Imagen latente

Una imagen latente es una imagen invisible producida por la exposición a la luz de un material fotosensible como una película fotográfica. Cuando se revela una película fotográfica, el área expuesta se oscurece y forma una imagen visible. En los primeros días de la fotografía, se desconocía la naturaleza del cambio invisible en los cristales de haluro de plata del recubrimiento de emulsión de la película, por lo que se decía que la imagen estaba "latente" en el tiempo. hasta que la película fue tratada con revelador fotográfico.

En términos más físicos, una imagen latente es un pequeño grupo de átomos de plata metálicos formados dentro o sobre un cristal de haluro de plata debido a la reducción de iones de plata intersticiales por fotoelectrones (un grupo de plata fotolítica). Si continúa la exposición intensa, estos grupos de plata fotolítica crecen hasta alcanzar tamaños visibles. Esto se llama imprimir la imagen. Por otro lado, la formación de una imagen visible mediante la acción del revelador fotográfico se denomina revelado de la imagen.

El tamaño de un cúmulo de plata en la imagen latente puede ser tan pequeño como unos pocos átomos de plata. Sin embargo, para actuar como un centro de imagen latente eficaz, se necesitan al menos cuatro átomos de plata. Por otro lado, un grano de plata desarrollado puede tener miles de millones de átomos de plata. Por lo tanto, el revelador fotográfico que actúa sobre la imagen latente es un amplificador químico con un factor de ganancia de hasta varios miles de millones. El sistema de revelado fue la tecnología que aumentó la sensibilidad fotográfica más importante en la historia de la fotografía.

Mecanismo de formación

La acción de la luz sobre los granos de haluro de plata dentro de la emulsión forma sitios de plata metálica en los granos. El mecanismo básico por el cual esto sucede fue propuesto por primera vez por R W Gurney y NF Mott en 1938. El fotón entrante libera un electrón, llamado fotoelectrón, de un cristal de haluro de plata. Los fotoelectrones migran a un sitio de trampa de electrones poco profundo (un sitio de sensibilidad), donde los electrones reducen los iones de plata para formar una mota de plata metálica. También hay que generar un agujero positivo, pero en gran medida se ignora. Trabajos posteriores modificaron ligeramente esta imagen, de modo que el 'agujero' También se considera la captura (Mitchell, 1957). Desde entonces, la comprensión del mecanismo de la sensibilidad y la formación de imágenes latentes ha mejorado enormemente.

Se forma una imagen latente cuando la luz cambia los átomos de carga en la molécula. Tomando bromo como haluro para este ejemplo, cuando la luz incide en una molécula de haluro de plata, el haluro cambia de una carga negativa a una neutra, liberando un electrón que luego cambia la carga de la plata de una positiva a una neutra.

Sensibilidad fotográfica

Una forma muy importante de aumentar la sensibilidad fotográfica es manipular las trampas de electrones en cada cristal. Un cristal puro y sin defectos presenta una sensibilidad fotográfica deficiente, ya que carece de una trampa de electrones poco profunda que facilite la formación de una imagen latente. En tal caso, muchos de los fotoelectrones se recombinarán con el cristal de haluro de plata y se desperdiciarán. Las trampas de electrones superficiales se crean mediante sensibilización al azufre, la introducción de un defecto cristalino (dislocación del borde) y la incorporación de una pequeña cantidad de sal distinta de la plata como dopante. La ubicación, el tipo y el número de trampas poco profundas tienen una enorme influencia en la eficacia con la que los fotoelectrones crean centros de imágenes latentes y, en consecuencia, en la sensibilidad fotográfica.

Otra forma importante de aumentar la sensibilidad fotográfica es reducir el tamaño umbral de las imágenes latentes revelables. La sensibilización al oro de Koslowski crea motas de oro metálico en la superficie del cristal, lo que por sí solo no hace que el cristal sea desarrollable. Cuando se forma una imagen latente alrededor de la mota de oro, se sabe que la presencia de oro reduce la cantidad de átomos de plata metálicos necesarios para hacer que el cristal sea desarrollable.

Otro concepto importante para aumentar la sensibilidad fotográfica es separar los fotoagujeros de los fotoelectrones y los sitios de sensibilidad. Esto debería reducir la probabilidad de recombinación. La sensibilización a la reducción es una posible implementación de este concepto. La reciente técnica de sensibilización con dos electrones se basa en este concepto. Sin embargo, la comprensión científica del comportamiento de los fotoagujeros es más limitada que la de los fotoelectrones.

