Химические аспекты фотографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

I. Введение

Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света.

Поглощается и излучается электромагнитная энергия отдельными порциями. Это подтверждается явлением фотоэффекта (вырывание электронов из вещества под действием света). При излучении и поглощении свет обнаруживает корпускулярные свойства, в процессе распространения - волновые свойства. Впоследствии было установлено существование корпускулярно-волнового дуализма у всех элементарных частиц. Сама же световая частица была названа квантом света или фотоном.

Свет оказывает давление на препятствия, хотя и очень малое. Оно впервые было обнаружено и измерено русским физиком П.Н. Лебедевым. Под действием света происходят также многие химические реакции.

Химическое действие света лежит в основе фотографии. Слово “фотография” происходит от греческого “фото” - свет, “графо” - рисую, пишу. Фотография - рисование светом, светопись - была открыта не сразу и не одним человеком. В это изобретение вложен труд ученых многих поколений разных стран мира. Люди давно стремились найти способ получения изображений, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника. Некоторые предпосылки для этого существовали уже в отдаленные времена.

II. История открытия фотографии

В переводе с древнегреческого слово фотография означает «светопись». Для получения фотоснимка надо было получить оптическое изображение и уметь его закрепить. О том как получить изображение на листе бумаги знали давно. По свидетельству Аристотеля и Эвклида, уже в античной древности было известно, что, когда свет проходит через маленькое отверстие в темное помещение, на противоположной стенке может возникнуть ясное перевернутое изображение.

В средние века этот эффект воспринимался как метафора глаза и даже самого мозга. Позднее появились достаточно сложные приборы - камеры-обскуры (в переводе «темные комнаты»), оснащенные линзами и зеркалами для придания изображениям четкости и исправления эффекта «перевернутости».

Первым сделал детальное описание камеры-обскуры, сопроводив ее чертежами, великий Леонардо да Винчи. Венецианский художник Каналетто (1697 - 1768) пользовался камерой-обскурой для создания своих картин. В том же веке делаются первые попытки усовершенствования камер-обскур. Итальянец, физик и математик Жерар Кардано в 1550 году для улучшения изображения предложил вставлять в отверстие линзу (будущий объектив нашего фотоаппарата), а для регулирования резкости советовал сделать заднюю стенку камеры передвижной. В результате усовершенствований камера приобрела размеры ящика.

Началом отсчета истории фотографии принято считать 7 января 1839 года. В этот день на заседании Парижской Академии наук ее секретарь Доминик Франсуа Араго выступил с сообщением об изобретении Л.М. Дагером дагеротипии.

1. Основной закон фотохимии

Одним из наиболее важных вкладов в создание реальных условий для изобретения способа превращения оптического изображения в химический процесс в светочувствительном слое послужило открытие молодого русского химика-любителя, впоследствии известного государственного деятеля и дипломата, А.П. Бестужева-Рюмина и немецкого анатома и хирурга И.Г. Шульце. Занимаясь в 1725 г. составлением жидких лечебных смесей, Бестужев-Рюмин обнаружил, что под воздействием солнечного света растворы солей железа изменяют цвет. Через два года Шульце также представил доказательства чувствительности к свету солей брома.

На несомненную связь фотохимического превращения в веществах с поглощением света впервые указал в 1818 г. русский ученый Х.И.Гротгус. Он установил влияние температуры на поглощение и излучение света, причем доказал, что понижение температуры увеличивает поглощение, а повышение температуры увеличивает излучение света. В своих сообщениях Гротгус четко сформулировал мысль о том, что только те лучи могут химически действовать на вещество, которые этим веществом поглощаются. Это положение со временем, уже после открытия фотографии, стало первым, основным законом фотохимии.

2. Первые в мире снимки

Целенаправленную работу по химическому закреплению светового изображения в камере-обскуре ученые и изобретатели разных стран начали только в первой трети прошлого столетия. Наилучших результатов добились известные теперь всему миру французы Жозеф Нисефор Ньепс, Луи-Жак Манде Дагер и англичанин Вильям Фокс Генри Тальбот. Их и принято считать изобретателями фотографии.

3. Снимок Ньепса

Ньепс первым в мире закрепил “солнечный рисунок”. Он ориентировался на использование свойства асфальта, тонкий слой которого на освещенных местах затвердевает. В одном из своих экспериментов Ньепс наносил раствор асфальта в лавандовом масле на полированную оловянную пластинку, которую выставлял на солнечный свет под полупрозрачным штриховым рисунком. В местах пластинки, находившихся под непрозрачными участками рисунка, асфальтовый лак практически не подвергался воздействию солнечного света и после экспозиции растворялся в лавандовом масле. После дальнейшего травления и гравирования пластинку покрывали краской. Свет задубливал лак в освещенных местах, а лавандовое масло вымывало незадубившиеся участки лака, в результате чего возникало рельефное изображение, которое использовалось как клише для получения копий с оригинала. Покрытые лаком пластинки также применялись вместе с камерой-обскуры для формирования прочных светописных изображений.

