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显影剂（Developing agent）又称显像剂，[2]是使曝光后感光胶片上的潜影显现的药剂。[1]显影剂可分为无机显影剂（草酸亚铁、 过硫酸钠等）和有机显影剂（米吐尔、对苯二酚以及菲尼酮等）。[4][5]对于黑色照片和彩色照片，[6][7]从化学反应的性质来讲，显影剂的显影原理是氧化还原，即将已感光的卤化银被还原剂(显影剂)还原成金属银，进而形成影象。[8]不是所有的还原剂都可以作为显影剂来使用，能作为显影剂的还原剂必须具备特殊要求（如严格地选择性、能溶于水和亚硫酸钠溶液等）。[8]
显影剂常被用在黑白照片和彩色照片的显影液中，[6][7]以及生产印刷线路板时的显影。[9]在医学影像检查时，显影剂常被用作示踪剂，[10]也可用在荧光成像方面诊断早期的癌变。[11]
相关历史
焦酚（1,2,3-苯三酚，Pyrogallol）是最早使用的显影剂，它于1832年被发现能容易地把银盐分解成银[12][3]，1850年，它被弗兰德瑞克·阿科（Frederick Archer）发现可以制成显影剂。1880年，阿布尼（Abney）发现醌醇（对苯二酚，Hydroquinone）的显影性质，同年，埃德（Eder）和托斯（Toth）发现邻苯二酚（Catechol）的显影性，邻苯二酚可被用作黑色或黄褐色显影剂，或者用于某些特定相纸的暖色调显影剂。1888年，安德森（Andresen）发现对氨基苯酚（4-Aminophenol）也是一种显影物质，它被广泛用于复合的高浓度显影液中。同年，安德森发现对苯二胺（p-Phenylenediamine），但单独使用对苯二胺作为显影剂时，需要很长的显影时间。[3]
1891年，霍夫（Banff）引入米吐尔（N-甲基-对氨基苯酚硫酸盐，4-Methylaminophenol sulfate）显影剂，同年，博基茨（Bogisch）发现格拉星（对羟基苯甘氨酸，4-hydroxyphenylglycine）显影剂，安德森发现阿米酚显影剂（2,4-diaminophenol dihydrochloride）。1940年，依尔福（Ilford）实验室发现菲尼酮（1-苯基-3-吡唑烷酮）的显影性质，它除了具有米吐尔的大部分性质之外，还有一些独一无二的优点，比如单独使用时具有高的感光乳剂速度[3]。
摄影领域
在冲洗黑白照片时，[6]显影剂可以使黑白感光材料曝光后形成的潜影转化为可见的影像，[13]即使卤化银转化为金属银。[6]如在反转胶卷冲洗的第一道工序，用普通黑色显影剂为主的首显液使彩色反转片生成银质负像。[14]彩色照片中，显影剂不仅要使已感光的卤化银还原成金属银，同时它的氧化物还要与成色剂发生反应生成染料。[7]构彩色影像，生成染料的多少与产生的金属银多少成正比。彩色显影剂一般为芳香胺化合物，如对苯二胺衍生物和苯酚生成彩色影像。[15]其中CD—2（CD是柯达公司彩色显影剂的商品名称代号）多用于彩色正片；CD—3、CD—4经常使用在彩色负片、反转片和彩色相纸中。[7]
印刷领域
干膜显影剂可用于干膜光致抗蚀剂生产印刷线路板时的显影；正型光致抗蚀剂显影剂则被用来除去曝光部分的胶膜；负型光致抗蚀显影剂也是被用于制造印刷线路板，虽然速度较慢，但与浸入法一次只能处理一块相比，优势在于可以同时处理多块线路板。[9]
医学领域
显影剂可用于核医学影像检查：通常在进行核医学影像检查前，需要注射或口服放射性显影剂。显影剂也称示踪剂，在影像检查中扮演着十分重要的作用。[10]荧光成像内窥镜：自体荧光成像技术在多种癌变的早期诊断方面发挥巨大作用。其通过静脉注射或者体腔内灌注荧光显影剂时，荧光显影剂与体内血管、淋巴管或肿瘤等组织结合后，采用外源性激发光，激发体内外源性荧光物质产生荧光。[11]
