7 보석의 광학적 특성 7.19 발광 - 형석 . 야명주 . 운석 야명주. 다이야몬드 운석.기타

[백산]

7 보석의 광학적 특성 7.19  발광

출처:  Gemology Project   소스: EK 이페어케이 플러스

7.19: 발광

 
보석학
보석학 프로젝트

발광은 보석의 "빛나는" 현상입니다. 이것은 에너지의 흡수와 이 에너지의 잉여가 소량으로 방출되어 발생합니다.

에너지원은 일반적으로 자외선, X선, 심지어 가시광선입니다. 에너지가 빛에서 나오는 것을 광발광이라고 합니다.

보석학에서 우리는 일반적으로 다음과 같은 유형의 발광에만 관심이 있습니다.

형광

인광(Phosphorescence)

트리볼루미네센스(Triboluminescence)

Tenebrescence (기술적으로 발광이 아님)

음극선 발광

열발광(Thermoluminescence)

발광의 원인은 다양하지만 대부분 불순물("활성제") 또는 결정 격자의 결함으로 인한 것입니다. 일반적으로 보석 내부에 철이 있으면 발광이 죽거나 억제됩니다.

형광

기초의
형광은 더 높은 에너지(더 짧은 파장)의 전자기 복사에 노출될 때 보석에 의한 가시광선의 방출입니다. 

보석이 이러한 방사선에 노출되면 전자가 더 높은 에너지 상태로 상승하여 에너지를 흡수합니다. 

바닥 상태로의 복귀에 가시광선에 해당하는 에너지 방출이 포함되면 형광이 생성됩니다. 

따라서 형광은 더 높은 에너지의 방사선에 노출될 때 가시광선이 방출되는 것입니다. 

보석학에서 형광을 위한 가장 일반적인 여기 에너지는 자외선입니다.

어떤 사람들은 이것을 빛의 속도를 높이는 것으로 이해하지만 이것은 잘못된 것입니다

(또한 보석 내부의 빛이 느려져서 생기는 것도 아닌데, 그 이유는 속도가 느려지면 파장이 길어지는 것이 아니라 더 짧은 파장이 되기 때문이다. 굴절 참조).

모든 광선은 특정 양의 에너지를 전달합니다. 파장이 짧은 빛은 에너지가 더 높습니다다.

이 에너지는 eV(전자 볼트)로 표시됩니다.

예를 들어, 적색광의 에너지는 약 1.8eV인 반면 보라색광의 에너지는 3.1eV입니다.

UV 광선의 에너지 손실(예를 들어 4eV의 에너지)이 2.2eV이면 1.8eV가 되므로 적색광(4 - 2.2 = 1.8)이 됩니다.

에너지의 실제 "손실"은 없으며 열과 같은 다른 종류의 에너지로 변환됩니다.

그림 \(\PageIndex{1}\): 형광의 원인을 보여주는 단순화된 다이어그램

이것은 계단 위로 던져지는 공으로 가장 잘 설명될 수 있습니다.

공을 계단 위로 던지면 그 동작에는 에너지(팔에서 나오는 에너지)가 필요합니다.

공이 이제 4eV의 에너지를 전달하고 이것은 바닥 상태(1)에서 세 번째 보드(4)로 가져오기에 충분하다고 가정해 보겠습니다. 

그런 다음 레벨 4에서 레벨 3으로 떨어지면 해당 에너지의 일부(이 예에서는 0.5eV)가 손실됩니다. 

따라서 공은 여전히 3.5eV의 에너지를 가지고 있습니다. 

그런 다음 레벨 2로 떨어지고 추가로 0.3eV의 에너지가 손실됩니다. 

그 후, 1.8eV의 에너지만 전달하면서 다시 지면으로 떨어집니다. 

다시 지면 상태에 도달하면 공은 모든 잉여 에너지를 잃게 됩니다.

