멜리(쓰브) 합성 다이아몬드 간이 감별장비 총망라

[그후로도]

멜리(쓰브) 합성 다이아몬드 간이 감별장비 총망라

/ 글: (주)한미보석감정원 김광용 감정부장

최근 다이아몬드 시장에 큰 이슈는 단연 합성 다이아몬드의 상업적 유통 논란이다. 이러한 논란은 세계 다이아몬드 시장의 리더격인 드비어스사에서 합성 다이아몬드의 생산과 함께 합성 다이아몬드 주얼리 브랜드인 ‘라이트 박스’ 런칭을 공식화하면서 더욱 논란의 중심이 되었다. 이는 피할 수 없으면 함께 가야한다는 현실적인 입장과 천연 다이아몬드의 가치 하락 및 시장 잠식에 대한 우려가 공존하고 있다. 그러나 이러한 합성 다이아몬드의 공격적인 마케팅과 상업적 유통은 패션 주얼리 시장에 자리매김할 것이란 의견이 중론이다. 그 만큼 점차 합성 다이아몬드에 대한 수요와 시장이 분명히 존재한다는 것이다. 다만 두 가지 시장의 상생을 위해서라도 합성 다이아몬드의 감별은 필수불가결한 문제가 되었다.

현재 합성 다이아몬드는 제조 기술의 발전으로 품질향상 뿐만 아니라 대량생산이 가능해짐으로 시장 가격은 지속적로 하락하고 있다. 이번 9월 홍콩전시회기간 한미감정원에서는 모든 합성 다이아몬드 판매 부스를 방문하여 도매가격을 직접 조사한 결과 1캐럿 중 E/VS1의 합성 다이아몬드의 경우에는 250만원에서 300원대로 천연에 비해 평균 30%에 거래가 이뤄지고 있었다. 그리고 드비어스는 9월 출시 예정으로 같은 품질을 소매가로 약 100만원에 판매한다고 소개하기도 했다. 멜리 사이즈 합성 다이아몬드 또한 수요 증가에도 불구하고 가격이 지속적으로 하락하고 있었다. 그만큼 합성의 생산능력이 갈수록 증가되고 있음을 반증한다.

그동안 천연과 합성의 감별에 대한 연구는 국내외 보석시장의 최대 관심사였다. 특히 멜리 사이즈에 대한 합성 다이아몬드의 감별은 매우 어려운 문제로 2~3년 전부터 중국 등 에서 대랑 생산된 멜리(쓰브) 화이트 합성 다이아몬드의 유통량이 증가하면서 필터링 되지 않고 국내 시장에 합성 다이아몬드가 천연 다이아몬드와 혼입되어 유통되는 문제가 발생했다. 또한 합성 다이아몬드 기술이 발전함에 따라 천연과 합성 다이아몬드의 구별은 육안이나 기존의 일반적인 보석학적 검사를 통해서는 불가능해졌으며, 천연 다이아몬드 시장의 혼란을 막기 위해서도 합성 다이아몬드의 감별 문제는 꼭 해결되어야 한다. 이에 (주)한미보석감정원(원장 김영출)에서는 현재 상용화된 감별장비 중 멜리(쓰브) 다이아몬드에 특화된 간이 감별장비를 중심으로 원리와 특성, 각각의 장비가 지니고 있는 장점과 한계를 소개하고자 한다.

처음 멜리 합성 다이아몬드가 시장에 유통되기 시작한 시기에는 간단하게 사용이 가능한 감별장비가 개발되지 못했으나 이제는 일부 국가가 아닌 전 세계적인 이슈가 되면서 많은 연구와 개발을 통해 다양한 간이 감별장비들이 출시되고 있다. 그동안 다이아몬드 감별을 위해 사용된 첨단 분석기기들의 경우 보다 완벽하고 정밀하게 감별할 수 있지만, 멜리 합성 다이아몬드는 사이즈가 작고 주로 주얼리에 보조석으로 세팅되며, 스톤의 개수에 따른 양이 상당히 많고, 스톤 개당 가격이 낮기 때문에 이에 특화된 보다 간편하고 효율적인 맞춤형 감별장비들이 속속 출시되고 있다. 그러나 합성 다이아몬드임을 완벽하게 감별하는 데에는 분명한 한계가 있어서 경우에 따라서는 고가의 첨단 분석기기를 활용한 추가검사가 필요하다.

