> Техника, страница 79 > Светофильтры

Светофильтры

Светофильтры, среды, обладающие различной прозрачностью в различных участках оптич. спектра; применяются для изменения спектрального состава излучения, распространяющегося от источника. С. бывают газовые жидкие и твердые. В том случае, когда прозрачность обусловлена абсорбцией вещества, С.

сухо и покрывают светочувствительным раствором. Раствор приготовляют из двух составов: а) 100 г белого гуммиарабика в 500 см³ воды и 10 см³ аммиака (уд. в 0,91); б) 100 г двухромовокислого аммония (NHj)₂Cr₂0₇ в 500 см³ воды и 10 см³ аммиака до получения светложелтой окраски. Одинаковые части вышеуказанных растворов смешивают и к ним прибавляют небольшое количество виноградного сахара, благодаря чему облегчается проявление. Пластину покрывают светочувствительным раствором, вставляют в закрытую центрифугу, где происходят выравнивание нанесенного слоя и сушка пластины при г°, не превышающей 70°. Светочувствительный раствор, как и приготовленную пластину, необходимо использовать в тот же день, т. к. светочувствительная эмульсия продолжительного хранения не выдерживает. При копировании рисунок резко появляется в коричневых тонах. Пластина затем проявляется в смеси из 50 см³ глицерина и 3 см³ конц. серной к-ты. Проявление производится путем обтирания пластины в указанном растворе до тех пор, пока появятся серебристо-белые линии, после чего протирают 3—4 раза денатурированным ом и полотняной тряпочкой. Печатание производится на обычной белой бумаге на специальных станках «Шварц-пресс» либо на обычных литографских машинах со специально приспособленным высоким талером. Этот способ имеет широкое распространение для печатания технич. чертежей, альбомов и прочие.

Лит.: Беневоленский С., Светокопировальное производство, Москва, 1932; Eder J. М., Ausiutuli-ches Handbuch d. Pliotographie, В. 4, T. 4, Die Lichtpaus-verfahren, die Platinotypie und verschiedene Kopierver-fahren olme Silbersalze, Halle a/S., 1929; Wan’d row-sky H., Die Lichtpausveriahren, Berlin, 1920; SpOrl

H., Die modernen Liclitpausverlaliren, 5 Aufla^e, Hal-iC a/S., 1927. С. Беыеоолеыский. носят название абсорбционных; на практике в большинстве случаев употребляются именно такие С.

Абсорбционные С. У всякой светопрозрачной среды коэф. пропускания является ф-ией длины волны: Т=Τ(λ) (смотрите Поглощение света). Благодаря этому среда в проходящем белом свете кажется, воообще говоря, окрашенной. Поглощение, особенно сильное в определенном спектральном интервале, носит название избирательного; величина коэф-та поглощения /с(Я) по длинам волн определяется в классич. теории собственными частотами молекул среды — положением собственных полос поглощения. У ряда веществ /с(Я) мало изменяется в зависимости от Я на значительном участке спектра, претерпевая резкое изменение на небольшом интервале длин волн. По виду кривых поглощения м. б. дана классификация С. По К. Джибсону все С. делятся на три класса. Класс 1. Большое поглощение в области Я, имеющих нек-рое значение Я_с, и сильное пропускание в области Я > Я_с. Область 0,002^ < Я < 0,120 μ не пропускается твердыми телами и жидкостями. Обычное стекло имеет границу пропускания около Я_с=0,3 1- 0,4 μ, вода ок. Я_с=0,17 μ. Из обычных газов Н, наиболее прозрачен в этой области. С. с границей пропускания в области 0,2—0,35 μ м. б. получен применением нек-рых органич. жидкостей. В области 0,3—0,7 μ очень удобны растворы многих солей и органических красителей. Весьма употребительно прокрашивание последними желатиновых пленок. В качестве фильтров, пропускающих инфракрасную часть и не пропускающих видимой области, применяются различные лаки, смолы, эбонит, сажа, картон, черная бумага и тому подобное.