В 1826 г. Ньепс с помощью камеры-обскуры получил на металлической пластинке, покрытой тонким слоем асфальта, вид из окна своей мастерской. Снимок он так и назвал - гелиография (солнечный рисунок). Экспозиция длилась восемь часов. Изображение было весьма низкого качества, и местность была едва различима. Но с этого снимка началась фотография.

4. Снимок Тальбота

В 1835 г. Тальбот тоже зафиксировал солнечный луч. Это был снимок решетчатого окна его дома. Тальбот применил бумагу, пропитанную хлористым серебром. Выдержка длилась в течение часа.

Тальбот получил первый в мире негатив. Приложив к нему светочувствительную бумагу, приготовленную тем же способом, он впервые сделал позитивный отпечаток. Свой способ съемки изобретатель назвал калотипией, что означало “красота”.

5. Снимок Дагера

Одновременно с Ньепсом над способом закрепления изображения в камере-обскуре работал известный французский художник Дагер, автор знаменитой парижской диорамы. Работа над световыми картинами натолкнула его на мысль закрепить изображение. Ньепс совместно с Дагером начал работу по усовершенствованию гелиографии. К тому времени этот процесс был уже модифицирован: наносился слой серебра на металлические пластины и затем тщательно очищенная поверхность серебра обрабатывалась парами йода. В результате такой обработки на зеркальной поверхности пластинки образуется тонкая кристаллическая пленка иодида серебра - вещества, чувствительного к свету.

После смерти Ньепса в 1833 г., Дагер настолько усовершенствовал методику Ньепса, что мог получать изображения значительно большей яркости. Он снял довольно сложный натюрморт, составленный из произведений живописи и скульптуры. Этот снимок Дагер передал потом де Кайэ, хранителю музея в Лувре. Автор экспонировал серебряную пластинку в камере-обскуре в течение тридцати минут, а затем перенес в темную комнату и держал над парами нагретой ртути. Закрепил изображение с помощью раствора поваренной соли. На снимке хорошо проработались детали рисунка, как в светах, так и в тенях. Свой способ получения фотоизображения изобретатель назвал собственным именем - дагеротипия - и передал его описание секретарю Парижской Академии наук Доминику-Франсуа Араго.

На заседании Академии 7 января 1839 г. Араго торжественно доложил ученому собранию об удивительном изобретении Дагера, заявив, что “отныне луч солнца стал послушным рисовальщиком всего окружающего”. Ученые одобрительно приняли известие, и этот день навсегда вошел в историю как день рождения фотографии.

В 1871 году английский врач Ричард Лич Мэддокс обнаружил необычайные фоточувствительные свойства обыкновенного желатина при смешивании его с определенными химикатами. Таким образом, появились первые желатиновые фотографические пластинки. С момента этого открытия до настоящего времени все фотографические эмульсии приготавливаются в основном на желатине. Применение желатина стало крупным шагом в дальнейшем развитии фотографии и создало широкие предпосылки для промышленного изготовления фотоматериалов. Еще одним важным шагом вперед, открывшим новые возможности в фотографии, было изобретение немецкого химика Германа Вильгельма Фогеля, который в 1873 г. обнаружил, что введение в галогенсеребряную эмульсию некоторых красителей вызывает расширение светочувствительности галогенидов серебра. Это явление обеспечило появление цветной фотографии. До этого момента цветные фото создавались с помощью раскрашивания их акварельными красками вручную.

В 1887 г. Г. Гудвин запатентовал способ изготовления прозрачной гибкой пленки из нитрата целлюлозы. В 1818 году английский астроном Джон Гершель обнаружил свойство гипосульфита прекращать почернение на свету йодистого серебра (технология закрепления изображения).

III.ФОТОБУМАГА

Фотобумамга -- непрозрачный материал на бумажной подложке, предназначенный для получения позитивного фотографического изображения. Луи Бланкар-Эврар (Франция) изобрел и применил непроявляемую альбуминную фотобумагу еще в 1850 г., она использовалась в качестве типовой до конца XIX века. Громоздкий фотоувеличитель, названный солнечной камерой, был изобретен в 1857 г. американцем Д.Вудвордом. С появлением дуговых ламп фотопечатание можно было выполнять в темной комнате, но оставалась нерешенной проблема прочности фотобумаги. В 1874 г. П.Маудслей в Англии сообщил о создании желатиновой фотобумаги, содержащей бромид серебра, и в 1879 г. Дж.Сван организовал промышленное производство этой фотобумаги. Желатина стала основой всех фотобумаг с проявлением, которые заменили альбуминную фотобумагу, и до сих пор используется в промышленном производстве.