이제 공이 전자이고 에너지원(이전에는 팔)이 자외선이라고 상상해 보십시오. 

전자가 UV 광원에서 4eV의 에너지를 얻기 때문에 우리는 그것을 빛으로 볼 수 없습니다

(보라색 빛에 해당하는 3.1eV에 도달해야만 볼 수 있음) 결과적으로 레벨이 아래로 떨어질수록 점점 더 많은 에너지를 잃게 됩니다. 

레벨 2에 도달하면 적색광에 해당하는 1.8eV의 에너지를 가지므로 전자는 이제 적색광을 방출합니다.

에너지가 전자에 공급되는 한(UV 광선의 형태로) 이 과정은 연속적이며 이 과정은 몇 분의 일(펨토초 또는 10-15 초). 보석이 형광을 발하는 데 필요한 에너지의 양은 돌마다 다르며, 루비의 경우 3eV이며 최고의 루비가 대낮에 뜨거운 코일처럼 빛나는 것처럼 보이는 이유를 설명합니다.

모든 보석이 이러한 현상을 나타내는 것은 아니며 이러한 보석은 다른 방식으로 여분의 에너지를 잃습니다.

형광 수명은 UV 광원에 상대적이므로 광원을 끄면 형광이 사라집니다.

그림 \(\PageIndex{2}\): 전자기 스펙트럼과 자외선의 위치

일상적인 사용을 위해 우리는 두 가지 유형의 UV 광선을 사용합니다.

단파 자외선 또는 S-UV(파장 약 254nm)

장파 자외선 또는 L-UV(파장 약 366nm)

경고: 자외선을 사용할 때는 눈을 손상시키므로 반드시 보호하십시오! 이것은 특히 S-UV에 해당됩니다.

UV view캐비닛에서 볼 수 있는 몇 가지 색상:

표 \(\PageIndex{1}\): 형광

1.L-자외선   2.에스-UV    3.생산된 색상-하단 표 순서 입니다 

상아 신디사이저. 화이트 스피넬 하얀
오팔  
 
루비   빨강
레드 스피넬  
신디사이저. 에메랄드  
Nat. 블루 사파이어  
알렉산드라이트  
 
쿤자이트   오렌지
청금석  
소달 라이트  
 
지르콘 지르콘 황색
황옥  
 
인회석   녹색
 
다이아몬드 신디사이저. 화이트 스피넬 파랑
월장석  
 
형 석   보라색

레이저 포인터의 보석 학적 응용

최근에는 레이저 포인터 및 UV LED가 약 20nm 단위로 UV 파장 범위에서 상용화되고 있습니다.

이러한 장치, 특히 405nm 빔을 방출하는 레이저 포인터의 보석 학적 적용에 대한 논의가 시작되었습니다. 

이 포인터는 가격이 급격히 떨어졌으며 현재 미화 40달러 미만으로 구입할 수 있습니다다.

레이저 포인터는 심각한 눈 손상을 일으킬 수 있으므로 항상 각별한 주의를 기울여야 합니다.

보호용 고글을 사용할 수 있습니다.

고글은 저렴하고 레이저 포인터 실험에 필수입니다.

물론 안전을 위해 기존 UV 캐비닛 내에서 레이저 포인터를 사용하여 관찰할 수도 있습니다.

관찰 결과는 다음과 같습니다.

