A study on the metamictization and color change in zircon by spectroscopic analysis

Metamictization and color change in zircons from Cambodia and Tanzania were investigated. Elements analysis to detect radioactivity of elements such as U and Th, and spectroscopic analysis using UV-VIS and Fourier transform infrared spectroscopy were performed. According to the UV-VIS spectroscopic analysis, it was perceived that many and high intense absorption peaks appeared in blue and colorless zircons, while less and low intense absorption peaks appeared in uranium contained green and yellow zircons. It was found that those stones have made progress to the metamictization. After heat treatment, we could detect opposite results. As the results of FTIR spectroscopy analysis, in the metamict green and yellow zircon, it is showed that 3-phonon combination mode bands of $[SiO_4]^{4-}$ internal vibration in the region of 3100~3400 $cm^{-1}$ are broad and some of them disappear. However, the disappeared bands are observed again due to restored crystal lattice by the heat treatment. Also, $U^{4+}$ peaks that can detect the uranium content in zircon appears at near 4800 $cm^{-1}$ in the green and yellow samples. From this investigation, we could observe the metamictization effect and color change in uranium-bearing zircon by heat treatment using spectroscopic analysis.

분광분석을 통한 지르콘의 메타믹상태와 색상 변화 분석

캄보디아와 탄자니아산 지르콘을 대상으로 메타믹상태와 색상변화에 대한 연구를 하였다. 이를 위해 U, Th 등의 방사성원소 검출을 위한 원소분석과 분광분석(UV-VIS 분광기, FTIR분광기)을 하였다. UV-VIS 분광분석 결과 청색과 무색에서는 고온형의 특징인 많은 흡수 피크들과 세기가 높게 나타났으며 우라늄이 검출된 녹색과 황색 시료에서는 흡수 피크들의 수가 현저히 적게 나타나 메타믹화가 진행되었음을 알 수 있었다. 열처리 후에는 반대의 결과가 나왔다. FTIR 분광 분석 결과 3100~3400 $cm^{-1}$ 영역에서 $[SiO_4]^{4-}$ 내부 진동의 3-포논 조합 모드 밴드들이 메타믹화된 녹색과 황색의 지르콘에서는 완만하며 없어진 밴드들도 있으나 열처리 후에는 다시 결정격자가 원상태로 회복되어 사라졌던 밴드들이 나타났다. 또한 지르콘에 우라늄이 함유되어 있는지를 알 수 있는 4800 $cm^{-1}$ 근처에서 $U^{4+}$의 피크가 녹색과 황색 시료에서 확인 되었다. 연구 결과 분광분석 과 열처리 실험으로 지르콘에 우라늄의 함유가 메타믹상태와 칼라의 변화에 미치는 영향을 확인할 수 있었다.