NEGRU ȘI ALBĂ? NU, CULORI!
Doctor în științe chimice G. Branitsky (Minsk).
Astăzi, nimeni nu este surprins de simplitatea obținerii unei fotografii: este suficient să luați filmul expus la laboratorul foto și să vă pregătiți imprimate într-o oră. Iar aceasta nu trebuie să menționăm fotografia digitală, atunci când imaginea apare pe ecran imediat după apăsarea butonului. Prin urmare, mulți vădi nedumerit pentru a afla că există încă echipe de cercetare care continuă să studieze serios teoria proceselor fotografice, implicat în îmbunătățirea filme fotografice și lucrări fotografice, iar rezultatele sunt discutate la conferințe regionale și internaționale.
Deci ce sa întâmplat? Ce altceva puteți studia dacă totul este simplu? Cu toate acestea, nu ne vom grăbi să concluzionăm.
Fotografia nu se limitează la fotografii amatori folosind camere simple și accesibile. Este nevoie nu numai de a capta pe hârtia fotografică lumea din jur în toată frumusețea ei. Fotografia este o metodă profesională de cercetare în diferite domenii ale activității umane - fizică, chimie, biologie, geologie, medicină, astronomie, cosmonautică ... Lista este ușor de continuat. Oricare dintre aplicațiile fotografice le impune cerințele pentru selectarea materialului, asigurând producerea unei fotografii de înaltă calitate, indiferent de condițiile de fotografiere (căldură, rece, aer, vid). În funcție de scop, materialul fotografic trebuie să aibă o anumită sensibilitate fotografică la lumina compoziției spectrale diferite și a radiației cu raze X, iar imaginea - contrastul necesar și predarea culorilor. Toate acestea fac posibilă înțelegerea dificultăților de a crea un material fotografic universal adecvat pentru toate ocaziile și motivul pentru care sortimentul materialelor fotografice produse se ridică la sute de titluri. Acest lucru nu este doar de uz casnic, ci și de filme speciale fototerapeutice, medicale și de raze X, lucrări, înregistrări și chiar fototuburi.
Fotografia sa născut cu puțin peste 150 de ani în urmă. În ultimul timp, au fost realizate o varietate de procese fotochimice și fotofizice care permit obținerea de imagini pe substanțe fotosensibile de natură anorganică și organică. Cu toate acestea, piața mondială este dominată de materiale fotografice, în care funcția unei substanțe fotosensibile se realizează prin săruri de halogenuri de argint. Acest lucru nu este întâmplător. Ca parte a stratului de film, acestea satisfac cele mai diverse cerințe în cea mai mare măsură. Consumul lor anual global, deși redus în legătură cu crearea mijloacelor electronice de înregistrare a informațiilor, însă estimat la aproximativ 15 miliarde de dolari. În aceste scopuri, mai mult de 5 mii de tone de argint pe an sunt cheltuite.
Am reușit să identificăm condițiile în care se formează o imagine multicoloră cu nuanțe de culori strălucitoare pe materialul fotografic alb-negru obișnuit (fără a utiliza pigmenți sau vopsele colorate). Această imagine constă din microcristale de argint, ale căror proprietăți optice în diferite părți ale imaginii sunt determinate de dimensiunea și forma lor.
În corectitudine, observăm că de la începutul formării și dezvoltării fotografiei au fost mai multe încercări de a obține imagini color în alb-negru emulsie fotografică fără utilizarea de pigmenți sau coloranți colorați. Motivația a fost simplă: dacă obiectivul camerei proiectează o imagine color pe materialul fotografic, atunci de ce ar trebui să fie diferită imaginea rezultată? Mai mult decât atât, există cazuri în care sărurile de argint din halogenuri au schimbat culoarea cu cea pe care au fost iluminate printr-o prismă. În special, a fost posibil să se efectueze în 1848, fizicianul francez Edmond Becquerel: el a obținut spectrul de culoare poate fi văzut încă în Science Museum din Londra. (De notat că Edmond Becquerel -. Un reprezentant al întregii dinastii de oameni de știință francezi Tatăl său, Antoine Becquerel Cesar, a fost angajat în electrochimie, și fiul său, Henri Becquerel, a descoperit radioactivitate).
