인공 처리의 종류와 감별법 2

 

 

 

메꿈 처리

 

주입

1) 주입 처리
 주입(注入, impregnation) 처리는 보석의 내부를 메우기 위한 방법으로 보석의 색, 투명도, 내구성을 향상하는 방법이다. 충격에 약한 터키석과 같은 다공질 보석에 수지(resin) 등을 주입함으로써 내구성을 높일 수 있으며, 비취는 표백 후 생긴 틈새와 고르지 못한 표면에 폴리머(polymer), 왁스(wax)를 주입해 보석의 투명도와 광택을 향상할 수 있습니다. 그 밖에도 라피스 라줄리, 오팔, 산호 등은 주입이 이루어지는 대표적 보석입니다.

 

2) 주입된 보석의 감별
 두상조명을 이용한 확대검사를 통해 주입된 물질과 보석의 광택이나 경도 차이를 검사할 수 있으며, 주입된 물질들은 자외선 형광기에서 특징적인 반응을 보입니다. 그리고 열반응 테스터를 활용해 주입여부를 검사할 수 있습니다. 주입된 부분에 열반응 테스터를 가까이 했을 경우 주입물이 열에 의해 독특한 냄새를 내거나 주입물이 녹아서 외부로 흘러나올 수 있습니다. 그러나 이러한 검사는 보석을 손상시킬 수 있으므로 신중하게 이루어져야 합니다.
 전문적인 첨단 분석 기기인 ED-XRF 분석기를 이용해 원소의 정성분석을 하거나, FT-IR 분광기를 이용해 분자 진동에 의한 특성적 스펙트럼을 통해 주입물을 감별할 수 있습니다.

오일링

1) 오일링 처리
 오일링(oiling) 처리는 액체 상태의 기름을 보석의 크랙이나 미세한 공간들에 채우는 간단한 처리법입니다. 크랙이 보석의 표면에 닿아 있는 경우 크랙 사이에 존재하는 공기가 보석의 굴절률보다 낮기 때문에 빛의 진로를 차단하고 반사시켜 크랙이 쉽게 눈에 띄 게 됩니다. 오일링은 이곳에 투명한 기름 등으로 균열을 채워 눈에 띄지 않게 하는 방법이며, 주로 보석의 투명도 향상을 목적으로 행해집니다. 오일링이 행해지는 보석은 주로 에메랄드, 커런덤, 오팔 등이 있으며, 이때 사용되는 오일은 천연의 팜유(palm oil)나 삼나무 오일(cedarwood oil)등 다양한 오일이 사용되지만, 근래 들어서 옵티콘(Opticon), 엑셀(ExCel)등의 상표명을 가진 인조 플라스틱 수지 등이 사용되고 있습니다.
 특히 에메랄드는 크랙과 같은 내포물이 많은 보석 중 하나입니다. 이러한 에메랄드의 투명도와 색을 향상시키는 무색, 유색 오일링은 오래전부터 이루어지고 있으며, 무색의 오일링은 보석업계에서 이미 일반화되어 있으며, 처리로 간주하지 않습니다. 그러나 무색이 아닌 유색 오일이 사용된 경우 외관의 개선뿐만 아니라 보석의 색상에 변화를 가져옴으로 이러한 처리는 염색 에메랄드로 간주됩니다. 오일링은 세척, 연마, 세공, 보관 중 쉽게 빠져나가거나 색이 변화될 수 있으므로 세심한 관리가 필요합니다.

2) 오일링된 보석의 감별
 보석의 프랙처와 틈새 사이에 채워진 오일층은 확대검사 시 기포가 관찰되거나 주입한 물질이 경화(硬化)되어 백색으로 보이는 경우가 있습니다. 또한 주입된 물질에 의해 특징적인 자외선형광을 발하기도 합니다. 유색 오일이 주입된 경우 확산조명을 통해 크랙 사이에 집중된 유색 물질을 확인할 수 있으며, 오일링 된 보석에 열반응 테스터를 가까이 대면 오일이 움직이거나 흘러나올 수 있습니다. 그리고 천연색의 보석과 오일 링에 의해 색이 변화된 보석의 경우 서로 다른 흡수 스펙트럼을 보이기도 합니다. 주입된 물질을 알아내기 위해 FT-IR 분광기, 라만 분광기, X-선 투시기 등과 같은 전문적인 첨단 분석기기가 이용됩니다.

