Желатина на сегодняшний день является незаменимой средой для изготовления фотографических эмульсий на основе галогенидов серебра. Как известно, основные свойства желатины обусловлены примесями, которые влияют на формирование светочувствительности эмульсии. Примеси (в основном это серосодержащие соединения) влияют на размеры и морфологию МК AgHal [1].
Ранее [2] нами были проведены исследования зависимости фотографической активности желатин от фракции. Были получены определенные закономерности, связанные с содержанием серы в желатинах и их фотографической активностью.
В данной работе приведены исследования различных типов желатин, а именно, инертных, малоактивных и желатин, не содержащих ионов кальция, с помощью атомно-силового микроскопа и рентгенофлюоресцентного анализатора Спектроскан МАКС-GV.
Материалы и методы исследования
Для исследования мы выбрали наиболее интересные, на наш взгляд, инертную желатину (желатина, максимально очищенная от всех примесей), желатину без Са2+, малоактивную желатину.
Для получения сравнимых результатов брали шестипроцентные водные растворы всех перечисленных желатин. Поливали растворы желатин тонкой струёй на стеклянную подложку с одинаковой площадью, объемом и температурой раствора и подложки, для получения одинаковых толщин образцов. Высушивали в естественных условиях в специальных ячейках.
Результаты исследования и их обсуждение
Поскольку макромолекула желатины достаточно длинная, то вероятность того, что она полностью ляжет на подложку, мала, она укладывается так, что её соседние участки остаются параллельными друг другу. Таким образом, главной особенностью полимерной, в том числе и биологической молекулы является их способность образовывать пластинчатые монокристаллы путём многократного складывания цепей. В отличие от кристалла неорганического соединения в полимерном кристаллите наряду с упорядоченными участками есть и аморфные области. Полимерные кристаллиты образуются из сложенных и вытянутых цепей.
Исследования показали (рис. 1, 2, 3), что поверхности образцов желатин очень неоднородные.
Рис. 1. Фотография поверхности инертной желатины, полученной с помощью атомно-силового микроскопа
Рис. 2. Фотография поверхности желатины без Са2+, полученной с помощью атомно-силового микроскопа
Рис. 3. Фотография поверхности малоактивной желатины, полученной с помощью атомно-силового микроскопа
Когда желатиновые растворы охлаждаются до температуры ниже 30 °С, они начинают обнаруживать свойство прочности. Студенистые тела, механические свойства которых в большей или меньшей степени подобны механическим свойствам твердых тел. Частицы дисперсной фазы соединены между собой в рыхлую пространственную сетку, которая содержит в своих ячейках дисперсную среду, лишая текучести систему в целом, при 15–20 °С достигают прочности, характерной для длительного хранения, приблизительно за 24 часа.
Предельная прочность геля зависит от типа сырья и способа получения желатин и не может быть предсказана на основе измерений, сделанных на молекулярно-диспергированных образцах. Желатиновые гели по своим эластичным свойствам подобны резине – такого поведения можно было бы ожидать от бесконечных сетей, образованных длинными цепями молекул, соединенными между собой ограниченным числом поперечных связей. В соответствии с теорией эластичности резины, прочность геля пропорциональна концентрации эффективных поперечных связей. Природа поперечных связей является предметом множества предположений [3, 4]. В литературе имеются данные в пользу того, что после гелеобразования образуются кристаллиты с коллагенной структурой. Изучая параметры высушенных участков желатиновых плёнок, с помощью атомно-силового микроскопа, мы обнаружили, что в инертных желатинах содержатся больше кристаллитов, чем в желатинах без Са2+ и малоактивных.
Величина этих элементарных кристаллитов, по расчётам Мейера и Марка [5] (10,3х7,9х8,35) ангстрем. В каждом таком кристаллите, надо предполагать, содержится от 500 до 1000 молекул. Полученные нами результаты (рис. 2, 3) подтверждают эти расчеты.
Размеры кристаллитов образованных в желатинах имеют такие же параметры, как и в расчетах Мейера и Марка [5]. Это означает, что эффективных поперечных связей в инертных желатинах больше чем в желатинах без кальция и малоактивных.
Наши рассуждения подтверждаются данными, полученными с помощью рентгенофлюоресцентного спектрального анализа, образцов желатин, на установке Спектроскан МАКС – GV.
На рис. 4 представлена спектрограмма инертной желатины, из которой видно, что содержание примесей минимально и при том содержится только фотографически активное вещество сера.
Рис. 4. Спектрограмма инертной желатины, снятой с помощью рентгенофлюоресцентного анализатора
Рис. 5. Фрагмент спектрограммы малоактивной желатины, полученной с помощью рентгенофлюоресцентного анализатора
На рис. 5 видно, что малоактивная желатина содержит в большом количестве кальций, а также железо, свинец и медь, которые эффективно влияют на процесс образования кристаллитов, в сторону их уменьшения, за счет занятия поперечных связей примесями, чем больше примесей, тем больше занятых поперечных связей.
Нами найдена определенная корреляция фотографической активности желатины и количества кристаллитов в них. Это необходимо учесть при изготовлении светочувствительных материалов на основе желатины и галогенидов серебра.