感光原理及潜影课件.ppt
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1、第四节 感光原理及潜影,重点内容:光化学反应光化学反应第一定律银原子潜影的实质与作用感光中心显影中心潜影上述三者的联系和区别。,一、光化学及光化学反应的有关概念,1、光化学反应:自然界中某些物质受到光线照射后,发生化学变化的现象。即 物质在光的照射下吸收光能,发生化学反应。常用光波长:200-800nm(紫外线-可见光范围)X线-红外线 也可以引起光化学反应。,一、光化学及光化学反应的有关概念,2、光化学反应中的光能作用属于:光氧化-还原反应过程:光量子-(进入)-反应物(AgX)光子能量致使反应物质点所带电子 从低能级-(跃迁)-高能级 使得质点活化(光能被反应物吸收)活化所需光能 按照不同
2、性质质点 质点有高低之分光能合适,就会被相应物质质点吸能,活化。不适合光能,被透过或反射回去。,2、光化学反应中的光能作用物质被光照射的情况,I,A,吸收,2、光化学反应中的光能作用溴化银乳剂的光谱吸收,高 感 光 乳 剂,低 感 光 乳 剂,2、光化学反应中的光能作用,光化学反应第一定律:物质发生光化学反应前提是 必须吸收光子情况1光量子被吸收,却不发生化学反应。原因:A、反应的活化能,被转化为非活化质点 的动能或其他形成的能量(电、热能等)辐射出来;B、物质吸收光能后,发出低能量光子,自己 稳定下来,恢复成不活化质点。,2、光化学反应中的光能作用,C、物质含有杂质,杂质叶吸收光能,引起反应
3、,消耗一些光子能量,造成活化能转移,被活化质点相应减少,降低光能的利用率。D、如果光化学反应的生成物未除去,在一定条件下易发生逆转反应,光化学也受影响。,二、潜影(重点),(一)、感光过程X线 胶片乳剂卤化银 吸收光子 光子激发卤离子 卤离子最外层电子能量加大脱离卤离子 光自由电子 电子将银离子转化为银原子。银原子就是构成X线照片影像的最小单位。AgX Ag+X-X-+hv X+eAg+e Ag,(二)、潜影的实质及作用,1、潜影的实质未曝光 无影像 显影 原因:AgX光化学反应已曝光 有影像潜影:AgX在光化学反应中生成在一定条件下能引起显影作用的某种物质银,此物质肉眼难辨别,这种客观存在的
4、光化学反应产物,实质就是银集团Agn,称之为潜影。,(二)、潜影的实质及作用,2、感光中心的形成感光中心:在乳剂制备过程中形成的微量银质点。实验证明:AgX晶体经曝光后,不一定引起光化学反应,只有当晶体在乳剂制备过程中存在感光中心,曝光后才能产生光化学反应形成潜影。,(二)、潜影的实质及作用,形成感光中心三种原因:1、晶体结构中的物理不完整性。不完整性破坏了晶体固有平衡,造成晶体结构薄弱环节,使AgX具感光性能。2、乳剂中含有杂质质点。乳剂有微量醛、亚硫酸盐、骈等还原剂,AgX晶体还原出Ag,形成感光中心。3、自发还原。乳剂在化学成熟过程中自发还原成银质点。总之,感光中心不是由于曝光所致,而使
5、乳剂在制备过程中形成的。,(二)、潜影的实质及作用,感光中心(*灰雾中心)的感光性能数量影响感光性能数量越多,胶片感光速度越快,同时增加照片灰雾度,对比度和清晰度下降,影响照片质量措施:为避免灰雾度过大,应适度控制感光中心数量,同时应兼顾到胶片的感光中心。,(二)、潜影的实质及作用,3、显影中心和潜影形成显影中心:AgX经曝光后,乳剂吸收光量子形成的影像银质点。曝光示形成潜影的先决条件。,(二)、潜影的实质及作用,潜影的形成A、电子迁移过程AgX吸收光量子后,X-受激发,最外层电子脱离卤素离子成为光自由电子,光子在晶格中运行,被吸附在感光中心周围,遇到感光中心形成带负电荷银粒子,形成电子陷阱,