Imagini cu nuanțe diferite de culoare ar putea fi obținute fără utilizarea coloranților pe plăci de cupru placate cu argint prelucrate în vapori de iod. Au fost numite daguerreotipuri în onoarea unui fondator al fotografiei - Louis Jacques Manda Daguerre. După expunere într-o cameră de orificiu, aceste plăci au fost tratate cu vapori de mercur. Imagini similare sunt stocate în multe muzee din întreaga lume. Una dintre cele mai interesante expuneri legate de istoria fotografiei este colectată în muzeul privat al inginerului Naylor din orașul Boston.
O caracteristică distinctivă a imaginilor pe daguerreotipuri este aceea că ele reflectă lumina dominantă a unei singure lungimi de undă și, prin urmare, arata mai degrabă monocrom decât colorat. Acest dezavantaj a fost uneori compensat prin pictura manuală în culori naturale.
Situația sa schimbat radical după apariția plăcilor fotografice cu emulsii fotosensibile din microcristaluri foarte mici de bromură de argint. Cu plăci fotografice similare, fizicianul francez Gabriel Lippman a efectuat experimente. Plăcile au fost introduse într-o casetă specială, ceea ce face posibil contactul lor cu suprafața mercurului. Lumina din camera de expunere a trecut prin placă și stratul de emulsie, după care a fost reflectată de pe suprafața mercurului. Lumina reflectată a cauzat formarea unui strat fotosensibil imaginii latente, care este îmbunătățită prin manifestarea ulterioară a formării dimensiunii unice a microcrystals straturilor de argint separate printr-un dependent de lungimea de undă a luminii expuse la distanță, iar grosimea lor a fost determinată prin metoda de expunere chimică și procesare fotografică. Imaginea formată a fost percepută vizual ca o imagine obișnuită negativă. Dar când o consideram la un anumit unghi, lumina reflectată a dat o imagine cu o schemă naturală de culori. În 1908, pentru crearea metodei de reproducere a culorii fotografice, Gabriel Lippmann a primit Premiul Nobel pentru Fizică.
În anii următori, metoda Lippman de ceva timp a fost folosit cu succes în scopuri comerciale, dar din cauza dificultăților tehnice evidente, a fost înlocuită de alte metode de imagini color ale pigmenților luminoase de natură organică, care până acum perfecționate.
Spre deosebire de culoarea convențională, imaginea obișnuită alb-negru nu conține pigmenți sau vopsele colorate. Este format din particule de argint. Forma acestor particule se stabilește prin intermediul unui microscop electronic. Acestea sunt filete mici de diferite lungimi sau bobine de filamente. Forma neobișnuită asigură microcristalele de argint cu abilitatea de a absorbi lumina care le aprinde toate lungimile de undă ale spectrului vizibil. Din acest motiv, o imagine formată pe un film transparent sau pe o hârtie albă este înregistrată vizual ca alb-negru. Este interesant faptul că, dacă firele de argint sunt foarte mici, atunci imaginea dobândește o nuanță de culoare, dar aceeași pe toate secțiunile, adică imaginea rămâne monocromă.
Mulți cercetători au studiat la relații de timp diferite între mărimea și forma particulelor de diferite substanțe pe de o parte, și capacitatea acestora de a absorbi și de incidentul imprastie lumina pe ele - pe de altă parte. Existența unei astfel de relații în formă matematică a fost descrisă de Gustav Me în 1908. El nu a putut explica de ce cerul este albastru și de ce soarele roșu la răsărit și apus de soare. Acest lucru este determinat de mai multe procese de dispersie caracteristici subtile, absorbția și refracția luminii care trece printr-un mediu constând din particule de aceeași formă, dar dimensiuni diferite (pete de praf și alte particule atmosferă).
Ecuațiile Mie prezic existența unei relații între dimensiunile particulelor de argint și culoarea lor. Această predicție a fost pus în aplicare la mijlocul anilor 1980, așa-numita hromoskedasicheskoy pictura (termenul „hromoskedasichesky“ este format din rădăcina greacă înseamnă „culoarea atunci când dispersia luminii“). hârtie fotografică negru și alb iluminat cu lumină roșie, iar apoi se aplică cu o pensulă într-o secvență de reactivi diferiți soluții destinate prelucrării obișnuite chimice fotografice: dezvoltatori, fixatori, stabilizatori, activatori. Apoi, hârtia este spălată și uscată. Scala de culori din imaginea ilustrată depinde de dimensiunea particulelor de argint coloidale formate. Pe site-uri diferite acestea sunt diferite. Conform teoriei, culoarea galbenă ar trebui să ofere particule cu un diametru de 10-30 nm, iar lumina roșie - particule cu dimensiunea de la 35 la 65 nm. Cu toate acestea, detaliile proceselor de împrăștiere a luminii cu diferite lungimi de undă într-o imagine reală cromoscadasică nu au fost în cele din urmă stabilite.