Фотобумага состоит из бумажной основы - фотоподложки, на которую нанесен светочувствительный слой. Для большинства выпускаемых сортов фотобумаг основа баритуется. Этот процесс заключается в нанесений на нее баритовой массы, состоящей из желатины, сернокислого бария, хромовых квасцов, воды и ряда других веществ.

IV. Фотопленка

Фотопленка (фототехническая пленка) - светочувствительный материал, у которого подложкой является ацетицеллюлозная пленка, полистирол и др. (на подложку нанесен подслой, на подслой - эмульсионный слой), используемый для создания фотографических изображений.

История создания

Если к матовому стеклу приложить полупрозрачную бумагу, то на ней можно с помощью карандаша довольно точно зафиксировать на просвет изображение на стенке. Прошли сотни лет до того, как в 1840 г. У. Толбот создал процесс калотипией (от греч.слов kalos - красивый и typos - отпечаток), впоследствии получившей название толботипия. В опытах Тальбота в качестве основы использовалась бумага, пропитанная светочувствительным составом. А для того чтобы сделать лист бумаги более прозрачным, его пропитывали воском. Но бумага имела собственную неоднородную структуру и по этой характеристике очень сильно уступала стеклу.

Толбот получал сначала прозрачный негатив, а потом с помощью солнечного света он делал с негатива контактные отпечатки на хлоросеребряной бумаге. Однако качество этих снимков были очень низкого уровня. В 1889 г. Джордж Истмен (1854-1932) разработал прозрачную пленку.

По назначению пленку делят на негативные, позитивные и обращаемые. Подложку толщиной 0,11--0,14 мм изготовляют из высокопрочного, но легко воспламеняющегося динитрата целлюлозы или менее прочного негорючего триацетата целлюлозы, а толщиной 0,06--0,08 мм из высокопрочного и негорючего полиэтилентерефталата. Подложка негативных пленок может быть серой или фиолетовой -- для поглощения света и предупреждения образования ореолов при его отражении, иногда на пленку наносится противоореольный слой. Эмульсионный слой состоит из желатины с равномерно распределёнными в ней микрокристаллами (0,2--1,0 мкм) галогенидов серебра. Толщина эмульсионного слоя чёрно-белых пленок 15--20 мкм, цветных -- до 35 мкм.

По фотографическим свойствам различают пленки общего и специального назначения. Первую группу составляют черно-белые и цветные пленки для художественной и документальной фотографии, чувствительные ко всем видимым лучам и различающиеся по светочувствительности (от 22 до 350 единиц ГОСТ). Обычно большей светочувствительности соответствует меньшая контрастность и бомльшая зернистость. В чёрно-белой фотоплёнке есть обычно один слой серебряных солей. При попадании света и дальнейшей химической обработке соли серебра превращаются в металлическое серебро - на плёнке образуются тёмные области, соответствующие светлым областям на отпечатке.

Существует специальная монохромная плёнка, Она обрабатывается по классическому цветному процессу, но формирует чёрно-белое изображение, а не цветное.

Цветная плёнка использует как минимум три слоя. Окрашивающие, адсорбирующие вещества, взаимодействуя с кристаллами серебряных солей, делают кристаллы чувствительными к различным участками спектра. Этот способ изменения спектральной чувствительности называется сенсибилизацией.

Во вторую группу входят пленки для кинематографии (негативные, позитивные, контратипные и фонограммные) и технические фотографии (репродукционные, аэрофотоплёнки, рентгеновские, спектральные и др.).

V.ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ ЭМУЛЬСИИ

традиц. название суспензий светочувствит. микрокристаллов (зерен) галогенидов Ag в связующих - водных растворах желатина, эфирах целлюлозы, агаре, альбумине и др.

Желатина представляет собой сложное органическое вещество, которое получают из сырья животного происхождения (костей, кожи) путем выварки. В химическом отношении желатина относится к белковым веществам, или протеинам. Определенной химической формулы не имеет. Свойства желатины зависят от свойств используемого для ее изготовления исходного продукта.

