Раздел 5. Химия фотографических процессов


Автор: д.т.н., проф. А.В. Редько

 

  «... В истории развития науки еще никогда не было так, чтобы великое открытие или новый технический метод зарождались на пустом месте. Этим событиям всегда предшествуют вековые наблюдения и многолетняя работа ученых. Так произошло и с изобретением фотографии. Благодаря значительным открытиям в области физики, химии, оптики и механики удалось разработать фотографический метод получения изображений...»


5.1. История изобретения и этапы развития галогенсеребряной фотографии

  Первое упоминание о светочувствительных веществах, обладающих свойством изменяться под действием света, относится к VIII в. н. э., когда арабский медик Ябир Ибн Хайям обнаружил, что «ляпис» (азотнокислое серебро) под действием света темнеет и теряет свои целебные свойства. В XVI в. геолог Г. Фабрициус заметил, что «роговое серебро» (хлорид серебра) темнеет на свету. В 1725 г. известный русский политический деятель А. Бестужев-Рюмин, занимавшийся прикладной химией, открыл светочувствительность солей железа. В 1727 г. немецкий врач И.Х. Шульце на солях серебра, освещая их солнечным светом, впервые получил изображение листьев деревьев и фигур, вырезанных из картона, используя для этого порошок из мела, пропитанный азотнокислым серебром. Это было практически первое в мире изображение, которое получили при помощи светочувствительного вещества.

  В 1777 г. известный шведский химик К. Шееле, зная о светочувствительности солей серебра, обнаружил светочувствительность хлорида серебра к сине-фиолетовым лучам, проецируя на его поверхность изображение спектра, полученного разложением белого света с помощью призмы. Чуть позже И.В. Риттер в 1801 г., повторяя опыты К. Шееле, установил, что хлорид серебра темнеет за коротковолновой границей видимого спектра и открыл существование невидимых глазом ультрафиолетовых лучей. Таким образом, фотография еще не существовала как таковая, но тем не менее с ее помощью было сделано важное научное открытие.

  Одновременно с изучением светочувствительных веществ и попытками с их помощью получить изображение различных предметов велись исследования по разработке методов получения оптического изображения. Еще в XVII в. такого рода работы были направлены на создание оптического устройства для облегчения труда художников. Первым прибором такого рода была так называемая камера-обскура (темная камера), изобретение которой приписывается итальянцу Леонардо да Винчи, гениальному ученому, мыслителю и художнику. Камера-обскура представляет собой закрытый ящик с небольшим отверстием в одной из стенок. Будучи направлена на какой-либо предмет, она позволяла получить на задней стенке камеры перевернутое изображение предмета. Однако яркость изображения, получаемого в камере-обскуры, была невелика. Увеличение же диаметра отверстия в камере повышало яркость изображения, но делало его нерезким. Существенное улучшение камеры-обскура было сделано в XVIII в. итальянцем Делла Порте, вставившем в отверстие камеры линзу из очков, что значительно повысило как яркость, так и резкость получаемого изображения. Эта камера явилась прообразом современного фотоаппарата. К этому же времени в связи с общим развитием науки, в том числе и химии, была открыта группа галогенов: хлора (1774 г.), иода (1811 г.), брома (1826 г.), что дало возможность создавать светочувствительные серебряно-галогенные системы. Все это в значительной мере ускорило изобретение фотографии.

  Дагеротипия. Первая попытка получить изображение с помощью камеры-обскуры было предпринято в Англии в 1802 г. Гемфри Дэви и Томасом Веджвудом, которые экспонировали в камере-обскуре обычную бумагу, пропитанную сначала раствором азотнокислого серебра, а затем раствором поваренной соли. С помощью такой бумаги, между волокнами которой образовывался в результате пропитки хлорид серебра, можно было получить изображение различных фигур. Правда, вскоре эксперименты были прекращены, т. к. экспонирование длилось часами, а изображение получалось нечетким и при рассмотрении на свету полностью исчезало.

  Несколько позже во Франции начал свои исследования по разработке методов получения изображения на светочувствительных веществах Жозеф Нисефор Ньепс. Изучая различные светочувствительные вещества, он обнаружил, что если чистый кристаллический иод подвергнуть возгонке, а затем пары его конденсировать на серебряную пластинку, то такая пластинка становится светочувствительной. Ж.Н. Ньепс в то время не мог понять, что в этом случае образуется светочувствительный иодид серебра. Учитывая то обстоятельство, что изображение получалось при экспонировании в камере-обскуре нечетким, он пришел к заключению, что иод непригоден для получения изображения окружающих нас предметов.

  Это побудило Ж.Н. Ньепса направить свои усилия по другому пути — на исследование асфальта-смолы природного органического происхождения, который обладал хорошей растворимостью в некоторых растительных маслах, например в лавандовом масле. Светочувствительный асфальт в начале наносился тонким слоем на цинковую или оловянную пластину, которая затем экспонировалась в камере-обскуре. При действии света асфальт становился твердым, а в лавандовом масле происходило растворение асфальта только в участках, где не действовал свет. После обработки в лавандовом масле цинковая пластинка погружалась в раствор азотной кислоты и травилась на определенную глубину, а затем механическим путем остатки затвердевшей смолы удалялись с поверхности пластин. Полученные при травлении в кислоте углубления на пластине заполнялись типографской краской с помощью валика. Прикладывая сверху лист бумаги, можно было получить одноцветное позитивное изображение. Несмотря на очень низкую светочувствительность асфальта (выдержка на прямом солнечном свету достигала 6–8 ч), Ж.Н. Ньепс считал, что предложенный процесс может быть с успехом применен для изготовления типографских клише картин, рисунков, чертежей. В 1825 г. он опубликовал свое открытие, назвав его гелиографией. Однако предложенный процесс широкого развития не получил. Итак, Ж.Н. Ньепс был первым, кто в 1826 г. получил фотографическое изображение на светочувствительном веществе с помощью камеры-обскуры. Оригинал изображения на цинковой пластине с нанесенным на поверхность светочувствительным асфальтом, которую Ж.Н. Ньепс экспонировал в течение 8 ч, находится сегодня в музее Техасского университета США.