합성 다이아몬드를 감별하기 위해서는 합성 다이아몬드의 고유한 특성을 찾아내야 하는데 대부분의 장비는 다이아몬드가 지니고 있는 독특한 타입과 자외선의 형광과 인광반응, 자외선, 가시광선, 적외선 스펙트럼 특징 등을 활용한다. 사용되는 장비에 따라 무색(D~F)에서 거의 무색범위(G~J)의 라운드 브릴리언트 다이아몬드 또는 다양한 팬시 형태에 적용 할 수 있다. 또한 장비의 특징에 따라 검사스톤의 적용 사이즈, 선별 속도가 다르다. 한편 색과 클래리티(Clarity)등 기타 처리 유무는 대부분 감별할 수 없으므로 추가 정밀분석이 요구된다고 하겠다.

다이아몬드의 Type(타입) 분류와 감별

다이아몬드는 주성분이 탄소(C)이지만, 대부분 미량원소(불순물)로서 질소(N)성분을 함유하고 있다. 질소의 유무에 따라 크게 두 부류로 나뉘게 되는데 질소를 함유한 TypeⅠ, 질소를 함유하고 있지 않은 TypeⅡ로 분류한다. 대부분의 천연 다이아몬드는 TypeⅠ에 해당되지만, 드물게 1~2%는 질소가 없는 TypeⅡ에 속한경우가 있다. 이렇게 TypeⅡ 천연 다이아몬드는 자연적으로 매우 희소하게 존재하는 반면, 대부분의 무색 합성 다이아몬드의 경우에는 대부분 TypeⅡ로 제조된다. 따라서 TypeⅡ로 제조되는 합성 다이아몬드의 특성을 기초로 많은 간이 감별장비들이 만들어지는데, 일반적으로 간이 감별장비에서 TypeⅠ으로 분류된 경우 PASS(천연 다이아몬드), TypeⅡ와 TypeⅠaB로 분류된 경우 ‘REFER(합성 다이아몬드 또는 추가적인 정밀검사가 필요함)’를 의미한다.

타입 분류	천연 다이아몬드	합성 다이아몬드		질소 유무
		HPHT	CVD
Ⅰa	대부분	드물다	드물다	다량 존재함
Ⅰb	드물다	드물다	드물다	소량 존재함
Ⅱa	드물다	대부분	대부분	존재하지 않음
Ⅱb	드물다	드물다	드물다	존재하지 않음

화이트(무색) 다이아몬드의 타입 분류(분포) 표

이러한 다이아몬드의 타입을 분류하여 천연 다이아몬드임을 확인할 수 있는 장비로는 Ⅱa Diamond spotter, DiamondPlus, DiamondCheck 등이 있으며, 다이아몬드의 형광과 인광을 통해 구분하는 장비로는 GIA iD-100, DiaTrue, DiaTrueXL, GLIS-3000 등의 장비가 있다. 그리고 멜리 사이즈 다이아몬드의 빠른 선별을 위해 출시된 자동선별 장비로 M-Screen, AMS, ASDI 등이 있다. 그러나 이러한 장비들은 단순히 다이아몬드의 타입과 일부 특징만을 구분하여 체크할 수 있는 장비이기 때문에 추가적인 정밀감정을 위해서는 PL/Raman, FT-IR, DiamondView와 같은 첨단 분석기기를 활용한 추가분석 검사가 이루어진다.

합성 다이아몬드 감별을 위한 장비로

GIA iD-100, DiaTrueXL, GLIS-3000, PhosView, Ⅱa DiamondSure, DiamondCheck, DiamondPlus, Quick-Check, J-SECURE+, GEM-3000, EXA, D-Gard, Diamond Spotter, Diamond-kensa, Gemlogis TAUPE, Screen I, SDS, NDC-415, DiamondDect, M-Screen+, AMS2, ASDI, DiamondView, D-Tect, FT-IR/Micro FT-IR, UV-Vis-NIR, PL/Raman 등이 활용되고 있다. 각각의 장비는 아래 대표 장비와 함께 소개한다.

