현재 에메랄드의 중요한 산지로 자리 잡아가고 있는 Itabira 지역 에메랄드의 분광학적 특성을 연구하기 위하여 에메랄드를 C-축에 수직, 수평인 방향으로 각각 절단하였으며, $H_2O$ 관련 범위의 좀더 세부적인 피크 관찰을 위하여 KBr로 압축한 pellet시료를 만들어 적외선 분광분석(FTIR) 실험을 수행하였다. $H_2O$ 관련 범위에서 $5,271\;cm^{-1}$, $1,638\;cm^{-1}$ 피크가 나타나는 것으로 보아 본 시료는 Type-II에 해당함을 관찰할 수 있었으며, $H_2O-Na-H_2O$ 배열 형태를 가지는 Type-IIa에 해당하는 피크가 아주 강하게 나타나고 있다. $H_2O$ 관련 범위를 제외한 특정 범위에서는 $CO_2$, Cl 피크 등이 관찰되었으며, 적외선 분광분석 법을 이용하여 타입의 분류뿐만 아니라 상대적인 피크 강도 비교를 통하여 $Na_2O$ 함량 또한 예측 가능한 것으로 사료된다.
현재 에메랄드의 중요한 산지로 자리 잡아가고 있는 Itabira 지역 에메랄드의 분광학적 특성을 연구하기 위하여 에메랄드를 C-축에 수직, 수평인 방향으로 각각 절단하였으며, $H_2O$ 관련 범위의 좀더 세부적인 피크 관찰을 위하여 KBr로 압축한 pellet시료를 만들어 적외선 분광분석(FTIR) 실험을 수행하였다. $H_2O$ 관련 범위에서 $5,271\;cm^{-1}$, $1,638\;cm^{-1}$ 피크가 나타나는 것으로 보아 본 시료는 Type-II에 해당함을 관찰할 수 있었으며, $H_2O-Na-H_2O$ 배열 형태를 가지는 Type-IIa에 해당하는 피크가 아주 강하게 나타나고 있다. $H_2O$ 관련 범위를 제외한 특정 범위에서는 $CO_2$, Cl 피크 등이 관찰되었으며, 적외선 분광분석 법을 이용하여 타입의 분류뿐만 아니라 상대적인 피크 강도 비교를 통하여 $Na_2O$ 함량 또한 예측 가능한 것으로 사료된다.
Emerald deposit located on Itabira, Brazil is one of the major one in the world. We applied three different analytical approaches on Itabira emerald samples, (1) perpendicular to the c-axis, (2) parallel to the c-axis, (3) emerald pallet mixed with KBr, using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectr...
Emerald deposit located on Itabira, Brazil is one of the major one in the world. We applied three different analytical approaches on Itabira emerald samples, (1) perpendicular to the c-axis, (2) parallel to the c-axis, (3) emerald pallet mixed with KBr, using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, to understand and compare spectroscopic characteristics of three Itabira emerald samples. Occurrence of $5,271\;cm^{-l}$ and $1,638\;cm^{-l}$ absorption peaks within $H_2O$-related range indicates that the samples belong to Type-II emerald. These emerald samples also display strong absorption peak generated from Type-IIa emerald preserving $H_2O-Na-H_2O$ sequence. $CO_2$- and Cl-related absorption peaks observed within specific range except for $H_2O$-related range. These observations and results suggest that FTIR analysis can be used for not on1y classification of emerald types, but also prediction of $Na_2O$ content within the emerald through comparison of relative peak intensity.
Emerald deposit located on Itabira, Brazil is one of the major one in the world. We applied three different analytical approaches on Itabira emerald samples, (1) perpendicular to the c-axis, (2) parallel to the c-axis, (3) emerald pallet mixed with KBr, using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, to understand and compare spectroscopic characteristics of three Itabira emerald samples. Occurrence of $5,271\;cm^{-l}$ and $1,638\;cm^{-l}$ absorption peaks within $H_2O$-related range indicates that the samples belong to Type-II emerald. These emerald samples also display strong absorption peak generated from Type-IIa emerald preserving $H_2O-Na-H_2O$ sequence. $CO_2$- and Cl-related absorption peaks observed within specific range except for $H_2O$-related range. These observations and results suggest that FTIR analysis can be used for not on1y classification of emerald types, but also prediction of $Na_2O$ content within the emerald through comparison of relative peak intensity.
