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माइक्रोबियल जंग (MIC) कई उद्योगों में एक गंभीर समस्या है क्योंकि इससे भारी आर्थिक नुकसान हो सकता है। 2707 सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (2707 HDSS) का उपयोग समुद्री वातावरण में इसके उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के कारण किया गया है। हालाँकि, MIC के लिए इसका प्रतिरोध प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित नहीं किया गया है। इस अध्ययन में, समुद्री एरोबिक जीवाणु स्यूडोमोनस एरुगिनोसा के कारण 2707 HDSS के MIC व्यवहार की जाँच की गई। विद्युत रासायनिक विश्लेषण से पता चला कि 2216E माध्यम में स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म की उपस्थिति में, संक्षारण क्षमता में सकारात्मक परिवर्तन और संक्षारण धारा घनत्व में वृद्धि हुई। एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषण ने बायोफिल्म के नीचे नमूने की सतह पर Cr सामग्री में कमी दिखाई। 2707 एचडीएसएस पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स के एमआईसी से पूरी तरह प्रतिरक्षित नहीं है।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स (DSS) का उपयोग विभिन्न उद्योगों में उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध के आदर्श संयोजन के लिए व्यापक रूप से किया जाता है1,2। हालाँकि, स्थानीयकृत पिटिंग अभी भी होती है और यह इस स्टील की अखंडता को प्रभावित करती है3,4। DSS माइक्रोबियल संक्षारण (MIC)5,6 के लिए प्रतिरोधी नहीं है। DSS के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के बावजूद, अभी भी ऐसे वातावरण हैं जहाँ DSS का संक्षारण प्रतिरोध दीर्घकालिक उपयोग के लिए पर्याप्त नहीं है। इसका मतलब है कि उच्च संक्षारण प्रतिरोध वाली अधिक महंगी सामग्री की आवश्यकता है। जीन एट अल7 ने पाया कि सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स (SDSS) में भी संक्षारण प्रतिरोध के मामले में कुछ सीमाएँ हैं। इसलिए, कुछ अनुप्रयोगों में उच्च संक्षारण प्रतिरोध वाले सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स (HDSS) की आवश्यकता होती है
डीएसएस का संक्षारण प्रतिरोध अल्फा और गामा चरणों के अनुपात और दूसरे चरण के समीप सीआर, मो और डब्ल्यू रिक्त क्षेत्रों 8, 9, 10 पर निर्भर करता है। एचडीएसएस में सीआर, मो और एन 11 की उच्च सामग्री होती है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और एक उच्च मूल्य (45-50) पिटिंग प्रतिरोध समतुल्य संख्या (पीआरईएन) है, जो वजन% सीआर + 3.3 (वजन% मो + 0.5 वजन% डब्ल्यू) + 16 वजन% एन 12 द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसका उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध लगभग 50% फेराइट (α) और 50% ऑस्टेनाइट (γ) चरणों वाले संतुलित संयोजन पर निर्भर करता है, एचडीएसएस में पारंपरिक डीएसएस 13 की तुलना में बेहतर यांत्रिक गुण और उच्च प्रतिरोध है। क्लोराइड संक्षारण गुण। बेहतर संक्षारण प्रतिरोध समुद्री वातावरण जैसे अधिक संक्षारक क्लोराइड वातावरण में एचडीएसएस के उपयोग का विस्तार करता है।
एमआईसी कई उद्योगों जैसे तेल और गैस और जल उपयोगिताओं में एक बड़ी समस्या है14. एमआईसी सभी संक्षारण क्षति का 20% हिस्सा है15. एमआईसी बायोइलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण है जिसे कई वातावरणों में देखा जा सकता है। धातु की सतहों पर बनने वाले बायोफिल्म्स इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों को बदल देते हैं, जिससे संक्षारण प्रक्रिया प्रभावित होती है। यह व्यापक रूप से माना जाता है कि एमआईसी संक्षारण बायोफिल्म्स के कारण होता है। विद्युतजनित सूक्ष्मजीव जीवित रहने के लिए ऊर्जा प्राप्त करने हेतु धातुओं को संक्षारित करते हैं17. हाल के एमआईसी अध्ययनों से पता चला है कि ईईटी (बाह्य इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण) इलेक्ट्रोजेनिक सूक्ष्मजीवों द्वारा प्रेरित एमआईसी में दर-सीमित कारक है। झांग एट अल। 20 ने दिखाया कि संक्षारक सल्फेट-घटाने वाले बैक्टीरिया (एसआरबी) बायोफिल्म्स धातु सब्सट्रेट से सीधे इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर क्षरण होता है।
