Физико-химические процессы при бактериальной коррозии цинка тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

005002519

(2. Ясс-и

КАЛИНИНА АЛЕКСАНДРА АЛЕКСАНДРОВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КОРРОЗИИ ЦИНКА

Специальность 02.00.04 - Физическая химия (химические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 7 НОЯ 2011

Нижний Новгород 2011

005002519

Работа выполнена на кафедре "Биотехнология, физическая и аналитическая химия" Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Карташов Виктор Романович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Смирнова Наталья Николаевна

кандидат технических наук, доцент Исаев Валерий Васильевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная

технологическая академия»

Защита состоится «25» ноября в 1200 час. на заседании диссертационного совета Д 212.165.06 при Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан «24» октября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Соколова Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство металлов и промышленные изделия на их основе в средах, содержащих микроорганизмы, подвергаю гея глубокой деструкции. Среди сообщества микроорганизмов особое место занимают бактерии. Они чрезвычайно разнообразны по видовому составу, типам питания, способны существовать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Бактериальная коррозия вносит основной вклад в разрушение промышленных объектов, подверженных микробиологическим разрушениям.

Биокоррозия начинается с образования на поверхности объекта биохимических структур, известных как биопленки. Клеточные метаболиты, в том числе коррозионно-активные, входящие в состав биопленки, могут играть решающую роль в инициироваиии биокоррозии на начальном этапе, когда наблюдается изменение pH культуральной среды и морфологии поверхности.

К числу внеклеточных веществ, продуцируемых микроорганизмами, способных вызывать деструкцию металлов, относится супероксидный анион 02~~ - продукт одноэлектронного восстановления кислорода. Пути образования 02 in vivo, его роль в жизнедеятельности организмов и физико-химические свойства изучены достаточно детально и рассматриваются в ряде монографий и обзорных статьях.

В работах, выполненных на кафедре «Биотехнология, физическая и аналитическая химия» НГТУ им. P.E. Алексеева, показано, что С>2~, образующийся при жизнедеятельности микроскопических грибов, может переходить в околоклеточную среду и выполнять роль инициатора физико-химических процессов, ведущих к глубокой деструкции металлов. Хотя внутриклеточное образование 02~ характерно для всех форм жизни, его роль в биологической коррозии до этих работ в литературе не обсуждалась.

В связи с этим представляются актуальными как с практической точки зрения, так и с позиций разработки физико-химических основ биокоррозии,

исследования, призванные решить вопрос, возможно ли участие СЬ в разрушении металлов при их контакте с бактериями - органотрофами.

Целью работы является:

— выявление физико-химических явлений на поверхности металлов при контакте с бактериями, их связи с коррозионными процессами на начальных стадиях;

- определение возможности транспорта Oj~, продуцируемого бактериями, в окружающую среду и обоснование участия супероксидного аниона в инициировании коррозионного процесса;

- выявление результативности применения соединений — акцепторов электронов для характеристики оксидной пленки на поверхности металла и ее влияния на ход биокоррозии в начальный период;

— определение роли ионола в изменении состояния поверхности металлов в бактериальной коррозии, а также его свойств как субстрата в системах, генерирующих Ог~.

Научная новизна работы

- Впервые показано, что биокоррозия цинка и оцинкованной стали под воздействием бактерий Echerichia coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 969i, Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 начинается с формирования на местах дефектов поверхности жидкого экссудата с основными свойствами, динамика накопления которого и изменение рН зависят от штамма микроорганизма.

— Установлено, что основный характер экссудата определяется химическими превращениями супероксидного иона СЬ~ продуцируемого бактериями во внеклеточную среду. Способность бактерий выделять из клетки СЬ~ подтверждена:

- реакцией 02~ с реагентом хлоридом 2,2'-ди-(4-нитрофенил)-5,5' дифенил-3,3'(3',3'-диметокси-4,4'-дифенилен)-дитетразолия (нигросиним тет-

разолием, (НСТ)) при использовании в контрольных опытах фермента супер-оксидцисмутазы (100 ед. акт.);

- количественным определением в экссудате методом УФ-спектроскопии Н202, как продукта химических превращений 02 в водной среде.

- Впервые показано, что соединения - акцепторы электронов (НСТ) могут быть использованы в качестве тест - реагентов для выявления особенностей структуры оксидной пленки металла и дефектов ее поверхности.

- Установлено, что активирующий эффект 4-метшг-2,6-ди-мре?и-бутилфенол (ионола) в коррозии цинка обусловлен коррозионно-активными веществами (ОН", Н202), образующимися при биодеградации ионола, адсорбированного на поверхности цинка, при участии 02~, продуцируемого бактериями. Схема активации коррозии ионолом подтверждена сходством химического состава продуктов окисления ионола, адсорбированного на цинке и суспензированного в жидкой питательной среде, под воздействием бактерий.

- Впервые выявлена высокая адгезионная способность Echerichia coli 321-5 по отношению к поверхности цинка. Коррозионная активность в ряду Echerichia coli 321-5 > Staphylococcus aureus 956 > Pseudomonas aeruginosa 969i коррелирует с интенсивностью образования экссудата на ранней стадии коррозии цинка (3 — 5 суток с начала экспозиции).

Практическая значимость работы заключается:

- в выявлении коррозионной активности бактерий Echerichia coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 969b Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 из числа наиболее распространенных в природе по отношению к цинку и оцинкованной стали;

- в формировании научных принципов тестирования оксидной пленки металла и дефектов его поверхности с использованием соединений - акцепторов электронов с целью прогнозирования коррозионной устойчивости к бактериальной коррозии.

Основные положения диссертаиии. выносимые на защиту:

— физико-химические закономерности бактериальной коррозии цинка;

— участие Ог", продуцируемого бактериями, и продуктов его химических превращений в водной среде, в инициировании биокоррозии;

— принципы определения структуры оксидной пленки металла с использованием соединений - акцепторов электронов;

— влияние ионола на коррозионную активность бактерий по отношению к цинку.

Апробация работы. Международная конференция памяти Г.В. Акимова «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии» (Москва, 2011); XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); Тринадцатая конференция молодых ученых - химиков Нижегородской области (2010); Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки 2010, 2011»; 64-я студенческая научная конференция биологического факультета «Биосистемы: организация, поведение, управление 2011»; Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2011» (Одесса, 2011); «Наука молодых - 3» (Арзамас, 2009), «Наука молодых —4» (Арзамас, 2010); Региональная студенческая конференция «ЭКОТЕХНО- 2011» (Нижний Новгород, 2011).

Публикации. По данным диссертационной работы опубликовано 15 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 13 публикаций в сборниках материалов и тезисов докладов на Международных, Всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем диссертаиии. Диссертационная работа изложена на _страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, экспериментальная часть, результаты и обсуждение), выводов, списка цитируемых источников, включающего_наименование. Диссертация иллюстрирована_таблицами и_рисунками.

В первой главе рассмотрены имеющиеся в литературе современные представления о факторах и причинах, вызывающих коррозию металлов под воздействием бактерий в различных условиях, а также проанализированы пути образования супероксидного аниона 02 в клетке, его химические свойства и

биологические функции. Вторая глава содержит характеристику объектов исследования и описание экспериментальных методов и методик. В третьей главе представлены экспериментальные данные и проведено их обсуждение.

1. Физико-химические процессы на поверхности цинка.

Роль супероксидного иона в инициировании бактериальной коррозии

Объектами исследования выбраны цинк и оцинкованная сталь, которые широко используются в различных областях промышленности. Для получения цинковых образцов выплавлялись цинковые слитки размером 210*70*8 мм из гранулированного цинка квалификации «чда» ТУ 6-09-5294-86. Расплав обрабатывали безводным ZnCl2 с целью рафинирования. После получения слитков они подвергались горячей деформации с промежуточным подогревом при 200°С до толщины от 1,0 до 5,0 мм. В отдельных исследованиях использовали оцинкованную сталь марки 08КП (ГОСТ 14918-80). Чистота обработки поверхности изучаемых материалов составляла Ra 6,3 мкм. Стерилизацию образцов до и после экспозиции проводили фламбированием.

В качестве тест-организмов использовали культуры бактерий: Echerichia coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 969b Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061, предоставленные Всероссийской коллекцией микроорганизмов ИБФМ РАН (г. Пущино, Московской обл.).