Раствор желатины при нагревании приобретает состояние коллоидного раствора (золя) и при охлаждении переходит в состояние студня (геля), который удерживает микрокристаллы галогенидов серебра и другие компоненты эмульсии. Эмульсия наносится на гибкую ацетатцеллюлозную, стеклянную или бумажную подложку в виде тонкой пленки. При погружении в фотографические растворы эмульсионный слой обеспечивает их легкое проникание к микрокристаллам галогенидов серебра и поддерживает нормальное протекание реакций химико-фотографической обработки. Желатина в большой степени влияет на фотографические свойства эмульсионного слоя и степень сохраняемости скрытого фотографического изображения после съемки. Основным веществом, необходимым для образования в массе желатины кристаллов светочувствительного вещества, является азотнокислое серебро (AgNO3), представляющее собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде.

При смешивании раствора азотнокислого серебра с галогенощелочной солью (например, с бромистым калием) происходит химическая реакция обмена с образованием галогенида серебра (в данном случае бромистого серебра). Образующееся белое хлопьевидное вещество темнеет на свету, что указывает на его светочувствительность.

KBr + AgN03 = AgBr + KN03

Фотографическая эмульсия представляет собой при температуре выше 40°С вязкую жидкость, которая с понижением температуры превращается в студень. Она наносится на стекло, целлулоидную пленку и бумагу в виде тонкого слоя, который после высушивания образует светочувствительный слой фотоматериала. Микрокристаллы могут состоять из индивидуальных труднорастворимых галогенидов Ag, их твердых растворов или смесей, а также из разлагающихся композиций AgHaI с заданным распределением галогенидного состава по объему или поверхности микрокристаллов (двойниковых, эпитаксиальных, контактных и т.п.). Концентрация желатина в фотографических эмульсиях составляет обычно 5-10% по массе, концентрация AgHal. (в пересчете на метал-лич. Ag) - 30-150 г Ag на 1 л фотографической эмульсии. Средние линейные размеры микрокристаллов 0,01-10 мкм, их кол-во в 1 см3 (т. наз. удельное число) - 1010- 1016.

Фотографические эмульсии классифицируют, как правило, по галогенидному составу-на хлоро-, бромо- и иодосеребряные, хло-робромо-, бромоиодо-, хлороиодо- и хлоробромоиодосереб-ряные; по среднему линейному размеру зерен (условно) - на особо мелкозернистые (0,01-0,1 мкм), мелкозернистые (0,1-0,5 мкм), крупнозернистые (0,5-1,0 мкм), особо крупнозернистые (1-10 мкм); по светочувствительности к белому свету - на особо низкочувствительные, низкочувствительные, среднечувствительные, высокочувствительные (о светочувствительности см. в ст. Фотографические материалы); по разрешающей способности-на особо высокоразрешающие (разрешающая способность 1000-10000 линий/мм), высокоразрешающие (300-1000 линий/мм), среднего (100-300 линий/мм) и малого (30-100 линий/мм) разрешения; по однородности зерен микрокристаллов - на однородные (монодисперсные) с относит, распределением по размерам зерен (т. наз. коэф. вариации) от 5 до 15% и неоднородные с коэф. вариации более 15%; по способу получения- на аммиачные, безаммиачные, фотографические эмульсии одноструйного и двухструйного методов получения и др.; по применению-на фотографические эмульсии для фотобумаг и фотопленок, черно-белых и цветных позитивных, негативных и обращаемых фотоматериалов, для диффузионных процессов с переносом изображения и термопроявляемых фотоматериалов (см. Репрография).

В состав фотографических эмульсий могут также входить разнообразные функциональные добавки, улучшающие их эксплуатационной характеристики: химические и спектральные сенсибилизаторы (см. Сенсибилизация оптическая, Сенсибилизация фотографических материалов), стабилизаторы, антивуалирующие вещества, пластификаторы фотографических слоев, дубители (см. Дубление в фотографии), смачиватели, антистатики, фильтровые красители, антиоксиданты, вещества, повышающие кроющую способность металлического Ag, и др. В фотографических эмульсиях для цветных фотоматериалов вводятся также спец. добавки: растворы или масляные дисперсии цветообразующих компонентов, стабилизаторы цветного изображения, маскирующие добавки, ускорители и замедлители проявления и пр. Готовые к применению фотографические эмульсии могут содержать до 100 разлагающихся компонентов.

Светочувствительные галогениды Ag образуются при осаждении из водно-желатиновых растворов на стадии т. наз. эмульсификации по экзотермич. реакции:

фотография свет снимок светочувствительный

Ag+ + Наl- AgHal.

В качестве серебросодержащего агента используют водные р-ры AgNO3 или аммиачный комплекс [Ag(NH3)2]NO3, иногда - орг. соед. Ag, напр. соли жирных кислотт, комплексы тетраазаиндена, бензимидазола, бензотриазола или меркаптотетразола, содержащие Ag. Галогенсодержащими реагентами служат галогениды К и Na, реже аммония, а также галогенсодержащие орг. соед., напр. бромуксусная кислота.

