Аппаратные средства ультрафиолетовой фотографии
УФ-фотография объединяет методы выявления особенностей объектов, не воспринимаемых зрением, при их исследовании в УФ- зоне спектра. Ее применяют для обнаружения и фиксации следов биологического происхождения; восстановления содержания документов, утративших свой первоначальный вид в результате старения, травления, смывания записей; установления различий в свойствах чернил, бумаги и других материалов.
Свойства УФ-излучения. При криминалистических исследованиях используют ближнюю часть УФ-излучения (120-400 нм). Дальняя зона (10-120 нм) интенсивно поглощается всеми известными материалами и средами, поэтому исследования в данной части спектра возможны только при глубоком вакууме.
Используемую в криминалистической фотографии часть УФ- излучения условно делят на три части: коротковолновую, средневолновую и длинноволновую.
Длинноволновая часть УФ-спектра (320-400 нм) наиболее часто применяется при криминалистических исследованиях. Для проведения исследований в средневолновой (275-320 нм) и коротковолновой (120-275 нм) зонах необходима специальная фотографическая оптика, прозрачная для излучений этих областей.
УФ-лучи преломляются на границе раздела двух сред с различной плотностью и отражаются от поверхностей предметов. Это позволяет фокусировать их с помощью объективов и получать невидимое изображение, а затем преобразовывать его в видимое. В отличие от видимых лучей плоскость фокусирования ультрафиолетовых смещена ближе к объективу.
Иначе УФ-излучение взаимодействует со многими веществами и материалами. Воздействуя на живые организмы, длинноволновое излучение вызывает загар, а средневолновое и особенно коротковолновое – покраснение кожи и ожоги. Попадая на поверхность объекта, оно вызывает люминесцентное свечение у ряда веществ в более длинноволновой части спектра; увеличивается оптическая плотность большинства материалов, прозрачных для видимых лучей; смежные участки объекта, неразличимые в видимой части спектра, в ультрафиолетовой могут иметь иные коэффициенты отражения.
Источники УФ-излучения. УФ-излучение генерируют как естественные, так и искусственные источники света. Солнце, имея в своем спектре мощное ультрафиолетовое излучение, не используется при проведении исследований, поскольку излучение с длиной волны до 290 нм существенно ослабляется атмосферой. В лабораторных условиях применяют искусственные источники УФ-лучей: электрические дуги, газоразрядные (ртутно-кварцевые, импульсные) и люминесцентные лампы. Угольные электрические дуги применяются крайне редко из-за их конструктивных недостатков (непостоянство излучения, большое выделение тепла, необходимость постоянного контроля за горением).
Для криминалистических исследований наиболее удобны ртутно-кварцевые и люминесцентные лампы, у которых в парах ртути при электрическом разряде возникает оптическое излучение в УФ-, видимой и ИК-зонах спектра. В зависимости от рабочего давления паров ртути в колбах ламп они бывают низкого, высокого и сверхвысокого давления. Первые используются для фотографирования в УФ-зоне спектра; а вторые и третьи еще и для съемки в ИК-зоне.
Газоразрядные лампы низкого давления могут быть двух видов: без люминесцентного покрытия — бактерицидные и с люминесцентным покрытием — люминесцентные. К первому типу относятся лампы ДБ-15, ДБ-30 (БУВ — бактерицидные, увиолевые мощностью 15 и 30 Вт). Они являются источниками коротковолнового ультрафиолетового излучения в области 254 нм. Люминесцентные газоразрядные лампы в большей части изготавливаются в виде цилиндрических колб, внутренняя поверхность которых покрыта люминофором, светящимся под воздействием коротковолнового ультрафиолетового излучения в видимой и ультрафиолетовой зонах спектра. На непрерывный спектр свечения люминофора у них накладывается интенсивная линия излучения паров ртути в ближнем ультрафиолете с длиной волны 365 нм.
Ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (ПРК) дают линейчатый спектр, соответствующий спектральным линиям паров ртути в интервале от 248 до 1014 нм. Они излучают и слабый сплошной спектр ультрафиолетового излучения, который составляет незначительную долю от общего светового потока лампы. Распределение энергии по спектру в лампах ДРТ (ПРК) представлено на рис. 129.
