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知其然知其所以然 胶片成分及原理解读

2019-11-25 作者:摄影专区   |   浏览(54)

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。

虽然现在数码相机是绝对的主流,不过在一些“文青”和专业人士的眼中,复古范儿十足的胶片仍然是它们心中的最爱。这么说也并不完全是所谓的胶片情怀作祟,胶片的确有它自己的独到之处,并且以现在的数码技术还暂时无法超越。为了让大家更好的了解这一影像载体,我们本期的《知其然知其所以然》系列栏目就打算以它为讨论对象,带大家了解一下胶片的成分构成及背后的工作原理。

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。

特别提示:本文中所有图片均来源于网络。

胶片显影

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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。

胶片组成

●卤化银

胶片的感光材料可分为“银盐胶片”和“非银盐胶片”两类,今天我们就来着重介绍一下“银盐胶片”的主要化学成分组成及性能。

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。

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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。

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。

●明胶

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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:

对光敏感的微细颗粒主要以悬浮的姿态存在于明胶介质中,胶片上的明胶与现今某些食品所用明胶有些许类似之处。

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。

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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。

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)。

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。

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富士彩色胶卷

了解了胶片的大概构成部分,接下来我们详细谈谈卤化银、明胶以及乳剂层内的其他成分的具体化学组成以及对于显影性能的影响。

●乳剂层内的其他成分

卤化银作用解读

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。

刚才我们在文章开头提到过“银盐胶片”,而所谓的“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。

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。

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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℃。

氯化银微溶于水,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,感光范围能达到500毫微米。

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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。

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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。

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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。

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卤化银是决定感光性能的重要组成部分,不知道这样科学狂人式的解读大家能不能习惯。如果没明白也不要紧,等看完后面明胶和乳剂层内的其他成分的解读以后可能就比较融会贯通了。

明胶作用解读

明胶是从动物的皮、骨头中提炼出的一种高级动物胶,也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,但主要作用不外乎三点。

图片 11

第一、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。

图片 12

第二、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。

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