Фотография

Как это начиналось? Первые в мире снимки

Целенаправленную работу по химическому закреплению светового изображения в камере-обскуре ученые изобретатели разных стран начали только в первой трети прошлого столетия. Наилучших результатов добились известные теперь всему миру французы Жозеф Нисефо Ньепс (1765—1833), Луи-Жак Манде Дагер (1787—185) и англичанин Вильям Фокс Генри Тальбот (1800—1877). Их и принято считать изобретателями фотографии.

7 января 1839 г. на заседании Парижской Академии наук Л. Дагер сообщил, что он совместно с химиком Ж. Ньепсом нашел способ «остановить мгновение» — запечатлеть на медной посеребренной пластинке облик вечно меняющегося окружающего мира. Проецируя изображения объекта с помощью камеры-обскуры на поверхность такой пластинки, покрытую слоем светочувствительного асфальтового лака, удавалось получить через несколько минут точное позитивное изображение. Этот день считают днем рождения фотографии (по-гречески «фотос» — «свет», «графо» — «пишу»). Хотя применяемый ныне способ фотографии — с использованием негативов и печатанием с них любого числа позитивов — был запатентован спустя 2 года, в 1841 г., англичанином У. Толботом. В основе этого и подобных ему способов фотографии лежит фотохимическая реакция разложения галогенидов серебра под действием света.

В современном фотографическом процессе для получения негативов используют слой фотографической эмульсии – смеси мельчайших кристалликов йодистого или бромистого серебра с желатиной (белковым веществом, «животным клеем»), — нанесенный на прозрачную подложку из стекла или полимерной пленки. Желатина защищает их от выпадения. Светочувствительность их объясняется присутствием в кристаллической решетке микрокристаллов включений из металлического или сернистого серебра. Эти включения служат центрами светочувствительности. В одном микрокристалле может быть несколько центров светочувствительности. Располагаются они на поверхности и внутри микрокристалла.

В целях улучшения свойств фотографической эмульсии иногда желатину частично или полностью заменяют синтетическими высокомолекулярными соединениями.

Современные серебряные фотографические материалы обычно содержат разные добавки, благодаря которым удается делать их чувствительными к свету с разной длиной волн — от инфракрасного до ультрафиолетового.

Главным носителем изображения является фотопленка.

Фотопленка представляет собой гибкую ленту, по краям которой расположены перфорационные отверстия.

Фотопленки имеют сложное строение. Они состоят из связанных между собой слоя фотографической эмульсии и подложки, резко различных по свойствам.

Фотопленки бывают черно-белыми и цветными, и обладают различными фотографическими и техническими свойствами.

Светочувствительный слой фотопленки содержит огромное количество микрокристаллов галогенида серебра. В некоторые фотографические эмульсии, главным образом для негативных пленок, добавляют соли золота.

Обработка фотоматериала

Под обработкой фотоматериала обычно понимают все операции, которые необходимы для получения изображения – экспонирование фотоматериала, его проявка и фиксирование. Указанная последовательность процессов верна всегда, даже в случае современного способа получения прямого позитивного изображения (при использовании специальных материалов).

Все операции, следующие за проявлением, носят вспомогательный характер. Их цель чаще всего сводится к тому, чтобы сохранить полученное изображение.

Экспонирование фотоматериала.

Этот процесс происходит по формуле

2AgBr + h  2Ag + Br2

или

При этом образуется скрытое изображение.

Устойчивую группу атомов серебра, образующуюся под действием света, в микрокристалле галогенида серебра называют центром скрытого изображения. Скрытое изображение не видимо не только невооруженным, но и на оптическом микроскопе. Размер центров скрытого изображения оценивается в -- см., т.е. он лежит за пределами возможностей оптического разрешения приборов.

Проявление фотоматериала

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 освещенных участках материала:

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 неосвещенные 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

,
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 щелочи, 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), соду (карбонат натрия ), поташ (карбонат калия ), едкий натр (гидроксид натрия ), едкое кали (гидроксид калия ) 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 .

Сульфит натрия выполняет важную функцию в растворе. Он вступает в реакцию с продуктами окисления проявляющего вещества, например с хиноном (формула), 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. Для устранения этого дефекта в проявляющий раствор вводят противовуалирующие вещество, которое тормозит образование вуали и регулирует скорость проявления.

Противовуалирующими свойствами обладают бромистый калий (KBr), йодистый калий ( KY ), бензотриазол( ), нитробензимидазол () 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.