충전

1) 충전 처리
 충전(充塡, filling) 처리는 보석의 표면에 있는 캐비티(cavity)나 프랙처(fracture)를 플라스틱 또는 유리 물질로 채워 구멍이나 균열을 감추는 처리입니다. 주로 유리와 같은 물질로 충전하게 되는데 루비에서 주로 볼 수 있습니다. 이러한 충전 물질은 낮은 경도로 인해 내구성에 영향을 줄 수 있습니다. 충전 물질은 그 보석과 유사한 굴절률을 보일 경우 빛이 보석을 통과하는 것과 같은 방법으로 충전물을 통과하게 함으로, 충전물과 충전물로 채워진 프랙처가 눈에 잘 띄지 않게 됩니다.
 과거에는 커다란 캐비티나 크랙을 은폐하고 중량을 높이기 위해서 유리 물질들을 고의로 충전하는 경우가 있었습니다. 그러나 최근에는 보석의 외관을 향상시키기 위해서 이루어지는 단순 가열 과정 중 보석을 보호하기 위해 도포하는 붕사나 플럭스 물질이 가열 과정 중에 녹아 프랙처, 캐비티, 틈새(fissure)를 채워주고, 재결정(再結晶)의 결과로 치유가 됩니다. 그러나 재결정되지 못한 물질은 플럭스(flux) 유리질로 남게 되며, 재결정화로 치유된 침전물은 합성 루비와 같은 결과를 낳습니다.
 충전물이 색을 가지고 있어 보석의 색 향상을 가져오는 경우도 있지만 충전처리의 주된 목적은 투명도를 향상시키고 표면을 균일하게 만들어 캐비티나 프랙처를 감추려는데 있습니다. 보통 루비나 사파이어는 산과 같은 화학 약품과 초음파 세척, 스팀 세척에 안전하지만, 충전된 루비나 사파이어는 주입된 물질들이 제거될 수 있으므로 주의가 필요합니다.

2) 충전된 보석의 감별
 두상조명을 이용한 확대검사를 통해 보석의 표면에 충전물이 채워진 부분과 원래 보석의 표면의 광택 차이를 비교해 쉽게 구분할 수 있습니다. 이는 충전 물질들 사이에서 서로 다른 굴절률을 갖기 때문인데, 커런덤의 굴절률은 1.76-1.77인데 반하여 충전 물질의 굴절률은 충전물들에 따라 다양하게 나타날 수 있지만 보통 1.50∼ 1.60이기 때문입니다. 또한 거들(girdle) 부분은 거칠게 연마되어 있는 경우가 많아 놓치기 쉽기 때문에 주의해야 하며, 충전물 안에 있는 불규칙한 형태의 기포들과 프랙처 사이에 용해되거나 고체화된 붕사나 플럭스 내포물이 천연의 내포물로 오인될 수 있습니다. 이 경우 두상 조명과 함께 암시야 조명으로 관찰해야 합니다.
 충전 물질의 성질에 따라 다양한 반응을 보이는 자외선 형광 반응을 활용할 수도 있으며, 최근에는 전문적인 첨단 분석기기인 주사전자 현미경(SEM)과 라만(Raman)분 광기를 이용한 감별이 이루어지고 있습니다. 주사전자현미경은 광학 현미경과 비교해 특히 전자빔을 루비의 표면에 주사하여 초점심도를 얻을 수 있으므로, 복잡한 표면구조나 결정 외형 등의 입체적인 형상을 높은 배율로 관찰하여 충전된 보석의 표면 정보를 얻을 수 있습니다. 그리고 라만 분광기의 레이저에 의해 높은 에너지 상태로 변화된 빛이 루비의 측정하고자 하는 곳에 산란(scattering)을 일으켜 물질의 구조, 분자들 상호 간의 결합 상태 등에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 이러한 정보는 표면 가까이에 위치하는 내포물의 결정이나 충전된 물질의 성분을 알아낼 수 있으며, 추가적으로 이를 응용하여 보석의 산지 식별에 도움이 되기도 합니다.

