Una imagen latente es una imagen invisible producida por la exposición a la luz de un material fotosensible como la película fotográfica . Cuando se revela una película fotográfica , el área expuesta se oscurece y forma una imagen visible. En los primeros tiempos de la fotografía, se desconocía la naturaleza del cambio invisible en los cristales de haluro de plata de la capa de emulsión de la película , por lo que se decía que la imagen era "latente" hasta que la película se trataba con revelador fotográfico .
En términos más físicos, una imagen latente es un pequeño grupo de átomos de plata metálica que se forma en el interior o sobre un cristal de haluro de plata debido a la reducción de los iones de plata intersticiales por fotoelectrones (un grupo de plata fotolítica). Si la exposición intensa continúa, estos grupos de plata fotolítica crecen hasta alcanzar tamaños visibles. A esto se le llama imprimir la imagen. Por otro lado, la formación de una imagen visible por la acción del revelador fotográfico se llama revelar la imagen.
El tamaño de un grupo de plata en la imagen latente puede ser tan pequeño como unos pocos átomos de plata. Sin embargo, para que actúe como un centro de imagen latente efectivo, se necesitan al menos cuatro átomos de plata. Por otro lado, un grano de plata revelado 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 más importante que aumentó la sensibilidad fotográfica en la historia de la fotografía.
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 N. F. 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 debe generarse un agujero positivo , pero se ignora en gran medida. El trabajo posterior ha modificado ligeramente esta imagen, de modo que también se considera la captura de "agujeros" (Mitchell, 1957). Desde entonces, la comprensión del mecanismo de sensibilidad y la formación de imágenes latentes ha mejorado mucho.
Una imagen latente se forma cuando la luz cambia la carga de los átomos en la molécula. Si tomamos el 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. [1]
Una forma muy importante de aumentar la sensibilidad fotográfica es manipular las trampas de electrones en cada cristal. Un cristal puro y sin defectos exhibe 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 poco profundas se crean mediante la sensibilización con azufre, la introducción de un defecto cristalino (dislocación del borde) y la incorporación de una pequeña cantidad de sal no plateada como dopante. La ubicación, el tipo y la cantidad de trampas poco profundas tienen una enorme influencia en la eficiencia con la que los fotoelectrones crean centros de imagen latente y, en consecuencia, en la sensibilidad fotográfica.
Otra forma importante de aumentar la sensibilidad fotográfica es reducir el tamaño del umbral de las imágenes latentes revelables. La sensibilización con oro de Koslowski crea motas de oro metálico en la superficie del cristal, lo que por sí mismo no hace que el cristal sea revelable. 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 metálica necesarios para que el cristal sea revelable.
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 por reducción es una posible implementación de este concepto. La reciente técnica de sensibilización de 2 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 lo tanto, reducirá la sensibilidad. Sin embargo, estas manipulaciones se utilizan, por ejemplo, para mejorar el contraste de la emulsión.
La falla 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 varía la irradiancia (y, por lo tanto, la duración).
Existen dos tipos de fallas de reciprocidad. Ambas están relacionadas con la poca eficiencia en el uso de fotoelectrones para crear centros de imágenes latentes.
La falla de reciprocidad de alta intensidad (HIRF) es común cuando el cristal se expone a una luz intensa pero breve, como la de un tubo de flash. Esto reduce la velocidad y el contraste fotográficos. Esto es común con las emulsiones optimizadas para una máxima sensibilidad con exposición prolongada utilizando tecnología de emulsión antigua.
La HIRF se debe a la creación de muchas subimágenes latentes que no se pueden revelar debido a su pequeño tamaño. Debido a la breve e intensa exposición, se crean muchos fotoelectrones simultáneamente. Crean muchas subimágenes latentes (que no pueden hacer que el cristal sea revelable), en lugar de una o varias imágenes latentes (que sí pueden).
La HIRF se puede mejorar incorporando dopantes que crean trampas temporales de electrones profundos, optimizando el grado de sensibilización al azufre e introduciendo defectos cristalinos (dislocación de borde).
En los últimos años, muchas impresiones fotográficas se realizan mediante la exposición a láser de escaneo. Cada punto del papel fotográfico se expone mediante un láser muy breve pero intenso. Los problemas debidos a la HIRF fueron el mayor desafío técnico en el desarrollo de dichos productos. Los papeles fotográficos en color suelen estar hechos 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 una HIRF particularmente pobre y suelen sufrir de LIRF. Los fabricantes de papel utilizan dopantes y un control preciso de los sitios de dislocación para mejorar (hasta prácticamente eliminar) la HIRF para esta nueva aplicación.
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.
