Химическая обработка фотографий: от скрытого изображения к видимому.

Введение

Химический процесс, преобразующий скрытое изображение в видимое изображение. Фотографическая обработка или проявление – это химический способ обработки фотографической пленки или бумаги после экспонирования для получения негативного или позитивного изображения. Фотографическая обработка преобразует скрытое изображение в видимое, закрепляет его и делает нечувствительным к свету. Все процессы, основанные на желатиносеребряном процессе, схожи, независимо от производителя пленки или бумаги. К исключительным вариантам относятся моментальные пленки, такие как пленки Polaroid, и термопроявляемые пленки. Для обработки пленки Kodachrome требовался запатентованный процесс K 14 от Kodak. Производство пленки Kodachrome было прекращено в 2009 году, а проявление K 14 больше не доступно с 30 декабря 2010 года. Материалы Ilfochrome используют процесс разрушения красителя. Намеренное использование неподходящего процесса для пленки известно как кросс-проявление.

Общие процессы

Все фотопроцессы используют серию химических ванн. Проявление, особенно на этапах проявления, требует очень точного контроля температуры, перемешивания и времени.

Черно-белый негатив

Пленку можно пропитать водой для набухания слоя желатина, что облегчает действие последующих химических обработок. Проявитель преобразует скрытое изображение в макроскопические частицы металлического серебра. Стоп-ванна, обычно разбавленный раствор уксусной или лимонной кислоты, останавливает действие проявителя. Вместо нее можно использовать промывку чистой водой. Фиксаж делает изображение постоянным и светостойким, растворяя оставшийся галогенид серебра. Распространенным фиксажем является гипо, в частности, тиосульфат аммония. Промывка в чистой воде удаляет остатки фиксажа. Остатки фиксажа могут вызывать коррозию серебряного изображения, приводя к изменению цвета, появлению пятен и выцветанию. Время промывки можно сократить, а фиксаж удалить более полно, если после фиксажа использовать гипоклиринговый агент. Пленку можно промыть в разбавленном растворе неионогенного смачивающего агента для обеспечения равномерной сушки, что устраняет разводы, вызванные жесткой водой. (В районах с очень жесткой водой может потребоваться предварительная промывка дистиллированной водой, иначе смачивающий агент при финальной промывке может привести к выпадению остаточного ионного кальция из раствора, вызывая появление пятен на негативе.) Затем пленку сушат в среде, свободной от пыли, разрезают и помещают в защитные конверты. После проявки пленка называется негативом. Негатив можно распечатать: негатив помещают в увеличитель и проецируют на лист фотобумаги. В процессе увеличения можно использовать множество различных техник. Два примера техник увеличения – уклонение и дожигание. В качестве альтернативы (или дополнительно) негатив можно отсканировать для цифровой печати или просмотра в сети после коррекции, ретуширования и/или манипулирования. С химической точки зрения, обычная черно-белая негативная пленка обрабатывается проявителем, который восстанавливает галогенид серебра до металлического серебра; экспонированный галогенид серебра восстанавливается быстрее, чем неэкспонированный, что оставляет изображение из металлического серебра. Затем пленку фиксируют, превращая весь оставшийся галогенид серебра в растворимый комплекс серебра, который затем смывается водой.

The film may be soaked in water to swell the gelatin layer, facilitating the action of the subsequent chemical treatments. The developer converts the latent image to macroscopic particles of metallic silver. A stop bath, typically a dilute solution of acetic acid or citric acid, halts the action of the developer. A rinse with clean water may be substituted. The fixer makes the image permanent and light resistant by dissolving remaining silver halide. A common fixer is hypo, specifically ammonium thiosulfate. Washing in clean water removes any remaining fixer. Residual fixer can corrode the silver image, leading to discolouration, staining and fading. The washing time can be reduced and the fixer more completely removed if a hypo clearing agent is used after the fixer. Film may be rinsed in a dilute solution of a non ionic wetting agent to assist uniform drying, which eliminates drying marks caused by hard water. (In very hard water areas, a pre rinse in distilled water may be required – otherwise the final rinse wetting agent can cause residual ionic calcium on the film to drop out of solution, causing spotting on the negative.) Film is then dried in a dust free environment, cut and placed into protective sleeves. Once the film is processed, it is then referred to as a negative. The negative may now be printed; the negative is placed in an enlarger and projected onto a sheet of photographic paper. Many different techniques can be used during the enlargement process. Two examples of enlargement techniques are dodging and burning. Alternatively (or as well), the negative may be scanned for digital printing or web viewing after adjustment, retouching, and/or manipulation. From a chemical standpoint, conventional black and white negative film is processed by a developer that reduces silver halide to silver metal, exposed silver halide is reduced faster than unexposed silver halide, which leaves a silver metal image. It is then fixed by converting all remaining silver halide into a soluble silver complex, which is then washed away with water.

