Классика полярографии

Далеко не все знают, что Уильям Крукс, прежде чем обратиться к экспериментам в области химии и радиометрии, увлеченно занимался фотографией. Его исследование поляризационных явлений, опубликованное в 1853 г., замечательно тем, что это не только весьма достойная первая попытка такого рода, но и первый пример подлинно научного применения фотографии.

Фотографии поляризационных картин были получены Тальботом десятью годами ранее, но они не дали никакой новой информации по сравнению с той, которую Тальбот извлек из непосредственных наблюдений с помощью поляризационного микроскопа. Самая ранняя дошедшая до нас микрофотография, полученная в поляризованном свете, - сделанная Тальботом калотипия одноосного кристалла - хранится в Музее науки в Лондоне.

Крукс стал экспериментировать с полярископом и фотоаппаратом в начале 1852 г. Как он утверждал позднее, сначала его целью было просто "зарегистрировать и сохранить в вещественной форме хорошо известные красивые фигуры, которые наблюдались, когда в полярископ помещали тонкие пластинки кристаллов, например кристаллов кальцита и селитры".

Поляризатор и анализатор, между которыми зажимался исследуемый образец, представляли собой идеальные экземпляры кристалла турмалина, полученные от Ч. Уитстона из Лондонского королевского колледжа. Первые удовлетворительные снимки поляризационных картин, наблюдаемых на кальците и селитре, были получены с использованием иодированной коллодиевой эмульсии. Фотоаппарат с полярископом направляли в небо в ясную погоду и каждые несколько минут поворачивали на 90° для обеспечения однородности освещения; экспозиция длилась от получаса до двух часов.

В то время как визуально на поляризационной картине удавалось различить 8-9 колец, на коллодиевой пластине их число достигало 50. Можно было бы предположить, что это объясняется лишь более высокой чувствительностью фотоаппарата по сравнению с глазом. (Отметим, что Фредерик Скотт Арчер изобрел мокроколлодионный процесс всего лишь года за два до этого, и чувствительность эмульсии была еще невысокой.) Крукс сразу догадался, что появление дополнительных колец обусловлено различием спектральной чувствительности коллодиевой эмульсии и сетчатки глаза; по его словам, "фотография удивительным образом показала, что кольца, создаваемые "более преломляемыми" лучами, имеют большую протяженность, нежели те, что образованы видимыми лучами". Под "более преломляемыми" и "менее преломляемыми" лучами Крукс понимал соответственно ближнюю ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра.

Затем, используя подходящие фильтры, Крукс попытался воспроизвести на фотографии то, что было видно невооруженным глазом. Дж. Гершель и другие исследователи уже заметили, что иодно-коллодионная пластинка, хотя и более чувствительна, чем калотипия или дагерротип, не вполне естественно передает визуально наблюдаемые переходы света и тени. Это несоответствие объяснили вкладом невидимых УФ-лучей, и Гершель предложил вместо иода использовать бром, чувствительность которого к красным и синим лучам спектра была более сбалансированной (с точки зрения человеческого восприятия). Кроме того, для полного устранения влияния УФ-излучения Гершель рекомендовал промывку в сернокислом хинине. Крукс все это принял к сведению, считая, что бром обеспечивает большую сбалансированность черно-белого изображения, не повышая при этом чувствительности в ИК-области спектра; действие же "более преломляемых" УФ-лучей должно быть устранено промывкой.

Он с удовлетворением заметил, что число колец на фотографии сократилось до числа наблюдаемых глазом, однако необычным был вид колец. Приведенная фотография с собственными пометками Крукса изображает поляризационную картину, полученную на кальците; подобная аномалия наблюдалась и на кристалле селитры. Черный крест и расходящиеся от центра "щетки" выглядят как обычно; аномалия заключается в самих кольцах. Обычно кольца образуют правильный узор: широкие и яркие полосы в центральной части становятся уже и слабее к периферии. Здесь же подобная регулярность нарушена, поскольку четвертое и пятое кольца сливаются в одну размытую полосу.

Крукс предположил, что "эти аномальные фигуры могут быть вызваны лучами, лежащими в пределах видимого спектра, но до сих пор не обнаруженными". Теперь нам ясно, что наиболее вероятным виновником аномалии была оптическая активность раствора сернокислого хинина. Странно, однако, что эта мысль не пришла на ум Круксу, ибо как раз в то время (1852) У. Герапат исследовал оптические свойства хинин- иодосульфата. Дело в том, что кристаллы этого соединения обладают свойством дихроизма, что нашло практическое применение лишь 80 лет спустя, когда Эдвин Лэнд создал на их основе фотоэмульсию для моментальной фотографии ("Полароид").

1853 г. Лондон, Великобритания. У. Крукс. Фотоаппарат, соединенный с турмалиновым полярископом и направленный на ясное небо. Мокроколлодионная пластинка Около 1 ч. Музей науки, Лондон [58, 16, 64]