Образцы металла помещали в чашки Петри на поверхность плотной питательной среды (мясопептонный агар), предварительно засеянной суспензией суточных культур бактерий, выращенных в пробирках на скошенном агаре. Затем чашки Петри переносили в суховоздушный термостат для культивирования бактерий при температуре 37±2°С и влажности воздуха 90%. Все биологические эксперименты проводились не менее чем в 6-10 повторностях. Контрольные опыты проводили в аналогичных условиях на плотной питательной среде, не зараженной микроорганизмами.

Микрофотографии поверхности цинка получены методом сканирующе электронной микроскопии на приборе Tescan Vega И, при ускоряющих напр* жениях 5-10 кВт (Нижегородский филиал Учреждения Российской Академи Наук Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН).

Изменение поверхности цинка на начальном этапе под воздействием

i

бактерий имеет аналогию с микромицетной коррозиен , хотя проявление е характерных признаков имеет свои особенности.

Через 12-24 часа с начала экспозиции на поверхности цинка наблюдае ся образование жидкого экссудата с основными свойствами. Его количеств возрастает с течением времени, достигая максимального значения примерн через 4 суток (рис. 1,2). Значение pH изменяется при этом от величины 8,4 д значения 10,3 спустя 3-4 суток с начала экспозиции (рис.3).

20

18

16

и 14

СП о 12

10

X

g 8

6

4

2

0

Рис. 1. Зависимость накоплен! экссудата на поверхности цине под воздействием бактерий:

а -Echerichia coli 321-5; б - Staphylococcus aureus 956; в - Pseudomonas aeruginosa 969

5 10

т. сут

15

шшш

V - -

■'' Éh. N *

' \

* . ч /

\| • г _ -V «

Рис. 2. Внешний вид образи цинка через 3 суток под в действием бактерий:

а - Echerichia coli 321-5; б - Pseudomonas aeruginosa 96

а б

Как видно из рис. 1,3, скорость накопления экссудата и нарастания ег

1 Белов Д.В., Соколова Т.Н., Смирнов В.Ф., Кузина О.В., Косюкова Л.В., Карташов В.Р. Коррозия: материалы, защита. 2007. № 9. С.36 - 41

основности зависят от штамма бактерий. По способности формировать на поверхности цинка экссудат их можно расположить в ряду: Echerichia coli 321 -5 > Staphylococcus aureus 956 > Pseudomonas aeruginosa 969t > Proteus vulgaris 1212 > Staphylococcus epidermidis 1061.

Рис. 3. Зависимость pH экссудата на поверхности цинка от времени экспозиции при воздействии бактерий:

а - Echerichia coli 321-5; б - Staphylococcus aureus 956; в - Pseudomonas aeruginosa 9691

с заселения бактериальными клетками участков, имеющих дефекты и структурные нарушения. Начальный этап заселения завершается формированием биопленки, основу которой составляют внеклеточные полимерные вещества, образующие своего рода матрицу для жизнедеятельности микроорганизмов.

В обычных условиях поверхность металла покрыта защитным слоем оксидной пленки. Ее толщина изменяется в широких пределах и зависит от природы металла и технологии его изготовления как технического продукта. Так, толщина оксидного слоя, который образуется в условиях воздушной атмосферы, обычно не превышает 10 нм.

На рис. 4 показано состояние поверхности цинка как исходного образца, и цинка, находившегося в течение 5 суток под жидкой фазой. Отчетливо видно, что при контакте с бактериями происходит разрушение оксидной пленки (рис.4,б) и обнажается текстура в виде субзерен приповерхностного слоя металла. Как следует из рис. 4,в, граница между субъединицами является зоной дальнейшего микробного заселения, образования биопленок и следующего этапа разрушения поверхности металла.

т.сут

Разрушение металлической поверхности н<

При длительных экспозициях, когда значительная часть бактериальны клеток подвергается автолизу, на поверхности разрушенного слоя металла х< рошо просматриваются особенности структурного скелета биопленки в ви; следов от бактериальных клеток (рис.5).

Наблюдаемая аналогия физико-химических явлений на поверхности цинка под воздействием бактерий и микромицетов' дает основание считат! что в формировании биопленки на начальном этапе (3-5 сутки) важную рс играет О2 . Возможность бактерий генерировать и транспортировать в окр' жающую среду 02 показана с использованием тест-системы, состоящей к НСТ и фермента супероксиддисмутазы (СОД) (100 ед. акт.).

Реакция проходит путем последовательного четырехэлектронного во становлении НСТ с образованием сначала moho-, а затем диформазана, окр шенных в глубокий сине-фиолетовый цвет.

Рис. 4. Микрофотографии поверхности цинка: а - исходная поверхность цинка, не контактирующая с бактериями (хЮОО); б, в - поверхность цинка спустя 5 суток экспозиции п

Echerichia coli 321-5 (х 200 и х5000 соответственно)

■ Рис. 5. Микрофотография поверхности цинка спустя 60 суток экспозиции под воздействием бактерии Echerichia coli 321-5 при увеличениях: а - хЮОО и б- хЮООО

а б

Скорость ферментативной реакции намного выше, чем скорость реак!

ции 02 с HCT, (константы скорости реакций равны 1,9х 109 м 'с"1 и 5,9x10

М"'с"' соответственно)2'3. Было установлено, что после инкубации бактерий в течение 15 мин в присутствии HCT наблюдалось появление синей окраски разной интенсивности. Наиболее глубокое окрашивание фиксировалось в опытах с бактерией Pseudomonas aeruginosa 969а наименьшее - с бактерией Staphylococcus epidermidis 1061 (табл.1). В контрольных опытах, содержащих СОД, водная суспензия бактерий к этому моменту времени оставалась практически неокрашенной. При более длительном выдерживании контрольных образцов они также приобретали синюю окраску. Очевидно, что после дезактивации СОД бактерии продолжали выделять в окружающую среду Ог , который и фиксировался реакцией с HCT.

Таблица 1. Интенсивность изменения окраски водной суспензии бактерий в

присутствии HCT

Бактерии Интенсивность окраски Время появления окраски, мин

Pseudomonas aeruginosa 9691 -н-н- 10

Echerichia coli 321-5 -H-+ 12

Proleus vulgaris 1212 +++ 12

Staphylococcus aureus 956 ++ 15

Staphylococcus epidermidis 1061 + 20

Полученные данные показывают, что некоторая часть внутриклеточно-

го супероксидного аниона может переходить в окружающую среду и принимать участие в химических реакциях, в том числе и в реакциях на поверхности металла.

Известно4, что Ог- в водных системах существует в виде равновесной смеси основания и сопряженной ему кислоты 02~+ Н+«=* 'ООН, которая очень быстро (~105 М"'с"') превращается в конечные продукты 01Г, Н2О2 и О2.

Концентрацию Н202 в экссудате, собранного с поверхности 10 образцов цинка, определяли спектрофотометрическим методом по полосе поглощения (X = 350 нм), образующегося при восстановлении пероксида водорода в

2 Bielski В. Н. J. and Richter Н. W. /Я. Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. Р. 3019-3023

3 Свободные радикалы в биологии (в 2-х т.) / [У. Прайор, Д. Мид, Д. Борг и др]; под ред. [и с предисл.] Н. М. Эммануэля,- М.: Мир, 1979

4 Bielski B.H.J., Cabelli D.E., Arudi R.L., Ross A.B.//J.Phys.Chem.Ref. Data. 1985. V.M. № 4.

P.1041-1100

щелочной среде иодидом калия (NH4)6Mo7024'4 Н20 (рис.6,7).

при катализе гетерополикислото

7 9

т.сут

Рис. 6. Изменение концентрации Н2О2 в жидком экссудате на поверхности цинка под воздействием бактерии а - Pseudomonas aeruginosa 9691; б - Echerichia coli 321-5; в -Slaphylococcus aureus 956

Рис. 7. УФ - спектры поглощения Н2О2 в жидком экссудате на поверхности цинка под воздействием бактерии

а -Pseudomonas aeruginosa 969ь' б - Echerichia coli 321-5; в - Staphylococcus aureus 956

Накопление уже на ранних стадиях экспозиции коррозионно-активног Н2О2 может приводить к существенным деструктивным изменениям повер ности (рис.8).

Рис.8. Микрофотография поверхности цинка, находившегося под воздействием Н2Ог (5 суток экспозиции)

Коррозионный эффект Н202, по-видимому, связан с процессом разложе ния Н202 при акцептировании электрона из объема металла по схеме анало гичной реакции Фентона:

Н202 + е —> 'ОН + ОН ; 'ОН + е —► ОН"

В совокупности полученные в настоящей работе данные можно также рассматривать как определенное подтверждение и развитие часто обсуждаемого каталазного механизма микробиологической коррозии.