डीएसएस को एसआरबी, आयरन-रिड्यूसिंग बैक्टीरिया (आईआरबी), आदि युक्त वातावरण में एमआईसी के प्रति संवेदनशील माना जाता है। 21 ये बैक्टीरिया बायोफिल्म के तहत डीएसएस सतहों पर स्थानीयकृत गड्ढे बनाते हैं22,23. डीएसएस के विपरीत, एचडीएसएस24 का एमआईसी कम ज्ञात है।
स्यूडोमोनास एरुगिनोसा एक ग्राम-नेगेटिव गतिशील छड़ के आकार का जीवाणु है जो प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित है25। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समुद्री वातावरण में भी एक प्रमुख सूक्ष्मजीव समूह है, जो स्टील में एमआईसी का कारण बनता है। स्यूडोमोनास संक्षारण प्रक्रियाओं में निकटता से शामिल है और बायोफिल्म निर्माण के दौरान अग्रणी उपनिवेशक के रूप में पहचाना जाता है। महात एट अल. 28 और युआन एट अल. 29 ने प्रदर्शित किया कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा में जलीय वातावरण में हल्के स्टील और मिश्र धातुओं की संक्षारण दर को बढ़ाने की प्रवृत्ति है।
इस कार्य का मुख्य उद्देश्य विद्युत रासायनिक विधियों, सतह विश्लेषणात्मक तकनीकों और संक्षारण उत्पाद विश्लेषण का उपयोग करके समुद्री एरोबिक जीवाणु स्यूडोमोनस एरुगिनोसा के कारण 2707 एचडीएसएस के एमआईसी गुणों की जांच करना था। 2707 एचडीएसएस के एमआईसी व्यवहार का अध्ययन करने के लिए ओपन सर्किट पोटेंशियल (ओसीपी), रैखिक ध्रुवीकरण प्रतिरोध (एलपीआर), इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेडेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईआईएस), और संभावित गतिशील ध्रुवीकरण सहित विद्युत रासायनिक अध्ययन किए गए थे। संक्षारित सतह पर रासायनिक तत्वों को खोजने के लिए ऊर्जा फैलाव स्पेक्ट्रोमीटर (ईडीएस) विश्लेषण किया गया था। इसके अलावा, स्यूडोमोनस एरुगिनोसा युक्त समुद्री वातावरण के प्रभाव में ऑक्साइड फिल्म निष्क्रियता की स्थिरता निर्धारित करने के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) विश्लेषण का उपयोग किया गया था।
तालिका 1 में 2707 एचडीएसएस की रासायनिक संरचना सूचीबद्ध है। तालिका 2 से पता चलता है कि 2707 एचडीएसएस में 650 एमपीए की उपज शक्ति के साथ उत्कृष्ट यांत्रिक गुण हैं। चित्र 1 में 2707 एचडीएसएस के ऊष्मा उपचारित घोल की ऑप्टिकल सूक्ष्म संरचना को दिखाया गया है। लगभग 50% ऑस्टेनाइट और 50% फेराइट चरणों वाली सूक्ष्म संरचना में द्वितीयक चरणों के बिना ऑस्टेनाइट और फेराइट चरणों की लम्बी पट्टियाँ देखी जा सकती हैं।
चित्र 2a, 37 °C पर 14 दिनों के लिए अजैविक 2216E माध्यम और P. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 HDSS के लिए ओपन सर्किट पोटेंशियल (Eocp) बनाम एक्सपोजर समय डेटा दिखाता है। यह दर्शाता है कि Eocp में सबसे बड़ा और महत्वपूर्ण परिवर्तन पहले 24 घंटों के भीतर होता है। दोनों मामलों में Eocp मान लगभग 16 घंटे में -145 mV (बनाम SCE) पर चरम पर पहुंच गया और फिर तेजी से गिरकर अजैविक नमूने और P के लिए क्रमशः -477 mV (बनाम SCE) और -236 mV (बनाम SCE) तक पहुंच गया। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा कूपन, क्रमशः। 24 घंटे के बाद, पी. एरुगिनोसा के लिए 2707 एचडीएसएस का ईओसीपी मूल्य -228 एमवी (बनाम एससीई) पर अपेक्षाकृत स्थिर था, जबकि गैर-जैविक नमूनों के लिए संबंधित मूल्य लगभग -442 एमवी (बनाम एससीई) था। पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति में ईओसीपी अपेक्षाकृत कम था।
37 डिग्री सेल्सियस पर अजैविक माध्यम और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस नमूनों का विद्युत रासायनिक परीक्षण:
(क) एक्सपोजर समय के आधार पर ईओसीपी, (ख) 14वें दिन ध्रुवीकरण वक्र, (ग) एक्सपोजर समय के आधार पर आरपी और (घ) एक्सपोजर समय के आधार पर आईसीओआरआर।