  В то же самое время в Париже художник-декоратор Луи Жак Манде Дагер изобрел так называемую диораму. Диорама представляла собой ряд картин очень больших размеров на длинной ленте холста, закрепленного на двух вертикальных валах. Перематывая эту ленту с одного вала на другой, Л.Ж. Дагер демонстрировал свои пейзажи зрителям: «Дремучий лес в разные часы дня», «Извержение Везувия» и другие, применяя при этом разные приемы освещения. Это было любимым зрелищем парижан. За короткий период времени диорама несколько раз горела, и Л.Ж. Дагер тратил много усилий на восстановление диорамы и одновременно настойчиво искал способ, позволяющий быстрее рисовать большие полотна. Л. Ж. Дагер, однажды посетив в Париже оптическую мастерскую знаменитого оптика Винсента Шевалье, узнал от него об экспериментах Ж.Н. Ньепса по изысканию светочувствительных веществ, позволяющих регистрировать всякого рода изображения.

  В 1827 г. Л.Ж. Дагер и Ж.Н. Ньепс заключили договор о совместном сотрудничестве. В 1833 г. Ж.Н. Ньепс умер и Л.Ж. Дагер по условиям договора получил Лабораторное оборудование и все дневники экспериментов.

  Повторяя опыты Ж. Н. Ньепса по возгонке иода на серебряную полированную пластину, при случайных обстоятельствах Л.Ж. Дагер получил отчетливое и хорошо видимое позитивное изображение объекта съемки.

  В августе 1839 г. способ был обнародован и назван дагеротипией. Это выдающееся изобретение легло в основу всего последующего развития фотографии.

  Существо процесса заключалось в том, что медная пластина, покрытая тонким слоем серебра, тщательно отполированная до зеркального блеска, помещалась в специальный ящик полированной стороной вниз. Снизу ящика под пластиной помещали чашку с кристаллическим иодом. При подогреве иод начинал возгоняться, и пары его оседали на полированной пластине. Иод вступал в реакцию с серебром, и пластина покрывалась тонким слоем иодида серебра, становясь светочувствительной.

  После экспонирования в камере-обскуре пластину помещали в тот же ящик, но теперь в чашку вместо иода наливали ртуть. При подогревании ртуть испарялась, и ее пары оседали на поверхности экспонированной пластины только в тех местах, где действовал свет, образуя при этом отчетливое позитивное изображение объекта съемки.

  Заслуга Л.Ж. Дагера состояла в том, что он впервые нашел способ превращения скрытого изображения в видимое. Суть этого явления, которое сам Л.Ж. Дагер не смог объяснить, заключалось в том, что иодида серебра под действием света разлагалось с выделением мельчайших частиц металлического серебра, на которых конденсировались пары ртути. Проявленная в парах ртути пластинка затем обрабатывалась в течение нескольких часов в растворе поваренной соли для растворения иодида серебра, оставшегося в участках, где не действовал свет. Позже удалось существенно сократить процесс растворения неэкспонированного иодида серебра за счет применения тиосульфата натрия (гипосульфита). Способ был предложен в 1839 г. астрономом Д. Гершелем. Л.Ж. Дагер рекомендовал разработанный им процесс в основном для получения портретов. При портретной съемке выдержки достигали на ярком солнечном освещении 15 мин из-за низкой светочувствительности иодида серебра. Это было большим неудобством. Для преодоления этих трудностей интенсивно проводились работы по усовершенствованию процесса дагеротипии в двух направлениях, а именно: как по пути повышения яркости оптического изображения, даваемого камерой-обскурой, так и по пути увеличения светочувствительности пластинок.

  Для увеличения светочувствительности пластин в несколько раз позже стали применять не чистый иод, а смесь иода с небольшим количеством брома. Все эти мероприятия привели к тому, что уже в 1841 г. выдержки сократились с 15 до 3 мин, а дагеротипия как дешевый и быстрый способ получения портретов получила повсеместное распространение несмотря на то, что ей были присущи следующие недостатки:

    – изображение было видно только при рассмотрении под определенным углом;

    – для получения изображения нужна была дорогостоящая серебряная пластина;

    – невозможность моментальной съемки из-за малой светочувствительности;

    – пары ртути, которая использовалась для визуализации изображения, очень ядовиты;

    – изображение малоустойчиво, т. к. амальгама постепенно разлагалась с выделением ртути;

    – изображение на пластинке получалось в одном экземпляре и было зеркально-обращенным.

  Последующая замена дорогих серебряных пластинок на стеклянные с нанесенным на них тонким слоем из металлического серебра еще более удешевила этот процесс, и это способствовало тому, что он просуществовал до 1852–1853 гг.