На ранних стадиях коррозионного процесса в качестве деструкторов могут выступать ионы МН4* и Г^Нз, идентифицированные в экссудате после трех суток экспозиции.

Снижение рН (рис.3) сопровождается частичным переходом экссудата в гелеобразное состояние, а при длительной экспозиции (20 и более суток) в консистенцию полутвердого продукта (рис.9,10; табл.2).

Рис. 9. Внешний вид образцов цинка (стадия гелеобразова-ния): а - под воздействием бактерии Staphylococcus aureus 956 спустя 10 суток; б - под воздействием бактерии

Staphylococcus aureus 956 спустя 15 суток

Рис. 10. Внешний вид образцов цинка (стадия кристаллизации продуктов коррозии) под воздействием бактерий спустя 30 суток: а - Staphylococcus aureus 956; б - Pseudomonas aeruginosa 969\

Таблица 2. Характеристика изменений поверхности при биокоррозии цинка _ под воздействием бактерий_

Бактерии Время экспозиции, сут

10 20- 30 35 40 50-57 64-70 90

Esherichia coli 321-5 А А А А, Б Б, В Б, В В

Proteus vulgaris 1212 А А А,Б А, Б Б, В В, Г Г

Pseudomonas aeruginosa 9691 А А,Б А А, Б Б, В В, Г г

Staphylococcus aureus 956 А А А,Б А Б, В В В

Staphylococcus epidermidis 1061 А А А,Б А, Б Б, В Г г

Примечание. А - образование жидкого экссудата; Б - локальное потускнение поверхности; В - образование полупрозрачного слоя легко удаляемых продуктов коррозии; Г - коррозия с образованием продуктов аморфного, рыхлого характера (в т. ч. гидратов окислов); Д - коррозия по всей его поверхности с образованием продуктов коррозии, покрывающих более 50 % его поверхности.

На рис. 11 представлены данные по уменьшению массы цинковых образцов во времени. В период до 30 суток, когда идет накопление деструкторо начального этапа (ОН~, Н2О2, МН3), разрушающих, главным образом, оксид ную пленку, это изменение относительно невелико. С увеличением времен! экспозиции оно существенно возрастает и, видимо, связано с тем, что опреда

ляющую роль в коррозии начинают играть органические кислоты. В перио. существования зрелых биопленок активно происходит автолиз клеток, в ре зультате в окружающую среду переходят кислоты цикла Кребса, смесь жиг ных кислот и фосфолипидов, которые были структурной основой плазматич ских мембран. На микрофотографии, представленной на рис. 12, показано со стояние поверхности цинка после длительной (60 суток) экспозиции. На пс

верхности металла отчетливо видны кристаллы, имеющие органическую при роду.

На позднем этапе биокоррозии металлов возможно также разрушени поверхности, протекающее по электрохимическому механизму.

Рис. 11. Изменение массы цинка под воздей- Рис.12. Микрофотографии по- i ствием бактерий: а - Echerichia coli 321-5; верхности цинка спустя 60 су-

б -Staphylococcus aureus 956; в - Pseudomonas ток экспозиции под воздействи-aeruginosa 969i (гравиметрические измерения ем бактерии Echerichia coli 321-5 проводились с образцами массой ~ 0,45 г в 6-8 (хЗООО) повторностях, средняя квадратичная ошибка составляет~ 11%)

В отличие от цинка коррозия оцинкованной стали протекает более ак тивно (табл.3, рис.13). Уже через 75 суток с начала экспозиции коррозионные

повреждения распространяются практически по всей поверхности исследуемого образца.

Таблица 3. Динамика биокоррозии оцинкованных образцов под воздействием __бактерий_

Бактерии Время экспозиции, сутки

15 25 30-35 45 55-60 65 70

Proteus vulgaris 1212 А А, Б А, В А, В А, В Г Д

Pseudomonas aeruginosa 969) А А, Б А, В А, В А, Г Г д

Staphylococcus aureus 956 А А А, Б А, Г А, Г г д

Staphylococcus epidermidis 1061 А А А, Б А, Г А, Г г д

Echerichia coli 321-5 А А, Б А, В А, В А, В г д

а б в

Рис. 13. Внешний вид образцов оцинкованной стали под воздействием бактерии Pseudomonas aeruginosa 969i спустя с начала экспозиции:

а - 10 суток; б - 30 суток; в - 65 суток

2. Акцепторы электронов в биокоррозионных явлениях

Как отмечалось выше, формирование жидкой фазы, которое предшествует непосредственной деструкции объекта, происходит вначале лишь на отдельных участках поверхности и, как можно было предположить, определяется свойствами оксидной пленки и приповерхностного металлического слоя.

В настоящей работе показано в какой мере свойства оксидной пленки могут влиять на ход микробиологической коррозии, используя в качестве индикатора этого влияния соединения - акцепторы электронов, нанесенные на поверхность металла. В основе данного подхода лежит концепция Вагнера, согласно которой перенос веществ через объем металла к окислителю на поверх-

ность происходит не в виде нейтральных атомов, а в виде диффузионного потока ионов и электронов, поэтому свойства оксидной пленки, такие как толщина, дефекты структуры и кристаллической решетки (трещины, полости, от-1 носительное расположение кристаллитов, дислокации, вакансии и т.д.), должны быть связаны с процессом восстановления окислителя - акцептора электронов.

Подход к использованию соединений - акцепторов электронов в биокор-1 розионных процессах основывался на предположении, что особенности струк1 туры оксидной пленки оказывают сходное влияние как на характер проявлений биокоррозии, так и на восстановление акцепторного соединения.

Для выявления этих свойств оксидной пленки использовался НСТ.

Подготовленные образцы цинка и оцинкованной стали помещали в водный раствор НСТ (1x10"4 моль/л) и выдерживали один час. В течение этого времени отчетливо наблюдалось образование окрашенных продуктов. Продукты восстановления НСТ с поверхности образцов экстрагировали в аппарате Сокслета очищенным хлороформом (объемом 50 мл) в течение 2 часов. После чего полученный экстракт упаривали до объема 5 мл и проводили спектрофо-тометрические измерения.

Среди исследованных образцов металлов наиболее интенсивно окрашивается поверхность цинка, существенно меньше - оцинкованной стали.

Очаговость распределения цветных продуктов восстановления НСТ на поверхностях цинка и оцинкованной стали в определенной степени подобно. Вначале очень быстро (в течение 3-5 минут) приобретают цвет торцы, а затем некоторые участки поверхности, также примыкающие к торцам (рис. 14,а,б).\ На рис. 15 показаны участки поверхности, где образуется жидкая фаза при воздействии на металл бактерий. Как видно из данных, представленных на рис. 14,15, наблюдается отчетливая корреляция между очаговостью проявления начального этапа биокоррозии и распределением окрашенных участков. При увеличении времени выдерживания (до 24 часов) образцов цинка и оцинко-

ванной стали в растворе НСТ их поверхность окрашивается практически пол-

Рис. 14. Поверхность образцов цинка (а) и оцинкованной стали (5) после адсорбции продуктов восстановления НСТ 2+ в водном растворе

Рис. 15. Поверхность образцов цинка (а) и оцинкованной стали (б) после 5 суток экспозиции под действием

Pseudomonas aeruginosa 969,

На рис. 16 показаны спектры поглощения формазана, десорбированного с поверхности цинка и оцинкованной стали (суммарная площадь образцов приблизительно одинакова и составляет «53 см2). Эти данные в интегральном виде еще раз показывают сходство восстановления НСТ поверхностями цинка и оцинкованной стали.

Из рис. 17, на котором представлена электронная микрофография поверхности цинка после десорбции формазанов, видно, что деструкция поверхности подобна той, которая наблюдается в начальный период биокоррозии. Центры восстановления окислителя также расположены по границам субъединиц, где частично разрушена оксидная пленка и торможение диффузионного потока ионов минимально.

Исходя из данных по механизму восстановления НСТ, можно полагать, что этот процесс на поверхности металла, покрытого оксидной пленкой, происходит по следующей схеме:

| | ^с-Ь, + Н20

+ _ +

С1 С1

н I

,, ы—и—к.2 в.,-М-Ы

// I \\ 2 +

с" | ^с-^+га +он"+с1

СГ

где 7_лл - атом цинка в приповерхностном слое, который является источ ником электронов.

Моноформазан по аналогичной схеме может далее восстанавливаться д диформазана.