Первоначально протекает кристаллизационный процесс возникновения и послед, формирования микрокристаллов определенного размера вследствие растворения более мелких и роста более крупных микрокристаллов, коалесценции и перекристаллизации (т. наз. физ. созревание фотографических эмульсий). Вторая стадия - т. наз. хим. созревание, при котором на поверхности кристаллов образуются неустойчивые комплексные соли Ag в результате взаимодействия AgHal с соединениями серы или др. веществами, входящими в состав желатина. При распаде комплексных соединений в местах нарушения структуры кристаллической решетки возникают центры светочувствительности, к-рые и определяют основные фотографические свойства фотографических эмульсий.

Наиб. распространенные виды микрокристаллов AgHal в фотографических эмульсиях: однородные кубические микрокристаллы AgBr, плоские микрокристаллы AgBrxI1-x, кристаллы типа ядро - оболочка разл. галогенидного состава (напр., кубич. кристаллы с ядром из AgBrxI1-x и оболочкой из AgBr, ромбические кристаллы мно-гооболочечной структуры с ядром из AgBrxI1-x, плоские кристаллы с таким же ядром и латеральными оболочками различного состава), а также эпитаксиальные микрокристаллы [напр., эпитаксиальные кристаллы AgBr (AgCl) на AgI, AgCl на AgBr, AgCl на плоских микрокристаллах AgBrxI1-x].

Процесс приготовления фотографической эмульсии называют синтезом эмульсии. Первой операцией является отвешивание желатины и химических реактивов, необходимых для синтеза эмульсии. Подготовленные вещества растворяют в отдельных объемах, используя для этих целей дистиллированную воду. Предусмотренные рецептом реактивы и воду вводят в эмульсионно-варочный котел. Основными веществами при этом являются дистиллированная вода, желатина, галогенощелочная соль и азотнокислое серебро. Для полного растворения этих веществ и образования однородной массы котел нагревают, перемешивая содержимое специальными механическими мешалками.

Синтез эмульсии может быть выполнен аммиачным или безаммиачным (кислым) способом. Для аммиачного способа в отдельном объеме готовят раствор из азотнокислого серебра и водного раствора аммиака. При этом в растворе происходит химическая реакция с образованием аммиаката серебра.

Первой стадией синтеза фотографической эмульсии является эмульсификация, заключающаяся в том, что в расплав желатины о галогенощелочной солью вводят раствор с аммиакатом серебра (аммиачный способ) или раствор азотнокислого серебра (безаммиачный способ). В результате в эмульсионно-варочном котле идет химическая реакция с образованием галогенида серебра:

1)аммиачный способ

KBr + [Ag (NH3)2] N03 = AgBr + KN03 + 2NH3

2)безаммиачный (кислый) способ

KBr + AgN03 = AgBr + KN03

После кристаллизации последовательно проводят вспомогательные стадии: 1) удаление водорастворимых солей и редиспергирование микрокристаллов в растворе связующего; 2) хим. и оптич. сенсибилизация фотографической эмульсии; 3) введение различных добавок спец. назначения; 4) нанесение на подложку (полив).

Действие света на галогениды серебра

Микрокристаллы галогенного серебра в большинстве случаев имеют форму плоских шести- и трехугольных пластин со срезанными углами. Вместе с тем их внутренняя структура имеет вид кубической решетки ионного типа, где каждый ион серебра окружен шестью ионами брома, а каждый ион брома -- соответственно шестью ионами серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик бромида серебра, выбивает электроны из некоторых атомов брома, ионизируя их. Цепочка таких кристалликов с изменённой внутренней структурой образует скрытое изображение. При проявлении (действие проявителя усиливает процесс, начатый светом в кристалликах) в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро (ионы серебра в соединении с бромом имеют недостаток электрона, захватывают выбитые из атомов брома электроны, восстанавливаясь до полноценных атомов серебра), и цепочка зёрен серебра образует трек (след) частицы. Каждый ион серебра отдает один электрон иону брома, в результате чего получившие положительный заряд ионы (катионы) серебра (Ag+) связываются силами электростатического притяжения с одновалентными ионами (анионами) галогена (Вг~ или С1~, или J~), получившими отрицательный заряд. Некоторые ионы серебра вследствие теплового движения покидают узлы и блуждают в пространстве кристаллической решетки (так называемые междуузельные ионы).

