从少年的你说起聊聊拍摄及特效成像背面的化学

▎学术经纬/报道

几经辗转，原定于六月底上映的电影《少年的你》终于与大家见面。尽管睽违许久，观众的期待仍有增无减，几天之内影片迅速窜红，斩获高票房的同时还收获了不错的口碑。影片以高考前为故事背景，一开始便带有野蛮生长的气息，讲述了高中生陈念遭遇校园霸凌后引发的一系列连锁事件，深刻反映社会现实的同时也在呼吁相关预防及保护性措施及早出台。牵引剧情发展的当然少不了爱情，但不同于以往大多数青春题材的电影，《少年的你》不再是“恋爱就分手，分手即怀孕，怀孕又堕胎”烂俗狗血的故事情节。陈念与小北的感情在社会高压下萌生，又在彼此的磨合中从利用关系逐步建立起“同是天涯沦落人”般的包容和理解，再到毫无保留的信任、为对方奋不顾身。剧本虽涉嫌“融梗”，但仍不失为一部好电影。

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看惯了风格清新、色彩明丽的滤镜下呈现的场景，这部影片中演员也不再是高光磨皮后的样子，皮肤多了些质感，也更为真实。说起滤镜，部分读者可能只会联想到Photoshop、Lightroom等图像后期处理软件。随着数码相机的普及，人们习惯于将拍摄的照片以特定的数据格式保存在存储卡、硬盘甚至手机中，需要时通过喷墨打印成像。打印之前，图片可根据实际需求来做色调、对比度、饱和度等多方位参数的调整，有时还可直接使用预设的滤镜快速达到目标效果，滤镜逐步成为一个虚拟化的概念。但这个名词以往是指安装在相机镜头前用来过滤部分自然光的附加镜头，早在胶片时代就已开始使用。彼时计算机技术尚不发达，摄影师不得不通过实在的道具来实现多种不同的拍摄效果。而除了拍摄前期的准备，人们还发展了一套后期改变成像效果的手段，即发明新的冲洗技术，直接对相纸“做手脚”。

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今天我们来讨论一种特殊的成像技法——明胶蚀刻工艺，这一名词来源于法语“mordan age”，发源于19世纪末。早期这种工艺经历了很多不同的名字：bleach-etch（漂白蚀刻）、etch-bleach（蚀刻漂白）、gelatin-relief（明胶浮雕）、reverse relief（反转浮雕）等，并直接作用于胶片，后来逐渐演变成一种后期冲洗相纸的手段。法国艺术家Jean-Pierre Sudre先生在20世纪60年代将这种工艺命名为“mordan age”，并大量应用于艺术创作。在深入了解这种工艺之前，学术经纬团队先带领大家梳理一下常规冲洗照片的流程及其涉及的化学原理。

明胶蚀刻工艺处理的相纸（图片来自：参考资料[1]）

大家可能在影视剧中看到过旧时冲洗照片的场景，从胶片至照片制作的重要环节均需在灯光昏暗的暗房中完成。其中分别涉及胶片冲洗与相纸冲洗过程，每个冲洗过程又需经历显影、停显、定影、水洗及晾干等步骤，期间需要用多种不同的药剂。胶片与相纸表面均覆盖一层感光材料，这种材料是由照相明胶与AgBr晶体颗粒组成，AgBr具有感光特性，悬浮在照相明胶中形成感光乳剂层。可见光大体可分为七种颜色，其中紫光能量最高、红光能量最低，红光不会使AgBr光解，因而暗房内灯光的颜色通常为红色。

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使用相机拍摄时，光线通过镜头照射在胶片上，AgBr在光照下可光解为单质Ag与Br2，不同区域接受的光线强度会基于现实的景物产生差异，并一一对应，不同区域感光银盐光解的程度也不尽相同，由此完成曝光过程，并在胶片上形成潜影。但按动快门后相机的光学通路内进光量极少，AgBr的分解量也很少，曝光前后的差异用肉眼无法分辨，此时还有必要进行后续的操作使潜影变成肉眼可见的影像——显影。

显影

显影是利用具有还原性的显影液，借助化学手段将曝光区域的AgBr进一步还原为单质银、并剥离溴盐的过程，常见的黑白感光材料显影剂为N-甲基-对氨基苯酚硫酸盐、对苯二酚、菲尼酮等，后期发展的彩色显影剂则是相应还原剂的衍生物，还原性更弱，且参与反应后形成的氧化产物可与乳剂层中的成色剂作用得到吸收不同波长光的染料分子。我们以对苯二酚为例来展示黑白感光材料的显影过程，对苯二酚在水溶液中可部分电离为酚氧双阴离子，还原AgBr得到单质Ag，并形成苯醌。曝光时产生的微量Ag可作为催化剂加速反应进行，由于胶片不同区域AgBr的分解量不同，反应速率也不同，曝光量越大的区域还原得到的单质Ag越多，大量的黑色Ag单质聚集便呈现出黑白有致、肉眼可见的影像。