तालिका 3 में 14 दिनों के लिए अजैविक माध्यम और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा टीकाकृत माध्यम के संपर्क में आने वाले 2707 एचडीएसएस नमूनों के विद्युत रासायनिक संक्षारण पैरामीटर मान सूचीबद्ध हैं। मानक विधियों 30,31 के अनुसार संक्षारण धारा घनत्व (icorr), संक्षारण क्षमता (Ecorr) और टैफेल ढलानों (βα और βc) को प्राप्त करने वाले प्रतिच्छेदन पर पहुंचने के लिए एनोडिक और कैथोडिक वक्रों के स्पर्शरेखाओं का विस्तार किया गया।
जैसा कि चित्र 2बी में दिखाया गया है, पी. एरुगिनोसा वक्र के ऊपर की ओर खिसकने के परिणामस्वरूप अजैविक वक्र की तुलना में Ecorr में वृद्धि हुई। icorr मान, जो संक्षारण दर के समानुपाती होता है, स्यूडोमोनस एरुगिनोसा नमूने में 0.328 μA cm-2 तक बढ़ गया, जो गैर-जैविक नमूने (0.087 μA cm-2) से चार गुना अधिक है।
एलपीआर तेजी से संक्षारण विश्लेषण के लिए एक क्लासिक गैर-विनाशकारी विद्युत रासायनिक विधि है। इसका उपयोग एमआईसी 32 का अध्ययन करने के लिए भी किया गया था। चित्रा 2 सी एक्सपोजर समय के एक समारोह के रूप में ध्रुवीकरण प्रतिरोध (आरपी) दिखाता है। एक उच्च आरपी मूल्य का मतलब कम संक्षारण है। पहले 24 घंटों के भीतर, 2707 एचडीएसएस का आरपी अजैविक नमूनों के लिए 1955 kΩ सेमी 2 और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूनों के लिए 1429 kΩ सेमी 2 के अधिकतम मूल्य पर पहुंच गया। चित्रा 2 सी यह भी दिखाता है कि एक दिन के बाद आरपी मूल्य तेजी से कम हो गया और फिर अगले 13 दिनों के लिए अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रहा। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूने का आरपी मूल्य लगभग 40 kΩ सेमी 2 है, जो गैर-जैविक नमूने के 450 kΩ सेमी 2 मूल्य से बहुत कम है।
आईकोआरआर मान एकसमान संक्षारण दर के समानुपाती होता है। इसका मान निम्नलिखित स्टर्न-गीरी समीकरण से गणना किया जा सकता है,
ज़ौ एट अल. 33 के अनुसार, इस कार्य में टैफेल ढलान बी का एक विशिष्ट मान 26 mV/dec माना गया था। चित्र 2d से पता चलता है कि गैर-जैविक 2707 नमूने का icorr अपेक्षाकृत स्थिर रहा, जबकि P. aeruginosa नमूने में पहले 24 घंटों के बाद बहुत उतार-चढ़ाव आया। P. aeruginosa नमूनों का icorr मान गैर-जैविक नियंत्रणों की तुलना में एक परिमाण अधिक था। यह प्रवृत्ति ध्रुवीकरण प्रतिरोध परिणामों के अनुरूप है।
ईआईएस एक और गैर-विनाशकारी तकनीक है जिसका उपयोग संक्षारित इंटरफेस पर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। अजैविक मीडिया और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समाधान के संपर्क में आने वाले नमूनों के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रा और गणना की गई धारिता मूल्य, नमूने की सतह पर बने निष्क्रिय फिल्म / बायोफिल्म का आरबी प्रतिरोध, आरसीटी चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध, सीडीएल इलेक्ट्रिक डबल लेयर कैपेसिटेंस (ईडीएल) और क्यूसीपीई कॉन्स्टेंट फेज एलिमेंट (सीपीई) पैरामीटर। इन मापदंडों का आगे एक समतुल्य सर्किट (ईईसी) मॉडल का उपयोग करके डेटा को फिट करके विश्लेषण किया गया।
चित्र 3 में विभिन्न ऊष्मायन समय के लिए अजैविक माध्यम और पी. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस नमूनों के विशिष्ट नाइक्विस्ट प्लॉट (ए और बी) और बोड प्लॉट (ए' और बी') दिखाए गए हैं। नाइक्विस्ट रिंग का व्यास स्यूडोमोनास एरुगिनोसा की उपस्थिति में घटता है। बोड प्लॉट (चित्र 3बी') कुल प्रतिबाधा के परिमाण में वृद्धि दर्शाता है। विश्राम समय स्थिरांक के बारे में जानकारी चरण मैक्सिमा द्वारा प्रदान की जा सकती है। चित्र 4 में मोनोलेयर (ए) और बाइलेयर (बी) आधारित भौतिक संरचनाएं और उनके संबंधित ईईसी दिखाए गए हैं। सीपीई को ईईसी मॉडल में पेश किया गया है। इसकी प्रवेश्यता और प्रतिबाधा निम्नानुसार व्यक्त की जाती है:
2707 HDSS नमूने के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम को फिट करने के लिए दो भौतिक मॉडल और संगत समतुल्य सर्किट:
जहाँ Y0 सीपीई का परिमाण है, j काल्पनिक संख्या या (-1)1/2 है, ω कोणीय आवृत्ति है, और n एकता से कम सीपीई शक्ति सूचकांक है35. चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध (यानी 1/Rct) का व्युत्क्रम संक्षारण दर से मेल खाता है। छोटे Rct का अर्थ है तेज़ संक्षारण दर27. 14 दिनों के ऊष्मायन के बाद, स्यूडोमोनस एरुगिनोसा नमूनों का Rct 32 kΩ cm2 तक पहुँच गया, जो गैर-जैविक नमूनों के 489 kΩ cm2 से बहुत छोटा था (तालिका 4)।
चित्रा 5 में सीएलएसएम छवियां और एसईएम छवियां स्पष्ट रूप से दिखाती हैं कि 7 दिनों के बाद 2707 एचडीएसएस नमूने की सतह पर बायोफिल्म कवरेज घना है। हालांकि, 14 दिनों के बाद, बायोफिल्म कवरेज विरल था और कुछ मृत कोशिकाएं दिखाई दीं। तालिका 5 7 और 14 दिनों के लिए पी. एरुगिनोसा के संपर्क में आने के बाद 2707 एचडीएसएस नमूनों पर बायोफिल्म की मोटाई दिखाती है। अधिकतम बायोफिल्म की मोटाई 7 दिनों के बाद 23.4 माइक्रोन से 14 दिनों के बाद 18.9 माइक्रोन हो गई। औसत बायोफिल्म मोटाई ने भी इस प्रवृत्ति की पुष्टि की। यह 7 दिनों के बाद 22.2 ± 0.7 माइक्रोन से घटकर 14 दिनों के बाद 17.8 ± 1.0 माइक्रोन हो गई।
(क) 7 दिनों के बाद 3-डी सीएलएसएम छवि, (ख) 14 दिनों के बाद 3-डी सीएलएसएम छवि, (ग) 7 दिनों के बाद एसईएम छवि और (घ) 14 दिनों के बाद एसईएम छवि।
ईडीएस ने 14 दिनों तक पी. एरुगिनोसा के संपर्क में रहने वाले नमूनों पर बायोफिल्म्स और संक्षारण उत्पादों में रासायनिक तत्वों का खुलासा किया। चित्र 6 से पता चलता है कि बायोफिल्म्स और संक्षारण उत्पादों में सी, एन, ओ और पी की सामग्री नंगे धातुओं की तुलना में बहुत अधिक है, क्योंकि ये तत्व बायोफिल्म्स और उनके मेटाबोलाइट्स से जुड़े हैं। सूक्ष्मजीवों को केवल क्रोमियम और लोहे की थोड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है। नमूनों की सतह पर बायोफिल्म और संक्षारण उत्पादों में Cr और Fe के उच्च स्तर से संकेत मिलता है कि धातु मैट्रिक्स ने संक्षारण के कारण तत्वों को खो दिया है।
14 दिनों के बाद, 2216E माध्यम में पी. एरुगिनोसा के साथ और उसके बिना गड्ढे देखे गए। ऊष्मायन से पहले, नमूने की सतह चिकनी और दोष रहित थी (चित्र 7 ए)। ऊष्मायन और बायोफिल्म और संक्षारण उत्पादों को हटाने के बाद, नमूनों की सतह पर सबसे गहरे गड्ढों की जांच सीएलएसएम के तहत की गई, जैसा कि चित्र 7 बी और सी में दिखाया गया है। गैर-जैविक नियंत्रण नमूनों की सतह पर कोई स्पष्ट गड्ढे नहीं पाए गए (अधिकतम गड्ढे की गहराई 0.02 माइक्रोन)। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा के कारण होने वाली अधिकतम गड्ढे की गहराई 7 दिनों के बाद 0.52 माइक्रोन और 14 दिनों के बाद 0.69 माइक्रोन थी, जो 3 नमूनों की औसत अधिकतम गड्ढे की गहराई के आधार पर (प्रत्येक नमूने के लिए 10 अधिकतम गड्ढे की गहराई मान चुने गए 5).ये गड्ढे गहराई मान छोटे लेकिन महत्वपूर्ण हैं।
(क) एक्सपोजर से पहले, (ख) अजैविक माध्यम में 14 दिन और (ग) स्यूडोमोनास एरुगिनोसा शोरबा में 14 दिन।
चित्र 8 विभिन्न नमूना सतहों के एक्सपीएस स्पेक्ट्रा को दर्शाता है, और प्रत्येक सतह के लिए विश्लेषण की गई रासायनिक संरचनाओं को तालिका 6 में संक्षेपित किया गया है। तालिका 6 में, पी. एरुगिनोसा (नमूने ए और बी) की उपस्थिति में Fe और Cr के परमाणु प्रतिशत गैर-जैविक नियंत्रण नमूनों (नमूने सी और डी) की तुलना में बहुत कम थे। पी. एरुगिनोसा नमूने के लिए, Cr 2p कोर-स्तरीय स्पेक्ट्रल वक्र को चार शिखर घटकों के लिए 574.4, 576.6, 578.3 और 586.8 eV के बंधन ऊर्जा (BE) मानों के साथ फिट किया गया था, जिसे क्रमशः Cr, Cr2O3, CrO3 और Cr(OH)3 के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है (चित्र 9a और b)। गैर-जैविक नमूनों के लिए, Cr 2p कोर-स्तरीय स्पेक्ट्रम में Cr (BE के लिए अजैविक और पी. एरुगिनोसा नमूनों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर Cr6+ की उपस्थिति और बायोफिल्म के नीचे Cr(OH)3 (586.8 eV का BE) का उच्च सापेक्ष अंश था।
दोनों माध्यमों में 2707 एचडीएसएस नमूने की सतह का विस्तृत एक्सपीएस स्पेक्ट्रा क्रमशः 7 दिन और 14 दिन है।
(क) पी. एरुगिनोसा के संपर्क में 7 दिन, (ख) पी. एरुगिनोसा के संपर्क में 14 दिन, (ग) अजैविक माध्यम में 7 दिन और (घ) अजैविक माध्यम में 14 दिन।