Класс 2. Полное поглощение в широкой области спектра, где А имеет значение Яс, и большое пропускание в соседней области, где Я < < Я_с. В области видимого спектра для отделения инфракрасной части хороший результат дают водные растворы солей Си (CuS0₄ и др.), полностью поглощающие инфракрасные и обладающие равномерным и большим пропусканием в видимом спектре. Для этого же может служить водный раствор квасцов [K₂A1₂(S0₄)₄], Отделение ультрафиолетовой части от видимой значительно сложнее. До сих пор неизвестен С., задерживающий полностью видимый спектр и пропускающий без заметного ослабления ультрафиолетовую область от 400—250 τημ. Для пропускания ближайшего к видимому свету ультрафиолетового спектра 400—330 или 400—290 ηιμ с одновременным задержанием видимых лучей применяются специальные черные стекла, изготовляемые различными европ. и америк. фирмами и в последнее время также советскими стекольными з-дами. Эти стекла одновременно слабо пропускают крайние красные лучи. Для отделения ближайшего ультрафиолетового спектра от видимого (400—300 τημ) могут также служить водные или овые растворы п-нитрозодиме-тиланилина в комбинации с -синими увиолевы-ми стеклами Цейсса. Довольно хороший результат дают тонкие пленки серебра, имеющие большое пропускание в области Я_с=2 315 τημ и сильно поглощающие область более длинных и более коротких волн.

Класс 3. Большое поглощение всюду за исключением некоторых узких областей спектра. Наиболее трудно выделение узких областей в ультрафиолетовой части, где лучший результат для области — 253 τημ дают С1 и Вг в газообразном состоянии в кварцевых кюветах. Наиболее удобным С. для видимой области спектра являются органич. красители, употребляемые в виде растворов в стеклянных кюветах или в виде прокрашенных или желатиновых пленок. Благодаря простоте изготовления область применения желатиновых С. очень широка и техника изготовления их очень несложна и доступна всякой лаборатории. В качестве красителей для желатиновых С. широко испытанными являются органич. красители «AGFA», специально очищенные для G. (fur Lichtfilter). Наши советские текстильные красители Анил-треста также подходят, но все они (кроме желтых) имеют пологие кривые поглощения и не пригодны для получения монохроматич. С. Кроме того выпускаемый в настоящее время ассортимент красителей Анилтреста не обладает необходимым разнообразием кривых поглощения. Однако для изготовления желтых и красных С. соответствующие текстильные красители Анилтреста — конго красный, сафранин, мета-нил желтый и др.—вполне подходят. Кроме этого ряд лабораторий, например Ин-т чистых реактивов и Киевская экспериментальная химич. лаборатория, начал выпускать специально очищенные красители: метилгрюн, нейтральрот,

хризоидин, эозин и др. (Ин-т чистых реактивов) и нафтолгрюн, тартрацин, малахитгрюн, аурамин, нафтолоранж и др. (Киевская экспериментальная химич. лаборатория). Эти краски вполне подходят для С., и в нижеприведенных рецептах многие красители «AGFA» м. б. заменены советскими красителями, имеющими ту же кривую пропускания. Употребляемая для С. желатина должна обладать возможно большей прозрачностью и наименьшей цветностью и не должна содержать примесей, способствующих выцветанию красителей. Чрезвычайно вредным веществом, в этом отношении является сернистая к-та, прибавляемая к желатине в процессе ее производства. Поэтому для С. употребляются специально очищенные сорта желатины «без сернистой к-ты», она изготовляется Ленинградским желатиновым заводом и московским з-дом «Клейтук»; последняя несколько хуже первой. Иногда при изготовлении С. к желатине прибавляют голь (3—5%), что способствует лучшему сохранению С. Наилучшей концентрацией желатины при отливке G. признана концентрация 8—9%, считая относительно веса листовой желатины, которая при комнатной г° и средней влажности содержит ок. 18% водь:.