Кристаллическая решетка галогенного серебра имеет дефекты (трещины, сдвиги, микровкрапления металлического и сернистого серебра, образующиеся в процессе изготовления фотографической эмульсии), что обусловливает его светочувствительность. Эти участки принято называть центрами светочувствительности. Они накапливают в процессе действия света на кристаллы металлическое серебро, блуждающее в междуузелье, и вырастают таким образом до центров скрытого (латентного) изображения. При этом действие лучей света сказывается тем сильнее, чем меньше длина их волны. Центры скрытого изображения при накоплении определенного количества атомов серебра становятся центрами проявления.

VI. Обработка фотоматериала

Под обработкой фотоматериала обычно понимают все операции, которые необходимы для получения изображения -- экспонирование фотоматериала, его проявка и фиксирование. Все операции, следующие за проявлением, носят вспомогательный характер. Их цель чаще всего сводится к тому, чтобы сохранить полученное изображение.

Следующим процессом после экспонирования, является проявление, это основная часть обработки фотоматериала. Скрытое изображение становится видимым после проявления. Сущность сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещённых участках материала:

AgBr + e? -> Ag + Br?

Различают химическое и физическое проявление. И в том и в другом случае под воздействием проявителя происходит наращивание слоя металлического серебра из скрытого изображения, возникшего в эмульсионном слое при экспонировании. Частично наряду с микрокристаллами, подвергшимися действию света, восстанавливаются и неосвещённые кристаллы, однако разница в скорости восстановления серебра при правильном проявлении весьма значительна.

При химическом проявлении ионы серебра, необходимые для наращивания изображения, поступают из эмульсионного фотоматериала, а при физическом проявлении -- из проявителя. При химическом проявлении главным компонентом проявителя является проявляющие вещество, которое восстанавливает галогенид серебра на экспонированных участках изображения, в современной фотографии применяются исключительно органические вещества, за небольшим исключением это производные бензола; причем проявляющие вещества, содержащие аминогруппы, используют почти всегда в виде солей.

Вообще же фотографический проявитель -- многокомпонентная смесь. Она содержит химический восстановитель, вещество, создающее щелочную реакцию раствора; вещество, предохраняющее проявитель от быстрого окисления кислородом воздуха; вещество устраняющее вуаль. Подробнее о составе проявителя будет сказано ниже. Процесс проявления можно выразить общей формулой

Ag+ + Red? <-> Ag + Br? + Ox

в этой формуле Ag+ -- ион серебра; Red- -- ион проявляющего вещества, Ag -- металлическое серебро, Br- -- ион брома, Ox -- окисленная форма проявляющего вещества.

Проявляющее вещество -- основная часть проявляющего раствора, служит для восстановления в фотоматериале экспонированных микрокристаллов галогенида серебра.

Проявляющее вещество должно хорошо растворятся в воде или в растворе щёлочи, быть устойчивым по отношению к действию кислорода воздуха, давать бесцветные растворы и быть бесцветным.

Для обработки черно-белых фотопленок из многочисленных проявляющих веществ, сейчас в основном находят применение метол, гидрохинон, фенидон. В целях повышения скорости проявления в раствор вводят ускоряющие вещества. К ним относят буру (тетраборат натрия Na2B4O7), соду (карбонат натрия Na2CO3), поташ (карбонат калия K2CO3), едкий натр (гидроксид натрия NaOH), едкое кали (гидроксид калия KOH) и др.

Активность раствора зависит от природы вводимой щелочи и её количества. Проявляющие растворы с едкой щелочью действуют особенно энергично. В различных проявляющих растворах pH колеблется в широких пределах: от 7--8 в медленноработающих, до 12 и более -- в энергично работающих проявителях.

Проявляющие вещества во время хранения и при использовании подвергаются окисляющему воздействию кислорода воздуха. В результате раствор быстро окрашивается продуктами окисления проявляющего вещества и теряет проявляющие свойства. Чтобы предотвратить окисление и увеличить и увеличить срок хранения в раствор вводят сохраняющее вещество, способное связывать продукты окисления и удерживать их концентрацию на постоянном низком уровне. В качестве сохраняющего вещества наиболее применим сульфит натрия Na2SO3.

Сульфит натрия выполняет важную функцию в растворе. Он вступает в реакцию с продуктами окисления проявляющего вещества, например с хиноном, если в растворе был гидрохинон. Восстанавливает хинон в сульфопроизводные гидрохинона, обладающие хорошей проявляющей способностью. Сульфит натрия, восстанавливая хинон, превращает его в бесцветный продукт, исключая возможность вуали на фотоматериале. Действие сульфита натрия в растворах с другими проявляющими веществами подобно рассмотренному процессу с гидрохиноном. За исключением фенидона, который не восстанавливается сульфитом натрия и не образует с ним веществ: способных к проявлению. Также в качестве сохраняющих веществ иногда применяют бисульфит натрия, метабисульфит калия или натрия и др.

