 그러나 단축 결정에서는 입사광이 갈라지지 않는 한 방향이 있고, 이축 결정에서는 입사광이 갈라지지 않는 두 방향이 있습니다. 입사광이 갈라지지 않는 한 방향 또는 두 방향을 광축이라고 하며, 수정 광학에서는 이를 OA로 표시합니다.
(2) 광학 인디카트릭스
반지름이 모든 방향에서 측정된 보석의 굴절률과 동일한 가상의 닫힌 구입니다. 측정된 보석의 굴절률은 다양하지만, 광속 바디의 전체 모양은 구와 거친 구의 두 가지 형태만 있습니다.
등방성 물체의 광속체는 구입니다. 구의 중심을 어느 방향으로든 통과하는 단면은 원형 단면이며, 그 반경은 등방성 보석의 굴절률 값을 나타냅니다(그림 2-3-106). 비균질체의 광율체는 타원체이며, 중간 결정 계열의 광율체는 원형 단면 타원체(그림 2-3-107)이고, 하위 결정 계열의 광율체는 타원형 단면 타원체(그림 2-3-108)를 갖습니다.
그림 2-3-106 균질체의 광도
그림 2-3-107 1축 결정 광속체(No는 광학 법칙을 따르는 빛의 굴절 방향, Ne는 광학 법칙을 따르지 않는 빛의 굴절 방향, 특이한 빛의 방향이라고도 하며 OA 방향은 No와 일치하고 단면은 원형, OA는 광축의 방향을 나타냄)
(3) 단축 결정
하나의 광축을 가진 비균질 보석을 단축 결정이라고 합니다. 중간 결정 계열의 보석은 모두 단축 결정 보석입니다(그림 2-3-109). 예를 들어 토르말린, 수정, 루비, 사파이어와 같은 모든 삼각형계 보석과 지르콘과 같은 모든 사각형계 보석, 베릴 계열과 인회석과 같은 모든 육각형계 보석이 이에 해당합니다.
비교적 완벽한 결정 형태를 가진 보석은 모양에 따라 단축 결정으로 직접 식별할 수 있습니다.
불완전한 결정 모양과 가공된 보석은 외관만으로는 단축 결정으로 판단할 수 없습니다(그림 2-3-110). 굴절계(그림 2-3-111) 또는 편광 현미경(그림 2-3-112)으로 해당 현상을 관찰해야만 판별할 수 있습니다.
그림 2-3-109 중간 결정 그룹 전기석, 결정 형태는 비교적 완벽하며 1축 결정의 모양으로 직접 판단할 수 있습니다.
그림 2-3-110 가공된 보석은 외관으로 판단할 수 없습니다(왼쪽 에메랄드, 오른쪽 토르말린).
그림 2-3-111 굴절계
그림 2-3-112 편광판
(4) 이축 결정
두 개의 광축을 가진 비균질 보석을 이축 보석이라고 합니다. 하부 결정 그룹의 보석은 모두 이축 보석입니다(그림 2-3-113). 예를 들어 토파즈, 감람석 및 기타 모든 마름모꼴 보석, 디옵사이드, 단사선 보석, 청금석, 태양석, 월석 및 삼사선 보석 등이 이에 해당합니다.
비교적 완벽한 결정 형태를 가진 보석은 모양에 따라 이축 결정으로 직접 식별할 수 있습니다(그림 2-3-114).
결정 형태가 불완전한 보석과 가공된 보석은 모양만으로는 이축 결정으로 식별할 수 없으며, 굴절계나 편광 현미경으로 해당 현상을 관찰해야만 판별할 수 있습니다.
그림 2-3-113 하부 결정 그룹의 토파즈는 비교적 완벽한 결정 모양을 가지고 있으며, 그 모양으로 직접 이축 결정으로 판단할 수 있습니다.
그림 2-3-114 완성된 돌은 외관으로 판단할 수 없습니다.
8.4 분산률, 총 내부 반사량
(1) 분산 비율
굴절률의 차이는 태양 스펙트럼에서 B 라인(686.7nm)과 G 라인(430.8nm)에 대해 측정되었습니다. 또는 특정 에너지의 빛 아래에서 측정된 각 특정 굴절률로 동일한 보석의 두 특정 굴절률의 차이로 더 간단하게 이해할 수 있습니다.
보석의 분산율은 거의 외우지 않으며, 주로 참고 및 비교를 위해 사용됩니다.
일반적으로 원석의 분산률이 높을수록 총 내부 반사율이 동일한 패싯 원석 간에 분산 현상이 나타날 가능성이 높습니다(그림 2-3-115). 보석의 분산률은 거의 외우지 않으며 주로 참고 및 비교를 위해 사용됩니다.
(2) 총 내부 반사
굴절은 빛이 실제 광학 밀도가 다른 물질을 통과할 때 발생합니다. 빛이 밀도가 높은 매체에서 밀도가 낮은 매체로 이동할 때 굴절된 광선은 정상 방향에서 벗어나고 굴절된 각도는 입사각보다 커집니다. 굴절각이 90°일 때의 입사각을 임계각이라고 하며, 임계각보다 큰 모든 입사광선은 밀도가 낮은 매질로 들어가지 못하고 반사 법칙에 따라 밀도가 높은 매질 내에서 반사됩니다(그림 2-3-116).
이 원리를 패싯 절단 및 연삭에 사용하면 보석의 분산률이 매우 낮더라도 눈에 띄는 분산 현상을 나타낼 수 있습니다(그림 2-3-117).
그림 2-3-116 총 내부 반사의 개략도
그림 2-3-117 총 내부 반사가 있는 표준 라운드 브릴리언트 컷 다이아몬드의 광 경로 개략도.
이 원리는 일반적으로 라인 테스트라고 불리는 다이아몬드와 모조 다이아몬드를 식별하는 데도 적용됩니다. 이 실험의 단계와 분석 결과는 다음과 같습니다: 가장 큰 면이 아래를 향하고 뾰족한 끝이 위를 향하도록 보석을 직선이 그려진 종이 위에 놓습니다. 보석을 통해 선이 보이면 모조 다이아몬드이고, 그렇지 않으면 다이아몬드라는 뜻입니다. 특히 테스트한 보석의 허리 길이 대 너비 비율이 1에서 벗어나거나 테스트한 보석에 다이아몬드 이하의 광택 또는 다이아몬드 광택이 있는 경우 실험적 판단이 잘못된 것임을 유의해야 합니다(그림 2-3-118~2-3-121).
그림 2-3-118 모조 다이아몬드를 통해 보석 아래에서 직선을 볼 수 있으며 직선은 두 개로 나뉩니다.
그림 2-3-119 다이아몬드를 통해 직선이 보이지 않습니다.
그림 2-3-120 일부 모조 다이아몬드는 다이아몬드와 유사한 현상을 나타내며 보석을 관통하는 기본 선이 보이지 않습니다(두 번째 줄 가운데에 있는 두 개의 모조 다이아몬드).
