The Adsorbed Layer of Gelatin on Silver Bromide—Its Nature and Photographic Significance

Abstract

Gelatin macromolecule adsorbed to silver halide crystals may strongly influence the formation, sensitization and processing of photographic emulsions. Experimental measurement of the properties of the adsorbed layer by ellipsometry (reflection polarimetry) have studied the effects of variations in the pH, pAg and ionic strength of the ambient solution, the external lattice face of Agllr, and of solution concentration, extraction, degree of phthalation and molecular weight distribution of the gelatin. The apparent irreversibility of the adsorption and the on set of “secondary” or multilayer ad orption have also been examined.

Recent ellipsometric and hydrodynamic measurements indicate that over a wide range of experimental condition, gelatin molecules are adsorbed a monolayers of random oils, which are laterally compres ed but are otherwise only moderately deformed compared with thc solution state. Only a fraction of the clement are adsorbed to the ilver halide urface, so that to a large extent changes in the dimensions of the adsorbed layer parallel those of the gelatin molecules in solution.

The implications of such a relatively extended, heavily solvated adsorbed layer on the preparation and subsequent treatment of photographic emulsion are described with special reference to experimental studie of the colloid stability and crystal growth of the silver halides.

The functions that are only matched by binders which have a imilar balance of harged groups, and therefore an expanded configuration in the adsorbed layer, are unhindered cry tal growth, colloid protection, a high speed/fog ratio, flocculation and redispersibility, latent image tability and filamentary silver formation.

Résumé

Les macromolécules de gélatine adsorbées sur des eristaux d’halogenure tI’argent peuvent influencer fortemenl la formation, la sensibilisation et Ie traitement des émulsions photographiques. Les mesures expérimentales par ellipsométrié (polarométrié par réflexion) des propriétés de la couche adsorbée ont permis d’étudier I’influence de. variation. du pll, tlu pAg et de la force ionique tie la solution environnante. de la nalure de la face crbtalline externe du bromure d’argent, de la concentrali n de la solution, du degré de phtalylation et la répartition ties masses moleculaire.. tie la gélatine. L’irréversibilité apparente de I’adsorption et I’amoree d’une adsorption “secondaire” ou multicouche ont été examinées. Des mesures ellipsometriques et hydro-dynamiques recentes ont montré que dans un domaine étendu de contlitlons expérimentales. les molécules de gélatine sont adsorbées en une mono ouche de peloles statistiques comprimées laléralement mais par ailleurs peu déformées par rapport à leur état en solution. Une fraction seulement des éléments est adsorbée la surface de I’halogénure d’argent, de telle sorte que dans une large mesure les dimensions de la couche adsorbée, varient comme celles des molécules de gélatine en solution. Les implications d’une telle couche adsorbée relativement étalée et fortemenl solvatée sur la préparation et Ie traitement ultérieur des émulsions photographiques sont décrites en se réferant plus particuliérement aux études expérimentales concernant la stabilité des colloïdes et la croissance des cri taux d’halogénures d’argent. Leur influence, que I’on retrouve seulement avec les liants ayant une répartition semblable des groupes chargés et par conséquent une configuration dilatée dans la couche adsorbée, se manifeste ’ur la croissance cristalline, Ie pouvoir colloïde protecteur, Ie rapport eleve sensibilité/voile, la floculation et la redispersion, 1a stabilite de I’image latente et la formation de filaments d’argent.