La LIRF se debe a la ineficiencia en la formación de una imagen latente, lo que reduce la velocidad fotográfica pero aumenta el contraste. Debido al bajo nivel de irradiancia de exposición (intensidad), un monocristal puede tener que esperar una cantidad significativa de tiempo entre la absorción de una cantidad suficiente de fotones. En el proceso de creación de un centro de imagen latente estable, se crea una mota de plata más pequeña y menos estable. Es necesaria una mayor generación de fotoelectrones para hacer crecer esta mota hasta formar una imagen latente más grande y estable. Existe una probabilidad finita de que esta mota inestable intermedia se descomponga antes de que los siguientes fotoelectrones disponibles puedan estabilizarla. Esta probabilidad aumenta con la disminución del nivel de irradiancia.
La 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).
Según el cristal de haluro de plata, la imagen latente puede formarse dentro o fuera del cristal. Según dónde se forme la imagen latente, las propiedades fotográficas y la respuesta al revelador varían. La tecnología actual de emulsión permite una manipulación muy precisa de este factor de diversas maneras.
Cada emulsión tiene un lugar dentro de cada cristal donde se forman preferentemente los LI. Se denominan "centros de sensibilidad". Las emulsiones que forman LI en el interior se denominan emulsiones internamente sensibles, y las que forman LI en la superficie se denominan emulsiones superficialmente sensibles. El tipo de sensibilidad refleja en gran medida la ubicación de las trampas de electrones muy superficiales que forman imágenes latentes de manera eficaz.
La mayoría de las emulsiones de película negativa de tecnología antigua, si no todas, tenían muchos sitios de dislocación de bordes creados involuntariamente (y otros defectos cristalinos) internamente y la sensibilización con azufre se realizó en la superficie del cristal. Debido a que hay múltiples centros de sensibilidad, la emulsión tenía sensibilidad interna y superficial. Es decir, los fotoelectrones pueden migrar a uno de los muchos centros de sensibilidad. Para aprovechar al máximo la sensibilidad de dichas emulsiones, generalmente se considera que el revelador debe tener cierta acción de disolvente de haluro de plata para hacer accesibles los sitios de imagen latente internos. 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, mientras se mantiene la mayor parte del interior del cristal libre de defectos. La sensibilización química (por ejemplo, sensibilización con azufre más oro) se aplica en la superficie. Como resultado, los fotoelectrones se concentran en unos pocos sitios de sensibilidad en o muy cerca de la superficie del cristal, lo que mejora en gran medida la eficiencia con la que se produce la imagen latente.
Se crearon emulsiones con diferentes estructuras para otras aplicaciones, como las emulsiones positivas directas. La emulsión positiva directa tiene centros de niebla integrados en el núcleo de la emulsión, que se blanquean mediante agujeros de fotocopia generados durante la exposición. Este tipo de emulsión produce una imagen positiva al revelarse en un revelador convencional, sin procesamiento de reversión.
Una solución reveladora convierte los cristales de haluro de plata en granos de plata metálica, pero actúa solo sobre aquellos que tienen centros de imagen latentes. (Una solución que convierte todos los cristales de haluro de plata en granos de plata metálica se denomina revelador de niebla y dicha solución se utiliza en el segundo revelador del procesamiento de inversión). Esta conversión se debe a la reducción electroquímica, en la que los centros de imagen latente actúan como catalizador.
Una solución reveladora debe tener un potencial de reducción 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 lo suficientemente débil como para no reducir los cristales de haluro de plata no expuestos.
En un revelador adecuadamente formulado, los electrones se inyectan a los cristales de haluro de plata únicamente a través de partículas de plata (imagen latente). Por lo tanto, es muy importante que el potencial de reducción química de la solución de revelador (no el potencial de reducción estándar del agente de revelado) sea algo más alto que el nivel de energía de Fermi de los pequeños cúmulos de plata metálica (es decir, la imagen latente), pero muy por debajo de la banda de conducción de los cristales de haluro de plata no expuestos.
En general, los cristales débilmente expuestos tienen cúmulos de plata más pequeños. Los cúmulos 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 lo tanto, existe un límite para aumentar la velocidad fotográfica del sistema impulsando el potencial del revelador; si el potencial de reducción de la solución se establece lo suficientemente alto como para explotar el cúmulo de plata más pequeño, 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 hecha de reducción no relacionada con la imagen (no específica de la exposición) de cristales de haluro de plata. También se encontró que, cuando la solución de revelador está formulada de manera óptima, la velocidad fotográfica máxima es bastante insensible a la elección del agente de revelado (James 1945), y existe un límite para el tamaño del cúmulo de plata que se puede revelar.
Una forma de mejorar este problema es el uso de la técnica de sensibilización del oro de Koslowski. Se utiliza un pequeño cúmulo de oro metálico cuyo nivel de Fermi es lo suficientemente alto como para evitar el desarrollo del cristal para disminuir el tamaño umbral del cúmulo de plata metálica que puede hacer que el cristal sea desarrollable.
Para mayor discusión, véase Tani 1995 y Hamilton 1988.
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 imagen latente son las fotografías tomadas por Nils Strindberg , el fotógrafo de la desafortunada expedición en globo al Ártico de SA Andrée en 1897. Las fotografías de la expedición y del globo varado en el hielo no fueron descubiertas y reveladas hasta unos 33 años después.