Concentrându-se pe rezultatele teoretic ale lui Mi, am putea spera că fotografiile alb-negru pot fi folosite pentru a produce imagini policromice. Este necesar doar să se dezvolte tehnici de instruire, în care emulsia de la site-uri care au primit un pas de expunere diferită, urmată de un tratament chimic va fi format nici un filiform și particule de argint coloidal de dimensiuni diferite. O altă abordare pentru rezolvarea acestei probleme: având gata imagini alb-negru de particule negre de argint filamentare pentru a le transforma în particule coloidale care diferă în mărime în zonele cu densitate optică diferită. Ambele condiții pe care le-am identificat în procesul de lucru. În cele din urmă, putem vorbi despre existența a cel puțin două metode fundamental diferite pentru producerea de imagini policromatice - condensare și imagini dispersive.
Metodele de condensare sunt implementate în două etape de bază: stratul fotosensibil este expus ca o hârtie fotografică convențională, prin contact sau metoda de proiecție (convențională sau printr-o culoare negativ sau pozitiv prin enlarger) și apoi se tratează cu o singură soluție, la o lumină roșie în întuneric timp de 30-40 s . Apoi, lumina este pornită pentru a estima timpul necesar pentru finalizarea procesului (gama de culori a imaginii rezultate depinde de timpul de procesare). Apoi urmează spălarea în apă și uscarea obișnuită a fotografiei.
Care este originalitatea metodei? Sub acțiunea luminii, se formează centrele unei imagini latente a particulelor de argint, formate din aproximativ patru atomi de argint, ca în procesul obișnuit. Centrele imaginii latente sunt invizibile în microscopul electronic și sunt stabile atunci când stratul de film este stocat pentru mult timp în întuneric. Pe secțiunile stratului fotografic, unde expunerea este mai mare, există mai multe astfel de centre. Când cufundat în emulsie monovannu valorile tonale (conține simultan halogenuri de argint solvent și un agent de reducere a substanței) microcristalelor de halogenură de argint începe să se dizolve. Procesul de recuperare duce la o creștere în centre latente de imagine în dimensiune și nu fac mustati, iar particulele de argint coloidal în cazul în care centrele de imagine latentă mult formate de dimensiuni mici particule de argint coloidal aproape de o formă sferică, iar în cazul în care centrul este mic, - particulele mai mari . Ambele difuzează în mod diferit lumina în imaginea finită și sunt percepute de ochi ca fiind pictate.
Punctul culminant al procesului este că stratul de fotografii este neobișnuit. Pentru producerea sa, se utilizează o emulsie monodispersă pe bază de bromură de argint, insensibilă la lumina roșie. Cuvântul "monodispers" înseamnă că microcristalele de bromură de argint au aproximativ aceeași dimensiune (
100-125 nm). În plus, particulele de argint împrăștie perfect radiația luminoasă și o absorb mai puțin, reprezentând o modificare neobișnuită "ușoară" a argintului coloidal. Prin urmare, emulsia nu trebuie aplicată pe un suport transparent, ci pe un suport absorbant de lumină (negru).
În literatura de specialitate, se dau multe compoziții de monovale de fixare în dezvoltare pentru prelucrarea straturilor fotosensibile după expunere. Pe lângă substanțele obișnuite în dezvoltare (metol, hidrochinonă, fenidonă etc.), acestea conțin un solvent de argint halogen, de obicei tiosulfat de sodiu (hiposulfit). Această substanță elimină complet sărurile de argint halide sensibile la lumină din zonele care nu au fost expuse la lumină în timpul expunerii stratului fotografic. În acest caz, pentru a obține o imagine policromă monovann compus hiposulfit folosit in loc de tiocianat de potasiu (KSNS), și într-o cantitate foarte semnificativă. Acest lucru nu este întâmplător. După cum sa dovedit, urme de sulf, care pot fi adsorbite pe argint din soluții conținând hipo, să modifice proprietățile optice ale particulelor coloidale și mai rău imaginea monocromă în schimb policromatice este format cu un ton de culoare plictisitoare. Astfel, metoda este simplă, rezultatul pozitiv obținut este evident, dar este dificil de realizat acasă datorită lipsei de straturi foto pe bază de masă pe bază neagră. Rezolvați problema dacă utilizați plăci fotografice cu granulație fină pentru holografie printr-un intensificator foto. Dar, după ce le primiți o imagine policromă pe partea din spate, este necesar să aplicați cerneală neagră sau hârtie neagră.