그림 \(\PageIndex{2}\): 405nm 레이저 포인터를 사용하여 보고된 관찰

1.보석 2.반응  3.가능한  원인 - 하단 표 순서 입니다 

큐빅 지르코니아
(무색) 불활성  

다이아몬드
(D-O-P 색상) 파란색 부드러움에서 강함  

에메랄드(내츄럴) 레드 글로우 크롬으로 채색

에메랄드(내츄럴) 불활성 바나듐으로 착색

경옥 (천연, 미처리) 불활성  

루비(천연 및 합성) 강렬한 레드 글로우 크롬으로 채색

사파이어 (블루 천연 및 합성) 일반적으로 불활성에서 희미한 확산 파란색 주로 철로 착색

사파이어(블루 내츄럴) 빨간색: 보통에서 강렬함 Cr 베어링 블루 스리랑카 nat. 사파이어

사파이어(바이올렛, 퍼플, 내츄럴) 빨간색: 보통에서 강렬함 크롬 방위

고급

교차 필터 기법

그림 \PageIndex{3} 7.19.3 : 플라스크와 레드 필터에 황산구리 용액

"교차 필터" 기술은 발광이 아닌 편광과 관련이 있으므로 "교차 극성" 또는 "교차 폴라로이드"와 혼동해서는 안 됩니다.

플라스크는 황산구리로 채워져 있고 백색광이 용액을 통과합니다. 

나가는 표시등이 파란색입니다. 이 푸른 빛으로 보석을 비추는 동안 관찰자의 눈과 보석 사이에 빨간색 필터가 배치됩니다. 

돌이 붉게 보일 때, 적색 필터를 통해 볼 때, 이것은 돌이 낮에 형광을 발한다는 분명한 증거입니다.

이를 유발하는 보석의 활성제는 크리스탈 격자에 크롬(Cr)이 존재하기 때문이며 이 효과는 주로 루비, 알렉산드라이트, 에메랄드, 레드 스피넬 및 핑크 토파즈에서 볼 수 있습니다. 

철(Fe)은 이러한 형광 효과를 크게 감소시키거나 완전히 제거할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 

합성 물질은 일반적으로 더 많은 Cr을 운반하고 Fe는 거의 또는 전혀 전달하지 않기 때문에 이러한 적색광의 발광은 자연광(일반적으로)보다 더 강렬합니다.

황산수소를 운반하는 번거로움은 운 좋게도 지역 철물점에서 단 몇 달러에 구입할 수 있는 파란색 LED 포켓(또는 열쇠고리) 토치의 발명으로 제거되었습니다. 

빨간색 셀레늄 유리 시트를 빨간색 필터로 사용하거나 Chelsea Color Filter를 사용할 수도 있습니다. 

플라스틱과 같은 다른 시트도 교차 필터 역할을 할 수 있습니다.

광원 앞에 파란색 물질 시트를 사용하면 황산구리 용액 및/또는 LED 토치를 모방할 수 있습니다.

\PageIndex 테이블{3}7.19.3: 파장과 양자에너지의 관계

<-------- 파장 --------
파장     800nm의 700nm의 600nm의 500nm의 400nm의 300nm의 200nm의
에너지 1.55eV    1.77eV     2.07eV    2.48eV    3.1eV       4.13eV     6.2eV
--------- 에너지 --------->

인광(Phosphorescence)

기초의
인광은 형광과 유사하지만 빛이 사라지는 "수명"이 다릅니다. 

인광 물질에서 발광 또는 더 나은 "잔광"은 몇 초에서 몇 시간까지 다양할 수 있습니다(후자는 일반적으로 광물에서 관찰되지 않음).

그림 \(\PageIndex{4}\): "트랩" 다이어그램

전자가 UV 광선과 같은 에너지원에서 충분한 에너지를 얻으면 전자는 바닥 상태(1)에서 더 높은 에너지 준위(4)로 점프합니다. 

전자는 4(3) 바로 아래의 에너지 준위가 아닌 갭(2)으로 떨어집니다.

결과적으로 전자는 갭에 "갇히게"되고 튀어 나오기 위해 추가 에너지 (UV 광원에 의해 제공됨)가 필요합니다. 

UV 에너지원이 전자를 공급하는 동안 형광이 보이지만 소스가 차단되면 전자를 해제하기 위해 다른 에너지가 제공될 때까지 전자가 트랩에 남아 있습니다.

트랩에서 전자를 빼내는 데 필요한 에너지는 백색광(열 에너지 또는 실온에서의 열)에서 나옵니다.