그림 2-3-121 길이 대 너비 비율이 1:1이 아닌 다이아몬드의 경우 보석(두 번째 줄의 다이아몬드)을 통해 직선이 보일 수도 있습니다.
8.5 자연광, 편광 조명
(1) 자연광
일반적인 광원에서 방출되는 빛은 가능한 모든 방향에서 동일한 진폭(축 대칭)을 가진 모든 방향의 광 벡터를 포함합니다. 이러한 유형의 빛을 자연광이라고 합니다. 자연광은 상호 수직이고 독립적이며(명확한 위상 관계 없이) 진폭이 동일한 두 개의 빛 진동으로 표현되며, 각각 진동 에너지의 절반을 갖습니다(그림 2-3-122).
자연광은 육안으로 보석을 관찰하는 데 중요한 광원 중 하나이며, 맑은 날 그늘의 빛, 손전등의 빛, 특정 색온도 램프의 빛 등 여러 가지 방법으로 자연광을 얻을 수 있습니다.
(2) 편광
고정된 방향으로만 진동하는 빛을 편광이라고 합니다. 편광은 특별히 표시되며, 표시되지 않으면 자연광으로 간주합니다(그림 2-3-123).
편광을 얻는 주된 방법은 자연광이 특수 편광판을 통과하도록 하거나 자연광이 비결정성 보석을 통과하도록 하여 편광을 생성하는 것입니다.
편광은 보석의 색상 다양성을 설명하는 데 사용할 수 있으며, 보석의 이중 굴절 현상은 편광 필터의 설계 원리이기도 합니다.
9. 수정 광학 용어 관계 요약 9.
결정에는 많은 전문 용어가 관련되어 있으며, 광학 용어 간의 관계는 초보자가 이해하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다. 따라서 이 책에서는 결정에 관련된 몇 가지 광학 용어 간의 관계를 요약하여 설명합니다(표 1).
마지막으로 언급된 광학 용어는 별도의 현상으로 존재하며 다른 광학 용어와는 관련이 없습니다.
표 1: 수정 광학 용어 관계 요약표.
| 크리스탈 | 육안으로 판단할 수 있나요? | 일반적인 관찰 도구 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 크리스탈 분류 이온 | 고급 크리스탈 제품군 | 중급 크리스탈 제품군 | 저레벨 크리스탈 제품군 | 결정의 일반적인 모양은 육안으로 관찰할 수 있으며, 일반적으로 도움을 받기 위해 기구가 필요합니다. | 굴절계, 편광기 , 이분광기, 현미경 |
| 아이소메트릭 크리스탈 시스템 | 삼각형 결정 시스템, 정사각형 결정 시스템, 육각형 결정 시스템 | 사방정계 결정 시스템, 단사방정계 결정 시스템, 삼사방정계 결정 시스템 | |||
| 광학 속성 | 등방성 바디 | 비균질 바디 | |||
| 일축 크리스탈 포지티브 또는 네거티브 복굴절 | 일축 크리스탈 포지티브 또는 네거티브 복굴절 | × | 굴절계 편광판 | ||
| 빛의 굴절 | 단축 굴절 | 복굴절은 특정 방향으로 일축 굴절을 나타냅니다. | 복굴절 특정 두 방향에서 단일 굴절을 나타내는 복굴절 | 높은 복굴절은 육안으로 관찰할 수 있지만 일반적으로 기기의 도움이 필요합니다. | 굴절계, 편광판, 현미경. |
| 다색성 | 다색성 없음 | 강한 이색성에서 약한 이색성 | 강한 것에서 약한 것으로의 삼원색 또는 강한 것에서 약한 것으로의 이색성 | 일부 보석은 가능하지만 대부분은 도구를 사용해야 합니다. | 디크로스코프 |
| 색상 | 결정의 색은 결정 내의 불순물 원소 및 격자 결함에 따라 달라지며, 결정인지 여부 및 결정의 분류와는 관련이 없습니다. | √ | × | ||
| 광택 | 크리스탈인지 여부 및 분류와는 관련이 없으며, 모든 유형의 보석의 연마 정도는 광택에 영향을 미칩니다. | √ | × | ||
| 투명성 | 크리스탈의 투명도는 크리스탈 내부의 내포물 함량에 따라 달라지는 경우가 많기 때문에 크리스탈인지 여부 및 크리스탈의 분류와는 무관합니다. | √ | × | ||
| 발광 | 결정인지 여부 및 결정의 분류와는 관련이 없으며, 결정 내의 불순물 원소 및 격자 결함에 따라 달라집니다. | 일부 보석은 가능하지만 대부분은 도구를 사용해야 합니다. | 자외선 형광등 | ||
| 특별한 광학 현상 | 가능한 색상 변경 효과 등 | 캣츠아이 효과, 별빛 효과, 색상 변경 효과 등이 가능합니다. | 가능한 효과로는 캣츠아이 효과, 별빛 효과, 색상 변경 효과, 금가루 효과, 달빛 효과 등이 있습니다. | √ | × |
| 분산 | 이 현상은 크리스탈 원석에서 흔히 볼 수 있지만 크리스탈 분류와는 무관하며, 분산의 가시성은 크리스탈의 분산률과 패싯의 총 내부 반사 정도에 따라 달라집니다. | √ | × | ||
섹션 II 보석에 색이 있는 이유
1. 보석 색상의 전통적인 원인
현장 광물 식별에는 줄무늬 색이라는 매우 중요한 증거가 있는데, 이는 얻은 천연 물질을 초벌구이 백자 판에 문질러 광물 분말을 남기고 광물 분말의 색을 사용하여 특정 특징적인 광물을 식별하는 것입니다(표 2).
표 2: 미네랄 색상, 줄무늬 색상, 투명도 및 광택 간의 관계
| 색상 | 줄무늬 색상 | 투명성 | 광택 |
|---|---|---|---|
| 무색 | 무색 또는 흰색 | 투명 | 유리 광택 |
| 밝은 색상 | 무색 또는 흰색 | ||
| 어두운 색상 | 가볍거나 화려한 | 세미 메탈릭 광택 | |
| 메탈릭 색상 | 어둡거나 메탈릭한 색상 | 불투명 | 메탈릭 광택 |
문헌 기록에 따르면, 동진 시대 초기에 이미 사람들은 줄무늬 색을 사용하여 은금 광석과 천연 금을 구별할 수 있었다고 합니다.
줄무늬 색상은 미네랄을 식별하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
미네랄의 줄무늬 색상은 유사 색상을 제거합니다. 분말 형태에서는 미네랄이 빛에 영향을 미치는 모든 계면을 잃고 미네랄의 유사 색상이 사라집니다.
미네랄의 줄무늬 색이 약해진 알록달록한 색입니다.