एचडीएसएस अधिकांश वातावरणों में संक्षारण प्रतिरोध के उच्च स्तर को प्रदर्शित करता है। किम एट अल। 2 ने बताया कि यूएनएस एस 32707 एचडीएसएस को 45 से अधिक के पीआरईएन के साथ अत्यधिक मिश्रित डीएसएस के रूप में परिभाषित किया गया था। इस काम में 2707 एचडीएसएस नमूने का पीआरईएन मूल्य 49 था। यह इसकी उच्च क्रोमियम सामग्री और उच्च मोलिब्डेनम और Ni स्तरों के कारण है, जो अम्लीय और उच्च क्लोराइड वातावरण में फायदेमंद होते हैं। इसके अलावा, एक अच्छी तरह से संतुलित संरचना और दोष रहित माइक्रोस्ट्रक्चर संरचनात्मक स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध के लिए उपयोगी होते हैं। हालांकि, इसके उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के बावजूद, इस काम में प्रयोगात्मक डेटा से पता चलता है कि 2707 एचडीएसएस पी। एरुगिनोसा बायोफिल्म्स के एमआईसी से पूरी तरह से प्रतिरक्षित नहीं है।
विद्युत-रासायनिक परिणामों से पता चला कि पी. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस की संक्षारण दर गैर-जैविक माध्यम की तुलना में 14 दिनों के बाद काफी बढ़ गई थी। चित्र 2ए में, पहले 24 घंटों के दौरान अजैविक माध्यम और पी. एरुगिनोसा शोरबा दोनों में ईओसीपी में कमी देखी गई थी। इसके बाद, बायोफिल्म ने नमूने की सतह को पूरी तरह से ढक लिया है और ईओसीपी अपेक्षाकृत स्थिर हो गया है36। हालांकि, जैविक ईओसीपी का स्तर गैर-जैविक ईओसीपी की तुलना में बहुत अधिक था। यह मानने का कारण है कि यह अंतर पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म गठन के कारण है। चित्र 2डी में, पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति में, 2707 एचडीएसएस का आईकोआरआर मान 0.627 μA सेमी-2 तक पहुंच गया, जो कि अजैविक नियंत्रण (0.063 μA सेमी-2) की तुलना में काफी अधिक था, जो कि ईआईएस द्वारा मापी गई आरसीटी मान के अनुरूप था। दिनों में, पी. एरुगिनोसा शोरबा में प्रतिबाधा मूल्य पी. एरुगिनोसा कोशिकाओं के लगाव और बायोफिल्म्स के निर्माण के कारण बढ़ गया। हालाँकि, जब बायोफिल्म पूरी तरह से नमूने की सतह को कवर करती है, तो प्रतिबाधा कम हो जाती है। बायोफिल्म्स और बायोफिल्म मेटाबोलाइट्स के गठन के कारण सुरक्षात्मक परत पर सबसे पहले हमला होता है। इसलिए, समय के साथ संक्षारण प्रतिरोध कम हो गया, और पी. एरुगिनोसा के लगाव ने स्थानीय संक्षारण का कारण बना। अजैविक मीडिया में रुझान अलग थे। गैर-जैविक नियंत्रण का संक्षारण प्रतिरोध पी. एरुगिनोसा शोरबा के संपर्क में आने वाले नमूनों के इसी मूल्य से बहुत अधिक था। इसके अलावा, अजैविक नमूनों के लिए, 2707 HDSS का Rct मान 14वें दिन 489 kΩ cm2 तक पहुँच गया, जो कि P. एरुगिनोसा की उपस्थिति में Rct मान (32 kΩ cm2) का 15 गुना था। इसलिए, 2707 HDSS में बाँझ वातावरण में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है, लेकिन यह MIC हमले के लिए प्रतिरोधी नहीं है। पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स द्वारा।
ये परिणाम चित्र 2बी में ध्रुवीकरण वक्रों से भी देखे जा सकते हैं। एनोडिक शाखाओं को स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म निर्माण और धातु ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। उसी समय कैथोडिक प्रतिक्रिया ऑक्सीजन की कमी है। पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति ने संक्षारण धारा घनत्व को बहुत बढ़ा दिया, जो कि अजैविक नियंत्रण की तुलना में लगभग एक क्रम अधिक है। यह दर्शाता है कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म 2707 एचडीएसएस के स्थानीयकृत संक्षारण को बढ़ाता है। युआन एट अल29 ने पाया कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म की चुनौती के तहत 70/30 Cu-Ni मिश्र धातु का संक्षारण धारा घनत्व बढ़ गया। यह स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा ऑक्सीजन की कमी के जैव उत्प्रेरक के कारण हो सकता है। यह अवलोकन इस कार्य में 2707 एचडीएसएस के एमआईसी की व्याख्या भी कर सकता है। इस कार्य में एम.आई.सी.
