Фотографические материалы

ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ (фотоматериалы), светочувствит. материалы, предназначенные для получения фотографич. изображения. Различают галогеносеребряные фотографические материалы, в к-рых светочувствит. элементом является галогенид Ag, и несеребряные (светочувствит. элемент - соед. Fe, Cr, соли диазония и др.; см. Репрография).

Наиб, распространены галогеносеребряные фотографические материалы, к-рые, в свою очередь, классифицируют: по назначению- общего назначения (для профессиональной и любительской художественной и хроникальной фотографии), для профессиональной и любительской кинематографии, спец. назначения (для пром. и научных целей - фототехн. работ, радиографии, аэрофотосъемки, астрофотографии, репродуцирования, голографии, микрофильмирования и др.); по воспроизведению цвета объекта съемки - на черно-белые, цветные и монохроматические (с однотонным окрашенным изображением); по способу применения - на негативные (для съемки), позитивные (для печати с негативов), обращаемые (для прямого получения позитивного изображения); по виду под ложки-на гибкой полимерной основе (фото- и кинопленки), на жесткой основе (фотопластинки, чаще всего из стекла, реже керамики, металла и др.), на бумаге (фотобумага), без основы (бесподложечные слои для регистрации заряженных частиц высоких энергий); по формату- на листовые и рулонные (перфорированные и неперфорированные).

Фотографические материалы характеризуются сенситометрическими (общая и эффективная светочувствительность, коэф. контрастности, фотографич. широта, оптич. плотность вуали, макс. оптич. плотность изображения и др.), структурнорезкостными (разрешающая способность, среднеквадратич. гранулярность, фнция передачи модуляции и др.) и физ.-мех. (термостойкость, мех. прочность слоев, влагоемкость, скручиваемость, уд. поверхностное электрич. сопротивление и др.) показателями. Сенситометрические и структурнорезкостные показатели зависят в осн. от размеров, формы и состава микрокристаллов AgHal, а также условий их хим. или спектральной сенсибилизации.

Осн. сенситометрич. характеристики фотографических материалов определяют по эксперим. характеристич. кривой (сенситограмме, рис. 1), выражающей зависимость между логарифмом экспозиции lg H и оптич. плотностью D почернения (образованного металлич. Ag) или цветного потемнения (образованного красителями). Экспозицию H вычисляют по ф-ле: H= Et, где E -освещенность, t - время экспонирования (вьщержка). Оптич. плотность участков фотографич. слоя, не подвергавшихся действию света, наз. оптич. плотностью фотографич. вуали D₀; она не зависит от экспозиции и определяется св-вами самого фотографического материала и условиями его обработки. Принятая в фотографии величина миним. оптич. плотности представляет собой сумму значений оптич. плотности вуали и оптич. плотности подложки. Наиб. оптич. плотность почернения (потемнения) фотографических материалов, т.е. плотность в высшей точке характеристич. кривой, наз. макс. плотностью D_макс.

Сенситометрич. испытания фотографических материалов проводят в стандартных условиях, при к-рых важнейшим фактором является цветовая температура источника света - величина, характеризующая спектральный состав излучения источника света. Цветовая т-ра определяется т-рой абсолютно черного тела, при к-рой его излучение имеет такой же спектральный состав и такое же распределение энергии по спектру, что и излучение данного источника; выражается в Кельвинах. В сенситометрич. измерениях обычно используют три цветовые т-ры: 2850 К - при испытании фотобумаг; 3200 К - для позитивных кинопленок; 6500 К - для негативных фотографических материалов.

Рис. 1. Характеристическая кривая зависимости оптической плотности от экспозиции (пояснение в тексте).