백색광은 자외선만큼 많은 에너지를 전달하지 않기 때문에 전자의 방출 속도가 느려져 잔광이 생성됩니다. 이 기간 동안 현상을 인광이라고 합니다.

전자의 방출을 "표백"으로 볼 수 있습니다.

Tenebrescence (아래 참조) Tenebrescence (아래 참조) 도 이것으로 설명 할 수 있지만 전자를 방출하는 데 필요한 에너지는 더 높습니다. 원한다면 더 깊은 틈으로 시각화 할 수 있습니다.

Luminescence - The Gemology Project

트리볼루미네센스(Triboluminescence)

트리볼루미센스(Triboluminescence)는 압력, 마찰 또는 원석에 가해지는 기계적 응력에 의해 발생합니다.

형광, 인광 및 연광과 달리 삼중 발광은 빛에 의해 발생하지 않으므로 광발광으로 명명되어서는 안됩니다. 대신, 그것은 전하의 결과이므로 전기 발광입니다.

이 효과는 일반적으로 다이아몬드 커팅에서 볼 수 있습니다. 다이아몬드를 톱질하거나 쪼개면 전하가 돌에서 떨어져 나와 즉시 재결합하여 빨간색 또는 파란색 빛을 나타냅니다.

테네브레센스
tenebrescence는 기술적으로 발광이 아니지만 인광과 몇 가지 공통된 특성을 공유합니다

기술적으로 테네브레센스는 UV 광원의 저에너지 인공 조사(색상 중심 형성)로 인해 발생하는 불안정한 색상입니다.

발광과 연광의 주요 차이점은 형광 또는 인광 돌은 어둠 속에서 빛나는 반면 천광 보석은 색상을 나타내기 위해 빛이 필요하다는 것입니다. 

좀 더 엄밀히 말하자면, 1000등석은 그 색깔을 나타내기 위해 외부 에너지원(빛)이 필요한 반면, 발광은 "저장된" 에너지의 방출입니다.

1896 년 L.C. Boergstroem에 의해 그린란드에서 생생한 분홍색 소달 라이트가 발견되었습니다. 이 특이한 소달 라이트의 분홍색은 빛에 노출되었을 때 무색으로 바랬습니다. 

소달 라이트는 장시간 어둠 속에 두거나 단파 자외선에 노출되면 원래의 분홍색으로 돌아갑니다. 

이 변환은 끝없이 반복될 수 있습니다. Tenebrescence는 이러한 색상 변형을 만들 수 있는 미네랄에 의해 정의됩니다. 

이러한 방식으로 색을 변하는 능력을 나타내는 미네랄을 tenebrescent라고합니다다

Tenebrescence는 일부 광물과 형광체가 한 파장의 방사선에 반응하여 어두워지고 다른 파장에 노출되면 가역적으로 표백되는 특성입니다.

극소수의 광물만이 이 현상을 나타내는데, 이는 가역적 광변색(reversible photochromism)이라고도 하며, 햇빛에 노출되면 색 밀도가 변하는 선글라스에 적용되는 단어입니다.

이 행동을 보이는 소달 라이트는 hackmanite라는 품종 이름이 주어졌습니다. 

이 광물의 분홍색은 빛에 노출되면 매우 빨리 퇴색되기 때문에 불안정합니다.

빛에 노출될 때 색을 잃거나 얻는 미네랄의 다른 예는 다음과 같습니다.

Tugtupite -- tugtupite의 일부 밝은 색상의 품종, 특히 옅은 분홍색 물질은 단파 UV에 노출되거나 강한 햇빛 (인공 조명은 아님) 아래에서도 색상이 강해집니다.

스포듀민은 고에너지 방사선에 노출되면 분홍색 또는 보라색으로 어두워집니다.

카멜레온 다이아몬드는 올리브 컬러 다이아몬드로 어둠 속에서 보관하거나 부드럽게 가열하면 일시적으로 색이 변합니다. 