미네랄의 줄무늬 색상은 이디오크롬 색상을 강조합니다.
파우더는 빛을 반사할 수 없고 불투명한 미네랄(주로 금속 광택이 있는 미네랄)의 경우 투명하지 않으므로 줄무늬가 회흑색입니다. 반투명 미네랄은 약간의 빛을 흡수하므로 줄무늬 색상이 벌크 미네랄과 크게 다르지 않습니다. 투명 미네랄은 빛 투과율이 좋고 가시광선을 거의 흡수하지 않기 때문에 흰색으로 보입니다.
황철광과 황철광은 금속 광택이 있는 광물에 속하므로 줄무늬가 검은색이고, 결정성 적철광은 일반적으로 반사 적철광이라고 불리며, 아금속에서 금속 광택이 있고 일부 파장의 빛을 흡수하여 특정 색상, 즉 빨간색으로 나타납니다. 동시에 로도크로사이트는 투명한 광물이기 때문에 줄무늬가 흰색입니다.
광물학에서는 큰 고체 광물 조각의 색과 줄무늬 색 사이의 색상 차이를 설명하기 위해 발색단 원소의 가설에 따라 광물 색을 3가지 유형인 동색, 알로색, 유사 색으로 분류합니다(표 3). 이 가설은 광물 내의 보석에도 적용됩니다.
표 3: 보석의 일반적인 착색 요소
| 색칠 요소 | 원자 번호 | 보석 색상 | 보석 예시 |
|---|---|---|---|
| 철 Fe | 26 | 빨강, 파랑, 초록, 노랑 등의 색상 | 블루 사파이어, 페리도트, 아쿠아 마린, 토르말린 , 블루 스피넬, 옥, 알만딘, 감람석, 디옵사이드, 이도카제 , 카이아나이트 등 |
| 크롬 Cr | 24 | 녹색 및 빨간색 | 루비, 에메랄드, 옥, 알렉산드라이트, 유바로바이트, 레드 스피넬, 데만토이드, 파이로프, 토르말린 및 기타 |
| 망간 Mn | 25 | 핑크, 오렌지 | 적색 베릴, 로도크로사이트, 로도나이트, 스페사르틴-가넷 , 카로이트, 특정 적색 전기석 등 |
| 다이아몬드 공동 | 27 | 핑크, 오렌지, 블루 | 파란색 합성 스피넬, 합성 알렉산드라이트 등 |
| 란탄 Pr, 네오디뮴 Nd | 프라세오디뮴 59 네오디뮴 60 | 프라세오디뮴과 네오디뮴은 종종 노란색과 녹색을 형성하기 위해 공존합니다. | 인회석, 연보라색 합성 코발트 산화물 등 |
| 우라늄 U | 92 | 원래 보석 색상을 유발합니다. | 지르콘 |
| 키 V | 23 | 녹색, 보라색 또는 파란색 | 에스소나이트, 조이사이트, 합성 커런덤(모조 알렉산드라이트) 등이 있습니다. |
| 구리 Cu | 29 | 녹색, 파란색, 빨간색 등 | 말라카이트, 실리콘 말라카이트, 청록색, 아주라이트 등 |
| 셀레늄 세 | 34 | 빨간색 | 특정 빨간색 유리 등 |
| 니켈 Ni | 28 | 녹색 | 크리소프레이즈, 그린 오팔 등 |
| 스칸듐 Ti | 22 | 파란색 | 사파이어, 베니토이트, 토파즈 등 |
(1) 이디오크롬 색상
색은 보석 광물의 기본 화학 성분인 원소에 의해 발생하며, 대부분은 전이 금속 이온입니다. 자체 착색된 보석의 색상은 안정적입니다(표 4).
표 4: 일반적인 자가 착색 보석과 그 착색 요소
| 보석 이름 | 화학 성분 | 보석 색상 | 색칠 요소 |
|---|---|---|---|
| 우바로바이트 | Ca3Cr2 (SiO4) | 녹색 | 크롬 |
| 올리바인 | (Fe,Mg)2SiO4 | 노란색-녹색 | Iron |
| 말라카이트 | CU2(CO3)(OH)2 | 녹색 | 구리 |
| 로도크로사이트 | MnCO3 | 핑크 | Mn |
| 청록색 | CUAl6((PO4)4(OH)8 -4H2O | 파란색 | 구리 |
| 스페사르틴-가넷 | Mn3Al2(SiO4) | 오렌지 | Mn |
| 로도나이트 | (Mn,Fe,Mg,Ca)SiO3 및 SiO3 | 마젠타 | Mn |
| 알만딘 | Fe3Al2(SiO4) | 빨간색 | Iron |
(2) 알로크로마틱 색상
색상은 보석 광물에 포함된 발색단 원소에 의해 발생합니다. 다른 보석의 색상은 안정적입니다.
순색 보석은 무색이지만 미량 착색 원소를 포함할 경우 색을 낼 수 있으며, 미량 착색 원소에 따라 다른 색을 낼 수 있습니다. 예를 들어 스피넬과 토르말린이 있습니다(표 5).
같은 원소라도 원자가에 따라 색이 달라질 수 있는데, 예를 들어 Fe³⁺를 포함하는 원소는 갈색으로 나타나는 경우가 많고, Fe²⁺를 포함하는 원소는 아쿠아마린과 같이 하늘색으로 나타나는 경우가 많습니다.
Cr³⁺와 같이 동일한 산화 상태의 동일한 원소도 보석에 따라 다른 색을 만들 수 있으며, 커런덤은 빨간색, 에메랄드는 녹색을 생성합니다.
표 5: 기타 보석의 색상과 착색 요소
| 보석 이름 | 화학 성분 | 보석 색상 | 색칠 요소 |
|---|---|---|---|
| 스피넬 | MgAI2O4 | 무색 | - |
| 파란색 | Fe 또는 Zn | ||
| 브라운 | Fe, Cr | ||
| 녹색 | Fe | ||
| 빨간색 | Cr | ||
| 토르말린 | (Na,Ca)R3Al3Si16O18 (O,OH,F) , 여기서 R은 주로 Mg , Fe , Cr, Li, Al , Mn과 같은 원소를 나타냅니다. | 무색 | - |
| 빨간색 | Mn | ||
| 파란색 | Fe | ||
| 녹색 | Cr, V, ,Fe | ||
| 갈색, 노란색 | Mg |
(3) 의사 색상
유사 색상은 보석의 화학 성분에 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 가색이 있는 보석에는 용해된 크리스탈 조각이나 균열과 같이 평행하게 배열된 작은 내포물이 포함되어 있는 경우가 많습니다. 이러한 내포물은 빛을 굴절, 반사, 간섭, 회절시켜 유사 색상을 생성합니다. 특정 특수한 보석 컷도 보석에 유사 색상을 유발할 수 있습니다(표 6).
유사 색상은 보석에 내재되어 있지는 않지만 매력을 더할 수 있습니다.