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문제 정의
있다. 따라서 결정 내부 의 원자 혹은 분자의 작용기에 의한 특성적 스펙트럼을 비교적 쉽게 얻을 수 있는 적외선 분광분석을 통하여 브라질의 Itabira 지역에서 산출되는 에메랄드의 타입 분류 및 분광학적 특성 규명을 검토해 보고자 한다.
제안 방법
Itabira 에메랄드 시료에 대해 H2O 관련 범위의 흡수 스펙트럼을 알아보기 위하여 C-축에 평행한 시료, C-축에 수직인 시료, 에메랄드와 Kbr의무게비 1:100으로 혼합한 pellet 시료에 대해 각각 측정하였다.
8). Itabira 에메랄드의 좀 더 정확한 피크 관찰을 위하여 모든 축방향에 대해서 무관하게 제작된 pellet의 흡수 스펙트럼을 통하여 피크를 분석하였다. 1200~900 cm-1의 범위에서는 Si-O의 스트레칭 진동과 연관된 1192 cm-1, 1017 cm-1, 953 cm-1 피크, Be-O 스트레칭 진동과 연관된 804 cm-1, 680 cm-1 주 위 피크, A1-O 스트레칭 진동과 연관된 519 cm-1, 492 cm-1의 피크가 관찰되고 있다 (Lodzihski, 2005).
Itabira 지역에 메랄드의 분광학적 특성을 파악하기 위하여 C-축에 평행하게 그리고 수직으로 양면 연마 제작된 시료에 대하여 DTGS detector 가 장착된 Jasco FT-IR 4100을 이용하여 실온에서 적외선 분광분석 실험을 실시하였다. 모든 시료는 해상도 4 cm-1로 200회 scan하여 6000~400 cm-1 스펙트럼 범위에서 측정하였으며, 측정된 모든 스펙트럼은 대기 중의 물과 이산화탄소의 간섭 효과에 대하여 정량적으로 보정하였다.
Itbira 지역에 메 랄드의 타입 분류 및 분광학적 특성을 파악하기 위하여 분광학적인 방법 중 하나인 적외선 분광분석기를 이용한 결과 다음과 같은 특성을 확인할 수 있었다.
KBr로 압축된 시료는 pellet 시료에 맞는 accessory가 장착된 공동실험실습관의 Spectrum GX & AutoImage을 이용하여 해상도 0.25 cm-1로 8 회 scan하여 실온에서 측정하였다.
그러나 1.0 mm 두께의 시료에 대해서는 3800 ~ 3500 cm-1 범위에서 HQ의 높은 포화로 인하여 H2O 피크의 정확한 위치와 구조를 알아내 기가 거의 불가능하여 에메랄드 분말을 이용한 KBr pellet을 만들어 적외선 분광분석 실험을 실시하였다. pellet 제작 과정 중고압으로 인해 KBre녹고 에메랄드의 화합물만 틀(matrix) 속에 고정되어 H2O 범위에서의 정확한 흡수 피크를 얻을 수 있었다 (문석식 외, 1998).
적외선 분광분석 실험을 실시하였다. 모든 시료는 해상도 4 cm-1로 200회 scan하여 6000~400 cm-1 스펙트럼 범위에서 측정하였으며, 측정된 모든 스펙트럼은 대기 중의 물과 이산화탄소의 간섭 효과에 대하여 정량적으로 보정하였다.
분말화한 시료는 전처리 과정을 거친 후 ppm 단위까지 정량 분석하였다.
둘째, 채널 구조 내에 존재하는 물과 관련된 적외선 흡수밴드 범위에서 Itabira 에메랄드 시료에 대한 정확한 흡수 피크의 위치와 구조를 규명하기 위해 KBr (potassium bromide)로 압축된 pellet 시료를 준비하였다. 에메랄드는 알루미나 분쇄사발에 넣어 분말 건조한 후 무게비가 1:100 (에메랄드 : KBr)이 되도록 약 1 mg의 에메랄드와 약 100 mg의 KBr을 혼합한 후 고압으로 압축하여 pellet 을 제작하였다.