Zusammenfassung

Die Vorgänge bei der Fällung, Sensibilisierung und Verarbeilung photographischer Emul,ionen werden durch die an den Silberhalogenidkristallen adsorbierte elatine stark beeinflusst. Durch ellipsometrische Messungen (Reflexions Polarimetric) wurden die Eigenschaften der adsorbierten Gelatineschicht untersucht in Abhiingigkeit von folgenden Paramelern : pH Wert, pAg-Wert, lonenstérke der umgebenden Uisung, Kri tallhabitus der AgBr-Körner sowie KonLentration, Qualiliit (Abzug), Phthalierungsgrad und Molekulargewichtsverteilung der Gelatine. Die “Irreversibilitiit” der Adsorption und die Bedingllngen rur sekundiire oder Mehrlagenadsorption wurden ebenfalls untersucht. Ellipsometrische und hydrodynamische Me sungen zeigen, dass tiber einen weiten Bereich experimenteller Bedingungen Gelatinemoleküle als Mono chichten statislischer Knäuel adsorbiert werden. Die Knäuel sind lateral ZlIsammengedrückt, sonst aber nur mässig deformiert, verglichen mit den Zustand in Lösung. Nur ein Bruchteil der Elemente der Gelatinekette ist an der Silberhalogenidoberflächc jeweils adsorbiert, so dass das Verhalten der adsorbierten Knäuel weilgehend dem der freien Knäuel in der Lösung entspricht. Die Foigerung aus der Exislenz einer derartigen relativ ausgedehnten und stark solvarisierten adsorbierten Gelatineschicht für die Eigenschaften photographischer Emulsionen werden beschrieben, insbesondere hinichtlich ihrer Kolloid- stabilität und dem Wachstum der Silberhalogenidkristalle. Dabei ermöglicht die adsorbierte Gelatinehülle ein ungehindertes Kristallwachstum (bei guter Schutzkolloidwirkung), ein hohcs Empfindlichkeits/Schleier-Verhältnis, Flockung und Redispergierung, Latentbild tabilitiit und die Bildung von fadenförmigem Silber. All diese Funktionen können von anderen Kolloiden nur hei einem ähnlich ausgeglichenen Verhältnis von geladenen Gruppen und damit ähnlicher Konfiguration in der adsorbierten Schicht erreicht werden.

Riassunto

Le macromolecole di gelatina adsorbite dai cristalli di alogenuro d’argento possono fortemente influenzare la formazione, la sensibilizzazione ed il trattamento delle emulsioni fotograliche. Con misure perimentali delle proprieà dello strato adsorbito fatte per ellipsometria (polarimetria in riflessione) sono stati studiati gli eITetti delle variazioni di pH, pAg e forLa ionica della soluLione ambientale, la faccia reticolare esterna dell’AgBr e la concentraLione della soluzione, I’estrazione ed il grado di ftalazione e la distribuzione dei pesi molecolari della gelatina. Sono stati anehe esaminati I’apparente irrever ibilita dell’adsorbimento e I’inizio di un adsorbimento “secondario” o pluristrato. Misure recenti ellipsometriehe ed idrodinamiehe indicano che, entro un campo vasto di condizioni sperimentali,le molecole di gelatina vengono adsorbite come monostrati di spirali c1isordinate che sono compresse laleralmenle, ma d’altra parte soltanto moderatamente deformale rispetlo allo stato di soluzione. Soltanto una frazione degli clementi sono adsorbiti dalla superficie dell’alogenuro d’argento, cosi che in prima approssimazione i cambiamenti di dimensione della slrato adsorbito vanno di pari passo con quelli delle molecole di gelatina in .oluzione. Vengono descritte Ie implicazioni di un lale strato adsorbito, relativamente e’teso e fortemente solvatato, nella preparaLione e nel successive trattamenlO delle emulsioni fOlografiche con particolare riferimenlo agli studi sperimentali della stabilità del colloide e della crescita dei cristalli di alogenuro d’argenlo. Tali funzioni, che sono raggiunte soltanto da legal1li che hanno una simile ripartizione di gruppi carichi e conseguentemente una configurazione eSpallSa in strato adsorbito, sono una rescita non oslacolata del cristallo, una prote7ione colloidale, un eleva to rapporto sensibilità/velo, flocculazione e ridisper dibilité, stabililä dell’immagine latente e formazione di argento filamentosa.