표 6: 원인 분류 의사 색상s
| 원인 분류 | 정의 | 예 |
|---|---|---|
| 분산 | 흰색 복합광이 프리즘 특성을 가진 물질을 통과할 때 다른 파장 스펙트럼으로 분해되는 현상입니다. | 다이아몬드, 지르콘, 합성 큐빅 지르코니아, 합성 실리콘 카바이드, 스팔레라이트, 인공 스트론튬 티타네이트, 합성 루틸 등. |
| 스캐터링 | 재료에 고르지 않은 덩어리가 존재하여 광선이 매체를 통해 전파되는 동안 원래의 방향에서 벗어나 분산되는 현상입니다. | (1) 산란으로 설명할 수 있는 보석의 색상 변화에는 청문석, 청수정, 오팔, 자주색 형석, 백색 밀크 쿼츠가 있습니다. (2) 산란으로 설명할 수 있는 특수 광학 현상으로는 캣츠아이 효과, 별 효과, 샌드 골드 효과 등이 있습니다. (3) 산란으로 설명할 수 있는 광택의 한 유형은 진주 광택입니다. |
| 간섭 | 같은 방향에 있는 두 개의 단색 광원이 두 개의 광파 열을 방출하는 중첩 현상은 동일한 | (1) 무지개 빛깔의 석영(그림 2-3-124)과 같이 균열이나 분열이 존재하여 발생하는 무지개 빛깔을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. (2) 오팔과 같은 특수 광학 현상에서 색이 변하는 효과를 설명하는 데 사용할 수 있습니다. (3) 보르나이트의 불투명한 표면과 합성 실리콘 카바이드의 산화에 의해 생성되는 청동색을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. 청동색을 띠는 보석은 없습니다(그림 2-3-125). |
| 회절 | 전파 중에 장애물을 만나면 광파가 기하학적 경로에서 벗어나는 현상입니다. |
그림 2-3-124 컬러풀 쿼츠
그림 2-3-125 녹색
2. 보석 색상의 현대적 원인
각 가설에는 한계가 있습니다. 현대 보석 광물에 대한 연구에서 전통적인 색을 유발하는 광물학자와 보석학자들은 다이아몬드의 색 원인 및 방사선 조사 처리 전후의 보석 색상 변화와 같이 특정 보석 광물의 외관이나 색상 변화를 설명할 수 없다는 사실을 발견했습니다.
현대 물리학 및 화학의 발전은 전통적인 색상 생성 가설의 단점을 보완했습니다. 결정장 이론, 분자 궤도 이론, 밴드 이론, 물리 광학 이론을 기반으로 분광학적 방법과 결합하여 보석의 색을 설명합니다.
현대 물질 구조 이론에 따르면 물질은 핵과 전자로 구성된 원자로 구성되며, 전자는 핵 바깥으로 이동합니다. 양자역학은 전자와 다른 미세 입자의 움직임을 설명합니다. 1913년 보어는 원자가 일정한 에너지를 가진 안정된 상태, 즉 정지 상태로 존재한다는 가설을 제안했습니다. 각 유형의 원자는 서로 다른 에너지 값을 가진 많은 정지 상태를 가질 수 있으며, 이러한 정지 상태는 에너지가 에너지 준위를 형성하도록 배열되어 에너지가 가장 낮은 정지 상태를 기저 상태라고 하고 다른 상태를 여기 상태라고 합니다. 일반적으로 원자나 이온은 안정된 상태, 즉 기저 상태에 있으며, 이 상태에서는 복사 에너지가 없습니다. 원자나 이온이 외부 열 에너지, 전기 에너지 또는 다른 형태의 에너지를 받으면 외부 전자가 에너지를 흡수하여 여기 상태로 전환됩니다. 그러나 여기 상태의 전자는 불안정하기 때문에 약 10~⁸초 후에 전자는 기저 상태로 돌아가면서 동시에 에너지의 일부를 빛의 형태로 방출합니다.
보석학에서는 보석의 색을 빛과 같은 외부 에너지가 보석의 원자 구성에 있는 전자에 미치는 영향에 의한 것으로 이해할 수 있습니다. 이로 인해 전자는 기저 상태에서 여기 상태로 전이되어 특정 파장의 빛을 선택적으로 흡수합니다. 이 과정에서 전자 전이의 유형과 흡수된 에너지의 차이에 따라 보석이 궁극적으로 나타내는 색상이 달라집니다. 표 7은 러시아와 미국 학자들이 보석의 색상을 4가지 주요 이론에 따라 12가지 유형으로 분류하여 종합적으로 정리한 것입니다.
표 7: 보석의 현대적인 색상 유형
| 해당되는 전통적인 색상 원인 | 최신 색상 원인 이론 모델 | 최신 색상 원인 유형 | 일반적인 보석 |
|---|---|---|---|
| 이디오크로마이드 색상, 알로크로마이드 색상 | 수정 필드 이론 | 트랜지션 메탈 | 공작석, 가닛, 청록색 등 |
| 전이 금속 불순물 | 에메랄드, 시트린, 루비 등 | ||
| 색상 센터 | 자수정, 스모키 쿼츠, 형석 등 | ||
| 분자 궤도 이론 | 요금 이체 | 사파이어, 라피스 라줄리 등 | |
| 유기농 염색 | 호박색, 산호색 등 | ||
| 밴드 이론 | 지휘자 | 구리(Cu ), 은(Ag) 등 | |
| 반도체 | 갈레나, 프루스타이트 등 | ||
| 불순물 반도체 | 블루 다이아몬드, 옐로우 다이아몬드 등 | ||
| 의사 색상 | 물리 광학 이론 | 분산 | "패싯 다이아몬드의 '불' 등 |
| 스캐터링 | 문스톤 등 | ||
| 간섭 | 칼코피라이트 및 기타 색칠하기 등 | ||
| 회절 | 오팔, 칼코피라이트 표면 색상 등 |
섹션 III 결정과 관련된 기계적 특성 설명
보석의 기계적 성질은 크게 네 가지 범주와 일곱 가지 현상으로 나뉘는데 분열, 파절, 파손이 한 범주에 속하고 나머지 세 가지 범주에는 경도, 밀도, 인성이 있습니다. 여기서는 결정과 관련된 쪼개짐, 파절, 파손, 경도 및 상대 밀도에 대해 설명합니다.
쪼개짐, 골절, 파손은 외부의 힘에 의해 발생하는 결정의 특성으로, 그 파손 특성과 원인은 다양합니다. 이는 보석을 식별하고 가공하는 데 중요한 물리적 특성 중 하나입니다.
1. 결정의 분열
1.1 분할의 정의
결정이 외부의 힘에 의해 특정 결정 방향을 따라 매끄러운 평면으로 부서지는 현상을 파단이라고 하며, 이러한 매끄러운 평면을 파단면이라고 합니다(그림 2-4-1).