Вопросы окружающей среды и безопасности

Многие фоторастворы имеют высокое химическое и биологическое потребление кислорода (ХПК и БПК). Эти химические отходы часто обрабатываются озоном, пероксидом или аэрацией для снижения ХПК в коммерческих лабораториях. Отработанный фиксаж и в некоторой степени промывная вода содержат ионы комплекса тиосульфата серебра. Они гораздо менее токсичны, чем свободные ионы серебра, и превращаются в сульфид серебра в канализационных трубах или на очистных сооружениях. Однако максимальная концентрация серебра в сточных водах очень часто строго регламентируется. Серебро также является достаточно ценным ресурсом. Поэтому на большинстве крупных предприятий по обработке отработанный фиксаж собирается для извлечения серебра и утилизации. Многие фотохимикаты используют небиоразлагаемые соединения, такие как ЭДТА, ДТПА, НТА и борат. ЭДТА, ДТПА и НТА очень часто используются в качестве хелатирующих агентов во всех растворах для обработки, особенно в проявителях и вспомогательных промывочных растворах. ЭДТА и другие полиаминополикарбоновые кислоты используются в качестве лигандов железа в растворах для обесцвечивания. Они относительно нетоксичны, и, в частности, ЭДТА одобрен в качестве пищевой добавки. Однако из-за плохой биоразлагаемости эти хелатирующие агенты обнаруживаются в тревожно высоких концентрациях в некоторых источниках воды, из которых берется водопроводная вода. Вода, содержащая эти хелатирующие агенты, может вымывать металлы из оборудования для очистки воды, а также из труб. Это становится проблемой в Европе и некоторых частях мира. Другим небиоразлагаемым соединением, которое широко используется, является поверхностно-активное вещество. В качестве смачивающего агента для равномерной сушки обработанной пленки обычно используют Triton X 100 производства Union Carbide/Dow или октилфенолэтоксилат. Это поверхностно-активное вещество также обладает эстрогенным эффектом и, возможно, другим вредным воздействием на организмы, включая млекопитающих. Крупные производители искали более биоразлагаемые альтернативы ЭДТА и другим компонентам обесцвечивающих агентов, пока отрасль не стала менее прибыльной с наступлением цифровой эры. В большинстве любительских фотолабораторий популярным обесцвечивателем является феррицианид калия. Это соединение разлагается в сточных водах с выделением цианистого газа. Другие популярные растворы для обесцвечивания используют дихромат калия (шестивалентный хром) или перманганат калия. И феррицианид, и дихромат строго регламентируются при сбросе сточных вод с коммерческих предприятий в некоторых регионах. Бораты, такие как бура (тетраборат натрия), борная кислота и метаборат натрия, токсичны для растений даже при концентрации 100 ppm. Многие проявители и фиксажи содержат от 1 до 20 г/л этих соединений в рабочем растворе. Большинство не закрепляющих фиксажей от крупных производителей теперь не содержат боратов, но многие проявители все еще используют бораты в качестве буферного агента. Кроме того, некоторые, но не все, щелочные фиксажи и продукты содержат большое количество боратов. Новые продукты должны постепенно отказываться от боратов, поскольку для большинства фотографических целей, за исключением кислотных фиксажей, бораты можно заменить подходящим биоразлагаемым соединением. Проявители обычно содержат гидроксилированные бензольные соединения или аминированные бензольные соединения, которые вредны для человека и лабораторных животных. Некоторые из них являются мутагенами. Они также имеют высокое химическое потребление кислорода (ХПК). Аскорбиновая кислота и ее изомеры, а также другие подобные восстановители, полученные из сахаров, являются жизнеспособной заменой для многих проявителей. Проявители, использующие эти соединения, активно патентовались в США, Европе и Японии до 1990-х годов, но количество таких патентов значительно снизилось с конца 1990-х годов, когда началась цифровая эра. Химикаты для проявления можно перерабатывать до 70% с использованием абсорбирующей смолы, требуя только периодического химического анализа pH, плотности и уровня бромида. Другим проявителям требуются ионообменные колонны и химический анализ, позволяющие повторно использовать до 80% проявителя. Некоторые обесцвечиватели заявляются как полностью биоразлагаемые, в то время как другие можно регенерировать путем добавления концентрата обесцвечивателя в перелив (отходы). Отработанные фиксажи могут быть очищены от 60 до 90% содержания серебра с помощью электролиза в замкнутом цикле, где фиксаж непрерывно перерабатывается (регенерируется). Стабилизаторы могут содержать, а могут и не содержать формальдегид.