डिकिंसन एट अल. 38 ने सुझाव दिया कि रासायनिक और विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरें नमूने की सतह पर सेसाइल बैक्टीरिया की चयापचय गतिविधि और संक्षारण उत्पादों की प्रकृति से सीधे प्रभावित हो सकती हैं। जैसा कि चित्र 5 और तालिका 5 में दिखाया गया है, 14 दिनों के बाद कोशिका संख्या और बायोफिल्म की मोटाई दोनों में कमी आई। यह उचित रूप से समझाया जा सकता है कि 14 दिनों के बाद, 2707 एचडीएसएस की सतह पर अधिकांश सेसाइल कोशिकाएं 2216 ई माध्यम में पोषक तत्व की कमी या 2707 एचडीएसएस मैट्रिक्स से विषाक्त धातु आयनों की रिहाई के कारण मर गईं। यह बैच प्रयोगों की एक सीमा है।
इस कार्य में, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म ने 2707 एचडीएसएस सतह पर बायोफिल्म के नीचे Cr और Fe की स्थानीय कमी को बढ़ावा दिया (चित्र 6)। तालिका 6 में, नमूना C की तुलना में नमूना D में Fe और Cr की कमी, यह दर्शाती है कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण घुले हुए Fe और Cr पहले 7 दिनों से आगे तक बने रहे। 2216E माध्यम का उपयोग समुद्री वातावरण का अनुकरण करने के लिए किया जाता है। इसमें 17700 पीपीएम Cl- होता है, जो प्राकृतिक समुद्री जल में पाए जाने वाले Cl- के बराबर है। XPS द्वारा विश्लेषित 7- और 14-दिवसीय अजैविक नमूनों में Cr में कमी का मुख्य कारण 17700 पीपीएम Cl- की उपस्थिति थी। पी. एरुगिनोसा नमूनों की तुलना में, अजैविक वातावरण में 2707 एचडीएसएस के मजबूत Cl− प्रतिरोध के कारण अजैविक नमूनों में Cr का विघटन बहुत कम था। चित्र 9 निष्क्रियता फिल्म में Cr6+ की उपस्थिति को दर्शाता है। यह चेन और क्लेटन द्वारा सुझाए गए अनुसार, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स द्वारा स्टील सतहों से Cr को हटाने में शामिल होना चाहिए।
जीवाणु वृद्धि के कारण, खेती से पहले और बाद में माध्यम के पीएच मान क्रमशः 7.4 और 8.2 थे। इसलिए, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के नीचे, कार्बनिक अम्ल संक्षारण इस कार्य में योगदान करने वाला कारक होने की संभावना नहीं है क्योंकि थोक माध्यम में अपेक्षाकृत उच्च पीएच है। गैर-जैविक नियंत्रण माध्यम का पीएच 14-दिवसीय परीक्षण अवधि के दौरान (प्रारंभिक 7.4 से अंतिम 7.5 तक) महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदला। ऊष्मायन के बाद टीकाकरण माध्यम में पीएच में वृद्धि पी. एरुगिनोसा की चयापचय गतिविधि के कारण थी और परीक्षण स्ट्रिप्स की अनुपस्थिति में पीएच पर समान प्रभाव पाया गया था।
जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण उत्पन्न अधिकतम गड्ढे की गहराई 0.69 माइक्रोन थी, जो कि अजैविक माध्यम (0.02 माइक्रोन) की गहराई से बहुत अधिक थी। यह ऊपर वर्णित विद्युत-रासायनिक डेटा के अनुरूप है। 0.69 माइक्रोन गड्ढे की गहराई समान परिस्थितियों में 2205 डीएसएस के लिए बताए गए 9.5 माइक्रोन मूल्य से दस गुना से भी अधिक छोटी है। ये डेटा दर्शाते हैं कि 2707 एचडीएसएस 2205 डीएसएस की तुलना में बेहतर एमआईसी प्रतिरोध प्रदर्शित करता है। यह कोई आश्चर्य की बात नहीं होनी चाहिए, क्योंकि 2707 एचडीएसएस में उच्च क्रोमियम सामग्री होती है, जो हानिकारक द्वितीयक अवक्षेपों के बिना संतुलित चरण संरचना के कारण लंबे समय तक चलने वाली निष्क्रियता प्रदान करती है,