450 550

/.. нм

650

1 . ~

4 » •. ■ -

1 " 1-4' '-1^,

ОаМ(пОД|: 04/18/11 ди»51

Рис. 16. Спектры поглощения продуктов Рис. 17. Микрофотография поверхности восстановления НСТ2+ поверхностями цинка после адсорбции из водного рас цинка (в) и оцинкованной стали (б) твора НСТ (х4960)

3. Влияние ионола на биокоррозию цинка

Фенольные соединения совместно с другими структурами химической и биохимической природы входят в группу регуляторов, определяющих фи-' зиологически безопасный уровень О? в клетке. Для них характерны очень высокие скорости взаимодействия как с СЬ", так и с радикалом 'ООН. С целью

дальнейшего доказательства участия О г в процессах на поверхности металла выявлена возможность реализации биокоррозии цинка, на поверхность которого наносили ионол. Следовало ожидать существенного изменения хода коррозионного процесса, если в нем, действительно, принимает участие Ог. Выбор ионола в качестве модельного соединения обусловлен тем, что продукты его взаимодействия с различными окислительными системами, в том числе и с радикалами, хорошо изучены.

Для бактерий, за исключением Echerichia coli 321-5, действительно, наблюдалось более интенсивное образование экссудата, когда на поверхности цинка был адсорбирован ионол (рис. 18,6).

Более того, и в целом коррозионные повреждения поверхности цинка при длительной экспозиции (60 сут.) существеннее, чем на контрольных образцах при отсутствии на поверхности ионола (рис.19).

Рис. 18. Внешний вид поверхности цинка: а - под воздействием Pseudomonas aeruginosa 969i через 7 суток с начала экспозиции, рН=11; б - под воздействием Pseudomonas aeruginosa 9691 через 7 суток с начала экспозиции с адсорбированным ионолом

Рис. 19. Внешний вид образца цинка под воздействием Pseudomonas aeruginosa 9691 через 60 суток с начала экспозиции (а) и при тех же условиях с адсорбированным ионолом (б)

а 6

Для определения возможной схемы влияния ионола на коррозию цинка

проведена биотрансформация ионола под действием Pseudomonas aeruginosa

9691. В суспензию клеток вносили в виде порошка 17мг/мл ионола. Через 27

суток инкубирования образовавшиеся метаболиты экстрагировали гекса-

ном. Методом ТСХ и ГЖХ с использованием веществ - свидетелей, получен-

ных встречным синтезом, в бактериальном экстракте были идентифицирова ны, кроме ионола (I), соединения (II) - (IV). В контрольном опыте в отсутст вии культуры Pseudomonas aeruginosa 969j ионол химических превращений н претерпевал. Продолжительность эксперимента определялась появлением исследуемой системе желтой окраски, обусловленной накоплением продукте биотрансформации ионола.

Исходя из данных по взаимодействию равновесной системы 02~ и '001 с фенольными соединениями, индуцирование бактериальной коррозии цинк ионолом и образование продуктов биотрансформации (II) - (IV) можно объяс нить следующим образом. Обычно реакционноспособные радикалы взаимо действуют с фенолами путем отрыва атома водорода от гидроксильной группы. Однако гидроксильная группа в ионоле сильно экранирована, поэтом взаимодействие гидропероксидного радикала с ионолом может проходить по двум направлениям (4), (5) с последующими реакциями (6НЮ:

сн3 оон

II

III

IV

р'

пн

+ Н202

(

+ ООН

+ Н202

(

сн2

+ ООН -

(6)

III

Фенольное соединение (III) далее быстро превращается в устойчивый хинон (IV) с дополнительным образованием коррозионно-активного соединения Н2О2 по реакции (8):

2 НО

СН + ООН-- IV + 4Н202

(8)

При взаимодействии 02 " с одноосновными фенолами происходит перенос протона гидроксильной группы на супероксидный анион - радикал: ОН

+ 02

+ ООН

НОО' + НОО' -ч>02+Н202,

Фенолят - анион (V) подвергается далее гидролизу по реакции (9) с регенерацией некоторой части фенола:

о

он

+ Н20

+ он

Эти превращения могут проходить до тех пор, пока рН экссудата не дос тигнет значения, при котором равновесие будет полностью сдвинуто влево.

Из проведенного рассмотрения следует, что индуцирование биокоррози ионолом обусловлено воздействием на металл таких же деструкторов (ОН" Н2О2), что и в процессе на чистой поверхности цинка. Но в последнем случа они образуются в результате взаимодействия компонентов равновесной смес (НОО\ О2 ), концентрация которых очень мала. При наличии нанесенного ио нола они могут также реагировать с фенольным адсорбатом, присутствующи на поверхности металла в значительных количествах. Очевидно, в этом случа возможно дополнительное образование деструкторов, способных вызвать су щественное усиление коррозионных процессов, особенно на начальном этапе.

Вовлечение ионола в коррозионный процесс подтверждено идентифици рованием методами ГЖХ и ЖХ в смеси продуктов, собранных с поверхност цинка, обработанного ионолом, соединений (II) - (IV).

1. Впервые установлена коррозионная активность бактерий Echerichi coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 9691, Staphylococcu aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 по отношению к цинку и оцинкованной стали. Показано, что коррозионный процесс начинается с формирования на отдельных участках поверхности металла жидкого экссудата с основными свойствами. В ряду микроорганизмов выявлена корреляция между коррозионной активностью и способностью к образованию и накоплению на поверхности цинка жидкого экссудата: Echerichia coli 321-5 > Staphylococcus aureus 956 > Pseudomonas aeruginosa 969].

ВЫВОДЫ

2. Впервые методом сканирующей электронной микроскопии выявлена высокая адгезивная способность Echerichia coli 321-5 на поверхности цинка.

3. Получены экспериментальные подтверждения схемы инициирования биокоррозии цинка с участием 02~и Н2Ог:

- в реакции 02 с нитросиним тетразолием в присутствии фермента су-пероксиддисмутазы;

- количественным определением Н2О2 в экссудате спектрофотометриче-

ски.

4. Впервые показано, что вещества - акцепторы электронов могут использоваться для определения особенностей структуры оксидной пленки, которая оказывает сходное влияние как на характер начального этапа коррозии, так и на восстановление акцепторного соединения. Установлена симбатность между донорной способностью оксидной пленки металла, ее структурой и коррозионной активностью металла под воздействием микроорганизмов.

5. Установлено, что адсорбированный на поверхности цинка ионол индуцирует коррозию под воздействием исследуемых бактерий, за исключением Echerichia coli 321-5. Показано, что активирующая роль ионола связана с вовлечением в его химические превращения супероксидного иона О?-, выделяемого в околоклеточную среду бактериями. Схема активации подтверждена сходством химического состава продуктов биодеградации ионола и адсорбированного на поверхности цинка под воздействием исследуемых бактерий и суспензировшпюго к культуре Pseudomonas aeruginosa 969j.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Белов, Д.В. Коррозия цинка и оцинкованной стали под воздействием бактерий./ Д.В. Белов, А.А. Калипипа, Т.Н.Соколова, О.В. Кузина, В.Р. Каргашов //Коррозия: материалы, защита. - 2011. - №7. - С. 42-47

2. Белов, Д.В. Генерация супероксидного анион-радикала микромицетами и его роль в коррозии металлов / Д.В. Белов, А.А. Калинина, В.Р. Каргашов, В.Ф. Смирнов, Т.Н. Соколова, М.В. Челнокова// Известия Вузов. Сер. Химия и химическая технология. -2011. -Т, 54. №10.-С. 133- 136.

3. Белов, Д.В. Влияние адсорбированных на поверхности фенолов и родственных им соединений на биологическую коррозию цинка/ ДВ. Белов, М.В. Челнокова, Т.Н. Соколова,

A.A. Калипипа, В.Ф. Смирнов, В.Р. Карташов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева. -2010. - № 2 (81). -С. 258-263.

4. Калинина, A.A. Соединения - акцепторы электронов в исследовании биокоррозионных явлений/ Д.В. Белов, М.В. Челнокова, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов // Тез. докл. Междунар. конф. памяти Г.В. Акимова «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии». - Москва. - 2011. - С. 37.

5. Челнокова, М.В. Роль адсорбированных фенольных соединений в коррозии цинка под воздействием микроорганизмов / М.В. Челнокова, A.A. Калинина, Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов// Тез. докл. Междунар. конф. памяти Г.В. Акимова «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии». - Москва.

- 2011. - С. 35.