Por otro lado, una trampa de electrones profunda o un sitio que facilite la recombinación competirá por los fotoelectrones y, por tanto, reducirá la sensibilidad. Sin embargo, estas manipulaciones se utilizan, por ejemplo, para mejorar el contraste de la emulsión.

Fracaso de la ley de reciprocidad

El fallo de la ley de reciprocidad es un fenómeno en el que la misma cantidad de exposición (irradiancia multiplicada por la duración de la exposición) produce una densidad de imagen diferente cuando se varía la irradiancia (y por tanto la duración).

Hay dos tipos de fracaso de la reciprocidad. Ambos están relacionados con la baja eficiencia en la utilización de fotoelectrones para crear centros de imágenes latentes.

Fallo de reciprocidad de alta intensidad (HIRF)

La falla de reciprocidad de alta intensidad (HIRF) es común cuando el cristal queda expuesto a una luz intensa pero breve, como la de un tubo de flash. Esto reduce la velocidad fotográfica y el contraste. Esto es común con emulsiones optimizadas para una mayor sensibilidad con exposición prolongada utilizando tecnología de emulsión antigua.

HIRF se debe a la creación de muchas subimágenes latentes que no se pueden revelar debido a su pequeño tamaño. Debido a una exposición breve e intensa, se crean muchos fotoelectrones simultáneamente. Crean muchas subimágenes latentes (que no pueden hacer que el cristal sea revelado), en lugar de una o unas pocas imágenes latentes (que sí pueden).

HIRF se puede mejorar incorporando dopantes que crean trampas de electrones profundas temporales, optimizando el grado de sensibilización al azufre, introduciendo defectos cristalinos (dislocación de bordes).

En los últimos años, muchas impresiones fotográficas se realizan mediante escaneo con exposición láser. Cada ubicación en un papel fotográfico queda expuesta por un láser muy breve pero intenso. Los problemas debidos a HIRF fueron el principal desafío técnico en el desarrollo de tales productos. Los papeles fotográficos en color suelen estar elaborados con un porcentaje muy alto de cloruro de plata (alrededor del 99%) y el resto es bromuro y/o yoduro. Las emulsiones de cloruro tienen un HIRF particularmente pobre y generalmente sufren de LIRF. Los fabricantes de papel utilizan dopantes y un control preciso de los sitios de dislocación para mejorar (y prácticamente eliminar) el HIRF para esta nueva aplicación.

Fallo de reciprocidad de baja intensidad (LIRF)

La falla de reciprocidad de baja intensidad (LIRF) ocurre cuando el cristal se expone a una luz débil de larga duración, como en la fotografía astronómica.

LIRF se debe a la ineficiencia en la formación de una imagen latente, y esto reduce la velocidad fotográfica pero aumenta el contraste. Debido al bajo nivel de irradiancia (intensidad) de exposición, es posible que un solo cristal tenga que esperar una cantidad de tiempo significativa entre la absorción de una cantidad suficiente de fotones. En el proceso de crear un centro de imagen latente estable, se forma una mota plateada más pequeña y menos estable. Es necesaria una mayor generación de fotoelectrones para hacer crecer esta mota hasta convertirla en una imagen latente, estable y más grande. Existe una probabilidad finita de que esta mota intermedia inestable se descomponga antes de que los siguientes fotoelectrones disponibles puedan estabilizarla. Esta probabilidad aumenta al disminuir el nivel de irradiancia.

LIRF se puede mejorar optimizando la estabilidad de la subimagen latente, optimizando la sensibilización al azufre y la introducción de defectos cristalinos (dislocación de bordes).

Ubicación de la imagen latente

Dependiendo del cristal de haluro de plata, la imagen latente puede formarse dentro o fuera del cristal. Dependiendo de dónde se forme el LI, las propiedades fotográficas y la respuesta al revelador varían. La tecnología de emulsión actual permite una manipulación muy precisa de este factor de varias maneras.

Cada emulsión tiene un lugar dentro de cada cristal donde se forman LI preferentemente. Se llaman "centros de sensibilidad". Las emulsiones que forman LI en el interior se denominan emulsiones sensibles internamente, y las que forman LI en la superficie se denominan emulsiones sensibles a la superficie. El tipo de sensibilidad refleja en gran medida el sitio de trampas de electrones muy superficiales que forman imágenes latentes de manera efectiva.

