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。
  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℃