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摄影胶片的化学组成及性能

  虽然使用电子图像感应器感光的数码相机已经成为当今市场的主流,但不少摄影发烧友仍坚守着胶片相机;对于今天的大部分入门爱好者而言,胶片已经渐渐变为一个“神秘的传说”。或许我们看到过它,但却未必了解胶片的基本工作原理和化学成分组成。为此我们邀请资深摄影爱好者饭饭为大家做详细的介绍。

  凡是见光后,可随光线强弱发生不同变化而产生“潜影”、再经过一定的化学或物理方法处理能产生可见影像的摄影材料,即被称为“感光材料”;胶片、CCD、CMOS皆是。如今数码相机的图像传感器采用光电能量转换来产生图像,而传统胶片则主要采用化学变化来达到相同的目的。胶片的感光材料可分为银盐胶片和非银盐胶片两类,本文介绍的是第一种——银盐胶片(下面简称胶片)的主要化学组成及性能。


  胶片显影


首先我们要知道,胶片主要由“感光乳剂”和“乳剂支持体”构成。感光乳剂的主要成分是明胶和颗粒状卤化银,卤化银均匀的分散于明胶中;而支持体因用途不同可为纸基、片基和玻璃,它们和感光乳剂的结合产物分别对应为照相纸、胶片和硬片(干板)。接下来我们详细谈谈卤化银、明胶的具体化学组成以及对于显影性能的影响。


  ●卤化银


所谓“银盐”是指卤素与金属银形成的化合物的总称,这里我们主要讨论氯化银、溴化银和碘化银。氯化银微溶于水,分子量越高的银盐,溶解度越低;它对波长很短的紫色区域及紫外线感光;溴化银对蓝色区域光线感光;碘化银的作用重在增加感光范围。如添加碘化银和溴化银的混合乳剂,感光范围达到500毫微米。


照相乳剂中的卤化银成分不同,感光灵敏度则不同,按感光速度快慢排列的次序是——溴化银中加入微量碘化银的乳剂感光速度最快、溴化银第二、氯化银最慢。根据这些特性,一般来说负片乳剂中含有溴化银和少量碘化银,而氯化银仅适用于低速正片乳剂。卤化银晶体颗粒直径范围为20~50微米到50纳米间,大部分直径大小在0.1~4微米。依其类型、形态、大小及分布状况,在很大程度上决定了感光材料的性能,如感光快慢、解像力、反差等。如常用氯化银来得到较细的颗粒、较高的反差或是使得影像色调偏向棕黑色。


  ●明胶


明胶是从动物的皮、骨头中提炼出的一种高级动物胶,明胶是胶片感光材料的制备中用量最大,性能最复杂的原料,具备多种作用,主要有如下三点:


  1、分散和悬浮卤化银,防止其沉积——明胶的粘性特性使乳剂能够在片基上涂敷成膜,形成厚薄均匀的乳剂层,防止脱落。明胶能被吸附于卤化银晶体表面,达到均匀分离晶体,防止聚集和沉积的作用,这是银盐感光材料可以形成清晰准确影像的重要原因。明胶的浓度对感光性能有一定影响,如增加浓度可形成更细的卤化银颗粒,达到降低感光度和增加反差的结果。


  2、显影时,有明胶包裹卤化银颗粒,是感光差别平行于显影差别的必要条件——卤化银活泼的化学性质在感光后会立刻被还原。明胶的化学惰性包裹卤化银后,可对其自发还原产生阻力,使显影过程中的卤化银还原反应产生时间差,首先从感光强的部分开始,还原出图像。


  3、明胶中的增感和抑制物质,能提高乳剂的感光度和抑制灰雾——明胶内的杂质按作用分类可费为含硫增感剂(硫化物杂质)、还原增感剂(醛类和还原酮)和抑制剂(接近明胶分子量的含硫蛋白质)。硫化物杂质能导致含银原子弹感光核所生成,增加卤化银晶体外感光核数量,提高感光速度。另外,明胶可在卤化银的还原反应中用掉卤素离子,防止和减少卤素离子和银的重新结合,从而提高乳剂层感光效率。不同原料的明胶含有三种物质的不同比例,产生不同的特点,如小牛皮可制出抑制性最高的明胶,鲸鱼皮明胶的灰雾少,但感光度不高。