6、释放电子后的X,为明胶吸收。B、离子迁移过程Ag+在固定位置上振动,带负电感光中心对周围Ag+强力吸收,Ag+被移向感光中心,引起电性中和,Ag+变成银原子;感光中心银原子聚集一定数量时,形成在显影中起显影作用的显影中心。C、无数个显影中心就构成潜影。潜影:由无数个显影中心所组成的银粒子群。,(二)、潜影的实质及作用,4、潜影的作用感光中心、显影中心和潜影三者联系和区别:联系:感光中心多,显影中心也多;感光中心少,形成显影中心也少。区别:A、形成的阶段不同:感光中心示在乳剂制备过程中形成的,而显影中心和潜影则是在曝光时由于吸收光子所致。B、含有银原子的数量不同:感光中心含有银原子的数量最少,显
7、影中心次之,潜影是显影中心的总和,含银原子数量最多。C、作用不同:感光中心的存在是形成显影中心的前提。感光中心经显影后形成本底灰雾;显影中心组成潜影,对显影起催化作用,潜影经显影后形成的是可见光的光密度影像。潜影在显影过程中起催化和加速显影的作用。,(二)、潜影的实质及作用,5、潜影的稳定性可见光或X线对 AgX乳剂形成的潜影,在室温下保存,相当稳定,保存条件适宜,乳剂性能好,潜影在几十年仍然显影出清晰图像。保存期延长,潜影被氧化,使影像质变差:其原因A、乳剂中未感光的AgX继续化学成熟,增加胶片的本底灰雾。B、由于片基本身可产生破坏潜影的分解物质或片基中存在有破坏潜影的物质。,(二)曝光量,
8、曝光量(H):指物体表面在一定时间内所接受的照度。H=E.S=I/r2.SH,单位Lx.S勒克斯.秒 E光照强度 S照射时间曝光量即 胶片上接受的X线量,多用mAs间接表示,mA管电流,S曝光时间。Q=mA.S,(三)光学密度,光学密度:(重点)即照片的黑化度,是指影像单位面积上银原子的沉积量,它是阻光率的常用对数值。照片影像的形成:X线胶片曝光时,一部分光能被胶片感光乳剂层中的卤化银所吸收,发生光化学反应,经暗室处理,被还原成银原子,形成了照片影像。,(三)光学密度,1、阻光率是指照片阻光光线能力。O=0/0-入射光强度-透射光强度2、透光率是指照片上某处的透光程度,在数值上等于阻光率的倒数
9、。T=/0 3、光学密度计算人眼对光强感觉呈 常用对数关系。,(三)光学密度,光学密度值:照片阻光率的对数值,D=O=0/D0.252.0之间O、T、D三者可以互相换算。4、光学密度值测定照片上密度值透射式密度计常用密度计,多光电式,密度值是漫射值。具体测试参考使用说明。,(三)光学密度,5、互易律及其失效曝光量H=光照强度E照射时间S照片密度D是曝光量H的函数,等于E S1000 X1S=1X1000S 曝光量相等,但实际前者密度大于后者密度。这种曝光量相同而产生的密度值不同的现象,称为互易律失效。,二、胶片特性曲线,(一)定义胶片特性曲线胶片接受不同的曝光量,得到不同的密度值,为了表示出密
10、度值与曝光量之间的关系,在以密度值为纵轴、曝光量的对数值为横轴的坐标内,将不同曝光量与其对应的密度值的坐标点连接起来得到一条曲线,称之。由赫特(Hurter)和卓弗德(Driffield)研究,又称为 H-D曲线。,二、胶片特性曲线,特性曲线意义1、清楚、定量表示不同曝光量与产生不同密度值之间的对应关系。2、表达感光材料的感光特性。,二、胶片特性曲线,(二)组成由四部分组成:1趾部 2直线部3肩部 4反转部,二、胶片特性曲线,1、趾部(A-B段)曲线起始部,几乎与横坐标平行,曝光量增加与照片产生的密度变化不成正比。曝光量增加多,密度值增加少。趾部-为 曝光不足部分。A起始点密度值不为0。本底灰