카멜레온 다이아몬드는 밝은 색조에서 어두운 올리브색(안정적인 색상 단계)을 거쳐 밝은 노란색에서 중간 노란색(불안정한 색상 단계)까지 색조와 톤을 나타냅니다. 

어둠 속에서 하루나 이틀 동안 빛에 노출되면 카멜레온 다이아몬드의 색이 불안정한 노란색에서 안정된 올리브로 바뀝니다. 이것은 무한히 반복 가능한 프로세스로 관찰됩니다.

글로브, 애리조나 및 일부 셰리 색상의 토파즈의 자수정은 햇볕에 색을 잃는 것으로 보고되었지만 이 경우 색 손실은 되돌릴 수 없습니다.

일리노이주 포프 카운티의 가스킨 광산에서 채취한 백색 중정석은 자외선에 노출되면 청색으로, 노란색 중정석은 회록색으로 변합니다.

hackmanite의 분홍색은 두 가지 방법으로 복원 될 수 있습니다. 

한 가지 방법은 표본을 몇 시간에서 몇 주 동안 어둠 속에 두는 것이고 다른 방법은 자외선에 노출시키는 것입니다. 

단파 자외선이 이 목적에 가장 효율적입니다. 이것이 달성되는 속도와 달성되는 색상의 깊이는 표본마다 다릅니다

그림 \PageIndex{5} 7.19.5
  : 테네브레센스

일부 표본에서는 희미한 정도의 분홍색을 생성하기 위해 자외선에 장기간 노출되어야 합니다. 다른 표본에서는 단파 자외선에 노출되면 거의 즉시 분홍색이 생성됩니다. 

후자의 표본에서 몇 분에서 몇 시간 동안 자외선에 추가로 노출되면 약한 파란색 성분이 분명한 짙은 분홍색에서 라즈베리 빨간색이 생성됩니다. 

이것은 Mont Saint-Hilaire와 Khibina의 일부 표본에서 볼 수 있습니다. 

그런 다음 표본을 어두운 곳에 두면 짙은 빨간색이 "잔광"이라고도 하는 인광을 나타냅니다. 

가시광선(480-720나노미터 사이의 파장)은 프로세스를 빠르게 역전시켜 표본을 다시 한 번 무색으로 만듭니다.

이 광변색 효과는 무한정 반복될 수 있지만 광물을 가열하면 영원히 변색됩니다.

연구에 따르면 F-Centers는 적어도 부분적으로 hackmanite의 테네브레센스의 원인입니다. 

F-Centers라는 용어는 색상을 의미하는 독일어 Farbe에서 파생되었습니다. 

F-중심은 음이온이 중성 종으로 떠나 공동과 음전하를 남길 때 발생하는 이온 격자의 결함입니다. 이 음전하는 격자의 이웃 양전하와 공유됩니다. 

F-Center는 형석과 중정석을 포함한 다양한 광물을 착색하는 역할을 합니다.

 (나소, 1983) hackmanite에서는 음전하를 띤 염소 원자 중 일부가 누락 된 것으로 제안됩니다. 이러한 공극에는 전하 균형을 제공하기 위해 음전하가 필요하며, 주변의 자유 전자는 그러한 공극에 끌려 거기에 갇히게 됩니다. 

이러한 갇힌 전자는 F-Center의 전형적인 기초입니다. 핵마나이트의 이 중심은 녹색, 노란색, 주황색 빛과 다양한 양의 파란색을 흡수하는 것으로 보입니다. 

하크마나이트가 백색광에서 보이면 빨간색과 일부 파란색이 눈으로 돌아와 해크마나이트 색상을 제공합니다.

광물은 전자의 서로 다르지만 고정된 배열에 의존하는 특정 색상을 생성할 수 있습니다

(Nassau, 1983). Hackmanite는 자외선으로부터 에너지를 흡수하고 많은 전자가 원자 (F- 중심)의 새로운 고 에너지 위치에 갇혀 UV 광원의 조명을 켤 때 광물이 다른 색을 띠게합니다. 