M-Screen+

멜리 합성 다이아몬드 감별에 특화된 여러 감별장비 중 대표적으로 M-Screen+, GIA iD-100, DiaTrueXL이 있다. M-Screen+는 먼저 출시된 M-Screen의 업그레이드된 자동 감별장비로써 분류 속도 및 성능이 현재 상용화된 분석 기기들 중 최고 수준이며, 단파장 자외선 투과도 기술과 고유의 특허기술을 활용하여 합성 다이아몬드 가능성이 있는 다이아몬드를 효과적으로 분류할 수 있다. 그리고 1.0~3.0mm(0.005~0.10ct) 사이즈의 무색에서 거의 무색인 다이아몬드(D~J컬러 등급에 해당)를 초당 2~3개, 시간당 15,000개의 속도로 500ct의 양까지 한 번에 전자동으로 분류할 수 있다. 추가적으로 이 자동 감별장비는 천연, 합성의 가능성이 있는 것, 모조, 추가검사를 자동으로 빠르게 분류하는 기능을 가지고 있다.

GIA iD-100

GIA iD-100는 가장 최근에 보급된 장비로 형광을 적용하여 작동한다. 가장 큰 장점은 주얼리로 세팅된 경우에도 감별이 가능하며, 짧은 시간 HPHT 합성 다이아몬드 뿐만 아니라 CVD 공법으로 합성된 다이아몬드도 감별이 가능하다. 다이아몬드 직경(중량)이 최소 0.9mm(0.005ct) 부터 최대 10ct 이상까지의 무색에서 거의 무색의 다이아몬드(D~J) 감별이 가능하며, 라운드를 포함한 모든 형태의 스톤이 가능하다. 검사 시간은 개당 2초 미만이며, 오디오 기능과 함께 자동감별 결과는 천연다이아몬드일 경우 'PASS', 합성 및 모조석, 기타 추가 검사가 필요한 경우 'REFER'로 반응한다.

DiaTrueXL

DiaTrueXL은 일반적인 자외선 형광기보다 에너지가 큰 자외선을 통해 형광과 인광, 형광+인광의 세 가지 반응을 한 모니터로 확인하여 스톤을 구분하게 된다. 무색 계열(D~J)의 다이아몬드를 검사함에 있어 HPHT 합성 다이아몬드는 자외선 장파장 보다 단파장에서 강하며, 백색 또는 청색의 강한 인광반응이 나타난다. 또한 CVD 합성 다이아몬드, 합성 모이사나이트는 대체로 인광이 없고 녹색의 강한 형광을 띄는게 특징이다. 이 장비는 한 캐비넷에 여러 파슬(꾸러미)의 많은 시료를 한 번에 검사할 수 있는 장점이 있으며, 스톤의 세팅여부 및 커팅 형태와 관계없이 감별이 가능하다. 따라서 상대적으로 다른 간이 검사 장비보다 검사 속도가 빠른 장점을 지니고 있으며, 검사 가능 스톤 사이즈(0.003~50ct) 또한 적용범위가 넓다. DiaTrue는 휴대가 가능한 모델 등 기능에 따라 다양한 모델이 출시되고 있다.

한미감정원이 보유하고 있는 최첨단 분석기기들

천연 다이아몬드와 합성 다이아몬드의 감별을 위해 한미감정원은 위와 같은 최첨단 분석기기를 활용하여 검사하고 있으며 이러한 검사장비를 통하여 얻어진 수많은 데이터베이스(DB)를 기반으로 과학적인 감별 결과를 도출해 내고 있다.