11、雾-由于胶片感光乳剂制备过程中存在少量还原的银原子,此种未感光的胶片经显影加工后会存在密度值,此值称为胶片的本底灰雾。约为0.2,二、胶片特性曲线,2、直线部又称线性部分(BC段)照片密度值与曝光量对数值呈正比关系。直线部-曝光正确部分,摄影中力求应用的部分。此部分决定胶片感光特性,照片影像对比度高,层次丰富。,二、胶片特性曲线,3、肩部(C-D段)曝光过度部分,密度值随着曝光量增加而增加。但不成比例,曝光量增加多,密度值增加少。D点为肩顶,照片达到的可能最大密度值。约为3,也是反转部起始点。,二、胶片特性曲线,4、反转部(D-E)随着曝光量增加,密度值不增反降,故称反转部。X线胶片基本不出现
12、反转部。反转形成原因:胶片接受过度曝光后,卤分子超出明胶对其吸收吸附能力,致使部分卤分子与潜影银反应生成卤化银,失去显影性,并包绕在潜影表面,阻挡显影液进入,致使照片密度下降。所以产生曝光过度而密度反而下降的反转现象。,(三)制作方法,两种方法:1、可见光法 2、X线曝光法X线曝光法X线对X线胶片曝光的方法。分为1、单纯接受X线曝光 2、既接受X线,又接受X线激发下所产生的荧光曝光。方法:调制时间或改变曝光强度多采用后者,前者由于互易律失效容易发生误差,少用。,(三)制作方法,现多用曝光量相对值的方法制作X线胶片特征性曲线,又叫曝光法或自举法。制作特性曲线方法:,(三)制作方法,1、铝梯做光楔
13、,对2张不同胶片分别曝光,第2张曝光量是第1张得2倍。曝光时,铝梯与球管长轴垂直,避免阳极效应引起密度误差。说明:根据物质对X线减弱规律,铝减弱系数一定,铝梯厚度与曝光量呈线性关系,测定是准确的。但X线光谱室连续的,铝减弱系数不定值,穿透不同厚度铝梯,铝减弱系数变化,2张照片取得就是在不同曝光量与铝梯厚度呈线性关系下取得。,放射实验用的铝梯光楔,(三)制作方法,2、将2张胶片同时在标准条件下显影冲洗。3、用密度计测量2张光楔片的各级密度值,并绘出对应于铝梯厚度的两条密度曲线(横轴表示 铝梯的厚度),(三)制作方法,4、制作曲线,感光材料的乳剂层经曝光和显影加工后,它的透明程度会由于金属银的淀积
14、而降低。乳剂层的透明度的降低与许多因素有关,在冲洗过程标准化的前提下,曝光量(H)就成了影响透明度最重要的因素(为什么用H来表示曝光量?百思不得其解。有的书是用E,即Exposure,似更好理解)。为了寻找乳剂层透明程度与曝光量之间的关系的数学模式,19世纪90年代英国两位学者化学家H-Hurter和工程师V-Driffield用了约十年的业余时间,终于找到乳剂层中沉淀银的密度与曝光量及适当条件下的显影程度之间的比例关系,并建议用曝光量的对数和阻光率的对数(即密度)作为横纵坐标来表述它们之间的关系。这个坐标系后来被称为H-D曲线,也称为特性曲线,或者,曝光量密度曲线。许多文章也直接叫作密度曲线
15、(Density Curve)。由于曝光量通常用H表示,特性曲线的横标就是lgH,所以H-D曲线实际是一语双关,既是指Hurter-Driffield曲线,也可以理解为曝光量(H)密度(D)曲线。,实际上,特性曲线描述的就是胶片显影后不同曝光量与相应密度的关系。密度值来源于一系列胶片试条,这些试条经精确较正的感光计(Sensitometer)曝光,然后严格标准化的冲洗。每个试条上的照度(E,单位是勒克斯lux)乘以曝光时间(t,单位是秒sec)得到曝光量(H),即,H等于乳剂层上所受光的照度(E)和照射时间(t)的乘积(H=E*t),单位是勒克斯-秒(lux-sec),也就是单位面积乳剂层上接
16、受的总的光量。*勒克斯(Lux)指的是一支标准蜡烛在一米距离产生的照度。如果胶片在距离标准蜡烛一米曝光一秒钟,那么胶片接受的曝光就是 1 lux-sec的曝光量。用密度计测度每个试条上的透光率(Transmittance,T),即透过胶片的光通量Qt与投射到材料上的光通量(入射光)Qo之比(Qt/Qo),计算出阻光率(Opacity,O)。阻光率O等于透光率的倒数,即O=1/T,也就是Qo/Qt。,由于曝光量通常用H表示,特性曲线的横标就是lgH,所以H-D曲线实际是一语双关,既是指Hurter-Driffield曲线,也可以理解为曝光量(H)密度(D)曲线。实际上,特性曲线描述的就是胶片显影
