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利用阵列电极技术研究微生物模拟膜/金属界面电化学分布特征

作　者: 张霞
导　师: 王伟
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 阵列电极微生物膜电位/电流分布过氧化氢葡萄糖氧化酶
分类号: O646
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

海洋环境中微生物膜/金属界面是一个复杂的电化学体系。微生物膜附着特征对金属表面电化学不均匀分布的影响是微生物腐蚀机理研究的重点。经典电化学技术在微生物腐蚀研究中往往获得金属表面平均电化学信息,很难得到微生物膜/金属界面局部区域不均匀电化学分布信息。局部电化学技术可以克服上述不足,其中阵列电极技术可以用来研究微生物膜/金属界面腐蚀电流密度、腐蚀电位分布特征。本实验室基于NI公司模块化仪器(PXI1033、PXI 2535、4071和4022)和LabVIEW控制软件构建了一种新型阵列电极测控系统。本文首次将新型阵列电极及局部微生物膜技术相结合,对微生物膜内过氧化氢和葡萄糖氧化酶对不锈钢和碳钢电极表面电位和电流的影响进行了研究。通过实验结果的讨论和分析,主要得到如下结论:(1)模拟结果显示不锈钢电极表面电位和电流呈现不均匀分布,其不均匀分布特征与过氧化氢在微生物膜内不均匀分布有关。微生物膜内局部过氧化氢的存在能引起不锈钢电极表面局部电位和整体电位的正移,整体电位正移值小于局部电位正移。在过氧化氢存在的条件下,整体电位正移和局部电位的正移有着密切联系。(2)微生物膜内过氧化氢的存在能引起碳钢电极表面电位的正移,局部过氧化氢的存在会导致碳钢表面局部电位和整体电位的正移,整体电位的正移是由于局部电位的正移而形成的。由于碳钢易腐蚀,过氧化氢对碳钢电极电位正移的影响不是很明显。(3)微生物膜内葡萄糖氧化酶能引起不锈钢电极局部电位和整体电位正移。不锈钢电极局部位置固定葡萄糖氧化酶催化分解葡萄糖产生的过氧化氢能导致不锈钢电位正移。电位正移使固定有葡萄糖氧化酶的电极表面形成阴极区域。局部电位分布和电流分布与葡萄糖氧化酶位置相对应。(4)碳钢电极表面局部位置固定葡萄糖氧化酶催化分解葡萄糖产生过氧化氢会引起碳钢局部和整体电位的正移,但电位正移较短时间内消失。这是因为碳钢电极容易腐蚀,酶催化葡萄糖产生葡萄糖酸和碳钢电极发生作用减弱了过氧化氢对碳钢电极电位和电流的影响。(5)实验证明阵列电极技术和这种基于PXI的测控装置是研究微生物膜/金属界面不均匀电化学信息的一种有效手段,非常适合研究复杂微生物膜/金属界面电化学分布特征。本文研究结论表明微生物膜的附着可导致金属材料表面电化学信息呈不均匀分布特征。实验结果从局部电位和局部电流角度证实了整体电极电化学性质与电化学分布特征之间的相关性。由此可以推断在微生物膜附着条件下,整体电极的经典电化学性质与电极表面微生物膜的不均匀程度以及附着面积有密切关系。由于微生物膜附着的不均匀分布特性,在微生物腐蚀研究中阵列电极技术对于微观机理探讨具有重要意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
0 前言  12-13
1 文献综述  13-23
  1.1 微生物腐蚀  13-14
  1.2 微生物膜附着下金属表面电化学分布特征  14-16
  1.3 微生物腐蚀中的局部电化学研究方法  16-22
    1.3.1 微电极技术  16
    1.3.2 扫描振动电极技术  16-17
    1.3.3 阵列电极技术  17-18
    1.3.4 扫描电化学显微镜技术  18-19
    1.3.5 局部电化学阻抗技术  19
    1.3.6 扫描开尔文探针力显微镜技术  19-21
    1.3.7 微生物腐蚀电化学分布特征中的数学方法  21-22
  1.4 课题研究内容及意义  22-23
2 过氧化氢对微生物模拟膜/不锈钢表面电位电流影响  23-35
  2.1 前言  23-24
  2.2 实验方法  24-27
    2.2.1 实验装置  24-26
    2.2.2 实验材料  26-27
  2.3 结果与讨论  27-33
    2.3.1 短接状态下不锈钢表面电位和电流分布  27-31
    2.3.2 断开状态下不锈钢表面电位分布  31-33
  2.4 本章小结  33-35
3 过氧化氢对微生物模拟膜/碳钢表面电位电流影响  35-44
  3.1 前言  35
  3.2 实验部分  35-36
    3.2.1 实验装置  35
    3.2.2 实验材料  35-36
  3.3 结果与讨论  36-42
    3.3.1 短接状态下碳钢表面电位和电流分布  36-39
    3.3.2 断开状态下碳钢表面电位分布  39-41
    3.3.3 碳钢表面局部覆盖微生物模拟模对电位的影响  41-42
  3.4 本章小结  42-44
4 葡萄糖氧化酶对微生物模拟膜/不锈钢电极表面电位电流的影响  44-61
  4.1 前言  44
  4.2 实验部分  44-46
    4.2.1 实验装置  44
    4.2.2 实验材料  44-46
  4.3 结果与讨论  46-60
    4.3.1 循环伏安实验  46-47
    4.3.2 不锈钢表面电位分布  47-51
    4.3.3 不锈钢表面电流分布  51-60
  4.4 本章小结  60-61
5 葡萄糖氧化酶对微生物模拟膜/碳钢电极表面电位电流的影响  61-69
  5.1 前言  61
  5.2 实验部分  61-62
    5.2.1 实验装置  61
    5.2.2 实验材料  61-62
  5.3 结果与讨论  62-67
    5.3.1 断开条件下碳钢电极表面电位分布  62-63
    5.3.2 短接状态下碳钢表面电位和电流分布  63-67
  5.4 本章小结  67-69
6 结论  69-70
7 工作展望  70-71
参考文献  71-79
致谢  79-80
个人简历  80

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