Светочувствительность S - способность фотографических материалов регистрировать световое излучение и образовывать в фоточув-ствит. слое материала почернение (потемнение). Различают общую (к действию непрерывного излучения в видимой области спектра) и эффективную (к действию красного, оранжевого или желтого света) светочувствительность. Светочувствительность (см²/Дж) рассчитывается как величина, обратно пропорциональная экспозиции: S=1/Et=I/H (см. Фотография черно-белая). При характеристике фотографических материалов светочувствительность измеряют, как правило, в относит, единицах - числах светочувствительности - по ф-ле S = k/Н_кр, где H_кр - экспозиция, необходимая для получения определенной оптич. плотности потемнения D_кp (критерий светочувствительности); k - коэф. пропорциональности, имеющий определенное принятое значение для каждого из видов фотографических материалов. Для черно-белых негативных фотографических материалов общего назначения за критерий светочувствительности приняты оптич. плотность D_кp = D₀ + 0,l и коэф. пропорциональности . Ниже приводятся примерные соотношения чисел светочувствительности фотографических материалов в разл. сенситометрич. системах, принятых в мире,- единицах ГОСТ, или ISO - International Standarts Organization, а также градусах DIN - Deutsche Industrie Nor-men (Германия):

Строгого эквивалента между светочувствительностью фотографических материалов и числами светочувствительности не существует; приблизительно считают, что 1 единица ГОСТ эквивалента 10⁶ см²/Дж.

Коэф. контрастности - градиент прямолинейного участка характеристич. кривой - характеризует способность фотографических материалов передавать различие яркости объекта съемки по различию оптич. плотностей потемнении. Определяется как тангенс угла наклона прямолинейного участка кривой к оси абсцисс:

Фотографическая широта L определяется как интервал яркостей объектов съемки, передаваемых на изображении с одинаковым коэф. контрастности; на характеристич. кривой соответствует диапазону логарифмов экспозиций: L = lgH₂ - lgH₁. Интервал экспозиций, ограниченных верх, и ниж. пределами потемнении, наз. полным интервалом экспозиции L_макс или полной фотографии, широтой.

Разрешающая способность R-способностьфотографических материалов раздельно передавать мелкие детали (участки) объекта фотографирования; выражается кол-вом разрешаемых линий на 1 мм в фотографии, изображении спец. тест-объекта (т. наз. резольвометрич. миры).

Гранулярность - флуктуации оптич. плотности равномерно экспонированного и проявленного фотографического материала; численная оценка микронеоднородности (зернистой структуры) фото-графич. изображения определяется среднеквадратич. гранулярностью.

Собственная спектральная чувствительность галогенидов Ag высока только для излучения с длиной волны, меньшей или равной 500 нм. Применение сенсибилизирующих красителей (см. Сенсибилизация оптическая)позволяет создать фотографические материалы, чувствительные ко всей видимой и ближней ИК области спектра с длиной волны до 1500 нм. В зависимости от спектральной чувствительности фотографические материалы делят на несенсибилизированные (обычно позитивные и рентгенографические) - чувствительные к синим и более коротким лучам света и жесткому излучению; ортохроматические и изоортохроматические- чувствительные к синим и желто-зеленым лучам; панхроматические и изо-панхроматические- чувствительные ко всему видимому спектру; инфрахроматические- чувствительные к синим лучам и ИК излучению.

Строение фотоматериалов. Все галогеносеребряные фотографические материалы состоят из светочувствит. (эмульсионных) и дополнит. (вспо-могат.) слоев, нанесенных на подложку (рис. 2-4).

Основой всех фотографических материалов является светочувствительный слой толщиной 3-30 мкм, к-рый представляет собой суспензию микрокристаллов AgHal (см. Фотографические эмульсии). Поверхностная концентрация AgHal (в пересчете на Ag) от 0,1 г/м² в малочувствит. фотографических материалах до 5-10 г/м² в высокочувст-вит. негативных фотографических материалах и до 10-35 г/м² - в радиографич. материалах. В светочувствит. слое фотографических материалов содержится до 40-60% AgHal (в нек-рых случаях, напр. в т. наз. ядерных эмульсиях, до 90%), 30-50% желатина и 5-10% влаги.

Подложкой для разл. фотографических материалов могут служить стеклянные пластинки толщиной 0,8-5 мм (и более), гибкие полимерные пленки из триацетата целлюлозы толщиной 60-220 мкм или полиэтилентерефталата толщиной 25-175 мкм, а также ме-таллич. и керамич. пластинки. Основа фотобумаги - гл. обр. бумага, картон, иногда ткань (см. Бумага фотографическая).

Для придания фотографическим материалам высоких физ.-мех., противоореольных, антистатич. и др. св-в на подложку и светочувствит. слои обычно наносят вспомогат. и дополнит. слои - подслой, защитный, противоореольный, противоскручивающий, антистатический, фильтровый, промежуточный, восковый и др.