  ●乳剂层内的其他成分


  1、增感剂——卤化银只对光谱的紫外,紫色和蓝色区域光线敏感,对绿、黄、红光几乎不起作用,因此纯粹的卤化银和人的视觉感知波长交集,重合的仍不够满意。增感剂的作用,就是为了提高卤化银的感光速度和扩大感光范围。增感剂可分为化学增感剂和光学增感剂两大类。有些有机染料可吸收长波长光,并将吸收的能量传递给卤化银,达到唱波长光的感光效果,添入这类染料以达到增感效果的行为称为光学增感。光学增感剂将卤化银乳剂的敏感光谱最大扩大到红外光,提高感光范围,也提高了感光速度。乳剂制造过程中加入微量的含硫化合物、还原剂或重金属盐,它们与卤化银发生反应,生成银、金或者硫化银,形成微小的质点,这些附着于卤化银晶体边角的质点就是感光核,在后面的感光原理中会继续阐述其作用。感光核会提高卤化银晶体对蓝光、紫光的感光速度。这类行为称为化学增感。化学增感对红、绿光仍不敏感。


  2、稳定剂——稳定剂的主要作用为稳定已配制好的银盐乳剂的感光速度,减缓其感光度在存储过程中发生的变化。


  3、涂布添加剂——添加剂的工艺主要用于乳剂的均匀涂敷、防灰雾、坚固明胶、防腐、防霉。 介绍完了胶片的各种成分,我们最后谈谈照相性能的存放时间曲线及其吸水性、保存湿度和温度的问题。如感光乳剂的增感剂与稳定剂达到平衡,胶片具有最佳成像性能和最低灰雾水平。而胶片出厂后,卤化银仍在进行缓慢的化学变化;故而胶片的感光性能在生产数月后会有所下降,而在这之后的数月到数年间则能保持较长时间的稳定性能,数年后会再次遇到一次性能下降的阶梯。此外,潮湿的空气对胶片有着敏感微妙的影响。比如冲洗后的胶片,一般推荐置于50%湿度环境下干燥,能使胶片的卷曲、脆性、静电、粘连和尺寸稳定等特性处于最佳状态。吸水性特点对保存胶片提出了要求,通常推荐环境湿度不高于70%,否则容易生霉。保存对温度也有要求,通常越低越好,值得注意到是,温度对胶片产生的有害影响是可以累积的,意即温度不良环境下保存的胶片,即使得到改善的温度环境,其已衰减的感光特性不可恢复。大多数黑白和彩色胶片的保存温度按照保存时间有所差别,一般为:保存为2个月、6个月和12个月时,温度分别为25℃、15℃和10℃。不论胶片保存多久,所处环境温度不应高于27℃。


胶片的成像原理


  胶片相机使用银盐(主要是溴化银AgBr)感光材料附着在塑料片上(即胶卷)作为载体,拍摄后的胶卷要经过冲洗才能得到照片,在拍摄过程中也无法知道拍摄效果的好坏,而且不能对拍摄照片进行删除。


  每种胶片(包括彩色胶片)都包括两个基本组成部分:一个单层的或多层的感光乳剂层、一个感光乳剂层的支持体——片基。乳剂是由对光敏感的微细颗粒悬浮在明胶介质中而成。胶片上的明胶与某些食品所用明胶类似。


  在明胶中悬浮着的光敏物质是卤化银颗粒。这种颗粒如此微细,只有在高倍显微镜下才能观察到。在1平方英寸通常的感光胶片乳剂中,卤化银晶体的含量约达400亿个之多


  卤化银晶体具有一经曝光其结构就发生变化的特性。这一化学性能变化的机理对我们并非重要,其变化的终结效果才是最重要的。这一变化是怎样产生的呢?当你拍摄时,光线通过相机的镜头射到胶片的乳剂层上,当光线到达卤化银晶体时 这种因卤化银晶体聚结而形成的团块仍然是极其微细的。乳剂层接受到的光量愈 晶体的变化和聚结。这就是说不同强度的光照射到胶片上,胶片乳剂层的微观领域就有不同数量的晶体发生结构变化和相互聚结.


