СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ СТАЛЕЙ К МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ
METHOD FOR COMPARATIVE ASSESSMENT OF RESISTANCE OF STEEL TO MICROBIOLOGICAL CORROSION

Изобретение относится к исследованию сопротивляемости материалов коррозии и может быть использовано для экспресс-оценки стойкости различных сталей и контроля качества изделий, например труб нефтяного сортамента, эксплуатирующихся в жидких биологически-активных средах и подверженных коррозии, индуцируемой микроорганизмами.
Известен способ оценки коррозионной стойкости сталей, согласно которому испытуемые образцы взвешивают, затем в течение определенного времени подвергают воздействию жидкой биологически-активной среды, удаляют с образцов продукты коррозии, вновь взвешивают и по изменению массы образцов судят об их коррозионной стойкости [1, 2]. Однако для обеспечения достоверности результатов длительность испытаний по этому способу должна быть достаточно большой - не менее недели, иногда месяца [3, 4, 5].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа достоверной экспрессной экспериментальной оценки стойкости различных сталей к микробиологической коррозии.
Поставленная задача решается путем того, что в способе сравнительной оценки стойкости сталей к микробиологической коррозии образцы испытуемых сталей выдерживают не менее 48 часов в бактериальной среде, затем образовавшуюся на их поверхности биопленку счищаю, готовят из каждой бактериальную суспензию, в полученные суспензии добавляют раствор 2,3,5-трифенилтетразолий хлорида и выдерживают не менее 24 часов, после чего определяют дегидрогеназную активность бактерий в виде массовой концентрации образовавшегося 1,3,5-трифенилтетразолий формазана и по этому параметру судят о стойкости испытуемых сталей к микробиологической коррозии.
Кроме того, способ характеризуется тем, что массовую концентрацию 1,3,5-трифенилтетразолий формазана определяют колорометрическим методом.
Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в следующем. Как известно, биологическая коррозия металлов наносит заметный ущерб различным видам оборудования в нефтегазовой промышленности, подземным коммуникациям, системам водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, морскому и речному флоту, гидросооружениям. В частности, около 80% коррозионных повреждений нефтепромыслового оборудования вызвано деятельностью микроорганизмов. Ключевую роль в развитии коррозионных процессов играет биологическая коррозия, вызываемая микробными ассоциациями, состоящими из различных таксономических групп бактерий, и определяемая, в первую очередь, адгезированными на поверхности металла клетками. Как показали проведенные нами исследования, количественная оценка прикрепленных форм бактерий позволяет вполне достоверно характеризовать вызываемую ими коррозию. Такая оценка может быть основана на определении ферментативной активности адгезированных клеток, поскольку ферменты, как биохимические катализаторы обменных процессов, не только являются мерой активности обменных биологических процессов, но также достаточно полно характеризуют уровень интенсивности коррозионных процессов. Известно, что наибольшую опасность представляют сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), которым принадлежит доминирующая роль в микробном сообществе, инициирующем процесс коррозии, и которые в процессе жизнедеятельности выделяют большое количество сероводорода, являющегося высоко коррозионным агентом. Живые клетки СВБ имеют фермент - дегидрогеназу, который оказывает влияние на различные этапы коррозионного процесса, принимая участие как в разрушении пассивирующей пленки катодной защиты, так и непосредственно участвуя в диффузии металла. Подобная полифункциональность гидрогеназы дает основание считать, что уровень активности данного фермента вполне достоверно характеризует уровень активности коррозионных процессов, протекающих при участии СВБ. Активно дышащие клетки могут быть выявлены после инкубации образцов с искусственным акцептором электронов - солями тетразолия. При воосстановлении солей теразолия в результате активности ферментов цепи переноса электронов происходит образование окрашенных соединений - формазанов, концентрацию которых возможно определить, например, колорометрическим методом. Таким образом, заявленный способ позволяет осуществлять в короткие сроки ранжирование широкой номенклатуры сталей по стойкости к микробиологической коррозии - чем меньше дегидрогеназная активность адгезированных бактериальных клеток, тем выше стойкость стали к исследуемому виду коррозии.
Заявителю не известны источники информации, в которых были бы описаны способы оценки стойкости сталей к микробиологической коррозии с использованием данного показателя, что указывает на возможность считать предлагаемое техническое решение соответствующим критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого изобретения поясняется конкретным примером оценки стойкости сталей марок 15Х5М и 17Г1С к микробиологической коррозии вызываемой, в частности, СВБ.