Подслой- вспомогат. слой толщиной 0,5-1 мкм, нанесенный на подложку в целях обеспечения прочного сцепления (адгезии) светочувствит. слоя с подложкой. Подслой для фото- и кинопленок содержит коллоидный р-р желатины в воде, орг. р-ритель, растворяющий полимер подложки, и орг. к-ту, стабилизирующую коллоидный р-р желатина; подслой для фотопластинок содержит, кроме того, жидкое стекло, подслой для фотобумаги - баритовый слой.

Защитный слой представляет собой слой сильно за-дубленного желатина с добавкой синтетич. полимера (напр., латекса) толщиной 0,5-1,5 мкм; наносится на пов-сть эмульсионного слоя фотопленки или фотобумаги и предохраняет его от мех. повреждений и воздействия окружающей среды.

Для уменьшения ореолов отражения при съемке яркосве-тящихся объектов в негативных кино- и фотопленках и фотопластинках под светочувствит. слой или на обратную сторону подложки наносят противоореольный лаковый или желатиновый слой, содержащий пленкообразующее в-во и краситель или пигмент (напр., золь Ag, сажу), к-рые обесцвечиваются или вымываются в процессе обработки фотографических материалов. В ряде негативных пленок роль противо-ореольной защиты выполняет прокрашенная в массе основа. Желатиновый противоореольный слой, нанесенный на обратную сторону подложки, служит также и противоскручиваю-щим слоем.

Противоскручивающий слой (контрслой) - лаковый слой из синтетич. полимеров, наносимый на обратную сторону подложки для улучшения плоскостности пленки, а в ряде случаев и для придания пленке глянца и улучшения антистатич. св-в.

Антистатич. слой- вспомогат. слой толщиной 0,5-1 мкм; представляет собой слои полимеров с добавками электролитов, электропроводящих наполнителей (высокодисперсные сажа, графит и др.), ПАВ и др. соед., способных поглощать из воздуха заряженные частицы, нейтрализующие заряд фотографического материала, или влагу, повышающую его поверхностную проводимость.

Фильтровый слой служит для поглощения нежелательных лучей света, действующих на лежащие под ним светочувствит. слои. В цветных негативных фотографических материалах применяют желтый фильтровый слой, поглощающий синие лучи и состоящий обычно из коллоидных частиц Ag, равномерно распределенных в желатине. Цветные пленки с недиффундирующими цветными компонентами имеют три эмульсионных слоя, фильтровый (цветоделительный) слой и зеленый или черный противоореольный слой на обратной стороне основы. Верхний эмульсионный слой чувствителен только к синей зоне спектра, и при цветном проявлении в нем образуется изображение из желтого красителя. Средний слой чувствителен к зеленой части спектра, и при проявлении в нем образуется пурпурный краситель. Нижний слой чувствителен к красной части спектра, и в нем образуется голубой краситель. Фильтровый слой помещается между верхним синечувствит. и средним зеленочувствит. эмульсионными слоями, защищая нижележащие слои от действия на них синих лучей; тем самым выполняется одно из условий правильного цветоделения при съемке. При обработке на стадиях отбеливания и фиксирования происходит обесцвечивание фильтрового слоя.

В цветных многослойных фотографических материалах между эмульсионными слоями наносят промежуточные желатиновые слои толщиной 0,5-1 мкм, уменьшающие межслойные эффекты.

Виды фотоматериалов. Негативные фотопленки общего назначения применяют для фотосъемок при дневном и искусств. освещении в художественной, репортаж-ной, любительской и профессиональной фотографии. Выпускаются черно-белые, монохроматические или цветные фотографические материалы малой, средней и высокой светочувствительности. По спектральной чувствительности черно-белые фотопленки обычно панхроматические; цветные негативные пленки выпускают разл. видов: для съемки при дневном свете - сбалансированные к цветовой т-ре 5500 К (индекс :Д:), для съемки при искусств, освещении - сбалансированные к цветовой т-ре 3200 К (индекс :Л:); для съемки при любом освещении -сбалансированные к цветовой т-ре 4200 К.