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 () по следующему уравнению:

Светочувствительный слой фотопленок становится прозрачным. Однако комплексная соль трудно растворима в воде и может через некоторое время быть причиной появления желтых или коричневых пятен на фотопленке.

Во второй стадии образуется легкорастворимая комплексная соль по уравнению:

или

Чтобы вторая стадия была проведена полностью, фотопленки 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 фотопленок, 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 фотопленки 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 фотопленок.

С увеличением температуры раствора фиксирование ускоряется. Предел повышения температуры определяется степенью задубленности светочувствительного слоя фотопленок.

Фиксирующие растворы различают по их составу и действию. Они бывают слабощелочными, нейтральными, кислыми, кислодубящими, кислодубящими быстрыми.

Чернобелые фотопленки в большинстве случаев обрабатывают в кислодубящих фиксирующих растворах, так как эти растворы дубят светочувствительный слой и предохраняют его от окрашивания продуктами окисления проявителя.

Цветные фотопленки обрабатывают в слабощелочных или нейтральных фиксирующих растворах, чтобы они не разрушали красители, составляющие цветное изображение. Однако есть и специальные кислодубящие фиксажи для обработки цветных фотопленок.

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.

В современной фотографии разработаны способы получения прямого позитивного изображения. Обращение негативного изображения в позитивное обычно осуществляют с использованием двух слоев светочувствительного материала с диффузионным переносом изображения в приёмный слой. Этот способ позволяет получить позитивное изображение прямо в фотоаппарате.

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 приемном слое позитивное изображение. В фотоматериал для черно-белого диффузионного процесса входят: светочувствительный галогенид серебра; обрабатывающий раствор, который содержит проявляющие и комплексообразующие вещества; материал-приемник. 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 ) и образующийся комплекс (в данном случае ) диффундирует в материал-приемник. Здесь он восстанавливается до металлического серебра, которое и создает позитивное изображение.

В мокром способе создания видимого изображения применяют жидкие обрабатывающие растворы. Они содержат проявляющее вещество, тиосульфат натрия, щелочь, 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 приемным слоями. При извлечении из фотоаппарата приемный материал отделяют от исходного материала и наносят на него быстровысыхающий стабилизирующий состав, образующий глянцевое защитное покрытие.

Заключение

Фотография наших дней — это и область науки о ней самой и область техники, это методы исследования и документации, «зеркало памяти» народов, это художественное призвание людей, это и различные виды прикладной деятельности. Из всего многообразия применения фотографии следует в первую очередь выделить три — самые главные.

Фотография в науке и технике

Фотография сразу же стала незаменимой в этнографии, географии, в археологии, астрономии, в физике, металлографии, биологии, микробиологии и в других науках. Она стала самостоятельным методом исследования, проникая не только в мир видимый, но и в глубины макро- и микрокосма. В соединении с техникой телевидения космическая фотография — поистине всемогущее средство познания. В течение пяти минут с помощью многозональной камеры из космоса получают такое количество фотоинформации, для которой при аэрофотосъемках потребовалось бы два года, а при съемках в геологических экспедициях — восемьдесят лет.

С помощью фотографии мы смогли взглянуть на Землю с космических высот, увидеть лунный пейзаж и обратную сторону Луны. Первые фототелеснимки были выполнены советскими космическими аппаратами. Американские астронавты фотографировали на самой Луне и с Луны. Невероятно большое количество съемок земной поверхности осуществили экипажи космических станций «Салют» и "Мир" во время многомесячных полетов, чем невиданно обогатили многие науки и отрасли народного хозяйства России.

Фотография в общественной жизни

С изобретением светописи необычайно расширились возможности зрительного восприятия. За последние сто с небольшим лет создан, по существу, новый язык визуальной информации. Он надежно служит теперь человечеству.

Сегодня трудно представить, что фотографии когда-то не существовало – так сжились и свыклись мы с нею, так прочно она вошла во многие отрасли промышленности.

Список литературы

Е.А. Иофис «Кинофотопроцессы и материалы», М., 1980 г

Ю.Н. Кукушкин «Химия вокруг нас», М.,1992 г

А.Г. Волгин «Фотография. 100 рецептов», М., 1993 г

Краткий справочник фотолюбителя. Под редакцией А.А. Панфилова. М., 1984 г

Н.И. Кириллов «Фиксирование и промывка фотографических материалов», М., 1948 г