显影剂与感光材料发生的化学反应

显影液中不仅含有显影剂，还包括促进剂、保护剂及抑制剂等。显影液中如果只存在对苯二酚，即便在Ag的催化作用下显影速率也会十分缓慢，此时还需加入碱性物质（如Na2CO3、NaOH、NaBO2等）促进其电离（化学平衡1），增大酚氧双阴离子的浓度，除此之外，这类物质还可起到促使乳剂层膨胀、稳定显影液pH的作用，提高显影效率。

操作过程中不可避免地会在体系中引入空气，O2同样可以氧化对苯二酚，由此在胶片上形成棕褐色的污斑，影响胶片显影的质量。Na2SO3的还原性更强，因而可作为保护剂优先与O2反应，避免污斑形成。抑制剂（如KBr、三氮茚等）则作用于化学平衡2，可避免AgBr过度分解，防止胶片产生灰雾。

上文提到曝光量越大的区域聚集的Ag单质越多，此处的黑度便越高，因此与现实景物表现出黑白相反的图样，即负像。假使此时得到的胶片（负片）不经任何处理，其表面残留的显影液会继续与AgBr反应，并且一旦见光，未感光区域的AgBr也会光解。所以，胶片还需进一步停显、定影处理。

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停显

停显液一般使用CH3COOH配制成水溶液，pH值应在5以下，作用于化学平衡1，中和稳定剂，并抑制显影剂电离。

定影

定影是使用定影液与未感光的AgBr反应，将其溶解后除去，由此固定影像，使其不再受外界光源影响的过程。常用定影剂的主要成分包括Na2S2O3、(NH4)2S2O3，以Na2S2O3（俗称大苏打、海波）为例，AgBr与Na2S2O3发生复分解反应首先形成更为难溶的NaAgS2O3，NaAgS2O3进一步与Na2S2O3反应得到可溶性的Na5Ag3(S2O3)4，进而达到除去AgBr的目的。

定影剂与未感光的AgBr发生的化学反应

定影液中也包含保护剂、中和剂、坚膜剂等成分。定影液中保护剂的作用与显影液中类似，同样使用Na2SO3，不仅可避免定影剂Na2S2O3氧化，还可优先与体系中的H3O+反应，避免Na2S2O3歧化分解析出单质硫污染胶片。

中和剂发挥的作用与停显液相似，一般使用CH3COOH、H3BO3，此外还具有收缩乳剂层的作用。坚膜剂则可以进一步固化和收敛乳剂层，常用的包括铝矾（K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O）、铬矾（K2SO4·Cr2(SO4)3·24H2O）。

自此，胶片的乳剂层只剩下黑色Ag单质构成的影像。人们不必再担心外界光源对胶片的影响，随后再经水洗除去残留的定影液，晾干便完成胶片的冲洗。

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扩印照片是将胶片上的影像，利用放大机的镜头加以扩大，使其在相纸上呈现清晰影像的过程。相纸表面同样存在含有感光材料的乳剂层，放大机的光线通过胶片在相纸上形成潜影，再经历上述胶片冲洗过程中同样的操作步骤，便得到最终的照片。胶片上呈现的影像是真实景物的负像，相纸上呈现的又是胶片的负像，所以相纸上的影像便是真实景物的写照。

明胶蚀刻工艺

以上便是冲洗黑白照片的常规流程，接下来我们继续探讨明胶蚀刻工艺。这种工艺可以很大程度地改变黑白照片呈现的效果，最明显的便是相纸上的黑色Ag单质区域漂白并溶解，颜色越深的区域溶解程度越大。此时乳剂层不再光滑平整，出现负相浅浮雕的效果。有时在冲洗过程中人们还会用手直接揉搓相纸，进一步将Ag单质溶解的明胶部分剥离，留下白色的负相影像，相纸也会某些特定的程度起皱、脱皮。再经后续处理，相纸最终呈现出部分负像或全部负像，未剥离的部分表面像沉积了一层缥缈的面纱，极具艺术感。由于这种处理方式某些特定的程度上破坏了原有相纸材质的完好性，并存在很大的随机性，因而被视为极具玩味性的创作手段。

参考资料[2]

谈及明胶蚀刻工艺的配方，其溶液由CuCl2、H2O2和CH3COOH组成，从19世纪末至今延续使用了一百多年。Jean-Pierre Sudre先生的学生Elizabeth Opalenik女士还进一步对明胶蚀刻工艺的配方做调整，由此可以更好地保留面纱层。伊士曼柯达公司还参考这一配方发明了另一种类似特效风格的成像工艺，将CuCl替换为CuSO4，并使用高浓度的H2O2，制作出浮雕效果的版画。不过，这些配方均是基于实际操作积累的经验，人们从未系统地研究过这一工艺背后的化学过程，对于每种组分的具体作用尚不知晓。