Выпускают фотопленки гл. обр. на основе триацетата целлюлозы с противоореольным и противоскручивающим слоями в виде листов или рулонов. Ширина листов до 40 см, рулонов - 16, 35 или 61,5 мм при длине до 1,65 м.

Позитивные черно-белые фотопленки предназначены для любительской фотографии и репродукционных работ. Характеризуются высокой резкостью и глубоким черным тоном получаемого мелкозернистого изображения, повышенной мех. прочностью и термостойкостью фотогра-фич. слоя. Выпускается в виде рулонов и листов.

Обращаемые фотопленки используют для получения черно-белого или цветного изображения - диапозитивов (слайдов). Характеризуются небольшой фотографич. широтой и требуют точной экспозиции при съемке.

Фотографические материалы для промышленных и научных целей по своим сенсито-метрич., структурно-резкостным и физ.-хим. св-вам подразделяются на фототехн. пленки и пластинки, радиографические, астрономич. пленки, фотографические материалы для аэрофотосъемки, микрофильмирования и голографии. Характеризуются, как правило, высокой чувствительностью, контрастностью, могут иметь разл. спектральную сенсибилизацию и быть негативными или позитивными.

Фототехн. черно-белые пленки и пластинки предназначены для репродукционных и копировальных работ в полиграфии, радиоэлектронике и электротехнике. Изготовляются на полиэтилентерефталатной (толщина 65-175 мкм) или триацетат-целлюлозной (100-200 мкм) подложках; м.б. несенсибилизированными, ортохроматическими и изопанхроматическими.

Радиографич. пленки предназначены для мед. рентгеновских и флюорографич. съемок, дозиметрич. контроля степени облучения живых организмов, наличия ионизирующих излучений, дефектоскопии, рентгеновского структурного анализа и рентгеновской спектроскопии. Характеризуются большой поверхностной концентрацией AgHal в эмульсионном слое, высоким коэф. контрастности, имеют обычно два эмульсионных слоя, нанесенных на обе стороны подложки. Различают мед., техн. и дозиметрич. радиографич. фотографические материалы. Выпускаются на бесцв. или окрашенной в голубой цвет подложке из триацетата целлюлозы или полиэтилентерефггалата толщиной 160-220 мкм (для форматных пленок) и 135-150 мкм (для рулонных флюорографич. пленок).

Астрономич. фотопленки и пластинки предназначены для регистрации малоконтрастных объектов небольшой угловой протяженности при астрономич. наблюдениях; позволяют получать данные о спектре излучения, скорости движения, положении в пространстве и структуре небесных тел. Характеризуются высокой контрастностью, высокой разрешающей способностью; для повышения чувствительности нек-рые астрономич. пленки подвергают гиперсенсибилизации.

Аэрофотопленки - негативные рулонные фотографические материалы на гибкой полимерной подложке, предназначенные для аэросъемок. Характеризуются повышенной контрастностью; подразделяются на низкочувствит. высокоразрешающие, среднечувствит. и высокочувствит. черно-белые, спектрозональные и цветные. Черно-белые аэрофотопленки по спектральной чувствительности м. б. изопанхроматическими, ортохроматическими, ин-фрахроматическими или многозональными (имеют максимум спектральной чувствительности в неск. зонах излучения от УФ до ИК). Спектрозональные пленки характеризуются высокой чувствительностью как в видимой, так и ИК зонах спектра; изображение на них формируется из красителей в условных цветах. Имеют обычно два или три эмульсионных слоя, чувствительных в разл. зонах спектра; верх. слой обычно инфрахроматический, нижний - ортохроматический или панхроматический; в состав этих слоев помимо AgHaI и др. составляющих входят цветообразующие компоненты, превращающиеся при цветном проявлении в красители. Выпускаются аэрофотопленки на полиэтилентерефталатной или триацетатцеллюлозной бесцветной или прокрашенной подложке разл. толщины в виде рулонов.

Фотопленки для микрофильмирования (типа "Микрат") предназначены для съемки и копирования чертежно-конструкторской документации, научно-техн. информации. Характеризуются высокой разрешающей способностью и контрастностью изображения; различаются величиной светочувствительности и разрешающей способности, областью спектральной чувствительности, типом противооре-ольного слоя. Выпускаются в виде листов или рулонов на полиэтилентерефталатной и триацетатцеллюлозной подложке.