함침

1) 함침 처리
 함침(含浸) 처리는 충전 처리와 같이 보석의 투명도와 내구성, 색을 개선하는 목적인데, 단순 유리물질이 아닌 피셔와 프랙처에 다양한 유리 물질이 주입되며, 이러한 처리는 태생적으로 보석 내부에서 관찰된 많은 크랙들이 표면까지 달해 있고, 투명도가 떨어진 보석용으로서 품질이 낮은 보석에 큰 효과를 보입니다.
 2004년 2월 국내 감정기관에서 처음으로 함침 처리된 루비에 대한 보고가 있었고, 그 이후로 기술의 발달과 더불어 2008년에 와서는 매우 일반화되고 전 세계적으로도 널리 보급되고 있으며 현재까지도 많은 양의 함침된 루비와 사파이어가 거래되고 있습니다.
루비의 일반적인 가열 과정 중 나타나는 잔류물(殘溜物, residues)들은 루비의 프랙처와 캐비티에 종종 보여 지는데, 이 잔류물들은 루비보다 훨씬 낮은 굴절률을 지닙니다. 그러나 함침 된 루비의 경우 루비와 같이 높은 굴절률을 지닌 납유리 물질을 충전시킴으로써 투명도를 크게 향상할 수 있습니다.
 이러한 함침 처리는 루비뿐만 아니라 최근에는 블루, 그린, 옐로 등 다양한 컬러의 함침된 사파이어도 발견됩니다. 무색에서 옅은 갈색의 스리랑카 또는 마다가스카르의 비현 무암 기원에 기우다(geuda) 원석들은 가열하기 전에 색, 투명도 또는 보석 내부의 특징에 따라 선별하게 되는데, 피셔와 프랙처를 많이 포함하고 있거나 많은 쌍정면을 갖는 낮은 품질의 커런덤은 가열 시 보석의 파손을 피하기 위해서 제외됩니다. 이렇게 제외된 낮은 품질의 보석들은 새로운 처리의 전단계로 보석 표면의 유기 물질이나 불순물을 제거하기 위해 불화수소산, 질산 또는 왕수와 같은 강한 산에 충분히 담그게 됩니다. 이러한 화학적인 표백 과정을 거친 후 코발트 금속 분말과 납유리 물질이 함께 가열되는 과정 중, 피셔, 프랙처, 쌍정면의 틈새로 이러한 물질이 주입되면서 보석의 투명도 및 색이 개선되게 됩니다.
 충전 처리는 충전된 물질을 주입하려는 목적을 지니고 의도적으로 행하여 졌다기 보다는 일반적으로 가열 과정 중에 생기는 일종의 부산물로서의 측면으로 해석되어지지만, 이 함침 처리는 함침 물질을 주입시키려는 목적을 지니고 의도적으로 행해집니다. 더불어 전체 중량에 함침 물질이 더해질 수 있습니다. 또한 내구성이 낮아 도금액 또는 산에 담그거나 초음파 세척과 스팀 세척 시 함침 물질이 빠져나와 본래의 낮은 투명도로의 변화가 생길 개연성이 높음으로 세심한 주의가 필요합니다.