保留面纱的相纸（图片来自：参考资料[1]）

直至2019年，美国乔治梅森大学（George Mason University）的Rebecca M. Jones教授研究团队借助动力学实验、扫描电子显微镜-能量色散光谱（SEM-EDS）等一系列手段分析了明胶蚀刻工艺溶液中不同组分各自发挥的作用，并发现不同组分的浓度及与相纸的作用时间、相纸的材质对乳化层中明胶剥离的程度及面纱形成情况均具有重要的影响。

他们详细解释了该工艺中每一个步骤涉及的物理及化学变化：

明胶蚀刻工艺每个步骤涉及的物理及化学变化（图片来自：参考资料[3]）

（I）将已成像的相纸浸入明胶蚀刻溶液中，并轻轻搅动。H2O2与CH3COOH可以使乳剂层的明胶软化，促使CuCl2渗透进入乳剂层。CuCl2是明胶蚀刻工艺中唯一的氧化剂，可以氧化黑色的Ag单质形成不溶于水的Cu单质及AgCl，由此实现漂白过程。单独使用溶液中的其中任何一种组分最终都不会使乳剂层中的明胶剥离。

（II）在去离子水水浴中冲洗相纸。此时相纸中黑色及深灰色的区域开始形成面纱并浮起。面纱浮起时可根据想要达到的效果进行机械剥离（如棉签、海绵）。

（III）以对苯二酚作为显影剂重新显影。AgCl经对苯二酚还原重新形成黑色Ag单质，面纱与成像部分均变暗。

（IV）继续使用去离子水水浴中冲洗相纸。相纸表面的面纱进一步浮起。

（V）将相纸浸入稀柠檬酸水溶液中，并轻轻搅动。这一步可除去相纸表面残留的显影剂，避免成像黯淡、影响对比度。

（VI）再次在去离子水水浴中冲洗相纸。此时面纱十分不稳定，极易发生明胶剥离。

（VII）将相纸小心转移至干燥箱，晾干后将相纸置于两片玻璃中间按压过夜，使相纸平整。面纱受重力影响最终沉积在相纸上。

他们还发现，相纸的渗透性越高，与明胶蚀刻溶液反应的速率越快，发生明胶剥离也便更容易。纸基（fiber-based）相纸与纯棉（cotton rag）相纸均拥有非常良好的渗透性，而涂塑淋膜（resin-coated）相纸中含有两个聚乙烯夹层包覆纸基，从而导致渗透性较差。另外，相比于纸基相纸，纯棉相纸孔隙率较大，明胶剥离效果更好，剥离部分颜色更浅。相纸浸入明胶蚀刻溶液的时间与明胶剥离的程度也存在重要的联系，时间越久，明胶剥离的速率越快，剥离面积也更大。

编后语

整理抽屉时翻出尘封许久的相册，一张张老照片经历岁月的风化依旧亮泽如初。或许这便是经历了喷墨打印技术的冲击与更迭，冲洗技术仍继续沿用的重要原因。相比之下，后者的照片不惧光阴涤荡、历久弥新，具有不可比拟的优势。

年轻时看宫崎骏的动漫，记忆中尽是诠释着童话的美好。飘零二十余载，那个络腮斑白的老头儿依旧拥有孩子的眼睛，笑态可掬。他的情绪中并不乏匮暴戾愁苦，生活也绝非静好平宁。于他，惟愿观众可以从现实的落魄与郁结中得到自由和解放，寻求自我肯定与憧憬。如其所愿，仅只龙猫的存在，便可以让小月和小梅获得救赎，存在而已，一生邂逅一次足矣。于我们，在灵魂的自省中重新打点行装，在虚幻的不真实中拾起面对现实的力量。

抑或，这便是知世故而不世故。出走半生，归来仍是少年……

图片来自：Pixabay

题图来源：Pixabay

参考资料

[1] Working in the Mordan age process. Retrieved Nov. 5, 2019, from http:///working-in-the-mordancage-process/

[2] Caroline Fudala et al., (2019). The chemistry of mordan age, a historic photographic process. Anal. Chem., DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03205

[3] 张云亭等，医学影像检查技术学[M]：人民卫生出版社，2010

[4] The secrets behind a creepy photographic technique. Retrieved Nov. 5, 2019, from https://phys.org/news/2019-10-secrets-creepy-technique.html

[5] 明胶蚀刻工艺Mordan age，Retrieved Nov. 5, 2019, from https://xn--o1qx8e8wscpk.com/photographic-techniques/others-way/mordancage.php

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