Прикладная фотохимия

- образование молекулярного кислорода; эта реакция – единственный природный источник кислорода на Земле.

В процессе фотосинтеза выделяют световую и темновую фазы.

Световая фаза включает в себя три процесса:

- фотохимический процесс окислительного расщепления воды (фотоокисление):

2H2O 4H+ + 4e- + O2

- Энергия в

ысокоэнергетических электронов воды используется специализированной мембранной системой для фосфорилирования АДФ и образования АТФ в системе фотосинтетического фосфорилирования;

- Часть энергии электронов восстанавливает НАДФ+ в реакции фотовосстановления:

НАДФ+ + 2e- + 2H+ НАДФН + Н+

В световых реакциях электроны переносятся по электронтранспортной цепи от одной окислительно-восстановительной системы к другой; фотосинтетический перенос электронов в энергетическом отношении подобен “подъёму в гору”. Возбуждение электронов за счёт энергии поглощённого света происходит в двух реакционных центрах (фотосистемах). Это белковые комплексы, в состав которых входит множество молекул хлорофилла (зелёный пигмент, содержащий ионы Mg2+) и других пигментов. Зелёный цвет хлорофилла обусловлен тем, что он поглощает преимущественно синий, частично – красный свет из солнечного спектра (т. е. отражает зелёный), т. к. эти фотоны оптимальны для фотосинтеза по энергии и интенсивности потока.

Темновая фаза – ферментативная утилизация и превращение СО2 в углеводы:

6СО2 С6Н12О6

Таким образом, НАДФН и АТФ, образующиеся в результате световых реакций, являются восстанавливающими и энергетическими агентами при фотосинтезе глюкозы из СО2 в темновой стадии.

В зелёных водорослях и высших растениях фотосинтез происходит в хлоропластах. Это органеллы, окружённые двумя мембранами и содержащие собственную ДНК. В их внутреннем пространстве, строме, находятся тилакоиды, уплощённые мембранные мешки; будучи сложены стопками, тилакоиды образуют граны. Внутреннее содержимое тилакоида называют люменом. Световые реакции катализируются ферментами тилакоидной мембраны, в то время как темновые реакции происходят в строме.

Фотография

Фотография - получение и сохранение статичного изображения на светочувствительном материале (фотоплёнке или фотографической матрице) при помощи фотокамеры.

В зависимости от принципа работы светочувствительного материала фотографию принято делить на три больших подраздела:

- Плёночная фотография — основана на фотоматериалах, в которых происходят фотохимические процессы.

- Цифровая фотография — в процессе получения и сохранения изображения происходят перемещения электрических зарядов (обычно в результате фотоэффекта и при дальнейшей обработке), но не происходит химических реакций или перемещения вещества.

- Электрографические и иные процессы, в которых не происходит химических реакций, но происходит перенос вещества, образующего изображение. Специального общего названия для этого раздела не выработано, до появления цифровой фотографии часто употреблялся термин «бессеребряная фотография».

Цифровая фотография

В цифровых фотоаппаратах светочувствительным элементом является ПЗС (прибор с зарядной связью) - матрица, состоящая из светочувствительных полупроводниковых элементов (множество кремниевых диодов). Падающий на матрицу свет заряжает каждый из элементов (пикселей) индивидуально; эта зарядка в дальнейшем соответствует электрическому импульсу, и таким образом получаются данные (в цифровой форме) об освещённости каждого из пикселей. Поскольку невозможно записать полностью информацию обо всем изображении, то в дальнейшем оно подвергается обработке программным обеспечением для восстановления потерянных данных и записывается на магнитных носителях. Таким образом, цифровая фотография есть комбинация работы ПЗС матрицы, программного обеспечения и карт памяти, заменяющих плёнку в аналоговом фотоаппарате.

ПЗС – матрица не больше ногтя на пальце (примерно 1.5 см по диагонали), содержащая несколько миллионов светочувствительных диодов, расположенных на поверхности матрицы в виде столбцов и колонок.

Поскольку диоды реагируют только на яркость, цифровой фотоаппарат может воспроизвести лишь чёрно-белое изображение. Для того чтобы преобразовать полученное чёрно-белое изображение в цветное, каждая ячейка (диод) покрывается красным, зелёным или синим цветовым фильтром; фильтры собраны в группы по четыре, причём на два зелёных приходится по одному красному и одному синему (такой тип организации фильтров называется "шаблоном Байера"). Подобная структура обусловлена тем, что человеческий глаз наиболее чувствителен к зелёному цвету. Полученная картинка состоит только из пикселей красного, синего и зелёного цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат).

Схема ПЗС с цветовыми фильтрами

Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Плёночная фотография

В качестве светочувствительного элемента в химической (плёночной, аналоговой) фотографии обычно используется галогенсеребряная плёнка - гибкий прозрачный лист пластика, на который нанесена фотоэмульсия, содержащая зёрна галогенидов серебра; в состав фотоэмульсии входит также защитный коллоид (обычно - фотографическая желатина).

Светочувствительные зерна галогенидов серебра на фотоплёнке

Первая стадия фотографического процесса - экспонирование фотоматериала светом и появление скрытого изображения. Под действием фотонов происходит восстановление галогенидов серебра; в микрокристаллах возникают центры скрытого изображения (устойчивые группы атомов восстановленного серебра). Их размер оценивается в 10-7-10-8 см, то есть лежит за пределами возможностей разрешения оптических микроскопов (именно поэтому изображение и называется "скрытым").

Сущность проявления (визуализации) скрытого изображения сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещённых участках фотоматериала. Специфика этого процесса состоит в том, что восстановитель должен действовать на облученные светом микрокристаллы намного быстрее, нежели на необлученные. Значительно большая скорость восстановления облученных кристаллов связана с тем, что образовавшиеся частицы металлического серебра оказывают каталитическое действие на реакцию химического восстановления. В результате проявления скрытое изображение "усиливается" в 105 .1011 раз.

После проявления изображения следует стадия его закрепления (фиксирования). Для этого необходимо удалить с фотоматериала незасвеченные и потому не восстановленные проявителем кристаллы галогенида серебра. Цель достигается путём перевода малорастворимой в воде соли серебра в хорошо растворимую. Наиболее распространенным средством закрепления изображения является тиосульфат натрия Na2S2O3. Его старое название – гипосульфит. Данная соль переводит галогенид серебра (например, NaBr) в растворимое комплексное соединение Na3[Ag(S2O3)2]. После обработки фиксажным раствором фотоматериал тщательно промывается водой.

 Скачать реферат