La mayoría, si no todas, las emulsiones de películas negativas de tecnología antigua tenían muchos sitios de dislocación de bordes creados involuntariamente (y otros defectos cristalinos) internamente y se realizó sensibilización con azufre en la superficie del cristal. Debido a que están presentes múltiples centros de sensibilidad, la emulsión tenía sensibilidad tanto interna como superficial. Es decir, los fotoelectrones pueden migrar a uno de los muchos centros de sensibilidad. Para aprovechar la máxima sensibilidad de tales emulsiones, generalmente se considera que el revelador debe tener alguna acción solvente de haluro de plata para hacer accesibles los sitios internos de la imagen latente. Muchas emulsiones negativas modernas introducen una capa justo debajo de la superficie del cristal donde se crea intencionalmente una cantidad suficiente de dislocaciones de bordes, manteniendo al mismo tiempo la mayor parte del interior del cristal libre de defectos. Se aplica sensibilización química (por ejemplo, sensibilización con azufre más oro) en la superficie. Como resultado, los fotoelectrones se concentran en unos pocos sitios sensibles en o muy cerca de la superficie del cristal, mejorando así en gran medida la eficiencia con la que se produce la imagen latente.

Se fabricaron emulsiones con diferentes estructuras para otras aplicaciones, como emulsiones positivas directas. La emulsión positiva directa tiene centros de niebla integrados en el núcleo de la emulsión, que se blanquea mediante fotoagujeros generados tras la exposición. Este tipo de emulsión produce una imagen positiva al revelarse con un revelador convencional, sin procesamiento inverso.

Desarrollo de cristales de haluros de plata

Una solución reveladora convierte cristales de haluro de plata en granos de plata metálicos, pero actúa sólo en aquellos que tienen centros de imagen latentes. (Una solución que convierte todos los cristales de haluro de plata en granos de plata metálicos se llama revelador de nebulización y dicha solución se utiliza en el segundo revelador del procesamiento inverso). Esta conversión se debe a la reducción electroquímica, en la que los centros de imagen latente actúan como catalizador.

Potencial de reducción de la desarrolladora

Una solución reveladora debe tener un potencial de reducción que sea lo suficientemente fuerte como para revelar cristales de haluro de plata suficientemente expuestos que tengan un centro de imagen latente. Al mismo tiempo, el revelador debe tener un potencial de reducción que sea lo suficientemente débil como para no reducir los cristales de haluro de plata no expuestos.

En un revelador formulado adecuadamente, los electrones se inyectan a los cristales de haluro de plata sólo a través de una mota de plata (imagen latente). Por lo tanto, es muy importante que el potencial de reducción química de la solución reveladora (no el potencial de reducción estándar del agente revelador) esté en algún lugar superior al nivel de energía de Fermi de los pequeños grupos de plata metálica (es decir, , la imagen latente) pero muy por debajo de la banda de conducción de cristales de haluro de plata no expuestos.

Generalmente, los cristales débilmente expuestos tienen grupos de plata más pequeños. Los grupos de plata de tamaños más pequeños tienen un nivel de Fermi más alto y, por lo tanto, se desarrollan más cristales a medida que aumenta el potencial de reducción del revelador. Sin embargo, nuevamente, el potencial del revelador debe estar muy por debajo de la banda de conducción del cristal de haluro de plata. Por tanto, existe un límite a la hora de aumentar la velocidad fotográfica del sistema aumentando el potencial del revelador; Si el potencial de reducción de la solución se establece lo suficientemente alto como para explotar grupos de plata más pequeños, en algún momento la solución comienza a reducir los cristales de haluro de plata independientemente de la exposición. Esto se llama niebla, que es plata metálica obtenida a partir de una reducción sin imágenes (sin exposición específica) de cristales de haluro de plata. También se descubrió que, cuando la solución reveladora se formula de manera óptima, la velocidad fotográfica máxima es bastante insensible a la elección del agente revelador (James 1945), y existe un límite para el tamaño del grupo de plata que se puede revelar.

Una forma de mejorar este problema es el uso de la técnica de sensibilización al oro de Koslowski. Se utiliza un pequeño grupo de oro metálico cuyo nivel de Fermi es lo suficientemente alto como para evitar el desarrollo del cristal para disminuir el tamaño umbral del grupo de plata metálica que puede hacer que el cristal sea desarrollable.

Para más información, consulte Tani 1995 y Hamilton 1988.

Estabilidad de la imagen latente

En condiciones normales, la imagen latente, que puede ser tan pequeña como unos pocos átomos de plata metálica en cada grano de haluro, es estable durante muchos meses. El revelado posterior puede revelar una imagen metálica visible.

Un ejemplo famoso de estabilidad de la imagen latente son las fotografías tomadas por Nils Strindberg, el fotógrafo de la desafortunada expedición en globo ártico de S. A. Andrée en 1897. Las fotografías de la expedición y del globo varado en el hielo no fueron descubiertos y desarrollados hasta unos 33 años después.