两株真菌对千手观音造像金箔腐蚀的研究

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大足千手观音佛像自南宋建造至今经历了多次修缮,其表面金箔曾发生翘边脱落、腐蚀开裂等病害,金箔的损坏受到自然环境中诸多因素的影响,此前研究者们多针对如酸雾、湿度等环境因素对金箔腐蚀,金箔的粘贴工艺,以及翘边金箔的回贴等研究。对于金箔表面微生物对金箔腐蚀损坏的影响研究较少,为此本文通过从千手观音造像表面分离纯化得到的两种霉菌,使用测序等手段鉴定其种类后,在实验室内进行为期31d的实验,研究这两种霉菌对千手观音表面金箔腐蚀的影响,使用电化学技术测定金箔在分别接种单一霉菌的环境中的开路电位(Open Circuit Potential,OCP)、交流阻抗(AC Impedance)以及极化曲线(Cathodic Polarization Curve)的变化情况,以此分析探究这两种单一霉菌生长过程对金箔的影响,并对其影响机理进行了简要解析。实验选取了从千手观音佛像表面分离得到的两种霉菌(分别编号A1、A2)并进行种类鉴定,霉菌A1通过ITS序列测序以及形态结构观察鉴别为杂色曲霉,霉菌A2通过ITS序列测序确定为毛霉属的易脆毛霉种。随后本文通过实验探究了这两种霉菌对金箔的腐蚀影响。将金箔试样分别置于无菌、有杂色曲霉以及有易脆毛霉的环境中在25℃条件下实验31d,监测各实验体系的p H值、开路电位、交流阻抗以及极化曲线的变化情况,并对金箔表面形貌进行表征分析,所得到的主要结果如下:(1)金箔浸置在无菌查氏液体培养基和无菌马铃薯液体培养基中,溶液的p H值均为弱酸性,实验期间p H值平均分别为6.89和6.32,并且p H值在实验周期内保持稳定。而接种了杂色曲霉和易脆毛霉的实验体系中,溶液的p H值在31d内均出现了明显下降,前者溶液中的p H值从6.73下降为4.15,后者从6.45下降为3.56,这两种霉菌均发生产酸代谢,为金箔中较活跃的金属成分的腐蚀营造了酸性条件。(2)实验周期内,金箔试样浸置在无菌查氏液体培养基和马铃薯葡萄糖液体培养基中开的路电位分别在-30 m V、-25 m V左右轻微波动,而金箔试样在接种杂色曲霉和接种有易脆毛霉的实验体系中开路电位均出现下降的趋势。在接种杂色曲霉的实验体系中开路电位降低了159.24%,最终值为-77.28 m V;在接种易脆毛霉的实验体系中开路电位降低了178.64%,最终值为-71.08 m V。开路电位的变化,与金箔受到的腐蚀有关。(3)金箔试样在两种无菌液体培养基以及接种杂色曲霉和易脆毛霉的实验体系中的交流阻抗谱均只有一个容抗弧。在无菌液体培养基中容抗弧半径较大,并且在实验周期内保持稳定;而在接种有杂色曲霉和接种有易脆毛霉的实验体系中的容抗弧半径在实验周期内均出现不同程度的下降。模拟电路结果表明,含杂色曲霉的实验体系中金箔的电荷转移电阻Rct在前期阶段迅速下降,中后期逐渐稳定,最终值为5.12×10~5A/cm~2,下降88.58%;而在含易脆毛霉的实验体系中Rct最终值为7.63×10~5Ω·cm~2,下降84.77%。(4)金箔在无菌查氏液体培养基和无菌马铃薯葡萄糖液体培养基实验31d后的腐蚀电位Ecorr较高以及其腐蚀电流密度icorr较小,分别为-0.101 V、6.212×10-7A/cm~2和-0.093 V、6.603×10-7A/cm~2。金箔浸置在两种无菌液体培养基中,性质稳定,耐腐蚀性能良好,没有出现析氢腐蚀和吸氧腐蚀等腐蚀现象。而接种有杂色曲霉和易脆毛霉的实验体系中,金箔腐蚀电位负移较大,其值分别为Ecorr为-0.32 V、-0.34V,同时对应的腐蚀电流密度icorr也较大,分别为7.20×10-6A/cm~2、5.956×10-6A/cm~2。(5)使用场发射透射电子显微镜和X射线能谱仪对实验后的金箔试样表面形貌和组成进行分析,无菌液体培养基中的金箔表面纹理清晰可见,均没有出现明显的腐蚀痕迹。而在有霉菌的试验系统中的金箔表面均有霉菌形成的生物膜,金箔出现不同的腐蚀,腐蚀裂隙中均存在霉菌的菌丝。在杂色曲霉实验系统中的腐蚀裂隙较宽,深度也较深;而在易脆毛霉中的裂隙为狭长形,深度较浅。清除霉菌层后测得裂隙边缘腐蚀产物中的氧元素含量和硫元素含量较高,推测二者产物为Cu的氧化物、硫酸盐等。(6)在实验周期内,杂色曲霉与易脆毛霉均促进了金箔试样的腐蚀进程,金箔在接种杂色曲霉实验系统中的腐蚀速率先快后慢,在接种易脆毛霉实验系统中的腐蚀速率较均衡,并且经过一个实验周期杂色曲霉对金箔造成的腐蚀影响要大于杂色曲霉。另外,二者腐蚀机理基本相同,金箔自身的晶体位错等结构缺陷在酸性条件会成为应力腐蚀开裂的源头,容易产生应力腐蚀裂隙,营养菌丝伸入裂隙中,对腐蚀裂隙产生扩张作用,强化金箔腐蚀作用,同时金箔中的较活跃组分在霉菌及其酸性代谢产物的作用下发生反应,进一步引起金箔破坏。
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