Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
Villamosmérnöki tudományok Nemzeti Kutató Intézete INCDIE ICPE-CA
MTA – KAB: Bukaresti regionális munkabizottság
A vörösréz mikrobiológiai korróziója Microbial initiated corrosion of red cooper dr. LINGVAY József, RADU Elena 1Villamosmérnöki
Tudományok Nemzeti Kutató Intézete, Bukarest National Institute for R&D in Electrical Engineering INCDIE ICPE-CA ACKNOWLEDGMENT: This work was financially supported by the UEFISCDI of Ramânia, under the scientific Programme PN II Contract 100/2014 - UPMEE. Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
Összefoglaló: A vörösrézlemez korróziója volt tanulmányozva steril és feketepenész (Aspergillus niger) spórákkal beoltott szacharózt tartalmazó Czapek Dox oldatokban. A gravimetrikus (súlyveszteség mérés), elektrokémiai (polarizációs görbék), valamint X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás XRF (réztartalom meghatározás) módszerekkel végzett meghatározások eredményeiből megállapítható, hogy a feketepenész hatására a vörösrézlemez korróziósebessége számottevően (kb. 8-szor) megnő és, hogy az oldott réz főleg a penészgombában (fonalaiban és konídiumaiban) halmozódik fel. Kulcsszavak: vörösréz, korrózió, gravimetria, polarizációs görbék, XRF, Aspergillus niger Abstract: We have studied the corrosion of copper plates in sterile and inoculated with Aspergillus niger Czapek Dox media. The results of the gravimetric (weight loss measurements), electrochemical (polarization curves), and X-ray Fluorescence Spectroscopy – XRF (determination of copper content) analyses have showed that the corrosion rate of the copper plate increases considerably (approx. 8-fold) due to black mold. It has been further observed that the dissolved copper is accumulated mainly by the mold in its filaments (hyphens) and conidiophores. Key words: redcooper, corrosion, gravimetry, polarization curves, XRF, Aspergillus niger, Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
1. Bevezető • - a réz: termodinamikai szempontból, egy aránylag stabil anyag, a fémek redukálósorában a hidrogén mögött áll, elvileg csak oxidáló savakban oldódik ˂=˃ ennek ellenére, a talaj szerves és szervetlen alkotórészeivel kölcsönhatásba lép és vízben oldódó valamint oldhatatlan komplexeket képez, ami azt sugallja, hogy a mikroorganizmusok jelenlétében a réz korrózióveszélye fennáll; • A feketepenész (Aspergillus niger) egy nagyon toleráns fonalas penészgomba. A természetben elterjedt – szinte mindenütt jelen van. Xeno-toleráns (széles határokban ellenáll a mérgező anyagoknak), 10 – 500C hőmérsékleten, savas és mint bázisos (2 – 10 pH) - akár 34% sótartalmú közegekben is képes fejlődni / szaporodni. Nagy az ellenálló képessége a gyomirtó és növényvédő szerekkel szembe. Széles koncentrációs határokban ellenáll a mérgező nehézfémionoknak (réz, ólom, króm, kadmium stb.), amelyeket kivonja a táptalajból majd fonalaiban és konídiumaiban felhalmozza (leköti). • dolgozatunk célja kísérletileg tanulmányozni az Aspergillus niger fonalas penészgomba kihatásait a vörösréz korróziójára. Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
2. Kísérleti rész – anyag és módszer Táblázat: A megvizsgált rézlemez összetétele