Образцы из сталей выше указанных марок, подготовленные в соответствии с ГОСТ 2789-73, выдерживали в бактериальной среде в течение 48 часов при температуре +30°С. В качестве бактериальной среды была использована жидкая питательная среда Постгейта «С», инокулированная музейными штаммами СВБ. Анаэробные условия для развития СВБ создавали путем пропускания через среду газообразного азота. После инкубации образцы с образовавшейся на их поверхности биопленкой помещали в стерильные флаконы, заполненные стерильными бусами, добавляли фосфатный буферный раствор и счищали биопленку на встряхивателе Вортекс. Дегидрогеназную активность СВБ определяли как массовую концентрацию 1,3,5-трифенилтетразолий формазана в полученной бактериальной суспензии колорометрическим методом, основанном на определении интенсивности окраски красных соединений формазана, который образуется при восстановлении бесцветных солей тетразолия в анаэробных условиях под действием дегидрогеназ. Для этого в полученные суспензии добавляли раствор 2,3,5-трифенилтетразолий хлорида и выдерживали в термостатах при +30°C в течение 24 часов. После инкубации образовавшийся трифенилформазан экстрагировали этанолом и фильтровали. Оптическую плотность фильтрата определяли с помощью спектрофотометра СФ-46 при длине волны 546 нм относительно этанола в кюветах с толщиной светопоглощающего слоя 10 мм.
3
Активность дегидрогеназ выражают в мкг 1,3,5-трифенилтетразолий формазана, образовавшегося за 24 часа в 1 см бактериальной суспензии, и устанавливают по градуировочной характеристике. Результаты испытаний приведены в таблице.
№ п/п
Марка стали
Активность дегидрогеназы (массовая концентрация 1,3,5-трифенилтетразолий формазана), мкг/см<sup>3</sup>
1
15Х5М
2,07
2
17Г1С
17,25
Как видно из приведенных данных, дегидрогеназная активность бактериальной суспензии, полученной из биопленки с образца из стали 17Г1С, в несколько раз выше, чем дегидрогеназная активность для образца из стали 15Х5М. Это свидетельствует о более интенсивных коррозионных процессах, протекающих на поверхности образца из стали 17Г1С, и меньшей стойкости этой стали к бактериальной коррозиии и хорошо коррелируется с данными других исследований [6, 7, 8, 9].
Таким образом, заявленный способ позволяет быстро и достаточно точно дать сравнительную оценку стойкости различных сталей к микробиологической коррозии.
Источники информации
1. Фокин М.Н., Жигалова К.А. Методы коррозионных испытаний металлов. - М., «Металлургия», 1986, с.11-17.
2. Корякова М.Д., Чеботкевич Е.Г., Каплин Ю.М. О влиянии биологического фактора на коррозию металлов в морской воде. - Защита металлов, №4, Т.26, 1990, с.652-656.
3. Жиглецова С.К., Родин В.Б., Кобенлев B.C., Александрова Н.В., Расулова Г.Е., Холоденко В.П. Исследование начальных этапов биокоррозии стали. - Прикладная биохимия и микробиология, 200, Т.36, №6, с.637-641.
4. Коровин Ю.М., Леденев А.В., Лукашев Ю.Ф., Чжу В.П. Коррозионная стойкость и микрообрастание металлов в Центральной Атлантике. - Защита металлов, №1, Т.27, 1991, с.9.
5. Лучина М.А., Новгородцева Г.А., Романова В.А. Микробиологическая коррозия стальных конструкций гидросооружений. - Л., ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1976, с.33.
6. Booth G.Y., Tiller A.R. Polarization studies of mild steel in culture of sulfate-reducing bakteria. - Trans. Farad. Soc., 1960, 56 p.1689-1697.
7. Прогресс, методы и средства защиты металлов и изделий от коррозии. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. 41, М., 1988, с.180-181.
8. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. М., «Наука». 1989, с.263.
9. Кияшко С.В., Мухитова Ф.К., Рябцева О.А Окисление молекулярного водорода в экстрактах клеток DESULFOVIBRIO DESULPURICANS штамм 2198. - Биохимия, Т.59, вып.2, с.220-225.