분열은 서로 다른 결정을 구별하는 데 사용할 수 있습니다. 서로 다른 결정의 절단면의 무결성 정도, 절단 방향 및 절단 각도는 서로 다릅니다. 분열은 결정 구조를 반영하는 중요한 특징 중 하나이며(그림 2-4-2), 결정 형태보다 더 일반적인 의미를 갖습니다. 결정이 이상적인 수준에 아무리 가까워도 결정 구조가 변하지 않는 한 분열의 특성은 변하지 않으며, 이는 결정 식별의 중요한 특성 기준입니다.
1.2 분열을 관찰하기 위한 핵심 포인트
크리스탈이나 보석의 파단면을 반사광을 이용해 특정 방향에서 관찰할 때 파단면이 평평하고 흔들릴 때 거울처럼 번쩍이면 이 파단면을 파단면이라고 합니다.
절단면은 크리스탈뿐만 아니라 가공된 보석에서도 나타날 수 있는데, 완성된 다이아몬드의 깃털 같은 허리 부분이나 월장석의 지네 같은 절단면이 이에 해당합니다.
반사광으로 관찰하면 분열 표면은 때때로 진주 광택을 나타내며(그림 2-4-3), 분열 층 사이에서도 간섭 색상을 볼 수 있습니다(그림 2-4-4, 2-4-5).
그림 2-4-3 진주 광택이 보이는 완벽한 분열을 가진 운모
그림 2-4-4 완전히 쪼개진 석고 층 사이의 간섭 색상
그림 2-4-5 완벽한 분할이 있는 석고 층 사이의 간섭 색상
1.3 분할 방법 설명
분할에 대한 설명은 분할 평면의 완전성, 분할 방향, 분할 각도의 세 가지 측면으로 나뉩니다.
(1) 절단면의 완전성
분열의 유무와 부드러움의 정도(발달 정도라고도 함)에 따라 분열은 완전 분열, 완전 분열, 중간 분열, 불완전 분열의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다(표 1).
표 1: 분열 수준 및 관찰 특성
| 분열 수준 | 난이도 | 분열 표면 관찰의 특징 | 예 |
|---|---|---|---|
| 완벽한 분할 | 얇은 시트로 쉽게 분할 | 부드럽고 평평한 얇은 시트 | 운모, 흑연 등 |
| 완전한 분할 | 평면이나 작은 조각으로 쉽게 쪼개지며, 골절 표면이 까다롭습니다. | 매끄럽고 평평하며 반짝이는 표면으로 계단 모양을 연출할 수 있습니다. | 다이아몬드, 토파즈, 형석, 방해석 등 |
| 중간 정도의 분열 | 골절이 더 쉽게 나타나면서 평면으로 갈라질 수 있습니다. | 비교적 평평하고 연속적이지 않고 다소 거친 표면입니다. | 크리소베릴, 월장석 등 |
| 불완전한 분할 | 많은 골절로 인해 평면으로 분할하기가 쉽지 않습니다. | 불연속적이고 고르지 않으며 기름기가 있는 느낌 | 인회석, 지르콘, 감람석 등 |
완벽한 분열을 가진 크리스탈은 내구성이 떨어지고 가공성이 좋지 않아 보석으로 사용하기에 부적합합니다. 예를 들어 운모(그림 2-4-6)와 흑연이 있습니다.
매우 완벽한 분열 이외의 다른 분열 정도를 가진 결정은 완벽하게 분열된 다이아몬드 및 형석(그림 2-4-7)과 같은 보석으로 사용할 수 있습니다. 토파즈(그림 2-4-8) 등이 있습니다.
발달이라는 단어는 분열을 설명하거나 논의할 때 자주 사용되며, 분열이 발생하는 경향을 의미하는 분열 발달과 같은 소인을 의미하는 것으로 이해할 수 있습니다.
(2) 분할 방향
광물마다 절단 방향이 하나이거나 여러 방향일 수 있습니다.
일반적으로 1방향(흑연, 운모 등), 2방향(혼블렌드 등), 3방향(방해석 등), 추가로 4방향(형석 등) 및 6방향(스팔러라이트 등)의 분열이 있습니다(그림 2-4-9).
절단은 방향성 현상이므로 가공되는 원석의 평면이 절단면과 평행하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 최소 5도 이상 오프셋되어야 하며, 그렇지 않으면 어떤 경우에도 패싯이 매끄럽고 밝게 연마되지 않는 현상이 발생합니다.
(3) 분열 교차 각도
두 개 이상의 절단 방향을 가진 결정이나 보석의 경우, 여러 절단 방향이 특정 각도에 있으며 이 각도 관계를 교차각이라고 합니다(그림 2-4-10, 2-4-11).
그림 2-4-10 석고의 3방향 절단(빨간색 화살표는 계단식 완전 절단에 대한 세 가지 방향을 나타냄)
그림 2-4-11 석고 절단 교차 각도 120°
2. 결정의 분열
2.1 분할의 정의
결정이 외부의 힘에 의해 특정 결정학적 방향을 따라 깨지는 현상으로, 분열과 비슷하지만 분열보다 표면이 매끄럽습니다.
골절과 파절은 원인이 다른데, 골절은 종종 쌍둥이 경계, 특히 특정 집합 쌍둥이 보석에서 발생하며, 보석학에서는 커런덤에서만 나타납니다(그림 2-4-12).
2.2 골절 관찰의 핵심 포인트
가공 전 결정은 반사광을 사용하여 파쇄를 관찰할 수 있으며, 보석에 1~3방향의 계단형 파쇄 표면이 쪼개짐과 유사하게 나타납니다(그림 2-4-13, 2-4-14).
가공된 보석은 투과광을 사용하여 파손을 관찰할 수 있으며, 보석 내부의 1~3방향의 평행하고 매끄러운 파손 표면을 확인할 수 있습니다(그림 2-4-15).
그림 2-4-13 커런덤의 분열(반사 평면의 평행선)
그림 2-4-14 반사광에 의한 커런덤의 파단(왼쪽은 반사면의 평행선, 오른쪽은 계단식 파단 표면)
3. 결정의 파쇄
3.1 골절의 정의
광물이 응력을 받은 후 특정 방향으로 부서지지 않고 다양한 요철과 불규칙한 모양의 파절 표면이 생기는 현상을 파절이라고 합니다(그림 2-4-16). 파절의 발생은 보석의 자연성과는 무관하며 천연, 합성, 인조 보석에서 모두 볼 수 있는 현상입니다. 파절의 발생은 보석의 분류와도 관련이 없으며 결정, 응집체, 유기 보석 및 무정형 고체에서 관찰할 수 있습니다.
3.2 골절 관찰의 핵심 포인트
반사광 튜브를 사용하여 크리스탈이나 보석의 파쇄 표면을 특정 방향으로 관찰합니다. 파단 표면이 고르지 않고 움직일 때 반사되는 깜박임을 보이는 경우, 이 파단 표면을 파단이라고 합니다.