에메랄드의 화학 조성 분석을 수행하기 위하여 Itabira 지역에 메 랄드를 알루미나 분쇄사발을 이용하여 분말화 하였다.
준비하였다(표 1). 첫째, 이방성 광물인 에메랄드 시료의 축방향에 따른 비교 분석을 위하여 에메랄드 원석을 C-축에 평행한 상태 그리고 수직인 상태로 각각 절단하여 1.0 mm 정도 두께로 양면 연마 제작하였다(그림 4).둘째, 채널 구조 내에 존재하는 물과 관련된 적외선 흡수밴드 범위에서 Itabira 에메랄드 시료에 대한 정확한 흡수 피크의 위치와 구조를 규명하기 위해 KBr (potassium bromide)로 압축된 pellet 시료를 준비하였다.
대상 데이터
0 mm 정도 두께로 양면 연마 제작하였다(그림 4).둘째, 채널 구조 내에 존재하는 물과 관련된 적외선 흡수밴드 범위에서 Itabira 에메랄드 시료에 대한 정확한 흡수 피크의 위치와 구조를 규명하기 위해 KBr (potassium bromide)로 압축된 pellet 시료를 준비하였다. 에메랄드는 알루미나 분쇄사발에 넣어 분말 건조한 후 무게비가 1:100 (에메랄드 : KBr)이 되도록 약 1 mg의 에메랄드와 약 100 mg의 KBr을 혼합한 후 고압으로 압축하여 pellet 을 제작하였다.
브라질의 Itabira 지역에서 산출된 천연 에메랄드의 분광학적 특성연구를 위해 시료를 두 가지 방법으로 준비하였다(표 1). 첫째, 이방성 광물인 에메랄드 시료의 축방향에 따른 비교 분석을 위하여 에메랄드 원석을 C-축에 평행한 상태 그리고 수직인 상태로 각각 절단하여 1.
이론/모형
에메랄드의 알칼리 함량 유무에 따른 화학조성을 파악하기 위하여 한국 기초과학지원 연구원의 유도결합 플라즈마 질량분석법 (ICP-MS : ELAN 6100)을 이용하여 미량원소의 성분 분석을 실시하였다. 분말화한 시료는 전처리 과정을 거친 후 ppm 단위까지 정량 분석하였다.
성능/효과
3800-3500 cm-1 범위의 흡수 스펙트럼 강도 비교를 통하여 타입의 분류뿐만 아니라 알칼리 함량에 대한 정보도 얻을 수 있었다. Itabira 에메랄드는 Type-I과 Type-II 두 가지 피크를 모두 가지고 있으나 Type-Ⅱ의 (B) 피크가 아주 높게 나타나는 반면 Type-I의 (A) 피크는 아주 약하게 나타나는 것을 관찰할 수 있다.
0 wt%의 높은 알칼리 함량을 가진 에메랄드에 해당한 다(표 3). ICP-MS 분석 결과를 토대로 Na2O 함량을 계산해 본 결과 Itabira 에메랄드는 약 1.3 wt%의 Na2O 함량을 가진 에메랄드로, 상대적인 피크 강도 해석을 통한 NazO 함량이 Schmetzer and Kiefert (1990)의 실험 결과 범위에 해당하는 1.0~2.0 wt%에 해당함을 확인할 수 있었다. 이는 3800 -3500 cm' 범위의 피크해석을 통하여 H2O 타입의 분류뿐만 아니라 Na2O 함량 또한 예측 가능할 것으로 사료된다.
Itabira 지역 에메랄드는 Type-Ⅱ에 해당하는 5271 cm-1, 1638 cm-1 흡수 피크가 관찰되었으며 또 다른 H2O 관련 범위인 3800-3500 cm-1에서도 Type-Ⅱ에 해당하는 3596 cm-1 피크가 관찰됨에 따라 H2O 진동대칭축이 C-축에 평행이며 알칼리가 포함된 Type-Ⅱ에 해당하는 시료임을 확인 할 수 있었다. H2O 관련 범위인 3800-3500 cm-1 범위에서는 3694 cm-1, 3596 cm-1, 3656 cm-1 의 세가지 피크가 관찰되고 있다.