Рис. 129. Распределение энергии в спектре в лампах ДРТ (ПРК)
Ртутные лампы сверхвысокого давления ДРШ (СВД) являются мощными источниками энергии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Наиболее интенсивное излучение соответствует линиям ртутного спектра в пределах от 250 до 600 нм. Распределение энергии по спектру приведено в табл. 20. Как в ультрафиолетовой, так и в видимой областях на линейчатый спектр накладывается непрерывный фон излучения, интенсивность которого возрастает с увеличением давления паров ртути в колбах ламп и плотности тока. Эти лампы работают с принудительным водяным или воздушным охлаждением. Осветительным прибором, изготовленным на базе ламп сверхвысокого давления, является «Таран-3М» (рис. 131).
Таблица 20
Распределение энергии по спектру в лампах ДРШ (СВД)
| Длина волны спектральной линии, нм | Относительная энергия, % | Длина волны спектральной линии, нм | Относительная энергия, % |
| 284,2 289,4 302,2; 302,6 312,6; 313,2 334,1 | 28,1 9,4 25,2 38,3 68,1 19,9 | 404,7; 407,8 435,8 546,1 | 16,8 64,4 73,1 77,3 7,3 |
Рис. 130. Осветитель портативный ультрафиолетовый
ОЛД-41: 1 — футляр с блоком питания;
2 — выключатель; 3 — рефлектор с источником
В криминалистических лабораториях широкое применение находят и малогабаритные источники ультрафиолетового излучения, например, портативный осветитель ОЛД-41 (рис. 130), УО-1, ЛЮМ-1 др. Внутренняя поверхность колб ламп данных осветителей покрыта люминофором, что позволяет получать интенсивное излучение в длинноволновой части ультрафиолетового спектра. Во время работы с небольшими по размерам объектами можно использовать ультрафиолетовые микроосветители типа ОИ-18. Они оснащены мощными ртутно-кварцевыми лампами с комплектом сменных светофильтров для выделения отдельных участков длинноволновой части ультрафиолетового спектра.
Мощными источниками ультрафиолетового излучения являются и импульсные лампы с колбами из кварцевого или увиолевого стекла, например ИФК-2000. В импульсных источниках используют искровой разряд в инертных газах с кратковременной вспышкой большой мощности. Они дают сплошной спектр излучения, по спектральному составу близкий к солнечному.
Светофильтры для ультрафиолетовой фотографии делят на две группы: выделяющие определенную зону УФ-спектра и заградительные – поглощающие УФ-лучи. Первые необходимы для любых исследований в УФ-области спектра и устанавливаются перед осветителем; вторые используются при регистрации видимой люминесценции, возбужденной УФ-лучами, и устанавливают перед объективом.
Так как ртутно-кварцевые лампы наряду с УФ-лучами испускают видимые и ИК-лучи, необходимую для исследования область спектра выделяют с помощью абсорбционных светофильтров, изготавливаемых из черного увиолевого стекла, прозрачного для УФ-лучей. Это могут быть светофильтры: УФС-1 (230-390 нм), УФС–2 (285-380 нм), УФС-5 (230-390 нм), УФС-6 (330-390 нм), УФС-8 (330-380 нм). Кроме ультрафиолетовых, они пропускают и часть видимых с длиной волны более 600 нм, не влияющих на результаты исследования при съемке на несенсибилизированые фотоматериалы (рис. 132). В некоторых случаях для съемки применяют светофильтр ФС-1 (330-460 нм).
При горении ртутно-кварцевые лампы выделяют большое количество тепла, которое при длительном воздействии изменяет спектральные свойства светофильтров. Светофильтры УФС-6, УФС-4 пропускают одинаковую зону УФ-излучения, но светофильтр УФС-4 термостойкий. Более стоек к тепловому излучению светофильтр УФС-1. Другие светофильтры используют в работе в совокупности с тепловыми фильтрами.
Рис. 132. Спектральное пропускание светофильтров УФС-1; УФС-2; УФС-5; УФС-6; УФС-8
Кроме стеклянных для выделения УФ-зоны спектра применяют твердые и жидкостные светофильтры. Твердым светофильтром является пластинка кварцевого стекла с нанесенным на его поверхность тонким слоем металлического серебра. Он пропускает ультрафиолет в области до 315 нм. Для выделения более длинноволнового излучения (от 280 нм) используют тонкое органическое стекло.