가공 후 모양이 온전한 원석과 보석에서 특히 떨어지거나 외부의 힘을 받은 후 파손이 발생할 수 있습니다(그림 2-4-17). 조개 껍질과 같은 골절은 종종 기름기가 있는 광택을 나타냅니다.
3.3 골절을 설명하는 방법
골절은 매끄럽고 평평한 절단면과는 달리 일반적으로 요철이 있고 구부러져 있습니다. 우리는 종종 골절의 형태를 설명할 때 조개껍질 모양, 불규칙한 모양 등 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 용어를 비유로 사용합니다.
결정에서 흔히 볼 수 있는 골절 모양은 껍질 모양의 골절이며, 이는 분열이 잘 발달되지 않은 많은 보석에서 쉽게 관찰할 수 있습니다. 예를 들어 석영, 토르말린, 합성 이트륨 알루미늄 가넷(그림 2-4-18, 2-4-19)에서 볼 수 있습니다.
4. 결정의 경도
4.1 경도의 정의
물리학 용어인 경도는 단단한 물체의 표면 침투에 저항하는 재료의 능력을 의미합니다. 경도는 외부 침입에 대한 국부적인 저항을 기준으로 다양한 재료의 비교적인 부드러움 또는 경도를 나타냅니다. 다양한 테스트 방법의 확립으로 인해 다양한 경도 표준이 존재합니다. 이러한 경도 표준의 기계적 의미는 다르며 일반적으로 실험 결과를 사용하여 비교하지만, 비커스 경도와 모스 경도는 공식을 통해 변환할 수 있습니다.
경도 테스트 방법에는 압입, 관통, 연삭, 리바운드 방법 등 여러 가지가 있으며, 그 중 처음 두 가지 방법이 널리 사용됩니다.
압입법은 합금 또는 다이아몬드로 만든 원뿔 모양의 압입기를 사용하여 광물의 연마된 표면에 일정한 하중(무게)을 가하는 방법입니다. 하중과 압흔의 면적(또는 깊이) 사이의 관계는 광물의 경도를 결정하는 데 사용됩니다. 마름모 모양의 압자로 측정한 경도를 눕 경도라고 합니다. 사각형 모양의 압자로 측정한 경도를 비커스 경도(HV)라고 하며 절대 경도라고도 합니다(그림 2-4-20, 2-4-21). 광물학 및 보석학 연구에서는 일반적으로 비커스 경도를 테스트합니다.
그림 2-4-20 미세 경도 테스트 장비
그림 2-4-21 표면 홈의 직경을 통해 절대 경도 계산하기
스크래칭 방법은 긁기, 누르기, 갈기 등의 외부 힘에 대한 광물의 저항을 평가하는 방법입니다. 이 방법은 광물학에서 모스 경도 척도(Friedrich Mohs, 1822)와 함께 지속적으로 사용되어 왔습니다(그림 2-4-22). 모스 경도 척도는 자연계에 존재하는 10가지 일반적인 고순도 광물의 순위를 긁힘에 대한 저항성에 따라 배열한 표입니다. 이 순위의 기록된 결과를 모스 경도(HM)라고 하며 상대 경도라고도 합니다.
보석 식별 매개변수 표의 경도는 모스 경도를 나타냅니다.
비커스 경도와 모스 경도는 공식을 통해 변환할 수 있으며, 변환 결과는 모스 경도 사이의 관계가 비선형 성장 관계임을 보여줍니다(그림 2-4-23).
4.2 모스 경도에 대한 관찰 결과
대부분의 광물의 경도는 결정학에서 검사 대상 광물에 대해 모스 경도 척도로 표준 광물을 특성화하여 테스트합니다. 보석 감별 시 보석이 서로 긁히는 것은 엄격히 금지되어 있습니다(흠집이 있으면 보석의 가치에 영향을 미칠 수 있음).
다이아몬드와 다이아몬드 모조품의 구별(그림 2-4-24~그림 2-4-25), 루비와 합성 루비의 구별(그림 2-4-26) 등 경도가 다르기 때문에 패싯 모양으로 절단된 특정 보석과 모조품의 경우 패싯 가장자리의 날카로움을 관찰하여 보석과 모조품을 구별할 수 있습니다.
4.3 모스 경도의 설명 방법
어떤 광물이 아파타이트(즉, 경도가 아파타이트보다 큰 광물)는 긁을 수 있지만 오르토클라제(즉, 경도가 오르토클라제보다 작은 광물)는 긁을 수 있다면 그 광물의 경도는 5에서 6 사이이며, 5-6으로 표기할 수 있습니다. 실제로는 경도계 대신 더 간단한 방법을 사용할 수 있는데, 예를 들어 손톱의 경도는 2.5이고 칼의 경도는 5.5이므로 광물의 경도는 크게 손톱 미만(2.5 미만), 손톱과 칼 사이(2.5~5.5), 칼보다 큰(> 5.5)으로 나눌 수 있습니다. 일반적인 강철 바늘(HM=5.5~6)도 사용할 수 있습니다. 모스 경도를 가진 일반적인 보석과 일상용품의 표는 표 2에 나와 있습니다.
