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扫描电镜在微生物腐蚀研究中的应用

发布时间: 2022-06-23 16:35 来源:北京欧波同光学技术有限公司

近年来,随着科学技术的不断发展,人类对海洋的探索和需求不断深入。而船舶是海上运输的主要工具,由于海上环境的复杂性,对船舶所用钢材的结构性能及耐腐蚀性的要求极高,不但要耐大气腐蚀、耐海水腐蚀,还要耐微生物腐蚀(microbially influenced corrosionMIC[1,2]

 

      1891年Garrett提出微生物腐蚀后,Gaines1910年从埋设地下管线的腐蚀产物中提取出铁嘉氏杆菌,指出了细菌参与管道腐蚀的证据[3] 。荷兰学者Von Wlzoge K ü hr1922年开始,做了大量关于硫酸盐还原菌SRB的研究工作,并于1934年提出了著名的阴极去极化理论,自此,科技界才开始关注微生物作用下的腐蚀。

 

      腐蚀微生物主要是在自然界中参与硫、铁元素循环的菌类,包括好氧菌和厌氧菌。好氧菌有硫杆菌属,如氧化硫杆菌氧化亚铁硫杆菌和排硫杆菌等。它们分布于含硫的酸性矿水、土壤及海洋淤泥中,通过氧化元素硫和还原性硫化物,产生硫酸而腐蚀金属、混凝土构件等。厌氧菌主要是硫酸盐还原菌(SRB),广泛分布于pH69的土壤、淡水、海水、淤泥中。微生物腐蚀常给地下管线、海底电缆、工业注水系统等工业设施带来严重危害,造成经济上的损失。

 

管线钢的微生物腐蚀

 

      微生物腐蚀都是电化学过程,要对所得的电化学数据和腐蚀机制作出合理的解释,必须借助于表面分析技术。在微生物腐蚀的研究中,常用的表面分析技术有:环境扫描电镜(ESEM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)等。本文对微生物腐蚀的样品制备及检测进行了简要介绍。

 

图2 微生物样品的制备方法

 

      扫描电镜可以观察生物样品的种类繁多,特异性很大,制备的方法不可能完全相同,对于含水较多的样品通常可采用如上方法。

 

      本文所用到的样品制样过程如下:

1、钢铁样品在含有SRB的培养基中培养数日;

2、浸入含有缓蚀剂的酸洗溶液中去除样品观察表面的腐蚀产物及杂质;

3、在2%的戊二醛溶液中浸泡1h;

4、分别用25%、50%、75%、100%的乙醇溶液进行脱水,脱水时间各15min;

5、样品在空气中干燥。

 

3扫描电镜下的硫酸盐还原菌SRB

 

      离子溅射仪镀膜后放入赛默飞场发射扫描电子显微镜Apreo 2S内进行检测。如图3所示,在SEM下可清晰观察到SRB在样品表面的附着状态,研究人员往往可通过SRB的附着数量、附着位置及附近的腐蚀情况等进一步研究。

 

注:SEM/EDS 由于在高真空下进行测试 ,需要对试样进行固定、脱水和喷导电涂层,试样制备过程较复杂,会破坏生物膜的结构,因此,SEM形成的图象具有一定的误差,在分析实验结果时应考虑到这一点。

 

 

参考文献

1. 安闻迅. 船用钢海水腐蚀与检测研究。

2. 陈鸿海. 金属腐蚀学。

3. 凌云, 陈志刚. 材料的微生物腐蚀研究与进展。


标签:扫描电镜,微生物,腐蚀,欧波同

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