합성 다이아몬드를 감별하고 최종 확정하기 위해서는 복합적인 검사과정이 필요하다. 먼저 1차 일반적 보석학적 검사로 현미경 확대검사와 장·단파 형광의 경향성, 자성여부 등을 확인하는데 이 과정에서 먼저 다이아몬드 모조석을 선별하며, 스톤의 세팅 유무, 사이즈, 컬러 범주에 따라 분류한다. 그리고 2차 감별장비를 활용한 검사가 진행되는데 일반적으로 스톤이 0.05ct 이상인 경우 Ⅱa Diamond Spotter, DiamondSure에서의 타입 반응을 확인한다. 멜리 사이즈는 DiaTrueXL을 통해 스톤의 인광과 형광반응을 확인하고, GIA iD-100의 형광결과를 복합적으로 고려하여 천연, 합성을 결정하거나 또는 추가 분석이 필요한지를 결정한다. 추가 분석검사가 필요한 스톤은 3, 4차 과정인 FT-IR, UV-Vis-NIR, PL/Raman등의 첨단 분석기기를 활용한 심도 있는 분석을 통해 해석한 후에 감별결과를 도출한다.

현재 한미감정원에서 보유하고 있는 멜리 합성 다이아몬드 감별 장비인 GIA iD-100과 DiaTrueXL은 한미감정원 홈페이지(www.hanmilab.co.kr)를 통해 자체 제작한 검사 과정 시연 동영상을 확인할 수 있고 유튜브에서도 ‘합성 다이아몬드’라는 단어만 검색해도 두 영상을 모두 손쉽게 찾아볼 수 있다.

날로 진화하는 합성 다이아몬드의 감별을 위해서는 특히 세팅된 다이아몬드, 멜리 사이즈 합성 다이아몬드에 대한 데이터베이스(DB) 구축이 매우 중요하다. 이를 위해 현재 많은 간이 감별 기기들이 출시되었거나 지금도 개발 중에 있는 장비들이 앞으로 속속 시장에 출현할 것으로 기대된다. 중요한 것은 이러한 검사 장비에 대한 원리가 무엇에 기반을 두고 제작되었는지에 대한 이해와 더불어 각각의 장비에 대한 장점과 단점, 한계를 익히는 것이 중요하다. 또한 간이 감별 장비는 분명한 한계를 지니고 있기에 보석감정전문기관에서는 상호 보완이 가능한 감별 시스템을 마련하여 시장의 혼란을 최소화하고 국내 보석시장의 보호를 위해 지속적인 연구개발과 더불어 진취적인 파수꾼으로서의 역할에 최선을 다해야 할 것이다.

	모델명	제조사	주요 원리	사이즈, 수율, 기타특징	형태, 세팅
주요 감별장비	GIA iD-100	GIA	형광	0.9~14mm (0.005~10ct) 개당 2초미만	모든 형태, 나석+세팅
	DiaTrue	OGI Systems	인광	0.003ct~50ct 10x10cm(캐비넷) 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅
	DiaTrueXL(CL)		인광, 형광	0.003ct~50ct 20x20cm(캐비넷) 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅
	DiaTrueCM		인광, 형광	0.003ct~50ct 10x10cm(캐비넷) 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅
	DiaTrueCS		인광, 형광	0.003ct~50ct 다량 동시측정 가능, 휴대가능, 모바일 활용	모든 형태, 나석+세팅
	GLIS-3000	Biaoqi	인광, 형광	0.001ct~2ct 7x10cm(캐비넷) 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅
	PhosView	De Beers	인광	0.003~1.00ct(나석) 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	SYNTHdetect	De Beers	인광, 형광	회전, 초점, 빛 조절, 다량 동시측정 가능	모든 형태, 나석+세팅
	DiamondSure	De Beers	415nm 흡수 확인	0.05~10ct	모든 형태, 나석+세팅
	DiamondCheck	GIA	적외선(Type)	0.01~10ct	모든 형태, 나석
	DiamondPlus	De Beers	레이저		모든 형태, 나석

