라만 분광법을 이용함으로 보석의 인증

소개

보석학은 자연과학(지질학, 화학, 물리학, 광물학, 결정학), 예술, 역사, 고고학 등 많은 분야가 융합되는 복잡한 분야입니다. 보석학 연구에서 가장 중요한 문제 중 하나는 광물 종, 순도, 출처 및 강화 처리 식별 측면에서 보석을 분류하는 것입니다. 분명히 분석이 완전히 비파괴적이고 비침습적인 방식으로 수행될 수 있다는 것이 매우 중요합니다. 결과적으로, 라만 분광법은 샘플 준비가 없고 라만 분석의 비파괴적 특성으로 인해 보석 검사에 이상적인 방법입니다. 또한 라만 분광법은 짧은 측정 시간, 필요한 재료의 양이 적다는 등 많은 장점을 제공합니다. 보석학적 목적을 위해 이 방법은 특히 높이 평가됩니다.

방법

라만 분광법은 분극성 분자에 의한 빛의 비탄성 산란을 기반으로 하며 분자의 화학 결합의 진동 에너지 수준을 드러냅니다. 스펙트럼의 핑거프린트는 라만 분광법으로 생성된 위조품을 식별하는 데 사용됩니다. 이러한 피크는 보석의 화학적 구성뿐만 아니라 에메랄드 및 루비와 같은 보석에 고유한 색상을 부여하는 미량 미네랄 및 불순물도 연관되어 있습니다.

라만 분광법을 사용하여 답변을 제공하는 표준 방법은 보석의 스펙트럼 핑거프린트를 표준 광물의 일부 스펙트럼과 비교하는 것입니다. 라만 분광법의 정확도는 일반적으로 서로 다른 보석을 정확하게 식별하고 구별하는 데 있어 95% 이상입니다. 그림 1은 몇몇 평범하고 희귀한 보석의 라만 스펙트럼을 보여줍니다. 다행히 광물종의 라만 스펙트럼에 대한 대규모 데이터베이스의 가용성은 시간이 지남에 따라 지속적으로 증가하고 있으므로 라만 분광법을 사용하여 쉽게 보석을 분류할 수 있습니다. 많은 보석은 다이아몬드(C)와 같이 잘 정의된 광물종입니다. 대부분의 보석은 베릴, 토파즈, 지르콘과 같은 규산염이며, 두 번째로 가장 많이 대표되는 종류는 루비, 사파이어와 같은 산화물입니다. 이 경우, 보석의 광물과 수준 스펙트럼과의 비교를 통해 매우 쉽게 식별할 수 있습니다 .

그림 1 일부 일반적인 보석의 라만 스펙트럼

많은 경우 보석은 특정 범위 내에서 화학적 조성이 지속적으로 변하는 동형 계열을 구성하는 광물군에 속합니다. 보석학에서 라만 분광학의 정확도는 일반적으로 보석의 구성을 정확하게 결정하는 데 있어 95% 이상입니다. 보석 구성을 결정하는 데 라만 분광학을 사용한 가장 중요한 사례 중 하나는 가넷입니다. 이 동형 계열은 일반적으로 pyralspite(pyrope, almandine, spessartine)와 화강암(uvarovite, Grossular, andradite)의 두 계열로 나뉩니다. ugrandites 및 pyralspite 계열의 가넷의 라만 스펙트럼은 그림 2에 표시되어 있으며 최소화 소프트웨어를 사용하여 샘플의 라만 스펙트럼에서 측정된 구성을 계산합니다.

그림 2 ugrandit(a) 및 pyralspite(b) 계열의 가넷의 라만 스펙트럼

라만 분광법을 사용하여 보석의 원산지를 확인하는 것은 고체 또는 액체 함유물을 연구함으로 수행할 수 있습니다. 보석에 함유된 불순물은 보석의 일종의 ID로 원산지에 대한 많은 정보를 담고 있기 때문에 큰 주목을 받고 있습니다. 또한, 호스트 결정에 내장된 고체 함유물은 보석의 외부 표면 아래에 있는 물질을 탐지할 수 있는 공초점 마이크로 라만 분광기를 사용하여 연구할 수 있습니다. 따라서 라만 분광법을 사용하여 보석의 출처와 기원을 결정하는 것은 정확도가 떨어지는 경향이 있습니다. 라만 분광법을 사용하여 보석의 지리적 기원과 형성 조건을 식별하는 정확도는 일반적으로 80%에서 90%까지 다양할 수 있습니다. 그림 3은 가넷 보석의 바늘 모양 고체 함유물에서 얻은 라만 스펙트럼을 보여줍니다. 호스트 가넷의 라만 스펙트럼을 통해 pyrope-almandine 유형으로 식별할 수 있습니다.

그림 3 pyrope-almandine 가넷의 라만 스펙트럼

체계

보석을 인증하기 위해 우리는 라만 여기를 위한 1064nm 레이저인 QE Pro 분광기로 구성된 모듈형 라만 시스템을 사용했습니다.

Ocean Insight의 QE Pro 분광기는 감도와 양자 효율성으로 유명한 고성능 장비로 특히 UV부터 NIR까지의 응용 분야(200-1100nm)에 적합합니다. 뒤로 얇아진 CCD 프로브와 통합 냉각 시스템을 갖춘 이 제품은 장기간에 열 잡음을 최소화하여 안정적인 성능을 보장하며 저조도 및 형광 분광학에 이상적입니다. 하이 다이내믹 레인지 덕분에 다양한 빛의 수준을 처리할 수 있으며 라만 분광학, 흡광도 및 반사율 측정과 같은 응용 분야에 다용도로 사용할 수 있습니다. 고급 기능은 비용이 더 많이 들고 학습이 필요할 수 있지만 사용자는 신뢰하고 고품질 스펙트럼 데이터와 다양한 Ocean Insight 액세서리 및 소프트웨어와의 호환성으로 QE Pro를 높게 평가합니다.

그림 4 QE Pro 분광계

Ocean Insight Raman 레이저 1064 nm는 Raman 분광학 응용 분야를 위해 특별히 설계된 고성능 근적외선(NIR) 레이저입니다. 1064nm의 파장에서 활동하는 이 제품은 형광 간섭을 줄여 복잡한 생물학적 및 화학적 시료를 분석하는 데 이상적입니다. 레이저는 높은 스펙트럼 순도와 함께 안정적이고 정밀한 출력을 제공하여 정확하고 반복된 가능한 라만 측정을 보장합니다. 견고한 디자인과 Ocean Insight의 모듈형 분광 시스템과의 호환성 덕분에 다양한 실험 설정에 원활하게 통합될 수 있습니다. 결과적으로 사용자는 명확한 라만 신호를 제공하는 신뢰성과 효율성을 높이 평가합니다.

그림 5 Ocean Insight 1064nm 라만 레이저

결론

Raman QE Pro 분광계를 사용한 원석 인증은 각 원석의 고유한 특성을 기반으로 정확하고 신뢰할 수 있는 식별을 제공하여 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다. 고감도와 분해능을 갖춘 이 고급 분광기는 비파괴 분석이 가능하여 정확한 결과를 제공하는 동시에 원석의 무결성을 보장합니다. 획득한 스펙트럼을 알려진 기준 스펙트럼과 비교함으로써 Raman QE Pro 분광기는 진짜 보석과 합성 또는 모조 물질을 구별할 수 있으므로 컬렉션의 진위 여부를 확인하려는 보석학자와 보석상에게 귀중한 도구가 됩니다.