표 2: 일반적인 보석 및 가정용품 모스 경도 표
| 경도 | 대표 개체 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|
| 1 | 활석, 흑연 | 활석은 모스 경도 척도의 표준 광물이며, 가장 부드러운 광물로 알려져 있습니다. 일반적으로 활석 가루로 사용되지만 모스 경도가 매우 낮기 때문에 보석으로 사용할 수 없습니다. |
| 2 | 석고 | 모스 경도 척도의 표준 광물이며, 모스 경도가 매우 낮기 때문에 보석으로 사용할 수 없습니다. 인장석과 수집품으로 시중에 판매됩니다. |
| 2 ~ 3 | 아이스 큐브 | 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 아이템 중 하나 |
| 2.5 | 네일, 호박색, 아이보리 | 호박색과 상아색은 일반적인 유기 보석입니다. |
| 2.5 ~ 3 | 금, 은, 알루미늄 | 금과 은은 일반적으로 보석류에 사용되는 반면 알루미늄은 산업용으로 많이 사용됩니다. |
| 3 | 방해석, 구리, 진주, 구리 바늘. | 방해석은 모스 경도계의 표준 광물이며 조각 재료로 사용할 수 있고 보석 식별에 사용되는 이색 현미경의 중요한 구성 요소이기도 합니다. 구리는 장식용으로 처음 사용되었으며 합금 생산 및 전자 산업에서 전송 매체로 일반적으로 사용됩니다. 진주는 일반적인 유기 보석입니다. |
| 3.5 | 쉘. | 일반적인 유기 보석으로, 작은 조개는 직접 상감하여 장식할 수 있고, 큰 조개는 잘라서 구슬이나 트리닥나 기가스와 같은 기타 장식 재료로 만들 수 있습니다. |
| 4 | 플루오르파 | 형석이라고도 하는 모스 경도계의 표준 광물로 조각 재료로 사용할 수 있으며 일반적인 보석 중 하나입니다. 상대적으로 경도가 낮기 때문에 독특한 핸드메이드 주얼리에 자주 등장합니다. |
| 4 ~ 4.5 | 플래티넘 | 희귀 금속이자 귀금속 중 가장 단단한 금속이기도 합니다. 플래티넘은 군수 산업이나 보석 가공에 자주 사용됩니다. |
| 4 ~ 5 | Iron | 일반적으로 제강 및 기타 산업 분야에서 사용됩니다. |
| 5 | 아파타이트 | 일반적인 보석 중 하나인 모스 경도 척도 표준 광물 |
| 5 ~ 6 | 스테인리스 스틸, 작은 칼, 강철 바늘, 유리 슬라이드 | 지질학에서 광물과 암석을 특성화하고 광물과 암석의 모스 경도를 미리 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 도구 중 하나입니다. |
| 6 | 오르토클라제, 탄자나이트, 순수 티타늄 | 장석은 모스 경도 척도의 표준 광물이며 탄자나이트는 일반적인 보석 중 하나입니다. |
| 6 ~ 7 | 치아(크라운의 바깥층), 도자기 조각. | 주성분은 하이드록시아파타이트입니다. |
| 6 ~ 6.5 | 연옥 | 옥의 일반적인 유형 중 하나입니다. |
| 6.5 | 황철석 | 크리스탈은 장식적인 가치가 강하며 보석으로 자르고 연마하는 경우는 거의 없습니다. |
| 6.5 ~ 7 | Jadeite | 옥의 일반적인 유형 중 하나입니다. |
| 7 | 석영, 자수정 | 일반적인 보석 중 하나인 모스 경도 척도 표준 광물 |
| 7.5 | 토르말린, 지르콘 | 일반적인 보석 중 하나 |
| 7 ~ 8 | 가넷 | 일반적인 보석 중 하나 |
| 8 | 토파즈 | 일반적인 보석 중 하나인 모스 경도 척도 표준 광물 |
| 8.5 | 헬리오도르 | 일반적인 보석 중 하나 |
| 9 | Corundum | 일반적인 보석 중 하나인 모스 경도 척도 표준 광물 |
| 9.25 | 합성 실리콘 카바이드 | 일반적인 다이아몬드 시뮬레이터 중 하나 |
| 10 | 다이아몬드 | 일반적인 보석 중 하나인 모스 경도 척도 표준 광물 |
| 10% 이상 | 폴리머 다이아몬드 나노로드 | 독일 과학자들은 2005년에 다이아몬드보다 더 단단한 물질을 개발했으며, 이는 광범위한 산업 응용 가능성을 가지고 있습니다. |
5. 결정의 상대 밀도
5.1 상대 밀도의 정의
밀도는 보석의 화학 성분과 결정 구조를 반영하기 때문에 보석의 중요한 특성 중 하나입니다. 보석의 밀도는 단위 부피당 보석의 질량을 말하며, 보통 g/cm³ 단위로 측정됩니다.
보석의 상대 밀도와 밀도는 수치상으로는 동일하지만 측정하기는 전자가 더 쉽습니다. 보석의 상대 밀도는 4℃에서 같은 부피의 물의 무게에 대한 공기 중의 무게의 비율을 말하며, 4℃에서 물 1cm³의 질량은 거의 정확하게 1g입니다.
보석의 상대 밀도는 보석의 화학 성분에 따라 달라집니다. 동일한 유형의 보석의 상대 밀도는 화학 성분의 변화, 동형 치환, 기계적 내포물, 내포물의 존재, 공동 및 균열의 공기 흡착으로 인해 달라질 수 있습니다. 예를 들어 다이아몬드의 평균 상대 밀도는 3.52g/cm³이지만 호주산 다이아몬드의 상대 밀도는 3.54이고, 아프리카산 옐로우 다이아몬드의 상대 밀도는 3.52, 브라질산 브라운 다이아몬드의 상대 밀도는 3.60입니다.
5.2 상대 밀도 테스트 방법
정수압 계량법과 중량 액체법은 보석의 상대 밀도를 측정하는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다. 전자의 방법은 보석의 상대 밀도를 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 후자의 방법은 상대 밀도가 다른 두 개의 유사한 보석을 빠르게 구별할 수 있습니다.
보석의 상대 밀도는 일반적으로 1에서 7까지입니다. 2.5 미만(예: 호박색)은 낮은 상대 밀도, 2.5에서 4 사이(예: 석영)는 중간 상대 밀도, 4 이상은 높은 상대 밀도로 간주합니다. 대부분의 보석은 2.5에서 4 사이의 상대 밀도를 가지고 있습니다.
(1) 정수압 계량 방법
아르키메데스의 원리에 따르면 물체를 액체에 담그면 액체가 물체에 가하는 부력은 물체에 의해 변위된 액체의 무게와 같습니다. 물체에 의해 변위된 액체의 무게를 기준으로 공기 중에 있는 보석의 무게를 측정하면 보석의 상대 밀도(약칭 SG, 비중이라고도 함)를 계산할 수 있습니다. (그림 2-4-27~그림 2-4-29).
그림 2-4-27 깨끗한 물 계량 부착물
그림 2-4-28 조합 후 저울의 정수용 계량 액세서리 상태(그물 서스펜션 브래킷은 저울 계량 디스크에, 비커 브래킷은 저울 계량 디스크 양 끝에, 기타 부착물 조합은 다음 그림 참조)
계산 방법은 공기 중 보석의 무게를 공기 중 보석과 물의 무게 차이로 나눈 값입니다. 계산된 값은 일반적으로 소수점 둘째 자리까지 유지되며, 상대 밀도 = 공기 중 보석의 무게 ÷ (공기 중 보석의 무게 - 물 속 보석의 무게) x 물의 밀도 ＝ 공기 중 보석의 무게÷ 보석과 같은 부피의 물의 무게 x 물의 밀도입니다.
위의 공식을 사용하여 보석의 무게가 공기 중 5.80g, 물 중 3.50g이고 물의 밀도가 1g/cm³라고 가정하면 다음과 같이 계산할 수 있습니다:
SG ＝ 5.80 ÷ (5.80 - 3.50) x 1 g/cm³
＝5.80 4÷2.30 x 1 g/cm³
＝2.50g/cm³
따라서 이 보석의 상대 밀도는 2.50g/cm³라고 계산합니다.
별도로 명시하지 않는 한, 물의 밀도는 일반적으로 4℃에서 g/cm³로 측정한다는 점에 유의하세요.