* 멜리(화이트 계열) 다이아몬드 감별장비와 특성 표

보급형 간이 감별 장비	Ⅱa Diamond Spotter	SSEF	단파 자외선 (254nm)	0.10ct~ (0.1ct 미만 부정확) 휴대가능	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	Diamond-kensa	CGL	단파 자외선 (254nm)	0.005~3.0ct 휴대가능	Round brilliant cut, 나석
	Gemlogis TAUPE	GemLogis USA	단파 자외선 (254nm)	0.02ct~12ct 휴대가능	모든 형태, 나석
	Screen I	SmartPro	단파 자외선 (254nm)	0.01ct~12ct 휴대가능	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	SDS	PRESIDIUM	단파 자외선 (254nm)	0.10ct~10ct 휴대가능	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	NDC-415	Biaoqi	415nm 흡수 확인	0.01ct~ 개당 1초 이내, 음성지원	모든 형태, 나석+세팅
	DiamondDect (Box형)	TAIDIAM	편광, 자성, 현미경	0.01ct~10.0ct(나석) 0.03ct~10.0ct(세팅) 개당 3초 이내, 음성지원	모든 형태, 나석+세팅

자동 선별 장비	M-Screen	HRD	단파자외선 투과도 (TypeⅡ 선별)	1.3~3.8mm (0.01~0.20ct) 7,200개/h	Round brilliant cut, 나석
	M-Screen+		단파자외선 투과도 (TypeⅡ 선별)	1.0~3.0mm (0.005~0.10ct) 15,000개/h	Round brilliant cut, 나석
	AMS	De Beers	단파자외선 투과도 (TypeⅡ 선별)	1.3~3.8mm (0.01~0.20ct) 360개/h	Round brilliant cut, 나석
	AMS2		단파자외선 투과도 (TypeⅡ 선별)	0.9~3.0mm (0.003~0.10ct) 3,600개/h	Round brilliant cut + Fancy shape 나석
	ASDI	SSEF	단파자외선 투과도 (TypeⅡ 선별)	1.0~3.8mm (0.005~0.20ct) 4,000개/h	Round brilliant cut, 나석

첨단 분석기기	DiamondView	De Beers	단파 자외선 ( <230mm)	발광 패턴, 색상, 인광 확인	모든 형태, 나석
	D-Tect	HRD	레이저, UV 형광	심도 검사가 필요한 경우	모든 형태, 나석+세팅
	FT-IR/ Micro FT-IR		적외선 분광	심도 검사가 필요한 경우	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	UV-Vis-NIR		자외선, 가시광선, 근적외선 스펙트럼	심도 검사가 필요한 경우	모든 형태, 나석+세팅(일부)
	PL/Raman		레이저 (488,514,633nm등)	심도 검사가 필요한 경우	모든 형태, 나석

<참고 문헌>

1. Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, 27(4)(2017), Recent trends of gem-quality colorless synthetic diamonds, Hyun-Min Choi, Young-Chool Kim, Jeong-Won Seok

2. 2016 KACG Fall Conference(2016), Detection of HPHT Synthetic melee-size white diamonds, Young-chool Kim and Hyun-min Choi

3. 합성다이아몬드 긴급 세미나(2016.10), 합성 다이아몬드의 감별과 유통 실태(pdf), 한미보석감정원 주관

4. NGTC(2015), 중국 보석주얼리 학술교류 논문집

5. Gems & Gemology(2015), ‘Near-Colorless Melee-Sized HPHT Synthetic Diamonds Identified in GIA Laboratory’, Wasura Soonthorntantikul and Piradee Siritheerakul

6. China Gems(2016), ‘HPHT Diamond From ShangDong Province’, Li Jianjun and others

<웹사이트>

http://www.hanmilab.co.kr/

https://www.gia.edu/

http://www.ogisystems.com/

https://www.drctechno.com/

https://www.iidgr.com/

https://giionline.com/

http://www.gemmoraman.com/

http://www.sparrowtechnology.in/

https://www.ssef.ch/

http://www.cgl-labs.com/

http://www.gemlogisusa.com/

http://www.smartproinstrument.com/

https://presidium.com.sg/

http://en.taidiam.com/

https://www.hrdantwerp.com/en

http://www.napcobalances.com/

/ 글: (주)한미보석감정원 김광용 감정부장