Отвешенное необходимое количество желатины наливается воной, оставляется нек-рое время для набухания и затем расплавляется в водяной бане. Весьма удобно приготовлять расплав прозрачной желатины более высокой концентрации, чем 9%, например 15%, и дальнейшее разжижение производить раствором краски. Темп-pa плавления 15 %-ной желатины 32—35°, t° застуденения 9 %-ной желатины лежит ниже (22—25°). После расплавления к расплаву желатины прибавляется приготовленный заранее в нужной концентрации раствор красители. Водные растворы нек-рых красителей при смешении (например кислого и основного) дают муть или лаже осадок, поэтому рекомендуется производить смешение водных растворов красителей в желатине, т. к. при этом в незначительной степени ослабляется, а иногда и совсем устраняется осадок. После смешения красок с желатиной расплав фильтруется и выливается на установленное горизонтально па нивелировочном столике стекло из расчета 1 см8 на 10 см% поверхности стекла. Для лучшего растекания при отливке расплав разравнивается. При охлаждении стекла снизу водой С. застуденивается в 3—5 мин. После этого стекло снимается со столика и ставится вертикально в сушильный шкаф, 1° в котором следует держать около 20°, но не выше, так как фильтр может стечь. Шкаф должен быть хорошо защищен от пыли. Желатиновые С. употребляются двух видов: съемные пленки или оставляемые на стекле. Для съемных С. при отливке стекло должен быть высокого качества, например зеркальное с хорошей поверхностью. Для удаления жира стекло моется к-той или щелочью, потом ом и тщательно протирается чистой тряпочкой. После очистки для лучшего отставания пленки от стекла его поверхность специально обрабатывается тальком или вазелином, к-рый наносится на стекло очень тонким слоем. После высыхания С., отлитого на стекле, обработанном указанным способом, пленку прорезывают по краю и легко снимают со стекла. В тех случаях, когда С. не должен быть снят со стекла, обработка поверхности тальком или вазелином не нужна. Для лучшего сцепления желатины со стеклом в расплав рекомендуется прибавить 3—5 % сахара. Существует более простой способ изготовления желатиновых С., т. н. способ купания. Стеклянную пластинку, покрытую прозрачным слоем желатины, например отфиксированную фотографии, пластинку, купают в растворе краски до получения необходимой цветности. Этот способ прост, но весьма несовершенен, т. к. при нем нельзя предварительно рассчитать С.

Поглощение света (смотрите) С. может быть представлено ур-ием Бугера:

1=I₀e-^hcd, (1)

где 1₀ — падающий свет, I — пропущенный С. толщины d с концентрацией с к—у дельное поглощение, величина, характеризующая краситель. Широко принято, т. к. это значительно удобнее для вычислений, писать ур-ие (1) не в натуральных логарифмах, а в десятичных, кроме того для сухих пленочных С. количество красителя относят к единице поверхности, тогда ур-ие (1) упрощается:

/=/₀10"^AlC,

где к_х=тк (т=0,4343), а с — концентрация, отнесенная к единице поверхности. Обычно называют произведение к_гс о п т и ч. плотностью (density) С., обозначая буквой D. Так как при избирательном поглощении к_х=А:₄(А), то и D=2)(Я); этой ф-ией и характеризуют С., изображая графически зависимость D от Я. D связано с пропусканием Т С. (Т=1/1₀) ур-ием:

lg Т=— D, или lg ~=D=lg О.

О вводят для удобства и называют н е п р о з-рачностыо (opacity). Преимущество характеристики поглощающих свойств С. в виде кривой D (А), а не кривой Г(А), ясно видно из самого определения D=к_гс. При изменении концентрации с D изменяется пропорционально; при складывании двух С. или смешении хорошо смешивающихся и не реагирующих красителей общая плотность D=D_x + D₂ + D_s + ., т. e. D есть аддитивная ф-ия концентрации и удельного поглощения. Пропускание Т, поглощение

1—Т, или непрозрачность, зависят от к_г и с значительно сложнее. Для измерения поверхностной концентрации Гюбль (Hiibl) ввел величи

ну 1 г краски на 1 ж² С.; по предложению Кенига эта величина называется гюбль и обозначается «1Н». В настоящее время величиной 1Н широко пользуются; она весьма удобна для измерения концентрации красителя в С.

