Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của nhiếp ảnh

Có nhiều cách để lưu lại những ký ức tuyệt vời trong quá khứ lẫn hiện tại. Một trong số đó là nhiếp ảnh. Bạn dễ dàng bắt gặp nhiều cửa tiệm chụp hình trên khắp đường phố hoặc có thể mua cho mình một chiếc máy ảnh. Từ khi ra đời cho đến nay, nhiếp ảnh đã trải qua nhiều thay đổi lớn. Nhưng khi xem xét dưới góc độ hóa học thì sự thay đổi này như thế nào? Hôm nay, tôi sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về vấn đề này nhé!

Vậy nhiếp ảnh là gì?

Nhiếp ảnh là quá trình tạo ra hình ảnh bằng tác động của ánh sáng với phim hoặc thiết bị nhạy sáng. Nhiếp ảnh dùng một thiết bị đặc biệt để ghi lại hình ảnh của vật thể thông qua ánh sáng được phản chiếu từ các vật thể lên giấy hoặc phim nhạy sáng, bằng cách căn thời gian phơi sáng. Quá trình này được thực hiện bằng các thiết bị cơ học, hóa học hay kỹ thuật số thường được gọi là máy ảnh hay máy chụp hình.

Giai đoạn đầu của nhiếp ảnh

Các quy trình nhiếp ảnh thực tế được sáng tạo vào những năm 1830 bởi Louis-Jacques-Mandé Daguerre ở Pháp và William Henry Fox Talbot ở Anh. Theo phương pháp của Daguerre, một tấm bạc tráng bạc iod được phơi sáng trong một chiếc máy ảnh, nhờ đó chất iodua bạc tiếp xúc được phân hủy thành bạc kim loại và i-ốt.

Một hình ảnh rõ ràng đã thu được bằng cách xử lý các tấm với hơi thủy ngân (mà pha trộn bạc) và bằng cách rửa nó trong một dung dịch muối mạnh để loại bỏ các i-ốt bạc còn lại. Một hình ảnh dương bản có thể được xem bằng cách giữ “Daguerreotype” trong ánh sáng xiên với một nền tối, do đó, các vùng bạc hỗn hợp xuất hiện sáng và tấm bạc xuất hiện tối.

Quy trình của Talbot bao gồm rửa giấy liên tục trong các dung dịch nước muối và nitrat bạc, do đó lắng đọng bạc clorua trong các sợi giấy. Giấy can sau đó được phơi ra trong một máy ảnh cho đến khi một hình ảnh màu bạc sẫm xuất hiện ở những vùng bị ánh sáng tấn công, và clorua bạc còn lại được loại bỏ bằng cách rửa bằng dung dịch muối cô đặc hoặc dung dịch natri thiosulfat.

Bằng cách waxing hoặc bôi dầu tấm âm bản, Talbot làm cho tờ giấy trong suốt, và sau đó bằng cách làm cho sự tiếp xúc của ánh sáng khuếch tán thông qua các âm bản vào một tờ nhạy cảm, ông đã tạo ra một hình ảnh dương bản. Một số lượng không giới hạn các bản sao của một bức ảnh do đó có thể được làm từ bất kỳ một âm bản.

Cải tiến trong phương pháp của Talbot

Cả hai phương pháp của Daguerre và Talbot đều bất tiện vì chúng yêu cầu phơi sáng lâu trong máy ảnh – đôi khi khoảng 60 phút. Năm 1840 Talbot cải thiện đáng kể quá trình của mình. Ông phát hiện ra rằng phơi sáng máy ảnh rất ngắn (khoảng 1/60 số ảnh cần thiết để đưa ra một hình ảnh có thể nhìn thấy) để lại một hình ảnh “ẩn” vô hình trên giấy nhạy cảm. Hình ảnh ẩn sau đó được “phát triển” thành một hình ảnh có thể nhìn thấy bằng cách xử lý bằng dung dịch axit galic và bạc nitrat.

Sự thay đổi này, cùng với tính năng âm bản / dương bản, làm cho quá trình của Talbot vượt trội đến mức nó đã sống sót, dưới hình thức chung của nó, cho đến ngày nay. Sự khác biệt chính giữa quá trình Talbot và nhiếp ảnh thực tế hiện đại là bây giờ bạc halide, dưới dạng các tinh thể cỡ micron hoặc “ngũ cốc”, bị treo trong gelatin. Nhũ tương gelatin được phủ như một màng mỏng trên các tấm thủy tinh hoặc các tấm nhựa hoặc giấy mềm dẻo.