  胶片一经曝光,立即产生潜影——一种看不见的影像。必须将胶片进行显影操作才能使潜影转化为可见的牢固影像。当胶片显影,结构已发生变化的卤化银晶体便转化为黑色金属银颗粒的聚结体,从而产生影像——负像。胶片上那些没有感光的,也就是没有发生结构变化的晶体即被一种称作定影剂的化学品洗去,使这些部分呈现浅灰或透明。结果是负像上黑暗(厚的)部分就是曝光较多部分;明亮(薄的)部分就是曝光较少部分;全透明部分就是没有受到光照射的部分。这就是黑白胶片记录影像的基本过程。


  彩色胶片有三层感光乳剂层,在这些乳剂层里还分别含有不同的能够生成染料的有机化合物,叫做彩色偶合剂(成色剂)。它们本身是无色的,但在彩色显影时能与彩色显影剂的氧化物耦合成为有色的染料。对于负性胶片,上层盲色乳剂里所含的偶合剂在彩色显影时形成黄色,中层形成品红色,下层形成青色,这就是我们得到的经过冲洗的彩色胶片。通过扩印或放大再把影像投射到照相纸上或者是反转片的反转冲洗,胶片上层的黄色转变为它的补色蓝色,中间一层转为绿色,下层则转为红色,我们就得到了与自然状态一样的彩色照片或者透明的反转片。这就是彩色胶片记录影像的基本过程。


  每种胶片(包括彩色胶片)都包括两个基本组成部分:一个单层的或多层的感光乳剂层、一个感光乳剂层的支持体——片基。乳剂是由对光敏感的微细颗粒悬浮在明胶介质中而成。胶片上的明胶与某些食品所用明胶类似。


  在明胶中悬浮着的光敏物质是卤化银颗粒。这种颗粒如此微细,只有在高倍显微镜下才能观察到。在1平方英寸通常的感光胶片乳剂中,卤化银晶体的含量约达400亿个之多


  卤化银晶体具有一经曝光其结构就发生变化的特性。这一化学性能变化的机理对我们并非重要,其变化的终结效果才是最重要的。这一变化是怎样产生的呢?当你拍摄时,光线通过相机的镜头射到胶片的乳剂层上,当光线到达卤化银晶体时 这种因卤化银晶体聚结而形成的团块仍然是极其微细的。乳剂层接受到的光量愈 晶体的变化和聚结。这就是说不同强度的光照射到胶片上,胶片乳剂层的微观领域就有不同数量的晶体发生结构变化和相互聚结.


胶片一经曝光,立即产生潜影——一种看不见的影像。必须将胶片进行显影操作才能使潜影转化为可见的牢固影像。当胶片显影,结构已发生变化的卤化银晶体便转化为黑色金属银颗粒的聚结体,从而产生影像——负像。胶片上那些没有感光的,也就是没有发生结构变化的晶体即被一种称作定影剂的化学品洗去,使这些部分呈现浅灰或透明。结果是负像上黑暗(厚的)部分就是曝光较多部分;明亮(薄的)部分就是曝光较少部分;全透明部分就是没有受到光照射的部分。这就是黑白胶片记录影像的基本过程。


  彩色胶片有三层感光乳剂层,在这些乳剂层里还分别含有不同的能够生成染料的有机化合物,叫做彩色偶合剂(成色剂)。它们本身是无色的,但在彩色显影时能与彩色显影剂的氧化物耦合成为有色的染料。对于负性胶片,上层盲色乳剂里所含的偶合剂在彩色显影时形成黄色,中层形成品红色,下层形成青色,这就是我们得到的经过冲洗的彩色胶片。通过扩印或放大再把影像投射到照相纸上或者是反转片的反转冲洗,胶片上层的黄色转变为它的补色蓝色,中间一层转为绿色,下层则转为红色,我们就得到了与自然状态一样的彩色照片或者透明的反转片。这就是彩色胶片记录影像的基本过程。

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