2) 함침된 보석의 감별
 함침 처리된 보석은 높은 굴절률을 지닌 납유리 물질이 충전되는데, 함침 물질이 충전된 크랙으로부터 얇은 막의 간섭 현상이 일어나 다양한 색의 플래시 효과(flash effect)가 관찰되는 것이 특징입니다. 이러한 현상은 함침 물질과 보석의 미세한 파장에 따른 굴절 차이로 인해 나타나는 서로 다른 분산도 때문입니다. 플래시 효과를 보기 위해서는 보석을 크랙과 평행한 방향을 기준으로 앞뒤로 기울여 가면서 검사해야 하며, 이때 오렌지, 녹색, 청색, 보라색 등의 색 중에 한 두 가지의 색을 관찰할 수 있습니다. 그러나 천연적인 내포물에 의한 빛의 간섭색인 무지갯빛과 혼동될 수 있으므로 세심한 주의가 필요합니다. 또한 관찰 방향이나 함침 된 물질의 양에 따라 플래시 효과가 약하거나 보이지 않은 경우가 있는데, 이러한 경우 전문적인 첨단 분석기기인 X-선 투시기와 형광 X-선 분석기기 등을 이용하면 감별이 가능합니다.
 X-선 투시기를 이용하면 납유리 물질이 함침된 부분은 X-선이 투과하지 못하여 백색으로 보이고, 형광 X-선 분석장비(ED-XRF)를 이용하면 납(Pb) 성분을 검출할 수 있습니다.
 함침 처리된 사파이어는 프랙처, 피셔, 쌍정면의 틈새에 청색을 띠는 함침 물질이 발견되며, 첼시 필터 검사에서는 코발트 때문에 적색을 보인다. 또한 ED-XRF의 분석을 통해 함침물질인 납(Pb), 코발트(Co) 등이 검출됩니다.

 

기타 처리

 

설탕 처리와 연기 처리

1) 설탕 처리와 연기 처리
 설탕 처리와 연기 처리는 오팔의 바탕색을 어둡게 하여 유색 효과를 돋보이게 하는 방법입니다. 설탕 처리(sugar treatment)는 오팔을 뜨거운 설탕 용액에 담근 뒤 황산에 담그는 처리법이며, 연기 처리(smoke treatment)는 연기나 재가 오팔 표면에 침투할 때까지 종이에 싸인 오팔을 가열하는 방법으로 유색 효과가 약하거나 없는 다공성 보석인 오팔에 사용됩니다.

2) 설탕 처리와 연기 처리의 감별
 설탕 처리와 연기 처리된 보석은 확대검사를 통해 후추 가루와 같이 작고 어두운 반점들을 볼 수 있습니다. 설탕 처리와 연기 처리는 표면 바로 아래 얕은 층에만 영향을 주기 때문에, 이렇게 생겨난 새로운 색은 영구적이지 못합니다.

방사선 조사 처리

1) 방사선 처리
 방사선 조사(放射線 照射, irradiation)는 보석의 색을 바꾸기 위해 X-선이나 감마선 을 방사해 보석에 충격을 가하는 방법으로, 보석의 색을 유발하는 컬러 센터를 만들어 색을 변화 또는 향상해줍니다. 그러나 방사선에 의해 생긴 컬러 센터가 항상 영구적 이거나, 안정적인 것은 아닙니다. 방사선에 의해 다른 위치로 옮겨진 원자와 전자는 색의 변화를 가져옵니다. 그러나 열이나 빛에 의해 원래의 위치로 되돌릴 경우 새롭게 생겨났던 컬러 센터는 사라짐과 함께 새로운 색도 사라집니다.
 방사선 조사된 보석은 방사능의 잔류량이 남아있을 수 있지만, 보석에 방사된 빛은 극소량이고 반감기가 지난 후에 출고가 되므로 유통단계에서는 인체에 거의 해롭지 않습니다. 일반적으로 방사선 조사는 토파즈, 다이아몬드, 투어멀린, 골든 베릴, 진주 등의 색 변화에 이용되는 경우가 많습니다.