6. Белов, Д.В. Хемосорбцяонное взаимодействие супероксидного анион-радикала с поверхностью металла, как главный фактор в инициировании биокоррозии/ Д.В. Белов, М.В. Челнокова, A.A. Калинина, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов

7. Калинина, A.A. Роль фенолов и родственных им соединений в бактериальной коррозии цинка / A.A. Калинина, Т. А. Аникина, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2011». Том 28. Химия, сельское хозяйство. - Одесса: Черноморье- 2011. - С. 61-62

8. Шмелева, В.А. Роль оксидного слоя в процессах, протекающих на поверхностях 7.a, Al, Si./ В.А Шмелева, Д.В. Белов, A.A. Калинина, Г.И. Успенская // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2011». Том 28. Химия, сельское хозяйство. - Одесса: Черноморье. - 2011. - С. 55-56

9. Радостин, С.Ю. Изучение продуктов микробиологической трансформации 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенола / С.Ю. Радостин, A.A. Калинина, Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов // Материалы 64-ой научной студенческой конференции биологического факультета ННГУ им. Лобачевского «Биосистемы: организация, поведение, управление» -г. Н.Новгород: Изд-во ННГУ. - 2011. - С. 26-27

10. Калинина, A.A. Активность бактерий в образовании активных форм кислорода и ее влияние на биокоррозию цинка./ A.A. Калинина, М.В. Челнокова, Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, Е. А. Першин // Сборник тезисов докладов тринадцатой конференции молодых ученых

- химиков Нижегородской области. - Н.Новгород. ННГУ им. Н.И. Лобачевского. - 2010, -С. 41-42

11. Калинина, A.A. Влияние активных форм кислорода, продуцируемых бактериями, на инициирование коррозии цинка/ АА Калинина, М.В. Челнокова, Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, Е.А Першин Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки 2010» - Нижний Новгород. НГТУ им. P.E. Алексеева. - 2010. - С. 323-324

12. Челнокова, М.В. Факторы, влияющие на физиологию микромицетов - биодеструкторов цинка/ М.В. Челнокова, Д.В. Белов, A.A. Калинина, Т.Н. Соколова, Д.И. Князев, Е.А. Першин // Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки 2010» - Нижний Новгород. НГТУ им. P.E. Алексеева. -2010. - С. 315-316

13. Першин, Е.А, Влияние фенола, его производных и родственных соединений на микологическую коррозию цинка/ Е.А. Першин, М.В. Челнокова, Д.В. Белов, A.A. Калинина, Т.Н. Соколова, ДИ. Князев Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки 2010» Нижний Новгород. НГТУ им. P.E. Алексеева - 2010. - С. 320-321

14. Челнокова, М.В. Влияние фенола, его производных и родственных ему соединений на коррозию цинка под воздействием микроскопических грибов/ М.В. Челнокова, Д.В.

Белов, АА. Калпнипа, Т.Н. Соколова, Е.А. Першин, Д.И. Князев // Сборник тезисов докладов тринадцатой конференции молодых ученых - химиков Нижегородской области. Н.Новгород. ННГУ им. Н.И. Лобачевского. -2010. - С. 101

15. Калинина, A.A. Роль активных форм кислорода в бактериальной коррозии цинка/ A.A. Калинина, В.Р. Карташов, Д.В. Белов, М.В. Челнокова, Д.И. Князев // Наука молодых. Межвузовский сборник научных трудов молодых учёных. Выпуск 2 / Ассоциация учёных г. Арзамаса, АГПИ им. А.П. Гайдара, АЛИ. - Арзамас, АГПИ. - 2010. - С. 73-77

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Микробиологическая коррозия.

1.2. Деструкторы в микробиологической коррозии, пути образования и механизмы воздействия на металл.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

2.1. Введение.

2.2. Физико-химические процессы на поверхности цинка.

Роль супероксидного иона в инициировании бактериальной коррозии.

2.3. Акцепторы электронов в биокоррозионных явлениях.

2.4. Влияние ионола на биокоррозию цинка.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Используемые приборы.

3.2. Объекты и материалы исследования.

3.3. Исследование биостойкости металлов.

3.4. Методика изучения коррозионной активности бактерий.

3.5. Количественные показатели коррозионной стойкости металлов.

3.6. Определение химического состава экссудата.

3.6.1. Определение ионного состава экссудата.

3.6.2. Качественное обнаружение пероксида водорода.

3.6.3. Количественное определение пероксида водорода.

3.7. Методика обнаружения и регистрации супероксидного аниона.

3.7.1. Восстановление нитросинего тетразолия хлорида.

3.8. Биотрансформация 4-метил-2,6-ди-т/?ет-бутилфенола (ионола).

3.8.1. Получение продуктов окисления ионола методом встречного синтеза.

3.9. Методика обработки поверхности металла ионолом.

3.10. Очистка растворителей.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы. Большинство металлов и промышленные изделия на их основе в средах, содержащих микроорганизмы, подвергаются глубокой деструкции. Среди сообщества микроорганизмов особое место занимают бактерии. Они чрезвычайно разнообразны по видовому составу, типам питания, способны существовать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Бактериальная коррозия вносит основной вклад в разрушение промышленных объектов, подверженных микробиологическим разрушениям.

Биокоррозия начинается с образования на поверхности объекта биохимических структур, известных как биопленки. Клеточные метаболиты, в том числе коррозионно-активные, входящие в состав биопленки, могут играть решающую роль в инициировании биокоррозии на начальном этапе, когда наблюдается изменение pH культуральной среды и морфологии поверхности.

К числу внеклеточных веществ, продуцируемых микроорганизмами, способных вызывать деструкцию металлов, относится супероксидный анион Ог - продукт одноэлектронного восстановления кислорода. Пути образования 0{~ in vivo, его роль в жизнедеятельности организмов и физико-химические свойства изучены достаточно детально и рассматриваются в ряде монографий и обзорных статьях.

В работах, выполненных на кафедре «Биотёхнология, физическая и аналитическая химия» НГТУ им. P.E. Алексеева, показано, что 02~, образующийся при жизнедеятельности микроскопических грибов, может переходить в околоклеточную среду и выполнять роль инициатора физико-химических процессов, ведущих к глубокой деструкции металлов. Хотя внутриклеточное образование (V характерно для всех форм жизни, его роль в биологической коррозии до этих работ в литературе не обсуждалась.

В связи с этим представляются актуальными как с практической точки зрения, так и с позиций разработки физико-химических основ биокоррозии, 4 исследования, призванные решить вопрос, возможно ли участие О2- в разрушении металлов при их контакте с бактериями - органотрофами.

Целью работы является:

- выявление физико-химических явлений на поверхности металлов при контакте с бактериями, их связи с коррозионными процессами на начальных стадиях;

- определение возможности транспорта Ог, продуцируемого бактериями, в окружающую среду и обоснование участия супероксидного аниона в инициировании коррозионного процесса;

- выявление результативности применения соединений - акцепторов электронов для характеристики оксидной пленки на поверхности металла и ее влияния на ход биокоррозии в начальный период;

- определение роли ионола в изменении состояния поверхности металлов в бактериальной коррозии, а также его свойств как субстрата в системах, генерирующих 02 .

Научная новизна работы

- Впервые показано, что биокоррозия цинка и оцинкованной стали под воздействием бактерий Echerichia coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 9691, Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 начинается с формирования на местах дефектов поверхности жидкого экссудата с основными свойствами, динамика накопления которого и изменение рН зависят от штамма микроорганизма.

- Установлено, что основный характер экссудата определяется химическими превращениями супероксидного иона Ог", продуцируемого бактериями во внеклеточную среду. Способность бактерий выделять из клетки О2 подтверждена:

- реакцией 02~ с реагентом хлоридом 2,2'-ди-(4-нитрофенил)-5,5,дифенил-3,3'(3',3'-диметокси-4,4'-дифенилен)-дитетразолия (нитросиним тетразолием, (НСТ)) при использовании в контрольных опытах фермента супероксиддисмутазы (100 ед. акт.);

- количественным определением в экссудате методом УФ-спектроскопии Н202, как продукта химических превращений 02~ в водной среде.

- Впервые показано, что соединения - акцепторы электронов (HCT) могут быть использованы в качестве тест - реагентов для выявления особенностей структуры оксидной пленки металла и дефектов ее поверхности.

- Установлено, что активирующий эффект 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (ионола) в коррозии цинка обусловлен коррозионно-активными веществами (ОН", Н2О2), образующимися при биодеградации ионола, адсорбированного на поверхности цинка, при участии 02 , продуцируемого бактериями. Схема активации коррозии ионолом подтверждена сходством химического состава продуктов окисления ионола, адсорбированного на цинке и суспензированного в жидкой питательной среде, под воздействием бактерий.