그러나 방 조명을 켜면 새로운 색상이 희미해집니다. 백색광(가시광선 스펙트럼)도 전자에 에너지를 공급하지만 자외선만큼 많지는 않습니다. 

백색광은 F-중심에서 전자를 "분리"하여 광물을 무색으로 되돌리는 데 필요한 에너지를 가지고 있습니다.

아프가니스탄의 바다크샨(Badakhshan)에서 비교적 최근에 발견된 것(2005년)은 1005년 동안 발견된 스캐폴리테(scapolite)이다. 이 무색에서 은빛 물질은 hackmanite 퇴적물 근처에서 발굴되며 SW UV 광선에 노출 된 후 청록색 (aquamarine color)을 보여줍니다. 

이 색상(파란색)의 강도는 UV 조명에 노출된 시간에 따라 다릅니다.

UVP UVG4 SW UV 램프에 15분 동안 노출되면 거의 산타마리아 아쿠아마린 블루가 자연광에서 10-15분 동안 점차적으로 희미해집니다.

음극선 발광

음극선 발광은 보석학에서 중요한 또 다른 유형의 발광입니다. 그것은 전자빔에 있는 물질에 의해 특징적인 스펙트럼을 가질 수 있는 에너지의 방출입니다. 

음극선 발광의 가장 친숙한 형태 (종종 CL로 약칭 됨)는 비디오 모니터의 화면에서 방출되는 빛입니다. 

빨간색, 녹색 및 파란색 점을 보면 세 가지 다른 형광체의 특징적인 스펙트럼을 볼 수 있습니다. 

흰색을 포함한 거의 모든 색상으로 나올 수 있는 흑백 모니터에서는 전자빔에서 여기되는 단일 형광체입니다.

CL은 특수 CL 챔버와 이미 전자빔을 사용할 수 있는 전자 현미경에서 여기됩니다. 그것은 광물학자들에 의해 오랫동안 사용되어 왔습니다. 

전자빔은 단파장 UV 또는 X선보다 에너지가 높기 때문에 기존의 형광을 여기시키는 데 사용할 수 있습니다.

 많은 합성 다이아몬드는 음극선 발광 검사에서 특징적인 성장 라인을 보여줍니다. 고급 또는 연구용 보석학 기술입니다.

열발광(Thermoluminescence)
형석은 형석은자외선으로부터 에너지를 저장할 수 있으며 광물이 가열되면 발광을 통해 에너지의 일부를 방출합니다.

Fluorite - The Gemology Project

소스

보석학 3판(2005) - 피터 리드

Gem-A 디플로마 강의 계획서(1987)

교차 필터 재검토 - D.B.Hoover and B. Williams, The Journal of Gemmology, 2005년 7월/10월

아프가니스탄의 보석에 대한 상태 보고서 - 보석 및 보석학, 1985 년 겨울, Gary Bowersox

업데이트 on Hackmanite - Gems & Gemology, Winter 1989, Gem News

색채의 물리학 및 화학 - Kurt Nassau, 1983

암석 형성 광물에 대한 소개 - Deer, Howie & Zussman 1966

Hackmanite - 러시아 콜라 반도의 Hackmanite에 대해 SoCalNevada에서 제공하는 브로셔

미네랄 색상의 기원 - Kurt Nassau, American Mineralogist Volume 63, pages 219-

229, 1978 [1]

외부 링크

야블론스키 다이어그램

형광의 기본 개념

• 형광의 기본 개념

http://www.minershop.com/html/tenebrescense.html

luminousminerals.com/greenland/tenebrescence.shtml

Hackmanite w/ localitites의 분류 Hackmanite: 광물 정보, 데이터 및 지역. (mindat.org)

• Hackmanite w/ localitites의 분류