निष्कर्ष में, अजैविक माध्यम में नगण्य गड्ढे की तुलना में पी. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस की सतह पर एमआईसी गड्ढे पाए गए। यह कार्य दर्शाता है कि 2707 एचडीएसएस में 2205 डीएसएस की तुलना में बेहतर एमआईसी प्रतिरोध है, लेकिन यह पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण एमआईसी से पूरी तरह प्रतिरक्षित नहीं है। ये निष्कर्ष समुद्री पर्यावरण के लिए उपयुक्त स्टेनलेस स्टील्स और अनुमानित सेवा जीवन के चयन में सहायता करते हैं।
2707 एचडीएसएस के लिए कूपन चीन के शेनयांग में नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी (एनईयू) के धातुकर्म स्कूल द्वारा प्रदान किया गया है। 2707 एचडीएसएस की मौलिक संरचना तालिका 1 में दी गई है, जिसका विश्लेषण एनईयू सामग्री विश्लेषण और परीक्षण विभाग द्वारा किया गया था। सभी नमूनों को 1 घंटे के लिए 1180 डिग्री सेल्सियस पर घोल का इलाज किया गया था। संक्षारण परीक्षण से पहले, 1 सेमी 2 के शीर्ष उजागर सतह क्षेत्र के साथ सिक्के के आकार का 2707 एचडीएसएस को सिलिकॉन कार्बाइड पेपर के साथ 2000 ग्रिट तक पॉलिश किया गया था और 0.05 माइक्रोन Al2O3 पाउडर निलंबन के साथ आगे पॉलिश किया गया था। पक्ष और तल निष्क्रिय पेंट द्वारा संरक्षित हैं। सुखाने के बाद, नमूनों को बाँझ विआयनीकृत पानी से धोया गया और 0.5 घंटे के लिए 75% (v/v) इथेनॉल के साथ बाँझ किया गया
मरीन स्यूडोमोनास एरुगिनोसा MCCC 1A00099 स्ट्रेन को ज़ियामेन मरीन कल्चर कलेक्शन सेंटर (MCCC), चीन से खरीदा गया था। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा को 37°C पर 250 मिली फ्लास्क और 500 मिली इलेक्ट्रोकेमिकल ग्लास कोशिकाओं में मरीन 2216E लिक्विड मीडियम (क़िंगदाओ होप बायोटेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड, क़िंगदाओ, चीन) का उपयोग करके एरोबिक रूप से उगाया गया था। माध्यम (g/L): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.08 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5.0 पेप्टोन, 1.0 यीस्ट एक्सट्रैक्ट और 0.1 फेरिक साइट्रेट। टीकाकरण से पहले 20 मिनट के लिए 121 डिग्री सेल्सियस पर आटोक्लेव करें। 400X आवर्धन पर एक प्रकाश माइक्रोस्कोप के तहत एक हेमोसाइटोमीटर का उपयोग करके सेसाइल और प्लैंक्टोनिक कोशिकाओं की गणना करें। टीकाकरण के तुरंत बाद प्लैंक्टोनिक स्यूडोमोनस एरुगिनोसा की प्रारंभिक कोशिका सांद्रता लगभग 106 कोशिकाएं/एमएल थी।
इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण 500 मिली के मध्यम आयतन वाले एक क्लासिक तीन-इलेक्ट्रोड ग्लास सेल में किए गए। एक प्लैटिनम शीट और एक संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड (एससीई) को नमक के पुलों से भरे लुगिन केशिकाओं के माध्यम से रिएक्टर से जोड़ा गया था, जो क्रमशः काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य कर रहे थे। कार्यशील इलेक्ट्रोड बनाने के लिए, प्रत्येक नमूने में एक रबर-लेपित तांबे का तार लगाया गया था और एपॉक्सी से ढका गया था, जिससे कार्यशील इलेक्ट्रोड के लिए लगभग 1 सेमी2 खुला एकल-पक्षीय सतह क्षेत्र रह गया था। विद्युत रासायनिक माप के दौरान, नमूनों को 2216E माध्यम में रखा गया था और पानी के स्नान में एक स्थिर ऊष्मायन तापमान (37 °C) पर बनाए रखा गया था 1 हर्ट्ज. EIS को स्थिर अवस्था Eocp पर 5 mV लागू वोल्टेज का उपयोग करके 0.01 से 10,000 हर्ट्ज आवृत्ति रेंज में साइन तरंग के साथ किया गया था। संभावित स्वीप से पहले, इलेक्ट्रोड खुले सर्किट मोड में थे जब तक कि एक स्थिर मुक्त संक्षारण संभावित मूल्य तक नहीं पहुंच गया। फिर ध्रुवीकरण वक्र को -0.2 से 1.5 V बनाम Eocp से 0.166 mV / s की स्कैन दर पर चलाया गया। प्रत्येक परीक्षण को पी. एरुगिनोसा के साथ और उसके बिना 3 बार दोहराया गया।