При проявлении наряду с переводом скрытого изображения в видимое: восстанавливается и некоторая часть неэкспонированных микрокристаллов галогенида серебра. Они образуют почернение в фотографическом слое фотопленок -- вуаль, уменьшающую контрастность изображения и различаемость темных деталей. Противовуалирующими свойствами обладают бромистый калий (KBr), йодистый калий (KY), бензотриазол(C6H5N3), нитробензимидазол (C7H5N3O2) и др. Наиболее часто пользуются бромистым калием. Он образует в растворе свободные ионы брома, которые при небольшой концентрации задерживают восстановление неэкспонированных микрокристаллов галогенида серебра. Однако с увеличением содержания бромистого калия в растворе, торможение сказывается и на малоэкспонированных участках фотослоя.

Проявляющие растворы готовят на воде, от чистоты и состава которой зависят многие их свойства. Механический примеси в воде (песок, глина) удаляют фильтрованием; соли, влияющие на жесткость воды, -- введением в раствор трилона Б, гексаметафосфата и других подобных веществ.

На продолжительность процесса проявления фотопленок влияют состав раствора, его температура и способ обработки раствором светочувствительного слоя.

VII. Закрепление изображения

В фотопленках после проявления изображения остается много галогенидов серебра. Чтобы сделать фотопленки несветочувствительными и тем самым закрепить видимое изображение, из светочувствительного слоя необходимо удалить галогениды серебра. Для этого пользуются процессом фиксирования, во время которого происходит перевод галогенидов серебра в растворимые соединения, легко удаляемые из светочувствительного слоя при промывке фотопленки водой.

Растворимые соединения можно получить, обработав фотопленки растворами, содержащими тиосульфат натрия или аммония. Принято считать, что процесс фиксирования протекает в две стадии. Во время первой происходит взаимодействие галогенидов серебра с тиосульфатом натрия (Na2S2O3) по следующему уравнению:

AgBr + Na2S2O3 = Na[AgS2O3] + NaBr

Светочувствительный слой фотопленок становится прозрачным. Однако комплексная соль Na[AgS2O3] трудно растворима в воде и может через некоторое время быть причиной появления жёлтых или коричневых пятен на фотоплёнке.

Во второй стадии образуется легкорастворимая комплексная соль по уравнению:

Na[AgS2O3] + Na2O3 = Na3[Ag(S2O3)2]

или

3Na[AgS2O3] + Na2O3 = Na5[Ag3(S2O3)4]

Чтобы вторая стадия была проведена полностью, фотоплёнки обрабатывают в фиксирующем растворе и после того, как светочувствительной слой стал прозрачным. Обычно на вторую стадию затрачивают столько времени, сколько потребовалось на первую стадию.

Полного фиксирования фотоплёнок, обеспечивающего долгое хранение изображения, достигают, заканчивая процесс фиксирования в свежем растворе.

Продолжительность фиксирования определяется скоростью диффузии тиосульфата натрия в светочувствительный слой, скоростью растворения галогенида серебра и скоростью диффузии образовавшегося комплексного соединения из слоя. Эти скорости зависят от вида галогенида серебра в светочувствительном слое, его толщины и задубленности, от состава фиксирующего раствора, температуры и способа обработки светочувствительного слоя. Чем толще или задубленнее светочувствительный слой, тем медленнее идет фиксирование. Мелкозернистые фотоплёнки фиксируются быстрее крупнозернистых.

С повышением концентрации тиосульфата натрия в растворе скорость фиксирования увеличивается. Ускорение процесса нарастает с повышением количества тиосульфата натрия до 30--40%, после чего происходит замедление фиксирования. Это вызвано тем, что при высоких концентрациях снижается скорость диффузии в светочувствительный слой фотоплёнок.

С увеличением температуры раствора фиксирование ускоряется. Предел повышения температуры определяется степенью задубленности светочувствительного слоя фотоплёнок. Фиксирующие растворы различают по их составу и действию. Они бывают слабощелочными, нейтральными, кислыми, кислодубящими, кислодубящими быстрыми. Чернобелые фотоплёнки в большинстве случаев обрабатывают в кислодубящих фиксирующих растворах, так как эти растворы дубят светочувствительный слой и предохраняют его от окрашивания продуктами окисления проявителя.

Цветные фотоплёнки обрабатывают в слабощелочных или нейтральных фиксирующих растворах, чтобы они не разрушали красители, составляющие цветное изображение. Однако есть и специальные кислодубящие фиксажи для обработки цветных фотоплёнок. Кислая среда в фиксирующих растворах позволяет использовать квасцы для дубления светочувствительного слоя, уменьшает действие продуктов окисления проявителя и останавливает процесс проявления.