Жидкостные светофильтры представляют собой 40% растворы серно-кислого никеля или кобальта с максимумом пропускания в области 254 нм. Главным их достоинством является возможность изготовления в лабораторных условиях и плавное изменение характеристик спектрального пропускания при изменении компонентов раствора и их концентрации. Вместе с тем эти светофильтры сильно ослабляют излучение и весьма нестабильны. Кюветы для жидкостных светофильтров изготавливают из кварцевого или увиолевого стекла.
Для выделения узких зон УФ-спектра используют комбинацию двух светофильтров из каталога паспортизированного стекла с учетом их спектрального пропускания.
При фотографировании в УФ-зоне спектра необходимо согласовать спектральные свойства выбранного светофильтра со спектральным составом света, излучаемого источником. Например, светофильтры УФС-1, УФС-5 можно использовать с любым источником, поскольку они пропускают всю применяемую в криминалистике область УФ-спектра: коротковолновую, средневолновую и длинноволновую. Для ртутных ламп низкого давления необходимы светофильтры, пропускающие коротковолновые УФ-лучи. Со светофильтрами, выделяющими средневолновые и длинноволновые участки спектра, следует применять ртутные лампы высокого и сверхвысокого давленья, или люминесцентные газоразрядные лампы.
В качестве заградительных: из каталога паспортизированного стекла выбирают селективные (зональные) и компенсационные светофильтры, цветные и бесцветные: БС-7, БС-8, БС-10, ЖС-10, ЖС-4, ЖС-12, ЖС-17, ЖЗС-5, ЖЗС-10, ЗС-1, ЗС-8, ОС-12, ОС-14, КС-11, КС-14 и др. (рис. 133). Светофильтры подбирают из условия, что они должны поглощать УФ-лучи и пропускать то или иное люминесцентное свечение. Например, в случае появления на объекте люминесценции сине-голубого цвета применяют светофильтры БС-7, БС-8, БС-10, ЖС-10, для желтого или желто-зеленого свечения необходимы светофильтры ЖС-4, ЖС-12, ЖС-17, или ЖЗС-4, ЖЗС-10, а для люминесценции оранжевого или красного цвета — соответственно светофильтры ОС-12, ОС-14 или светофильтры КС-11, КС-14.
Бесцветные стекла БС-7, БС-8, БС-10 и желтый светофильтр ЖС-4 пропускают всю коротковолновую часть видимого спектра. Поэтому их используют в основном для регистрации картины видимой люминесценции сине-голубого и фиолетового цвета.
Объективы для съемки в ультрафиолетовой зоне спектра. Для съемки в УФ- зоне спектра подходят фотокамеры любого типа. Более жесткие требования предъявляют к фотографическим объективам, которыми их комплектуют. Объективы общего назначения поглощают до 50-80 % УФ-излучения и пригодны для съемки только в длинноволновой его части. Прозрачность объективов в данной спектральной зоне зависит от сорта стекла и его толщины, поэтому предпочтительнее для съемки использовать более простые по конструкции объективы, чем многолинзовые.
Для съемки в средневолновой и коротковолновой областях спектра необходимы специальные объективы, линзы которых изготовлены из кварца (прозрачен до 214 нм), флюорита (прозрачен до 120 нм) и увиолевого стекла (прозрачно до 250 нм).
в
Рис. 133. Спектральное пропускание светофильтров: а — БС-7; БС-8; БС-1О; ЖС-10; б— ЖС-4; ЖС-12; ЖС-17; ЖЗС-6; ЖЗС-10; в - ОС-12; ОС-14; КС-11; КС-14
На основе кварцевой и флюоритной оптики фирмой «Карл Цейс Йена» разработаны светосильные линзовые анастигматы: «УФ-объектив» (4/60) и «Кварц-штейнзальц-анастигмат» (4,5/120), предназначенные для съемки в средневолновой и длинноволновой зонах. Отечественная промышленность для этих целей выпускает светосильные линзовые анастигматы «Уфар-4» (52,4/2,8), «Уфар-1» (100/4) и длиннофокусные зеркально-линзовые объективы «Зуфар». Эти объективы предназначены для обычных малоформатных аппаратов. Их применение позволяет подбирать масштабы изображения от 1:2 до 2:1 при достаточно больших предметных расстояниях, что создает определенные преимущества при установке освещения (табл. 21). Ранее выпускались простые анастигматы типа «Тессар» («Индустар») из оптических стекол повышенной прозрачности в ближнем ультрафиолете с длиной волны не короче 340 нм.
Таблица 21