Procesele de obținere a imaginilor policrome prin ruperea structurii bobinelor de argint subțire (dispersiv), din care se compune o imagine alb-negru convențională, pot fi realizate în moduri diferite.
Într-unul din cazuri utilizate pentru această soluție este exotică din punct de vedere al compoziției chimice: conține atât de puternic de argint oxidant (așa-numita sare K3 roșii din sânge [Fe (CN) 6]) și un produs de oxidare argint reducător (această borohidrură de sodiu NaBH4) . Borohidrida este inaccesibilă și este necesar să lucrați cu ea cu mare grijă, respectând măsurile de siguranță împotriva incendiilor. Compatibilitatea într-o soluție de un oxidant puternic și un puternic agent reducător, eliminând interacțiunea lor unele cu altele în timpul depozitării, se realizează prin prezența în soluție a unei cantități mari de substanță alcalină (NaOH). Când o fotografie alb-negru este plasată într-o astfel de soluție, imaginea dispare. Acest lucru are loc ca urmare a reacțiilor chimice care conduc la formarea compușilor de argint complexe incolore. Compoziția lor nu a fost stabilită în cele din urmă. Cel mai interesant lucru este că, după spălarea cu apă curentă în loc de alb-negru și este format imagine policrom cu culori bogate, datorită diferenței de mărime a particulelor de argint coloidal și densitatea ambalajului pe diferite părți ale sale. În acest caz, după cum sa dovedit, dimensiunea particulelor de argint este mult mai mică decât în metoda de condensare (de la 2-3 la 20 nm), iar numărul lor pe suprafață unitară a imaginii este mult mai mare. Asemenea particule practic nu împrăștie lumina vizibilă, ci doar o absoarbă selectiv. Acest lucru vă permite să transformați o imagine alb-negru într-un policrom, indiferent de ce bază era - transparentă sau albă, ca pe hârtia foto.
Având în vedere aceste dificultăți cu borohidrură, am încercat să înlocuiască această substanță în compoziția soluțiilor de tratament pentru mai simple și mai accesibile de reducere, care a permis să pună în aplicare proces în versiunea următoare. Imaginile alb-negru pe filme sau pe hârtie fotografică sunt prelucrate mai întâi într-o soluție de iodură de potasiu care conține iod. Într-o astfel de soluție, argintul este oxidat și, eventual, parțial transformat într-un compus care este o sare mixtă de argint și iodură de potasiu KAgJ2. Într-un microscop electronic se poate observa că microcristalele acestei substanțe au dimensiuni de 10-40 nm și o formă triunghiulară. Cu toate acestea în timpul prelucrării ulterioare a emulsiei în soluții de agenți reducători cum ar fi hidrochinona sau fenidon, acestea sunt transformate în vopsite în culori diferite particule de argint coloidal aproape de o formă sferică. În acest caz, culorile imaginilor policromatice poate fi reglată de la albastru pal la introducerea roz închis în soluție în diferite cantități fenilmerkaptotetrazola, sulfit de sodiu și alți compuși.
Interesant, în cazul în care procesul de oxidare argint filiform imagine alb-negru pentru a efectua lumina într-o soluție puternic K3 [Fe (CN) 6], iar produsul de oxidare este apoi reconstituit în soluții care conțin sare feroasă și acid citric în diferite combinații, gama de culori imaginea policromatică emergentă poate fi extinsă în mod semnificativ. Sa dovedit că, în acest caz, imaginea color este determinată pe de o parte, mărimea și forma particulelor de argint coloidal, și pe de altă parte - compuși colorați, cum ar fi fierul albastru de Prusia.
Semnături pentru ilustrații
Fig. 1. Într-o imagine obișnuită în alb-negru, argintul are o structură asemănătoare firului (a). Pentru a obține o imagine policromă, este necesar să se formeze particule de argint sferice. imagine color depinde de mărimea și forma particulelor: mărimea particulelor difuzia luminii de 250-300 nm dă o culoare verde (B), 150-180 nm - roz (a), 100-200 nm - galben (g) 50-70 nm - albastru (e).