H2O 관련 범위인 3800-3500 cm-1 범위에서는 3694 cm-1, 3596 cm-1, 3656 cm-1 의 세가지 피크가 관찰되고 있다. Schmetzer and Kiefert (1990)의 분류법에 의한 세 가지 피크의 상대적인 강도 비교를 통하여 본 시료는 1.0~2.0 wt%의 높은 Na2O 함량을 가진 에메랄드임을 추측할 수 있으며, 화학 조성 분석 결과 1.3 wt % 의 높은 Na2O 함량을 가진 에메랄드임을 확인하였다. 따라서 3800-3500 cm-1 범위의 피크 해석을 통하여 타입의 분류뿐만 아니라 피크의 상대적인 강도 비교를 통하여 Na2O 함량 또한 예측 가능한 것으로 사료된다.
결정 시료에 대한 실험을 실시한 결과 5500-5000 cm4 범위에서는 C-축에 평행한 시료와 수직인 시료 모두에서 5271 cm-1 피크가 두드러지게 나타나고 있으며, 1700-1500 cm-1 영역에서는 C-축에 평행한 시료에서만 1638 cm-1의 피크가 관찰되었다 (그림 6).이방성 광물인 에메랄드의 C-축에 수직인 시료에서는 광축을 따라 하나의 고정된 o-ray 광선만 통과하게 되고 C-축에 평행인 시료에서는 광축에 수직으로 입사한 빛이 복굴절을 일으켜 o-ray, e-ray의 두 가지 광선이 통과하게 된다(Nesse, 2004).
Itabira 에메랄드는 Type-I과 Type-II 두 가지 피크를 모두 가지고 있으나 Type-Ⅱ의 (B) 피크가 아주 높게 나타나는 반면 Type-I의 (A) 피크는 아주 약하게 나타나는 것을 관찰할 수 있다. 따라서 Itabira 에메랄드는 높은 알칼리 함량을 가진 에메랄드임을 추측할 수 있으며, 피크 강도에 따른 알칼리 함량 여부를 확인하기 위하여 ICP-MS 분석을 실시한 결과 많은 Na를 비롯한 미량의 Ca, Cs, Li, Rb, K의 알칼리 함량을 가진 시료임을 확인할 수 있었다 (표 2).
(1996)에 따르면 E (electric vector)와 C-축의 방향이 평행일 때 2360 cm-1 피크가 사라지고 E (electric vector)와 C-축의 방향이 수직일 때 2360 cm-1 피크가 높이 나타난다. 따라서 본 시료에 나타나는 2360 cm-1 CO2 흡수 피크 존재는 CO2 분자의 비대칭 스트레칭 대칭축이 C-축에 수직인 방향으로 배열된 것으로 사료된다.
따라서 3800-3500 cm-1 범위의 피크 해석을 통하여 타입의 분류뿐만 아니라 피크의 상대적인 강도 비교를 통하여 Na2O 함량 또한 예측 가능한 것으로 사료된다. 또한 에메랄드 Type을 좀 더 세부적으로 비교하여 보면 Type-IIa에 해당하는 3596 cm-1 피 크가 높이 나타나는 것으로 보아 Itabira 에메랄드 구조 채널 내 Na는 주로 H2O-Na-HzO의 배열 형태를 가진 것으로 사료된다.
1200~900 cm-1의 범위에서는 Si-O의 스트레칭 진동과 연관된 1192 cm-1, 1017 cm-1, 953 cm-1 피크, Be-O 스트레칭 진동과 연관된 804 cm-1, 680 cm-1 주 위 피크, A1-O 스트레칭 진동과 연관된 519 cm-1, 492 cm-1의 피크가 관찰되고 있다 (Lodzihski, 2005).즉, 에메랄드 화학 구조식(Be3A12Si6O18)의 기본 구성 성분에 해당하는 Si-O, Be-O, A1-O 피크가 관찰되고 있으며, 1400-400 cm, 범위의 피크관찰을 통하여 에메랄드를 지시하는 고유흡수 피크임을 확인할 수 있었다.
후속연구
0 wt%에 해당함을 확인할 수 있었다. 이는 3800 -3500 cm' 범위의 피크해석을 통하여 H2O 타입의 분류뿐만 아니라 Na2O 함량 또한 예측 가능할 것으로 사료된다.
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