• A meghatározások „tápkarbont” (szacharózt) tartalmazó Czapek Dox típusú táptalajon, sterilizált állapotban (referencia), és Aspergillus niger spórákkal beoltott oldatokban: 2g nátrium nitrát (Na2NO3); 0,7g monokálium foszfát (KH2PO4); 0,3g dikálim foszfát (K2HPO4); 0,5g kálim klorid (KCl); 0,5g hidratált magnézium szulfát (MgSO4 · 7H2O); 0,01g vas szulfát (FeSO4); 10g agar-agar, 30g szacharóz és 1000ml desztillált víz. • Inkubálas: 30±20C és RH 95±4%); • Elektrokémiai meghatározások. A potenciáldinamikus (1mV/s) polarizációs görbék VOLTALAB 40 + VoltaMaster 4 program (feldolgozás). Klasszikus 3 elektródás elektrokémiai cella – próba/munka elektród 10x100mm-es, 0,3 mm vastag vörös réz lemez; ellenelektród – Ø 10mm, 100mm hosszú grafitrúd; SCE – telített kalomel elektród. • Gravimetriás és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás meghatározások - LAB-N92, A&D Ltd. – merleg; XRF: S 8 Tiger, Bruker; • Felhasználás előtt az oldatok és az eszközök (elektródák, edények stb.) autoklávban (1100C-on, 5bar, 30 perc) voltak sterilizálva Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
3. Kísérleti eredmények és azok értelmezése Elektrokémiai meghatározások
Katódos: 2 H+ + 2 e– → 2 H → H2 ↑ Anódos: I. Cu → Cu+ + e– II. Cu+ → Cu++ + e– III. 4 OH– – 4 e– → 2 H2O + 2 O → O2 ↑ A steril (1) valamint a feketepenész spórákkal beoltott és 3 (2), illetve 14 napig (3) inkubált oldatokban kapott polarizációs görbék.
8 nap steril oldatban
Letakarítva, 14 napos Inkubáció után 3 napos inkubáció
14 napos inkubáció
Az oldat / biomassza réztartalma [%]
Gravimetriás és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás meghatározások 0.025 0.02 Aspergillus niger spórákkal beoltott Steril
0.015 0.01 0.005 0 0
50
100
150 200 250 Inkubációs idő [óra]
A réztartalom időbeni alakulása a megvizsgált tápoldatokban
A kifejlődött penésztelep (30 óra inkubáció)
Steril tápoldattal fedett rézlemez próbák (60óra; 30±20C-on)
A tápoldaton kifejlődött penésztelep (100 óra inkubáció)
A meghatározás végén, 228 órás inkubáció után az XRF mintapróbán (kimerült tápoldat és biomassza keverék) mért réztartalom 0,0218% volt, ami az adott tömegre átszámítva kb. 0,01427g réznek felel meg. Ez az érték jól egyezik a rézlemezeken mért tömegvesztésséggel (0,0143g) A feketepenész fejlődése közben feloldott réz (kb. 0,0143g) elsősorban – több mint 82%-os arányban – a feketepenész biomasszában halmozódott fel. .
4. Következtetések Steril és feketepenész (Aspergillus niger) spórákkal beoldott Czapek Dox tápoldatokban, a vörösréz korróziója volt tanulmányozva elektrokémiai (potenciáldinamikus polarizációs görbék), gravimetriás (tömegfesztesség) és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás XRF (réztartalom meghatározások) mérésekkel. A kísérleti adatokból megállapítható, hogy: az Aspergillus niger spórákkal beoldott Czapek Dox tápoldatokban, a feketepenész fejlődési időszakában, a tápoldatba jutó metabolitok (főleg citromsav) hatására a vörösréz korróziós sebessége kb. 8-szor nagyobb, mint a steril tápoldatban; a feketepenész fejlődési időszakában képződött metabolitok hatására a vörösréz lemez felületén passzív, anódos Cu2O réteg nem keletkezik; az oldott réz elsősorban, több mint 82%-os arányban, a képződött feketepenész biomasszában (hifák – micélium, konídiumok és termőtestek) halmozódik fel
Köszönetnyilvánítás - Tanulmányunkat a romániai UEFISCDI támogatta anyagilag (PN II tudományos program keretében, 100/2014 szerződés – UPMEE projekt) Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
ACKNOWLEDGMENT: This work was financially supported by the UEFISCDI of Ramânia, under the scientific Programme PN II Contract 100/2014 - UPMEE.
Vekor Konferencia 2015 – Balatonfüred, 2015. április 21 - 23