Фотопленки для голографии предназначены для записи голографич. изображения в сходящихся и встречных лучах лазерного излучения, для регистрации быстропротека-ющих процессов, неразрушающего контроля разл. изделий, в качестве элементов памяти голографич. запоминающих устройств, в медицине для голографич. съемки внутр. органов, в искусстве для съемки художеств. и историч. объектов, портретов и т.п. Характеризуются низкой светочувствительностью, повышенной контрастностью, высокой разрешающей способностью; обычно имеют панхроматич. спектральную сенсибилизацию.

Инфрахроматические фотопленки предназначены для спектрального анализа и фотосъемки в ИК лучах в лазерной и полупроводниковой технике, астрономии, криминалистике и др. Различаются по величине светочувствительности и дополнит, спектральной чувствительности в интервале 810-1360 нм. Выпускаются на бесцв. полимерной подложке на основе триацетата целлюлозы или полиэтилен-терефталата толщиной 140 мкм; очень чувствительны к действию повышенных т-р, поэтому хранятся обычно при отрицат. т-ре.

Фототкани- позитивные фотографические материалы, предназначенные для получения черно-белых и цветных фотоотпечатков с негативов контактным и проекционными способами печати; по фотографич. св-вам близки к фотобумагам. Подложка в таких фотографических материалах- аппретированные ткани из синтетич. и искусств, волокон или хл.-бум. ткани типа бязи.

Кинопленки для профессиональной и любительской кинематографии предназначены для разл. видов киносъемок и печати фильмов, записи и воспроизведения звука. Разделяются на черно-белые и цветные. Выпускают кинопленки след. типов: негативные, позитивные, обращаемые, контратипные (для получения дубль-негатива или дубль-позитива), фонограммные для записи звука, гидротипные (для получения цветных отпечатков). Кинопленки состоят практически из тех же слоев и характеризуются теми же показателями, что и фотопленки (рис. 2, 3 и табл.).

Выпускают кинопленки на гибкой триацетатцеллюлозной (реже полиэтилентерефталатной) подложке в виде полос (лент) разл. ширины в рулонах, на бобинах, сердечниках, катушках. По размерам м.б. шириной 8, 16, 35 и 70 мм с одно- или двусторонней перфорацией, длиной от 10 до 300 м.

Кинопленки для пром. и научных целейгл. обр. черно-белые Инфрахроматические; предназначены для съемки в ИК области света при спектроскопич. анализе газов, жидкостей и твердых тел, регистрации лазерного излучения и тепловых полей, в атомном эмиссионном анализе, телефотографии, рентгенодиагностике. Характеризуются повышенной контрастностью, различаются по величине светочувствительности в диапазоне видимого и ИК излучения от 600 до 980 нм.

ОСНОВНЫЕ ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ФОТОМАТЕРИАЛОВ

При хранении фотографических материалов наблюдается их старение, заключающееся в уменьшении светочувствительности с увеличением плотности вуали (т. наз. нормальное старение) или при практически неизменном уровне вуали ("аномальное" старение). Каждый вид фотографических материалов характеризуется гарантийным сроком хранения, в течение к-рого может наблюдаться падение чувствительности и рост вуали, что необходимо учитывать при экспонировании и хим.-фотографич. обработке. Чем выше светочувствительность фотографических материалов, тем меньше срок их хранения. Фотографические материалы необходимо хранить в оригинальной заводской упаковке при пониженной т-ре, не превышающей 18 ⁰C, и относит. влажности 40-60%; они должны быть защищены от воздействия агрессивных газов, рентгеновского и радиоактивного излучения, мех. повреждений. Для длит. хранения черно-белых фотографических материалов рекомендуется т-ра 4-5 ⁰C, для цветных и инфра-хроматич. фотографических материалов- от -20 до 2 ⁰C.

Лит,: Продукция и изделия химико-фотографической промышленности. Каталог, Черкассы, 1986; Дьяконов А.Н., Химия фотографических материалов, M., 1989; Журба Ю.И., Краткий справочник по фотографическим процессам и материалам, 4 изд., M., 1991. Ю.И. Журба.