В современных ускоренных процессах применяют быстрые кислодубящие фиксирующие растворы. В этих растворах основным веществом является тиосульфат аммония, который вводят в раствор непосредственно пли приготовляют путем реакции между тиосульфатом натрия и хлористым аммонием. Вследствие того, что при слишком низком значении pH происходит выделение серы в раствор, а при слишком высоком -- теряется дубящее действие квасцов и способность нейтрализовать проявитель, применяют строгий контроль за значением pH раствора. Оп должен обладать большой буферной емкостью. Фиксирующий раствор с алюмокалиевыми квасцами наиболее распространен, он имеет pH от 4 до 6,5.

Прямое позитивное изображение

Приведенная выше последовательность процессов даёт негативное (противоположное реальному) изображение. Это происходит потому, что больше всего выделяется металлического серебра в местах наибольшей яркости. Следовательно наиболее светлые участки снимаемого объекта будут изображены наиболее темно. Чтобы получить реальное изображение, описанный выше процесс экспонирование -> проявление -> фиксирование необходимо повторить (в фотографии применяют термин «отпечатать»), т. е. направить поток света через негатив снова на светочувствительный слой, а затем вновь обработать полученное изображение в растворах проявителя и закрепителя.

Двухслойный способ реализуется в двух вариантах: «сухом» и «мокром».

Фотографический процесс с диффузионным переносом изображения является одностадийным, так как обработка скрытого изображения с целью получения визуального происходит в одну стадию. Его сущность заключается в том, что одновременно с формированием негативного изображения из светочувствительного слоя диффундируют вещества, создающие в приёмном слое позитивное изображение. В фотоматериал для чёрно-белого диффузионного процесса входят: светочувствительный галогенид серебра; обрабатывающий раствор, который содержит проявляющие и комплексообразующие вещества; материал-приёмник. После экспонирования на свету все три указанных материала приводят в контакт. На экспонированных участках светочувствительного слоя в результате химического проявления образуется металлическое серебро. На неэкспонированных участках сохраняется галогенид серебра. Он растворяется при взаимодействии с химическим реагентом (например, с Na2S2O3) и образующийся комплекс (в данном случае Na3[Ag(S2O3)2]) диффундирует в материал-приёмник. Здесь он восстанавливается до металлического серебра, которое и создаёт позитивное изображение.

В мокром способе создания видимого изображения применяют жидкие обрабатывающие растворы. Они содержат проявляющее вещество, тиосульфат натрия, щёлочь, антивуалирующее вещество и воду. Эти жидкие растворы подают извне в промежуток между светочувствительным и принимающим слоями. В «сухом» способе используют вязкие обрабатывающие растворы. Они имеют тот же состав, что и растворы в мокром способе, но содержат еще загустители -- обычно водорастворимые эфиры целлюлозы. Вязкие обрабатывающие растворы заключают в полимерные микрокапсулы, которые включают в состав фотоматериала, После экспонирования фотоматериал пропускают между валиками, капсулы разрушаются, и раствор из них распределяется между светочувствительным и приёмным слоями. При извлечении из фотоаппарата приеёмный материал отделяют от исходного материала и наносят на него быстровысыхающий стабилизирующий состав, образующий глянцевое защитное покрытие.

VIII. Заключение

Современная фотография находит все большее применение в науке, технике и повседневной жизни. На начальных этапах невозможно было предугадать, сколь широки будут возможности использования фотографического метода. Благодаря фотографии человечество получает изображения элементарных частиц, составляющих атом, и изображения земного шара, Луны и других планет; изображения живой клетки и кристаллической решетки минералов; изучает процессы, протекающие за одну миллионную долю секунды, и процессы, длящиеся десятилетия.

Наряду с повсеместным применением фотографии в науке и технике наиболее давнее и массовое распространение она получила как вид искусства.

Фотография сочетает в себе оптику, точную механику и тонкую химическую технологию, а со стороны технической и художественной - теорию композиции, эстетику и теорию восприятия.

Список использованной литературы

1. Э.Митчел “Фотография”, Изд-во Мир, М., 1988.

2. В.А.Горбатов, Э.Д.Тамицкий “Фотография”, Изд-во Легпромбытиздат, М., 1985 год.

3. “Краткий справочник фотолюбителя” под ред. Н.Д.Панфилова и А.А.Фомина, 4-е издание, Изд-во Искусство, М., 1985 год.

4. Советский Энциклопедический словарь, ред. А.М.Прохоров, Изд-во Советская Энциклопедия, М., 1983год.

5. Н.С. Ахметов "неорганическая химия", 4-е издание, Изд-во Высшая школа, М., 2001 год.

Размещено на Allbest.ru