2) 방사선 처리된 보석의 감별
 방사선 조사된 보석을 감별하기는 어렵습니다. 방사선 처리된 다이아몬드의 경우는 확대 검사를 통해 패싯 접합선을 따라 평행하거나, 큐릿 주변에 우산 모양처럼 형성되는 컬러 조닝이 보일 수 있습니다. 그리고 토파즈나 다이아몬드는 방사능 측정기(geiger counter)에 의해 감지될 수 있는 방사능의 잔재를 가지고 있는 경우 감별이 가능할 수 있으며, 전문적인 첨단 분석기 기인 자외선·가시광선·근적외선 분광광도계와 적외선 분광기를 사용해 감별이 가능합니다.

레이저 드릴링

 

1) 레이저 드릴링 처리
 레이저 드릴링(laser drilling)은 주로 다이아몬드의 어둡거나 색을 띠고 있는 내포물을 화학적으로 용해시킴으로서 보석의 시각적 외관을 개선하기 위해 사용하는 방법이며, 레이저 광선을 다이아몬드의 표면으로부터 검은 내포물까지 작은 관을 뚫어 내포물을 태우거나 관을 통해 표백제를 침투시켜 내포물을 표백시키는 방법입니다.
 레이저 드릴링과 유사한 방법으로 KM 처리가 있습니다. 이 KM 처리는 보석의 내부에 있는 페더를 동반한 유색의 내포물에 레이저를 쪼이면 레이저 빔의 영향에 의해 페더가 표면까지 확장됩니다. 표면까지 확장된 페더는 강산에 넣고 고온으로 가열하면 압력이 높아지며, 페더를 통해 표백제가 내포물까지 침투함으로 표백 작용을 하게 됩니다.

2) 레이저 드릴링된 보석의 감별
 레이저 드릴링으로 생긴 구멍은 위에서 관찰하면 작은 구멍처럼 보이지만 측면에서 관찰하면 침상처럼 보입니다.
 KM 처리의 경우에 레이저 드릴링 과정 중 생긴 구멍을 감추기 위해 페더 면을 따라 드릴 홀이 존재하게 하여 페더에 의해 드릴 홀이 잘 보이지 않도록 하기도 합니다. 그리고 어두운 내포물이 내부에 있을 때에 표면에서 내포물까지 프랙처를 새로 만든 후 프랙처의 틈새로 레이저 드릴링을 한 것은 기존의 페더와 구분하기 어려울 수 있으나 페더가 부자연스럽게 끊어져 보이며, 블라인드(blind) 상으로 작은 페더가 길게 연결되어 있는 모양이 지네와 같이 보이기도 합니다.

 

고온고압 처리

 

1) HPHT 처리
 HPHT(high pressure high temperature : 고온고압, 高溫高壓)는 주로 다이아몬드의 색을 변화시키는 방법으로 이용됩니다.
 HPHT는 타입Ⅰa의 갈색을 지니고 있는 다이아몬드를 황색이나 녹황색 등의 다양한 색으로 처리가 가능합니다. 또한 타입Ⅱa의 갈색을 지니고 있는 다이아몬드는 HPHT로 인하여 무색이나 거의 무색에 가까운 다이아몬드로 탈색시킵니다. 이러한 변화는 HPHT를 통해 다이아몬드 격자 내의 구조적인 결함의 변화로 인한 현상입니다.
 HPHT는 사파이어의 색 개선에도 사용되는 경우가 있으나 고온고압은 보석에 큰 충격이 가해지기 때문에 다이아몬드 이외의 보석에는 크게 응용되지 않습니다.

2) HPHT의 감별
 확대 검사를 통하여 관찰되는 특징으로는 고온고압으로 인해 생성된 흑연화된 프랙처와 방사상 형태의 얼을 가지고 있는 내부 크랙, 고온으로 인해 생성된 뿌연 패싯, 에칭 되거나 뿌연 내추럴 등이 있습니다. 그러나 정확한 감별을 위해서는 PL 또는 Raman과 같은 전문적인 첨단 분석기기를 이용한 검사가 반드시 수반되어야 합니다.

 

 

 

인공 처리의 종류와 감별법 1

합성석과 인조석

보석의 측정과 특성에 대한 분류법