扫描电镜在微生物腐蚀研究中的应用

      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 corrosion，MIC）^[1,2]。

      1891年Garrett提出微生物腐蚀后，Gaines于1910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 hr自1922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pH6～9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。

图1 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。

图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。