Кроме указанной выше классификации С. большое распространение имеет другая практическая классификация, так же по виду кривой jD(A); во многих случаях она удобнее первой.

1. С. монохроматические, совпадающие с прежним третьим классом, выделяют узкую область спектра. На фигуре 1 показаны кривые таких монохроматич. фильтров, предложенных Гюблем для трехцветной фотографии. Приводимые кривые относятся к несколько исправленным фильтрам Гюбля: у зеленого и синего фильтров уничтожена полоса пропускания в красной

части от 650 тр, несущественная для фотографии, но благодаря этому эти фильтры имеют более широкое употребление, наир, для деления видимого спектра на 3 части. Рецепты этих фильтров следующие: I. Красный: 1) Rose bengale (Бенгальская роза) — 1,5Н; 2) Tartra

zin (тартрацин) — 2,ОН. II. Зеленый: 1) Ра-

Фигура з.

tentblau (патент синий) — 0,7Н; 2) Tartrazin

(тартрацин)—2,5И; 3) Filterblaugriin (сине-зеленый для фильтров)—Ι,ΟΗ. III. Синий: 1) Saii-rerhodamin (кислый родамин)—1,0Н; 2) Patent-Ыаи (патент синий)—1,0Н; 3) Filterblaugriin

(сине-зеленый для фильтров)—1,25Н. На фигуре 2 изображены кривые D (А) для группы С., выделяющих из спектра ртутной лампы отдельные линии: 579 то//, 546 πιμ, 436 πιμ и 406 πιμ; рецепты этих фильтров, разработанные в ГОИ, следующие: I. Для линии 579 πιμ 1) Dijod-fluorescein Na (дииодфлуоресцеин. Na)—ЗН;

2) Tartrazin (тартрацин)—ЗН. II. Для линии 546 πιμ: 1) Naphtalingrun (нафталинозеленый) — 2Н; 2) Tartrazin (тартрапин) — ЗН.

III. Для линии 436 πιμ: 1) Filterblaugriin (сине-зеленый для фильтров) — ЗН; 2) Dijod-fluorescein Na (дииодфлуоресцеин Na)—0,5Н;

IV. Для линии 406 πιμ·. 1) Фуксин — 3,2Н; 2) Берлинская лазурь—0,4Н.

2. С. компенсационные, или исправляющие, не выделяя узкой области спектра источника, меняют спектральное распределение источника. На фигуре 2 и 3 даны примеры кривых таких С. (приводимые рецепты этой группы С. разработаны в ВЭИ). Кривая I на фигуре 3 изображает компенсационный фильтр для ортохро-матич. эмульсии; служит для исправления передачи цветов фотография. эмульсией. Рецепт этого С. — Tartrazin 1Н. II изображает кривую неорганической краски берлинской лазури {Fe₄[Fe(CN₆)₃]}. Эта краска является очень неплохим приближением кдневвомуС.; задачей его является изменить цветную г° лампы на наливания и приравнять распределение энергии в ее спектре к дневному. Эта краска тем более интересна, что она одна из немногих полностью поглощает красную и желтую части спектра. Кривая 111 изображает берлинскую лазурь, но в двойной (по сравнению с II) концентрации. На фигуре 4 изображено изменение кривой чувствительности калиевого фотоэлемента (обработанного серой) с помощью С. для приравнивания ее к средней кривой чувствительности (видимости) глаза: I — кривая чувствительности глаза, II—· спектральной чувствительности фотоэлемента KS, III—пропускания С., IV — кривая чувствительности фотоэлемента со G. Рецепт этого светофильтра: Chrysoidin (хризоидин) — 0,34Н; Dia-mantrot (алмазнокрасный)—0Д4Н; Eosin (эозин)— О,МЭН.