- Впервые выявлена высокая адгезионная способность Echerichia coli 321-5 по отношению к поверхности цинка. Коррозионная активность в ряду Echerichia coli 321-5 > Staphylococcus aureus 956 > Pseudomonas aeruginosa 9691 коррелирует с интенсивностью образования экссудата на ранней стадии коррозии цинка (3-5 суток с начала экспозиции).

Практическая значимость работы заключается:

- в выявлении коррозионной активности бактерий Echerichia coli 3215, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 9691, Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 из числа наиболее распространенных в природе по отношению к цинку и оцинкованной стали;

- в формировании научных принципов тестирования оксидной пленки металла и дефектов его поверхности с использованием соединений -акцепторов электронов с целью прогнозирования коррозионной устойчивости к бактериальной коррозии.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- физико-химические закономерности бактериальной коррозии цинка;

- участие 02 , продуцируемого бактериями, и продуктов его химических превращений в водной среде, в инициировании биокоррозии;

- принципы определения структуры оксидной пленки металла с использованием соединений - акцепторов электронов;

- влияние ионола на коррозионную активность бактерий по отношению к цинку.

Апробация работы. Международная конференция памяти Г.В. Акимова «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии» (Москва, 2011); XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); Тринадцатая конференция молодых ученых - химиков Нижегородской области (2010); Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки 2010, 2011»; 64-я студенческая научная конференция биологического факультета «Биосистемы: организация, поведение, управление 2011»; Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2011» (Одесса, 2011); «Наука молодых - 3» (Арзамас, 2009), «Наука молодых -4» (Арзамас, 2010); Региональная студенческая конференция «ЭКОТЕХНО- 2011» (Нижний Новгород, 2011).

Публикации. По данным диссертационной работы опубликовано 14 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 12 публикаций в сборниках материалов и тезисов докладов на Международных, Всероссийских и региональных конференциях.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность д.т.н., проф. Москвичеву А.Н. и ст. научный сотруднику E.H. Разову (Нижегородский филиал Учреждения Российской Академии Наук Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН), д.х.н., проф. Додонову В.А.

ННГУ им. Н.И. Лобачевского, каф. «Органическая химия») за помощь в выполнении работы и участие в обсуждении полученных результатов.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

выводы

1. Впервые установлена коррозионная активность бактерий Echerichia coli 321-5, Proteus vulgaris 1212, Pseudomonas aeruginosa 9691, Staphylococcus aureus 956, Staphylococcus epidermidis 1061 по отношению к цинку и оцинкованной стали. Показано, что коррозионный процесс начинается с формирования на отдельных участках поверхности металла жидкого экссудата с основными свойствами. В ряду микроорганизмов выявлена корреляция между коррозионной активностью и способностью к образованию и накоплению на поверхности цинка жидкого экссудата: Echerichia coli 321-5 > Staphylococcus aureus 956 > Pseudomonas aeruginosa 969,.

2. Впервые методом сканирующей электронной микроскопии выявлена высокая адгезивная способность Echerichia coli 321-5 на поверхности цинка.

3. Получены экспериментальные подтверждения схемы инициирования биокоррозии цинка с участием 02~и Н202:

- в реакции 02~ с нитросиним тетразолием в присутствии фермента супероксиддисмутазы;

- количественным определением Н202 в экссудате спектрофотометрически.

4. Впервые показано, что вещества - акцепторы электронов могут использоваться для определения особенностей структуры оксидной пленки, которая оказывает сходное влияние как на характер начального этапа коррозии, так и на восстановление акцепторного соединения. Установлена симбатность между донорной способностью оксидной пленки металла, ее структурой и коррозионной активностью металла под воздействием микроорганизмов.

5. Установлено, что адсорбированный на поверхности цинка ионол индуцирует коррозию под воздействием исследуемых бактерий, за исключением Echerichia coli 321-5. Показано, что активирующая роль ионола связана с вовлечением в его химические превращения супероксидного иона

83

С>2выделяемого в околоклеточную среду бактериями. Схема активации подтверждена сходством химического состава продуктов биодеградации ионола и адсорбированного на поверхности цинка под воздействием исследуемых бактерий и суспензированного к культуре Pseudomonas aeruginosa 9691.

1. Javaherdashti, R. Microbiologically 1.fluenced Corrosion an Engineering Insight / R. Javaherdashti - Springer-Verlag. UK. 2008. 164 p.

2. Yavaherdashti, R. Modeling Microbiologically Influenced Corrosion of N-80 Carbon Steel by Fuzzy Calculus / R. Yavaherdashti // Metallurgical and Material Transactions A. 2004. V. 35A. №7. P. 2051 2056.

3. Little, B. J., Lee, J. S. Microbiologically Influenced Corrosion / B. J. Little, J. S. Lee ISBN 978-0-471-77276-7. John Wiley & Sons. Inc. Hoboken. NJ. 2007. Hardcover. 279 p.

4. Davey, M. E. Microbial Biofilms: from Ecology to Molecular Genetics / M. E. Davey, G. A. O'Toole // Microbiology and Molecular Biology Reviews Dec. 2000. V. 64. No. 4. P. 847-867.

5. Costerton, J. W. Microbial biofilms / J. W. Costerton, Z. Lewandowski, D. E. Caldwell, D. R. Korber, H. M. Lappin-Scott // Annu. Rev. Microbiol. 1995. V. 49. P. 711-745.

6. Costerton, J. W. How bacteria stick / J. W. Costerton, G. G. Geesey, G. K. Cheng // Sci. Am. 1978. V. 238. P. 86-95.

7. Carpentier, В. O. Biofilms and their consequences, with particular reference to hygiene in the food industry / B. Carpentier, O. Cerf. // J. Appl. Bacteriol. 1993. V. 75. P. 499-511.

8. Christensen, В. E. The role of extracellular polysaccharides in biofilms / В. E. Christensen// J. Biotechnol. 1989. V. 10. P. 181-202.

9. Donlan Rodney, M. Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms / M. Donlan Rodney, J. William Costerton // Clinical Microbiology Reviews. 2002. V. 15. №. 2. P. 167-193.

10. O'Toole, G. A. Biofilm formation as microbial development / G. A. O'Toole, H. Kaplan, R. Kolter // Annu. Rev. Microbiol. 2000. V. 54. P. 49-79.

11. Davies, D. G. The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm / D. G. Davies, M. R. Parsek, J. P. Pearson, B. H. Iglewski, J. W. Costerton, E. P. Grcenberg // Science. 1998. V. 280. P. 295-298.85

12. Prigent-Combaret, C. Abiotic surface sensing and biofilm-dependent regulation of gene expression in Escherichia coli / C. Prigent-Combaret, O. Vidal, C. Dorel, P. Lejeune // J. Bacteriol. 1999. V.181. P. 5993-6002.

13. O'Toole, G. A. The initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signaling pathways: a genetic analysis / G. A. O'Toole, R. Kolter // Mol. Microbiol. 1998. V. 28. P. 449461.

14. Fletcher, M. Influence of substratum hydration and absorbed macromolecules on bacterial attachment to surfaces / M. Fletcher, J.H. Pringle // Appl.Environ. Microbiol. 1986. V. 51. P. 1321-1325.

15. Nyvad, B. Comparison of the initial streptococcal microflora on dental enamel in caries-active and in caries-inactive individuals / B. Nyvad, M. Kilian // Caries Res. 1990. 24. P. 267-272.

16. Poulsen, L. K. Use of rRNA fluorescence in situ hybridization for measuring the activity of single cells in young and established biofilms / L. K. Poulsen, G. Ballard, D. A. Stahl // Appl. Environ. Microbiol. 1993. V. 59. P. 13541360.

17. Stanley, P. M. Factors affecting the irreversible attachment of Pseudomonas aeruginosa to stainless steel / Stanley P. M. // Can. J. Microbiol. 1983. V. 29. P. 1493-1499.

18. Pratt, L. A. Genetic analysis of Escherichia coli biofilm formation: defining the roles of flagella, motility, Chemotaxis and type I pili / L. A. Pratt, R. Kolter // Mol. Microbiol. 1998. V. 30. P. 285-294.