黑白显影剂
能够使感光材料在曝光之后产生的潜影，显现成可见的黑白影像的化学药剂。它与其它化学药品配成显影液，在一定温度与时间的条件下，使感光的卤化银还原成黑色的金属银；经过定影、水洗、干燥等处理，在感光材料上获得稳定的影像。从化学概念上来理解，黑白显影剂就是一种还原剂。黑白显影剂有无机化合物和有机化合物两种。但绝大多数属于有机化合物。最常用的有机显影剂有米吐尔、对苯二酚、菲尼酮等，其中米吐尔和菲尼酮属于软性显影剂，对苯二酚属于硬性显影剂。最常用的无机显影剂有草酸亚铁、柠檬酸、硫酸亚铁等。[16]
草酸亚铁
淡黄色粉末、比重2.28。斜方结晶。隔绝空气加热时生成一氧化碳和二氧化碳。难溶于水，溶于冷盐酸溶液，在硝酸中氧化溶解。[17]草酸亚铁在碱性或酸性溶液中均有显影作用。在碱性溶液中显影时，易产生严重的灰雾。在酸性溶液中，可使显影作用减缓而不产生灰雾。[18]
米吐尔
米吐尔其化学名称是对甲氨基酚硫酸盐 (CH₃NHC₆H₄OH)₂ ·H₂SO₄，分子量为344或 (HOC₆H₄NHCH₃·1/2H2SO4)，分子量为172。它是一种微带灰褐色或白色的细小针状结晶。易溶于水，而难溶于醚和酒精及亚硫酸钠溶液中。米吐尔属于急性显影剂，显影速度很快，一般多与其它显影物质配合使用，多数是和海得尔并用。这时显影的速度大为加快。米吐尔的显影能力受温度的影响不大，显影温度低于正常温度时，其显影能力并不显著降低。在弱碱性溶液中 甚至在中性溶液中，也具有一定显影能力。不过显影作用比在碱性溶液中缓慢。[4]
对苯二酚
对苯二酚(又名海得尔、几奴尼等)，它的化学符号是C₆H4(OH)₂，分子量为110。是白色或微带灰白色的细短针状结晶体，易溶于热水和亚硫酸钠溶液中。受室气的氧化较慢，在含有亚硫酸钠的溶液中，它是很稳定的。对苯二酚显影剂的显影速度较慢，但显影能力很强。 显影时影像出现的较慢，但一旦出现后，其显影速度就进行的很快，很快地就得到较大的反差和密度。[4]
对苯二酚显影剂的显影能力受温度和溴化钾的影响很大。显影温度低于正常温度时，其显影能力即显著降低，在10℃时，就几乎不产生显影作用了。当温度高时往往使影像产生极大的灰雾。因此在使用对苯二酚显影剂时，其温度控制在18℃-20℃之间较为理想。[4]
菲尼酮
菲尼酮化学名称为1-苯基-3-吡唑烷酮，为板状或针状结晶体，常温下不易溶于水，易溶于弱碱溶液或乙醇，不溶于乙醚。菲尼酮在低pH值的溶液中是耐空气氧化的，但在碱性pH值范围内和无保护剂下，可迅速氧化。菲尼酮的分解取决于pH 值和温度。菲尼酮本身是一种中等活性显影剂，它与其他显影剂形成超加合性。其在大多数情况下无显影诱导期，显影出痕快。在无溴离子存在时，pH值在5.5～9.0范围内，显影速率随pH值的上升而增加。如果显影液处于溴离子化时，显影速率对pH值的依赖性变小。[5]
彩色显影剂
彩色显影剂是彩色显影液的主要成分。 它能够使彩色感光材料中的卤化银曝光后形成的潜影转化为可见的彩色影像。彩色显影剂的工作原理为在一定条件下将卤化银还原为金属银影，同时在这一过程中形成氧化产物，与感蓝、感绿、感红三层乳剂层中的成色剂发生反应，形成黄、品红、青三层染料，迭合后即可形成彩色影像，金属银影通过漂白剂氧化后被除去。常用的彩色显影剂有TSS 、CD-2 、CD-3 、CD-4、T-32、AC-60等。[19]
TSS
TSS为二乙基对苯二胺硫酸盐，分子式为(C2H5)2NC8H₄NH₂·H₂SO₄。分子量为262.34。与半个分子硫酸结合的为：分子式（C2H5)2NC8H4NH2 · 1/2H2SO4，分子量为213.28。是一种微黄色到玫瑰红色的细小晶体。易溶于水， 难溶于酒精，不溶于乙醚和苯。它很容易氧化变成褐色，甚至变成柏油状不能溶解的物质而失去作用。[20]