3. С. субстрактивные поглощают лишь небольшую область, оставляя без изменения остальной спектр. Примером такого селективного поглощения являются краски группы эо-зиновых, поглощающие участок спектра 490 — 560 τημ. Меньшее распространение имеют. н е-абсорбционные С., поэтому мы укажем лишь нек-рые типы таких С., так как они имеют принципиальный интерес. 1) Монохромы Христиансена. Истолченное стекло насыпается в плоскопараллельную кюветку и заливается жидкостью с таким же показателем преломления, например смесью α-бромнафталина с кедровым маслом. Благодаря разности дисперсий показатели преломлений стекла и жидкости точно совпадают, лишь для какой-нибудь определенной длины волны. В обе стороны от этой точки показатели преломления быстро расходятся. Сквозь такую смесь без потерь пройдет свет только той длины волны, для которой показатели преломления стекла и жидкости совпадают; все же остальные лучи благодаря многократным отражениям рассеются в стороны, причем рассеяние будет тем больше, чем оно дальше от точки совпадения показателей преломления. В проходящем свете такая среда будет окрашенной. Вейгерт предлагает на этом принципе сделать монохроматор. При нагревании кривая дисперсии жидкости смещается значительно быстрее, чем стекла, поэтому точка пересечения этих кривых, то есть точка равенства показателей преломления, будет передвигаться по спектру. Благодаря этому пропускаемый монохромом участок спектра будет тоже перемещаться по спектру. Т. к. процесс вполне обратимый, то, окружив смесь электрич. печкой, t° этой печки можно проградуировать на длину волны пропускаемого света. 2) С., основанные на вращательной дисперсии (смотрите Вращение плоскости поляризации), представляют удобства для плавного передавания пропускаемого участка по спектру. Между скрещенными николями ставится вещество, обладающее вращательной дисперсией: раствор сахара или кварцевый клин (оптич. ось кварца вдоль хода луча). Двигая клин, то есть меняя толщину кварца, мы будем менять пропускаемый всем прибором участок спектра. 3) Поляризационный С. сист. Вуда предложен Вудом для отделения двух близких участков спектра: пример разделения двух линий натрия ВДД=5890 А] и П₂(Я== 5896 а). Свет натриевого пламени пропускают через поляризатор, после этого на пути хода лучей линейно поляризованного света ставят двоякопреломляющую пластинку, например кварца (оптич. ось параллельна плоскости пластинки). Вследствие двойного лучепреломления свет, выходящий из пластинки, будет эллиптически поляризован и при определенных толщинах в частности линейно поляризован. Вследствие дисперсии двойного преломления другая спектральная линия будет при той же толщине иметь другую эллиптич. поляризацию, η частности при определенных толщинах будет также линейно поляризованной, но в плоскости, образующей прямой угол с поляризацией первой спектральной линии. Т. о. плоскости поляризации двух линий по выходе из кристаллич. пластинки повернуты одна относительно другой на прямой угол, и поворотом анализатора: можно по желанию пропускать одну или другую спектральную линию. Подбирая толщину пластинки, можно в любой степени ослабить одну из линий, пропуская полностью другую, например для линий 2), и £>₂, чтобы погасить одну из них до 1%, толщина пластинки кварца должен быть 32 миллиметров. Это один из наиболее совершенных С. для разделения очень близких линий.

Лит.: Гюбль А., Светофильтры, пер. с нем., М.,. 1930: Гольдберг Е., Образование фотографии, изображения, пер. с нем., М., 1929; Справочник: Физико-технические таблицы Т. Э., т. V, VI и VII; Гюбль А. Свойства и применение фотография, фильтров, «Вести, фотографии», М., 1915; Потапенко Г. В., Теория и техника исследования пленочных светофильтров, «Журн. русек.-химич. о-ва», М., 1916, т. 48, 4 Г и н з 0 у р г В. и Левин Б., Желатиновые светофильтры советского· производства, «Журнал техн. физ.», 1932, т. 2, стр. 1053; Н1Ы A., Die Lichtfilter, 3 Aufl., Halle a/S., 1917; W e i s e г t F., Optische Methode in d. Chemie, Leipzig, 1927. В. Гпязбург.