(2) 중액 방식
깨끗한 물 계량 액세서리 어셈블리의 상태는 저울 위에 놓여 있습니다(망 주머니 걸이 지지대는 저울 계량 팬에, 비커 지지대는 저울 계량 팬의 양쪽 끝에 있으며 다른 액세서리 어셈블리는 아래 그림을 참조하세요).
무거운 액체 방법은 알려진 무거운 액체(표 3 참조)에 샘플을 넣고 보석이 가라앉거나 뜨는지를 관찰하여 보석의 상대 밀도를 간접적으로 측정하는 간단하고 효과적인 방법입니다. 중액은 휘발성이 있고 독성이 약한 유기 용액 중 하나이며 현대 보석 테스트에서는 덜 자주 사용됩니다.
표 3: 4가지 일반적인 중질 액체 및 지표 미네랄
| 일반적인 무거운 액체 | 일반적인 무거운 액체의 밀도 | 일반적인 중성 액체의 부유 지표 미네랄 |
|---|---|---|
| 희석된 트리브로모메탄 CHBr₃ | 2.65 | 균열 없는 깨끗한 크리스탈 |
| 트리클로로메탄 CHBr₃ | 2.89 | 균열 없이 깨끗한 녹색 베릴 |
| 희석된 디이오도메탄 CH₂I₂ | 3.05 | 균열이 없는 깨끗한 핑크 토르말린(토르말린의 밀도는 색상에 따라 약간씩 다르며 핑크 토르말린의 상대 밀도는 비교적 안정적임) |
| 디이오도메탄 CH₂I₂ | 3.32 | 균열 없이 깨끗한 옥 |
6. 결정의 인성
크리스탈의 인성은 유연성과 취성을 모두 포함합니다. 보석의 파손(마모, 늘어남, 눌림, 절단)에 대한 저항력이 약한 현상을 취성이라고 합니다.
취성은 보석의 광학적 특성 및 쪼개짐, 갈라짐, 파손, 경도, 밀도 등과 같은 기타 기계적 특성과는 아무런 관련이 없습니다. 크리스탈의 취성은 육안으로 관찰할 수 없는 크리스탈 원소들의 연결 방식과 관련이 있습니다. 보석 가공과 착용을 통해서만 느끼고 볼 수 있습니다(그림 2-4-30). 완성된 패싯 스톤의 초기 판매에서 포장지가 느슨해져 패싯 스톤의 가장자리가 손상되는 경우가 종종 발견되며, 별도의 부드러운 면지 포장을 사용하면 손상이 줄어 듭니다. 취성으로 인한 패싯 가장자리 파손은 오랫동안 채취하고 관찰 한 보석에서도 일반적입니다 (그림 2-4-31).
강한 것부터 약한 것까지 일반적인 보석의 결정 취성은 형석, 크리소베릴, 월장석, 토파즈, 에메랄드, 감람석, 아쿠아마린, 석영, 다이아몬드, 사파이어, 루비입니다.
그림 2-4-30 다이아몬드의 취성(모서리 손상)
그림 2-4-31 합성 루틸(장기간 관찰로 인한 손상)
섹션 IV 크리스탈의 기타 물리적 특성
1. 결정의 전기적 특성
(1) 전도성
보석 광물이 전기를 전도하는 능력을 전도도라고 합니다. 대부분의 보석은 비전도성이지만 적철광, 합성 루틸, 천연 블루 다이아몬드(타입 IIb)와 같은 보석은 전기를 전도할 수 있습니다. 천연 블루 다이아몬드의 반도체 특성은 인공적으로 착색한 다이아몬드와 구별되는 특징 중 하나이며, 인공적으로 착색한 블루 다이아몬드는 비전도성이기 때문에 특히 중요합니다.
(2) 열전 효과
석영과 전기석을 반복적으로 가열하고 냉각하면 결정의 양쪽 끝에서 전압 또는 전하가 발생하여 팽창하거나 수축합니다. 이 현상을 열전 효과라고 합니다. 이것이 바로 토르말린이 햇빛이나 인공 조명에 의해 가열될 때 먼지를 흡수하는 이유이기도 합니다.
(3) 압전 효과
석영과 같은 결정 물질을 특정 방향으로 압축하거나 늘렸을 때 양쪽 끝에서 같은 양의 반대 전하가 나타나는 현상입니다.
2. 결정의 열적 특성 - 열 전도성
열을 전도하는 물질의 능력을 열전도율이라고 하며, 보석마다 열전도율이 다릅니다. 열전도율을 비교하면 보석을 효과적으로 구별할 수 있습니다. 열적 특성은 많은 보석을 식별하는 데 도움이 되지만, 가장 중요하고 명백한 것은 다이아몬드로, 두 번째로 열전도율이 높은 커런덤보다 훨씬 더 높은 열전도율을 가지고 있습니다. 이는 보석 열전도도 테스트 기기의 설계 원리 중 하나이기도 합니다.
3. 결정의 방사능
U, Th, Ra 등과 같은 방사성 원소는 에너지를 방출하면서 핵에서 입자나 광선을 자발적으로 방출할 수 있습니다. 이러한 현상을 방사능이라고 하며, 이 과정을 방사성 붕괴라고 합니다. 과학자들이 방사능 붕괴 속도를 알고 있고 다양한 동위원소의 존재를 측정할 수 있는 장비를 가지고 있다면 물체의 나이를 매우 정확하게 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 다이아몬드의 희귀 금속인 오스뮴(Os)과 레늄(Re)의 방사성 동위원소 함량을 연구하면 수십억 년 된 다이아몬드의 나이를 알아낼 수 있습니다.
다이아몬드와 같은 천연 보석 광물에는 방사능 원소가 포함되어 있습니다. 방사능이 보석의 특성에 미치는 영향은 보석의 자연스러운 착색을 유발하고 보석의 색상을 개선하는 두 가지 측면에서 반영됩니다. 과도한 방사능은 인체에 해를 끼칠 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
4. 보석의 표면 속성
보석 광물의 표면 특성은 보석 광물의 표면 결정 구조와 관련이 있습니다. 보석 광물의 표면 구조는 보석의 종류에 따라 다르며, 표면 구조에 따라 결정되는 표면 특성은 필연적으로 달라질 수밖에 없습니다.
보석 광물의 표면 특성은 소수성 및 친유성과 같은 외부 물질에 대한 흡착 효과에서 두드러지게 나타납니다. 소수성은 물을 밀어내는 분자(소수성 물질)의 물리적 성질을 나타내는 화학 용어입니다. 소수성은 흔히 친유성이라고도 하지만 이 두 용어는 완전히 동의어는 아닙니다. 동시에 대부분의 소수성 물질은 일반적으로 친유성이며 실리콘 고무 및 불소화 화합물과 같은 예외가 있습니다.
보석학에 관련된 속성은 다이아몬드이며, 다이아몬드와 모조품의 식별 및 다이아몬드 선택 과정에서는 종종 이 속성을 활용합니다.