19. Characklis, W. G. Biofilms / W. G. Characklis, K. C Marshall ed. // John Wiley & Sons, Inc., New York, N.Y. 1990.

20. Gristina, A. G. Biomaterial-centered sepsis and the total artificial heart / A. G. Gristina, J. J. Dobbins, B. Giammara, J. C Lewis, W. C DeVreies // JAMA. 1988. V. 259. P. 870- 874.

21. Jucker, B. A. Adhesion ol ilic positively charged bacterium Stenotrophomonas \Xanlhoinou<is\ maltophilia 70401 to glass and Teflon / B. A. Jucker, H. Harms, A. J. B. Zehnder // J. Bacterid. 1996. V. 178. P. 5472-5479.

22. Hcilmann, C. Characterization of Tn977 insertion mutants of Staphylococcus epidermidis affected in biofilm formation / C. Hcilmann, C. Gerke, F. Perdreau-Remington, F. Götz // Infect. Immun. 1996. V. 64. P. 277-282.

23. Hcilmann, C. Molecular basis of intercellular adhesion in the biofilm-forming Staphylococcus epidermidis / C. Hcilmann, O. Schweitzer, C. Gerke, N. Vanittanakom, D. Mack, F. Götz // Mol. Microbiol. 1996. V. 20. P. 1083-1091.

24. Costerton, J. W. Bacterial biofilms in nature and disease / J. W. Costerton, K.-J. Cheng, G. G. Geesey, Т. I. Ladd, J. С Nickel, M. Dasgupta, T. J. Marrie // Annu. Rev. Microbiol. 1987. V. 41. P. 435-464.

25. Wolfaardt, G. M. Multicellular organization in a degradative biofilm community / G. M. Wolfaardt, J. R. Lawrence, R. D. Roberts, S. J. Caldwell, D. E. Caldwell // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 434-446.

26. Marsh, P. D. Are dental diseases examples of ecological catastrophes? / P. D. Marsh // Microbiology. 2003. V. 149. P. 279-294.

27. La Tourette Prosser, B. Method of evaluating effects of antibiotics on bacterial biofilm / B. la Tourette Prosser, D. Taylor, B. A. Dix, R. Cleeland // Antimicrob. Agents Chemother. 1987. V. 31. P. 1502-1506.

28. Costerton, J. W. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections / J. W. Costerton, P. S. Stewart, E. P. Greenberg // Science. 1999. V. 284. P. 1318-1322.

29. Watnick, P. City of Microbes Journal of Bacteriology / P. Watnick, R. Koltcr // Biofilm. 2000. V. 182. №. 10. P. 2675-2679.

30. Герасименко, А. А. Микромицетная коррозия металлов. I. Идентификация, культивирование микромицетов, коррозионные гравиметрические исследования / А. А. Герасименко // Защита металлов. 1998. Т. 34. №2. С. 192-207.

31. Таранцева, К.Р. К вопросу выбора критерия питтингостойкости нержавеющих сталей / К.Р. Таранцева, B.C. Пахомов // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2010. Т.46. № 3. С.301-307.

32. Hamilton, W.A. Microbially Influenced Corrosion as a Model System for the Study of Metal Microbe Interactions: A Unifying Electron Transfer Hypothesis / W.A. Hamilton // Biofouling. 2003. V. 19. Iss. 1. P. 65 76.

33. Booth, G.H. Corrosion of Mild Steel by Actively Growing Cultures of Sulfate-Reducing Bacteria. The influence of Ferrous Ions / G.H. Booth, P. M. Cooper, D. S. Wakerly // Brit. Corros. J. 1966. Vol. 1. P. 345-349.

34. Booth, G.H. Polarization Studies of Mild Steel in Cultures of Sulfate-Reducing Bacteria / G.H. Booth, A.K. Tiller // Trans. Faraday Soc. 1960. Vol. 56. P. 1689-1696.

35. Li, S.Y. Microbiologically Influenced Corrosion of Carbon Steel Exposed to Anaerobic Soil / S.Y Li, Y.G Kim, K.S Jeon, Y.T Kho, T. Kang // CORROSION. 2001. V. 57. №. 9. P. 815-828.

36. Заикина, H.A. Образование органических кислот грибами, выделенными с объектов, пораженных биокоррозией / Н.А. Заикина, Н.В. Дуганова // Микология и фитопатология. 1975. Т. 9. № 4. С. 303-307.

37. Schaule, G. Steps in biofilm sampling and characterization in biofouling cases / G. Schaule, T. Griebe, Flemming H.-C. // Microbiologically Influenced Corrosion of industrial materials. 1999. P. 1-21.

38. Шлегель, Г. Общая микробиология / Г. Шлегель // М.: Мир. 1987.567 с.

39. Kuenen, J. G. The Prokariotes: a Handbook on the Biology of Bacteria: Ecophysiology, Isolation, Identification, Application / J. G. Kuenen, L. A. Roberson, О. H. Tuovinen. N.Y. : Springer-Verlag N. Y. Inc. 1992. P. 2638-2657.

40. Кузнецов, С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность / С. И. Кузнецов. JI. : Наука. 1970. 440 с.

41. Little, В. An overview of microbiologically influenced corrosion ofmetals and alloys used in the storage of nuclear wastes / B. Little, P. Wagner // Canadian Journal of Microbiology. 1996. V.42. P. 367-374.

42. Oelze, J. Respiratory protection of nitrogenase in Azotobacter species: Is a widely-held hypothesis unequivocally supported by experimental evidence? / J. Oelze // FEMS Microbiol Rev. 2000. V. 24(4). P. 321-333.

43. Mori, G. Jntergranular stress corrosion cracking of copper in nitrite solutions / G. Mori, D. Scherer, S. Schiventenwein, P. Warbichler // Corrosion Science. 2005. V. 47. P. 2099-2124.

44. Kuznicka, B. Jntergranular stress corrosion cracking of copper A case study / B. Kuznicka, K. Junik // Corrosion Science. 2007. V. 49. P. 3905-3916.

45. Busalmen, J.P. New evidences on the catalase mechanism of microbial corrosion / J.P. Busalmen, M. Va'zquez, S.R. de Sa'nchez // Electrochimica Acta. 2002. V. 47. P. 1857-1865.

46. Bielski, B.H.J. Reactivity of HO2/O2" Radicals in Aqueous Solution / B.H.J. Bielski, D.E. Cabelli, R.L. Arudi, A.B. Ross // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1985. V. 14. №4. P. 1041 1100.

47. Rich, P.R. The sites of superoxide anion generation in higher plant mitochondria / P.R. Rich, W.D. Bonner // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1978. V. 188. № l.P. 206-213.

48. Auchere, F. What is the ultimate fate of superoxide anion in vivo? / F. Auchere, F. Rusnak // J. Biol. Inorg. Chem. 2002. V. 7. P. 664 667.

49. Chen, C.-N. Assay of superoxide dismutase activity by combining electrophoresis and densitometry / C.-N. Chen, S.-M. Pan // Bot. Bull. Acad. Sin. 1996. V. 37. P. 107-111.

50. Robinson, E.M.C. On the structure of the monohydrated superoxide molecular anion, 02"XH20. An ab initio molecular orbital study / E.M.C. Robinson, W.L. Hosltein, M.S. Gerarda, M.A. Buntine // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. № l.P. 3961 -3966.

51. Khan, A. U. Theory of electron transfer generation and quenching of singlet oxygen ('dig and 'Ag) by superoxide anion. The role of water in the dismutation of 02" / A. U Khan //J. Amer. Chem. Soc. 1977. V. 99. № 2. P. 370 -371.

52. Sawyer, D.T. The chemistry of superoxide ion / D.T. Sawyer, M.J. Gibian // Tetrahedron. 1979. V. 35. P. 1471 1481.

53. Frimer, A. A. Chemical reactions of superoxide anion radicals in aprotic solvents / A.A. Frimer, I. Rosenthal // Photochem. Photobiol. 1978. V. 28. P. 711-719.

54. Chin, D.H. Proton-induced disproportionation of superoxide ion in aprotic media / D.H. Chin, G. Ghieiricato, J.E.J. Nanni, D.T. Sawyer // J.Am. Chem. Soc. 1982. V. 104. № 5. P. 1296- 1299.

55. Лебедев, A.B. Кислотные свойства и взаимодействие с супероксид анион-радикалом эхинохрома А и его структурных аналогов / А.В. Лебедев, М.В. Иванова, Н.И. Красновид, Е. А. Кольцова // Вопросы медицинской химии. 1999. Т. 45. № 2. С. 123 129.