17、后不同曝光量与相应密度的关系。密度值来源于一系列胶片试条,这些试条经精确较正的感光计(Sensitometer)曝光,然后严格标准化的冲洗。每个试条上的照度(E,单位是勒克斯lux)乘以曝光时间(t,单位是秒sec)得到曝光量(H),即,H等于乳剂层上所受光的照度(E)和照射时间(t)的乘积(H=E*t),单位是勒克斯-秒(lux-sec),也就是单位面积乳剂层上接受的总的光量。*勒克斯(Lux)指的是一支标准蜡烛在一米距离产生的照度。如果胶片在距离标准蜡烛一米曝光一秒钟,那么胶片接受的曝光就是 1 lux-sec的曝光量。用密度计测度每个试条上的透光率(Transmittance,T),即透
18、过胶片的光通量Qt与投射到材料上的光通量(入射光)Qo之比(Qt/Qo),计算出阻光率(Opacity,O)。阻光率O等于透光率的倒数,即O=1/T,也就是Qo/Qt。,胶片依沉积银颗粒的多少,光线穿透率可以从100%、50%、25%、10%0.01%,相对的透光率是 1.0、0.5、0.25、0.10.0001,相应地,阻光率是1、2、4、1010,000,这样巨大的数字在制作曲线时很不方便,标尺过小造成不够精确,故取阻光率O以10为底的对数,称为密度(Density,D),即D=lgO=lg(Qo/Qt),上述数值对应的D就是0.0、0.3、0.6、1.04.0。将H取以10为底的对数(即
19、lgH)绘制横坐标,以密度(D)绘制纵坐标得到的曲线即为测试胶片的特性曲线(图1)。4.0一般是胶片所能达到的最高密度,所以纵坐标的最高值一般不大于4.0。横坐标上,曝光量每增加一倍,lgH增加0.3单位。,铝梯法制作,X线胶片特性曲线示意图,铝梯法制作,X线胶片特性曲线示意图,曲线图制作方法(见图2)将图2中A图a点的密度值作为对应B图上曝光轴的密度a点,图A上的b点,因接受的是a点的2倍曝光量,因而d点的密度值就作为对应B图曝光轴上0.3的密度值b(Lg2=0.3),随后将A图上的b平行移动,与曲线I的交点作为d点,d点所受之曝光量为b点的2倍(b与d点的密度值相等),所以,可以把d点的密
20、度值作为对应B图上横轴为0.6的密度值点d,若按此顺序反复操作,就可得到胶片特性曲线上abdf.I数点,将这些点连接成一条线,就是胶片特性曲线。这个方法的准确度,取决于最初1张(或2张)胶片的曝光量的正确程度。所以要指导实际工作,可取数次测试的平均值,铝梯法制作,X线胶片特性曲线示意图,胶片特性曲线的制作方法,胶片特性曲线的制作方法X线胶片有用增感屏型和不用增感屏型。现在患者所接受的辐射剂量已普遍受到重视,除特殊情况外,增感屏的应用已经普及。所以制作胶片特性曲线是应用增感屏曝光处理后的特性曲线,是一条表示关于胶片曝光量的对数值与对应的照片密度值关系的一条曲线。根据X线减弱法则,如吸收系数一定,
21、在铝梯厚度和曝光量对数之间应成直线关系。然而摄影用的X线波长是连续的。透过物质的减弱系数是变化的,所以这一直线关系是不成立的。另外,由于铝梯产生散射线的影响,因此,用铝梯曝光法获得的胶片特性曲线,不是定量的测量制作,仅仅是概念的掌握在某种特定条件下的胶片特性曲线。由于其误差不大故采用此法,仍不失其对实际工作的指导意义。铝梯曝光法是用在胶片上为2倍的曝光量,而在曝光轴上仅增加0.3的方法。这一方法是用铝梯作光楔,在1张胶片(或2张胶片)上作2次曝光,使其中1/2张(或1张)胶片上的曝光量是另外1/2张(或1张)的2倍,将曝光的胶片在同样标准的条件下加工冲洗,用透射密度计测量各阶密度值并记录数据,
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