मेटलोग्राफिक विश्लेषण के लिए नमूनों को 2000 ग्रिट गीले SiC पेपर के साथ यांत्रिक रूप से पॉलिश किया गया और फिर ऑप्टिकल अवलोकन के लिए 0.05 माइक्रोन Al2O3 पाउडर निलंबन के साथ पॉलिश किया गया। मेटलोग्राफिक विश्लेषण एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके किया गया था। नमूनों को 10 wt.% पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान 43 के साथ नक़्क़ाशी किया गया था।
ऊष्मायन के बाद, नमूनों को फॉस्फेट-बफर खारा (पीबीएस) समाधान (पीएच 7.4 ± 0.2) के साथ 3 बार धोया गया और फिर बायोफिल्म को ठीक करने के लिए 10 घंटे के लिए 2.5% (v/v) ग्लूटाराल्डिहाइड के साथ तय किया गया। इसके बाद हवा में सुखाने से पहले इसे इथेनॉल की एक वर्गीकृत श्रृंखला (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% और 100% v/v) के साथ निर्जलित किया गया। अंत में, नमूने की सतह को SEM अवलोकन के लिए चालकता प्रदान करने के लिए एक सोने की फिल्म के साथ छिड़का गया। SEM छवियों को प्रत्येक नमूने की सतह पर सबसे अधिक स्थिर पी. एरुगिनोसा कोशिकाओं वाले स्थानों पर केंद्रित किया गया था। परीक्षण टुकड़े की सतह पर संक्षारण उत्पादों और बायोफिल्म को हटाने के लिए, परीक्षण टुकड़े को पहले चीनी राष्ट्रीय मानक (सीएनएस) जीबी/टी4334.4-2000 के अनुसार साफ किया गया था।
एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस, ईएससीएएलएबी250 सतह विश्लेषण प्रणाली, थर्मो वीजी, यूएसए) विश्लेषण एक मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे स्रोत (1500 ईवी ऊर्जा और 150 डब्ल्यू शक्ति पर एल्यूमीनियम Kα लाइन) का उपयोग करके मानक स्थितियों -1350 ईवी के तहत एक विस्तृत बंधन ऊर्जा रेंज 0 पर किया गया था। 50 ईवी पास ऊर्जा और 0.2 ईवी स्टेप साइज का उपयोग करके उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड किए गए थे।
इनक्यूबेटेड नमूनों को हटा दिया गया और 15 एस 45 के लिए पीबीएस (पीएच 7.4 ± 0.2) के साथ धीरे से धोया गया। नमूनों पर बायोफिल्म्स की जीवाणु व्यवहार्यता का निरीक्षण करने के लिए, बायोफिल्म्स को लाइव / डेड बैकलाइट बैक्टीरियल वायबिलिटी किट (इंविट्रोजन, यूजीन, ओरेगन, यूएसए) का उपयोग करके दाग दिया गया था। किट में दो फ्लोरोसेंट रंग हैं, एक हरा फ्लोरोसेंट SYTO-9 रंग और एक लाल फ्लोरोसेंट प्रोपिडियम आयोडाइड (PI) रंग। CLSM के तहत, फ्लोरोसेंट हरे और लाल रंग के बिंदु क्रमशः जीवित और मृत कोशिकाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। धुंधला करने के लिए, 3 μl SYTO-9 और 3 μl PI समाधान युक्त 1 मिली मिश्रण को अंधेरे में कमरे के तापमान (23 oC) पर 20 मिनट के लिए सीएलएसएम मशीन (सी2 प्लस, निकॉन, जापान) द्वारा बायोफिल्म की मोटाई 3-डी स्कैनिंग मोड में मापी गई।
इस लेख का हवाला कैसे दें: ली, एच. एट अल. समुद्री स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा 2707 सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का माइक्रोबियल संक्षारण.विज्ञान.प्रतिनिधि. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016)।
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