彩色照相中的物理和化学

彩色照相中的物理和化学

无论是外出旅游，还是亲朋相聚，人们总愿把这一美好时刻留成长久的记忆，此时拍一张彩色照片，是一个理想的选择。从你按下相机的快门开始，到最后拿到一张色彩逼真的相片，这中间要涉及不少的物理和化学知识。

大自然中的颜色可谓千差万别，但根据物理学中的“三原色”理论，任何一种颜色，都可由蓝、绿、红3种原色按适当比例混合构成，这3种原色的波长分别是400～500纳米、500～600纳米和600～700纳米。彩色照相正是根据这一理论设计的：人们通过拍照，将景物中的不同色彩分别分解为有一定强弱分布的蓝、绿、红3原色，并分别记录在彩卷中的不同感光层上。彩卷经冲洗，即得到一个与原景物中颜色正好互为补色的负片；再将底片中的负片在相纸中曝光，就得到与原景物色调一致的彩色正像。

为了能分别对有一定强弱分布的三原色分别感光，彩色胶卷和相纸都具有由感蓝层、感绿层和感红层组成的感光乳剂层，感光乳剂的化学成分主要有卤化银（AgX）（如溴化银AgBr）、成色剂和光谱增感染料等，3个感光层“各司其职”，分别只对蓝、绿和红光具有感光能力。整个成像过程包括曝光、显影、漂白和定影四步。

曝光即打开相机镜头快门的一瞬间，使被照景物的反射光射入相机，因而使相机中感光乳剂被感光的过程。期间，AgBr中的B_r^－因吸收光子而被氧化，生成Br原子，同时放出电子：

B_r^－B_r＋e

而位于新生成Br原子周围的Ag^＋，接受前面反应释放出的电子，被还原为Ag原子：

Ag^＋＋e→Ag

曝光阶段所生成的Ag原子数量很少，胶片中看不到可视的图像，但对于后面的显影过程却可提供所需的催化剂，Ag原子构成了“潜影中心”。胶片中曝光程度越强的部位，形成的潜影中心就越多，反之亦然。潜影中心的形成标志着曝光阶段的完成。

显影就是将看不见的潜影变为可见影像的过程。彩色照相的显影包括黑白显影和彩色显影两项内容。（1）黑白显影：将曝光后的胶卷或相纸放入显影液中，在潜影中心Ag原子的催化作用下，感光乳剂中的AgBr被显影剂还原为Ag原子：

而对于感光层中未见光的部分，因不存在潜影中心，则AgBr不会被还原，仍为无色。这样，由于胶卷或相纸不同部位曝光情况不同，生成潜影中心的量不同，最后AgBr被还原的量也不同，就显现出黑白影像；（2）彩色显影：黑白显影中，显影剂的氧化产物与感光层中的成色剂发生反应，反应的生成物之一带色。如感蓝层中的生成物显黄色（蓝光补色），感绿层中生成品红色产物（绿光补色），感红层中生成青色产物（红光补色），而各感光层中所生成显色物质的量，与该部位的感光程度相当。这样，黄、品红和青色3种补色以适当比例相混合，其总效果即为被照景物的负像，彩色显影完成。由于彩色显影中所涉及的有机物化学式较复杂，这里被略去。

从显影的全过程可知，是黑白显影中的生成物银，才导致了彩色显影。但这样显影后所得到的是黑白影像和彩色影像叠加起来的影像。为了使其中色彩鲜艳的彩色影像不被黑白影像所“干扰”，就需设法将黑白影像除去，而“漂白”就是将黑白影像经化学反应转变为无色卤化银的过程。通常，多采用EDTAFe（Ⅲ）（即乙二胺四乙酸合铁）作漂白剂，漂白反应为：

EDTAFe（Ⅲ）＋Ag＋x→EDTAFe（Ⅱ）＋AgX

成像的最后一步是“定影”，定影就是将感光材料中未被感光的卤化银和漂白过程中所生成的卤化银一并溶解掉的过程。定影后的影像即使再见光，也不会因感光使影像再发生变化，所以只有定影后的胶卷或相纸才可以拿出暗室。通常使用的定影剂是硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）或硫代硫酸铵（（NH₄）₂S₂O₃），所发生的反应为：

AgX＋2Na₂S₂O₃＝Na₃［Ag（S₂O₃）₂］＋NaX

该反应的两种生成物都易溶于水，经水冲洗后即可将它们除去。

无论是由曝光后的彩色胶卷冲洗后所得的负片，还是将底片在相纸上放大所得到的彩色正像，都要经过上述四步，其感光层的感光材料也大体相同，一些具体的差异就不再多述。综上可见，得到一张普通的彩色照片应该说并不很困难，但这背后又隐含着多少物理和化学知识呀！