56. Ilan, Y. A. The redox potential of the 02-02" system in aqueous media / Y.A. Ilan, D. Meisel, G. Czapski //Israel Journal of Chemistry. 1974. V. 12. № 4. P. 891 -895.

57. Bielski, B.H.J. Réévaluation of the spectral and kinetic properties of H02 and 02" free radicals / B.H.J. Bielski // Photochemistry and Photobiology. 1978. V. 28. P. 645-649.

58. Auclair, C. Nitroblue tetrazolium reduction / C. Auclair, E. Voisin // In: Handbook of methods for Oxigen Radical Reseazch (Greenwald R. A., ed), CRC Press, Boka Raton. 1987. P. 123-132.

59. Bielski, B.H.J. Reduction of nitro blue tetrazolium by C02 and 02 radicals / B.H.J. Bielski, G. S. Grace, S. Bajuk // J. Phys. Chem. 1980. V. 84. P. 830-833.

60. Van-Catledge, F.A., and Allinger, N.L. //J. Am. Chem. Soc. 1982. V. 104. P. 6272-6273.

61. Bielski, B. H. J. A study of the superoxide radical chemistry by stopped-flow radiolysis and radiation induced oxygen consumption / B. H. J. Bielski, H. W. Richter //J. Am. Chem. Soc. 1977. V. 9. P. 3019-3023

62. Фридович, И. Свободные радикалы в биологии. Т. 1 / М.: Изд-во Мир. 1979. С. 273-314.

63. Чупахина, Г.Н. Система аскорбиновой кислоты растений / Г.Н. Чупахина // Монография. Калинингр. ун-т. Калининград. 1997. 120 с.

64. ГОСТ 3640 94. Цинк. Технические условия / М.: Стандарт. 1997.6 с.

65. ГОСТ 14918-80 Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий. Технические условия / М.: Стандарт. 1980. 6с.

66. Материаловедение: Учеб. для ВУЗов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под ред. Б.Н. Арзамасова / М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. 648 с.

67. Мягков, В.Д. Краткий справочник конструктора. Изд. 2-е, доп. и перераб / В.Д. Мягков. Л.: Машиностроение. 1975. 485 с.

68. Белов, Д.В. Коррозия алюминия и его сплавов под воздействием микроскопических грибов / Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, В.Ф. Смирнов, О.В. Кузина, JI.B. Косюкова, В.Р. Карташов // Коррозия: материалы, защита. 2007. №9. С. 36-41.

69. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию бактерий / М.: Стандарт. 1979. 5 с.

70. Борисова, О. М. Химические, физико-химические и физические методы анализа / О.М. Борисова, В.Д. Сальников. М.: Металлургия. 1991. 296 с.

71. Столяров, К. П. Руководство по микрохимическим методам анализа: Учеб. Пособие / К. П. Столяров. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1981. 248 с.

72. Алексеев, В. Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под ред. П. К. Агасяна / В. Н. Алексеев М.: Химия. 1973. 584 с.

73. Кунце, У. Основы качественного и количественного анализа / У. Кунце, Г. Шведт. М.: Мир. 1997. 625 с.

74. Арбатский, А.П. Микрохимические методы анализа: Метод, указания / А.П. Арбатский, В.М. Востоков // НГТУ. Нижний Новгород. 2002. 32 с.

75. Bailey, R. Differential Spectrophotometric Determination of Hydrogen Peroxide Using 1,10-Phenanthroline and Bathophenanthroline / R. Bailey, D.F. Boltz // Anal. Chem. 1959. V. 31. № 1. P. 117 119.

76. Reichert, J.S., McNeight, S.A., Rudel, H.W. // Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 1939. V. 11. P. 194- 197.

77. Eisenberg, G.M. // Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 1934. V. 15. P. 327

78. Allen A.O., Hochanadel C.J., Ghormley J.A., Davis T.W.// J. Phys. Chem. 1952.V.56(5). P. 575

79. Fenton, H.J. Oxidation of tartaric acid in the presence of iron / H.J. Fenton//J. Chem. Soc. London. 1984. V.65. P. 899-910

80. Денисов, E.T. Кинетика гомогенных химических реакций. M. Высшая школа. 1988. С. 391.

81. Кирхнер, Ю. Тонкослойная хроматография. В 2-х томах. / Пер. с англ. Д.Н. Соколова. Под ред. В.Г. Березкина / Ю. Кирхнер. М.: Мир, 1981. -Т. 1.-616 с,-Т. 2.-523 с.

82. Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам. В 2-х частях. / Пер. с англ. А.Ю. Кошевника. Под ред. В.Г. Березкина / М.: Мир, 1982. Т. 1 - 397 е.; Т. 2 397 - 783 с .

83. Шаршунова, М. Тонкослойная хроматография в фармации и клинической биохимии / М. Шаршунова, В. Шварц, И. Михалец. М.: Мир, 1980. - Т.1 - 526 е.; - Т. 2 - 535 с.

84. Шрайнер, Р. Идентификация органических соединений / Р. Шрайнер, Р. Фьюзон, Д. Кертин, Т. Морил. М.: Мир. 1983. - 704 с.

85. Мазор, JI. Методы органического анализа / JI. Мазор. М.: Мир. 1986.-584 с.

86. Селиверстова, И. В. Определение карбоновых кислот в виноградных винах методом жидкостной ионоэксклюзионной хроматографии / И. В. Селиверстова, А. А. Иванов, J1. А. Иванова // Прикладная биохимия и микробиология. 2003. Т. 39. № 1. С. 97-99.

87. Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. Т.2. М. Ил. 1963. 275 с.

88. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. Изд. Мир. М. 1969. 390 с.

89. Бенар, Ж. Окисление металлов / под ред. Ж. Бенар // М. Изд. «Металлургия». 1969. Т. 1. 447 с.

90. Чеботин В.Н. Физическая химия твердого тела. М. Химия. 1982.320 с.

91. Лаврентьев, И.П. Окислительное растворение переходных металлов в жидкой фазе. Роль кислорода и оксидной пленки на поверхности / И.П. Лаврентьев, М.Л. Хидекель // Успехи химии. 1983. Т. 52. № 4. С. 596618.

92. Михайловский, Ю.Н. Атмосферная коррозия металлов и методы их защиты. М. Изд. «Металлургия». 1989. 101 с.

93. Канье, М. Экспериментальные данные о структуре окисных слоев. М. Изд. «Металлургия». 1968. Т. 1. 406 с.

94. ГОСТ 9.905-82 ЕСЗКС. Методы коррозионных испытаний. Общие требования М.: Стандарт, 1999. 6 с.

95. Cook, C.D. Oxidation of Hindered Phenols. III. The Rearrangement of the 2,6-Di-t-butyl-4-methylphenoxy Radical/ Clinton D. Cook, Norris G. Nash, H. Russell Flanagan// J. Amer. Chem. Soc. 1955. V.77. №7. P. 1783-1785.

96. Coppinger, G.M. Detection of H02 radical in metal ion catalyzed decomposition of hydrogen peroxide / G.M. Coppinger // J.Amer. Chem. Soc. 1957. V.79. №.11. P.2758-2759.

97. Ершов B.B., Никифоров Г.А., Володькин A.A. Пространственно замещенные фенолы. M. Изд. Химия. 1972. 339 с.

98. Рогинский В. А. Фенольные антиоксид анты. М. Наука. 1988. 247с.

99. ГОСТ 9.048-89 ЕСЗКС. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. М.: Госстандарт. 1989. 22 с.

100. Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. ВУЗов / А. И. Нетрусов и др.. М.: Издательский центр "Академия". 2005. 608 с.

101. Лабинская, A.C. Микробиология с техникой микробиологических исследований / A.C. Лабинская. М.: Медицина. 1978. 394 с.

102. ГОСТ 9.049-91 ЕСЗКС. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов / М.: Стандарт, 1991. 8 с.

103. ГОСТ 9.908-85 ЕСЗКС. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости / М.: Стандарт. 1999. 11 с.

104. ГОСТ 9.907-83 ЕСЗКС. Металлы, сплавы, покрытия металлические. Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний / М.: Стандарт. 1999. 9 с.

105. Смитлз, К. Дж. Металлы: Справ. Изд. Пер. с англ. / К. Дж. Смитлз. М.: Металлургия. 1980. 447 с.

106. Методы получения химических реактивов и препаратов. 1964. Выпуск 8. М. ИРЕ А.

107. Титце, J1. Препаративная органическая химия: Реакции и синтезы в практикуме органической химии и научно-исследовательской лаборатории / Л. Титце, Т. Айхер. М. : Мир. 1999. 704 с.