Cơ chế của quá trình chụp ảnh

Khi một photon bị hấp thụ bởi hạt bạc halide, electron bị đẩy ra từ ion halogen và tạm thời được giữ ở một vị trí nào đó trong tinh thể. Một ion bạc có thể di chuyển đến vị trí và kết hợp với electron để tạo thành một nguyên tử bạc. Nguyên tử không ổn định; nó có thể phân hủy trở lại thành một ion bạc và một electron tự do. Tuy nhiên, trong suốt cuộc đời của nó, nguyên tử có thể bẫy một electron thứ hai nếu có sẵn.

Nếu electron thứ hai này vẫn còn bị mắc kẹt cho đến khi sự xuất hiện của một ion bạc thứ hai, một cụm hai nguyên tử. Sự tích tụ của một cụm bạc có thể tiếp tục miễn là các electron có sẵn. Cụm nhỏ nhất tương ứng với một hình ảnh ẩn ổn định được cho là bao gồm ba hoặc bốn nguyên tử bạc. Các đốm có kích thước này hoặc lớn hơn trên bề mặt tinh thể có thể xúc tác cho hành động tiếp theo của một nhà phát triển.

Quy trình xử lý cơ bản

Nội dung sau đây là một quy trình xử lý cơ bản để được một bức ảnh tốt để in. Bạn có thể tham khảo nhé!

1. Phơi nhiễm vật liệu nhạy cảm, thường là nhũ tương gelatin của bạc halide trên phim cellulose axetat, trong máy ảnh.

2. Phát triển trong phòng tối bằng cách xử lý phim bằng dung dịch chất khử hữu cơ như hydroquinone và N-methyl paraaminophenol. Các tác chất này khử thành bạc kim loại những tinh thể halogenua bạc thu được các cụm bạc hình ảnh ẩn. Chủ thể của một bức ảnh sáng hơn, tối hơn là hình ảnh hình thành trong sự phát triển này, để hình ảnh có được một hình ảnh âm bản.

3. “Sửa” hình ảnh sao cho phim sẽ không tối hơn khi tiếp xúc với ánh sáng. Điều này được thực hiện bằng cách hòa tan các hạt bạc halide chưa phát triển trong dung dịch natri thiosulfat:

AgBr + 2 [S203]2− → {Ag[(S203)2]3−}Br-

4. Rửa sạch các muối bạc hòa tan và làm khô âm bản.

5. In, có nghĩa là, chiếu sáng khuếch tán thông qua các âm bản lên một tờ giấy ảnh nhạy cảm (một nhũ tương gelatin trên giấy).

6. Phát triển trong phòng tối của giấy tiếp xúc sử dụng giải pháp phát triển giống như được sử dụng trong bước phát triển phim. Bước này tạo ra một hình ảnh dương bản, trong đó các tông màu giống như trong cảnh ban đầu.

7. Sửa, rửa và sấy khô bản in như trong các bước xử lý phim tương tự.

Quá trình đảo chiều

Trong suốt, hoặc các bản in ảnh trên nền trong suốt, có thể được sản xuất chủ yếu dưới dạng bản in giấy, nhưng thay thế bằng giấy ảnh bằng phim ảnh. Thủ tục này có thể được sử dụng để tạo phim ảnh chuyển động. Tuy nhiên, độ trong suốt dương bản được chuẩn bị dễ dàng hơn bằng cách xử lý đảo ngược, trong đó hình ảnh cuối cùng được hình thành trên cùng một phim như được sử dụng trong phơi sáng ban đầu. Xử lý đảo ngược điển hình như sau:

1. Phơi sáng phim trong máy ảnh.

2. Phát triển hình ảnh âm bản.

3. Hòa tan ảnh bạc phát triển bằng cách xử lý bằng chất oxy hóa.

4. Tiếp xúc với halogenua bạc còn lại với ánh sáng hoặc chất làm mờ hóa học.

5. Phát triển của halide bạc, tạo ra một hình ảnh dương bản.

6. Rửa và làm khô phim.

Việc xử lý đảo chiều cũng có thể được thực hiện bằng hiệu ứng Sabatier, trong đó nhũ tương được đưa ra một phơi sáng ngắn với ánh sáng khuếch tán ở giữa của sự phát triển. Một số nhũ tương, khi chịu phơi nhiễm máy ảnh rất dữ dội, sẽ mang lại một hình ảnh dương bản bằng sự phát triển bình thường – một quá trình được gọi là sư phơi quá năng lượng mặt trời.