TSS显影时所得染料的光谱特性很好。 一般水溶性成色剂的感光材料多数都用这种显影剂。缺点是不能配成浓的溶液，在pH值小于10时即不能很好地发挥显影作用，而 pH值大于10，又极易氧化变质，而且毒性较大。[20]
T-32
T-32为乙基羟乙基对苯二胺硫酸盐，分子式(C₂H6) (C₂H₄OH)NC₆H₄NH₂ ·H₂SO₄，分子量为278.23。微黄色粉末状细小晶体。易溶于水，难溶于酒精，不溶于乙醚及苯。在碱性溶液中易分解变质。[20]
T-32在显影时所得染料的光谱特性，与TSS所形成的染料没有多大区别。它对皮肤的刺激作用较小，所以在冲洗水溶性彩色相纸的配方中常采用它。缺点是显影能力比TSS低。[20]
CD-2
CD-2为二乙基对二氨苯盐酸盐，[13]分子式CH3C6H3NH2N(C2H5)2·HCI。分子量为214.74。黄白色或淡红色粉状物质。易溶于水，难溶于酒精，不溶于乙醚及苯。 一般用于彩色正片显影液。用量为3-5克/升。含量多时，会增加彩色密度和反差，三层灰雾也提高。[20]
CD-3
CD-3为4-氨基-N-乙基-N-(β-甲基磺酸酰胺基)-乙基-3-甲基苯胺倍半硫酸盐水化物，[21]分子式为 (CH₃SO₂NHC₂H₄)(C₂H₅)NC₆H₃CH₃NH₂·3/2H₂SO₄·H₂O，分子量为436.52。呈很细的粉红色颗粒，溶于水，在水溶液或碱性溶液内，如无保护剂，极易氧化。其用于油溶性彩色底片和彩色相纸显影液。这种显影剂的毒性比TSS要小，也较易从乳剂层中洗掉，产生灰雾的可能性也较小。它一般和苯甲醇配合使用，以更好地发挥其作用。 CD-3在1000毫升显影液中的含量一般为4~10克，若增加用量，中层和下层的染料密度均增加，灰雾也相应有所增加；若用量减少，三层染料密度均降低，感红和感蓝层的反差亦降低。[20]
CD-4
CD为2-甲基-4-N-乙基-N-β-羟乙基胺基苯胺硫酸盐，[21]分子式为 (OHCH₂CH₂)(C₂H₅)NC₆H₃CH₃NH₂ ·H₂SO₄ ·H₂O。分子量为310.37。白色或粉红色粉状结晶，极易溶于水，也易溶于醇，难溶于三氯甲烷、苯和乙醚。它是油溶性彩色底片、彩色相纸显影剂。在配方中CD-4可以代替CD-3, 其显影能力比CD-3强一倍。它具有毒性小，活力大，配制后的药液稳定性强的特点。[20]
无机显影剂
草酸亚铁显影液的显影过程是这样进行的，当草酸钾溶液和硫酸亚铁与浓硫酸的混合溶液反应时，在溶液中过量的草酸钾与硫酸亚铁形成络离子。反应如下：[22]
草酸亚铁络离子可将已感光的卤化银还原成银。反应如下：[22]
有机显影剂
从化学反应的性质来讲，显影原理是氧化还原。显影的作用是：将已感光的卤化银被还原剂(显影剂)还原成金属银，进而形成影象。其反应如下：[8]
以显影剂(还原剂)米吐尔为例，它可使溴化银还原成金属银，而它自己则变成氧化产物——对甲氨基醌。其化
学反应如下：[23]
性能特点
显影剂是一种还原剂，是显影液的主要成分，所以也称“显影主剂”。但不是所有的还原剂都可以作为显影剂来使用，能作为显影剂的还原剂必须具备特殊要求：[8]
显影剂在化学反应中要有严格地选择性。[8]能溶于水和亚硫酸钠溶液。[8]显影灰雾要小。[8]显影速度快，显影后的银盐具有微细的银颗粒。[8]对胶片无污染作用并无毒性。[8]
制备
常用显影剂的制备方法如下：
对苯二酚
米吐尔
由羟苯基醋酸在环己烷中加热至150℃除去CO2后制得[25]。
菲尼酮
参考资料 26
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26