Many photographic solutions have high chemical and biological oxygen demand (COD and BOD). These chemical wastes are often treated with ozone, peroxide or aeration to reduce the COD in commercial laboratories. Exhausted fixer and to some extent rinse water contain silver thiosulfate complex ions. They are far less toxic than free silver ion, and they become silver sulfide sludge in the sewer pipes or treatment plant. However, the maximum silver concentration in discharge is very often tightly regulated. Silver is also a somewhat precious resource. Therefore, in most large scale processing establishments, exhausted fixer is collected for silver recovery and disposal. Many photographic chemicals use non biodegradable compounds, such as EDTA, DTPA, NTA and borate. EDTA, DTPA, and NTA are very often used as chelating agents in all processing solutions, particularly in developers and washing aid solutions. EDTA and other polyamine polycarboxylic acids are used as iron ligands in colour bleach solutions. These are relatively nontoxic, and in particular EDTA is approved as a food additive. However, due to poor biodegradability, these chelating agents are found in alarmingly high concentrations in some water sources from which municipal tap water is taken. Water containing these chelating agents can leach metal from water treatment equipment as well as pipes. This is becoming an issue in Europe and some parts of the world. Another non biodegradable compound in common use is surfactant. A common wetting agent for even drying of processed film uses Union Carbide/Dow Triton X 100 or octylphenol ethoxylate. This surfactant is also found to have estrogenic effect and possibly other harms to organisms including mammals. Development of more biodegradable alternatives to the EDTA and other bleaching agent constituents were sought by major manufacturers, until the industry became less profitable when the digital era began. In most amateur darkrooms, a popular bleach is potassium ferricyanide. This compound decomposes in the waste water stream to liberate cyanide gas. Other popular bleach solutions use potassium dichromate (a hexavalent chromium) or permanganate. Both ferricyanide and dichromate are tightly regulated for sewer disposal from commercial premises in some areas. Borates, such as borax (sodium tetraborate), boric acid and sodium metaborate, are toxic to plants, even at a concentration of 100 ppm. Many film developers and fixers contain 1 to 20 g/L of these compounds at working strength. Most non hardening fixers from major manufacturers are now borate free, but many film developers still use borate as the buffering agent. Also, some, but not all, alkaline fixer formulae and products contain a large amount of borate. New products should phase out borates, because for most photographic purposes, except in acid hardening fixers, borates can be substituted with a suitable biodegradable compound. Developing agents are commonly hydroxylated benzene compounds or aminated benzene compounds, and they are harmful to humans and experimental animals. Some are mutagens. They also have a large chemical oxygen demand (COD). Ascorbic acid and its isomers, and other similar sugar derived reductone reducing agents are a viable substitute for many developing agents. Developers using these compounds were actively patented in the US, Europe and Japan, until the 1990s but the number of such patents is very low since the late 1990s, when the digital era began. Development chemicals may be recycled by up to 70% using an absorber resin, only requiring periodic chemical analysis on pH, density and bromide levels. Other developers need ion exchange columns and chemical analysis, allowing for up to 80% of the developer to be reused. Some bleaches are claimed to be fully bio degradable while others can be regenerated by adding bleach concentrate to overflow (waste). Used fixers can have 60 to 90% of their silver content removed through electrolysis, in a closed loop where the fixer is continually recycled (regenerated). Stabilizers may or may not contain formaldehyde.