Nhạy cảm quang phổ

Các halogenua bạc nhạy cảm chủ yếu với ánh sáng xanh dương, tím và ánh sáng cực tím; do đó, nếu không có nhạy cảm, các bức ảnh dương bản sinh sản tất cả các màu khác như màu xám đen hoặc đen. Tuy nhiên, bằng cách thêm một số thuốc nhuộm vào nhũ tương, tăng độ nhạy với các màu khác thu được. Do đó, các phim “sắc màu”, trong đó độ nhạy được mở rộng trong toàn bộ phổ khả kiến, có thể, và kết quả là các bức ảnh thực tế hơn nhiều so với những phim thu được bằng các phim không nhạy cảm màu đỏ.

Nhiếp ảnh màu

Sự nhạy cảm của nhũ tương với ba màu cơ bản (xanh lam, xanh lá cây và đỏ) là điều cần thiết để chụp ảnh màu thông thường. Một phương pháp phổ biến để tạo ra các bản in màu sử dụng một bộ phim chứa ba lớp chồng lên nhau, mỗi lớp nhạy cảm với một trong ba màu cơ bản. Trong quá trình phát triển ban đầu, sự lắng đọng bạc được đi kèm với sự hình thành của một màu nhuộm bổ sung cho độ nhạy màu của lớp màng.

Sau khi loại bỏ các bạc và bạc halide từ tất cả ba lớp, hình ảnh nhìn thấy qua ba lớp là bổ sung trong màu sắc của cảnh ban đầu, đó là, màu âm bản. Màu này sau đó được sử dụng để in một bản sao dương bản lên giấy với nhũ tương lớp tương tự, và sự tiến triển phát triển tương tự như của phim.

Nhiếp ảnh tức thì

Năm 1947, Edwin H. Land đã đưa ra một quy trình chuyển giao phổ biến để có được các bản in giấy dương bản nhanh chóng trong máy ảnh Polaroid Land. Âm bản được phát triển với sự hiện diện của một dung môi cho halogenua bạc, không chỉ phát triển âm bản, mà còn hòa tan các halogenua bạc không phát triển. Các bạc halide hòa tan ra khỏi tấm âm bản được phát triển thành một tấm liền kề (chứa hạt nhân để phát triển) để đưa ra một hình ảnh dương bản. Nguyên tắc này được áp dụng cho nhiếp ảnh màu vào những năm 1960.

Nhiếp ảnh kỹ thuật số

Chụp ảnh dựa trên halide bạc đang nhanh chóng bị thay thế bởi nhiếp ảnh kỹ thuật số, liên quan đến các máy ảnh đặc biệt không chứa phim, mà là các linh kiện tích điện điện kép (gọi tắt là CCD), bao gồm các mảng hình chữ nhật của các cảm biến ánh sáng hàng triệu phút. Dưới sự tiếp xúc với ánh sáng, mỗi cảm biến tạo ra một điện tích, và lượng thông tin khổng lồ do đó tạo ra được lưu trữ điện tử dưới dạng dữ liệu số trong máy ảnh.

Mảng CCD (hay dạng ma trận) có thể được tái sử dụng vô thời hạn, giới hạn duy nhất về số lượng phơi sáng có thể là số lượng thông tin có thể được lưu trữ trong máy ảnh. Tuy nhiên, thông tin này có thể được tải xuống từ ngân hàng bộ nhớ của máy ảnh vào máy tính và hình ảnh sau này có thể được thao tác và in ra, ví dụ, với máy in phun mực, máy in laser hoặc máy in ấn thăng hoa.

Các mảng CCD là các thiết bị đơn sắc, nhưng khi kết hợp với các mảng bộ lọc màu, chúng cung cấp dữ liệu màu xanh, xanh lục, đỏ và do đó tạo ra các hình ảnh màu.

Trên đây là những nội dung cơ bản của sự phát triển của nhiếp ảnh từ lúc sơ khai cho đến hiện tại qua góc nhìn hóa học. Hi vọng giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có sử dụng máy ảnh hay rửa ảnh thì hãy nhớ về hóa học của chúng nhé!

Leave a Reply