Research progress on methods of concentration detection and corrosive activity monitoring of sulfate reducing bacteria

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0884

Abstract

Abstract:

A variety of methods have been developed for concentration detection and corrosion activity monitoring of sulfate reducing bacteria （SRB） at home and abroad，but the application conditions of which are different. In this paper，the research progress of SRB concentration detection methods and corrosion activity monitoring methods was described in detail. At first，the methods for SRB concentration detection were classified based on the theoretical basis of the method formation，which mainly included five categories： bacteria cultivation，metabolites of SRB，genetic genes，specific biological enzyme and biosensor respectively. Some of the classical methods，including extinction dilution method，isotope-signed method，polymerase chain reaction，enzyme-linked immunosorbent assay and electrochemical biosensor，were selected respectively， and the operation essentials and application characteristics of each method were emphasized. Then，based on the corrosion mechanism of SRB，the theoretical basis of corrosion activity SRB monitoring technology was discussed. And the monitoring methods were divided into two groups：biofilm evolution and metabolite accumulation. The research progress of electrochemical monitoring method and sulfur ion selective electrode method was discussed and the problems existing in practical application were analyzed. Finally，the development tendency of SRB concentration detection and corrosion activity monitoring methods was prospected.

Key words: sulfate reducing bacteria, detection methods, corrosion activity, bacterial metabolism

摘要：

国内外已形成多种硫酸盐还原菌（SRB）浓度检测和腐蚀活性监测方法，适用条件各有差异。详细论述了SRB浓度检测和腐蚀活性监测方法的研究进展。首先基于方法形成的理论基础对SRB浓度检测方法进行了分类，主要包括基于细菌培养、基于SRB代谢物质、基于遗传基因、基于特异性生物酶和基于生物传感器5大类；并分别选取具有代表性的绝迹稀释法、同位素标记法、PCR技术、酶联免疫吸附法和电化学传感器等经典方法，重点阐述各类方法的操作要领和应用特征。其次基于SRB的腐蚀机理，探讨了形成SRB腐蚀活性连续监测方法的理论基础，据此将监测方法分为基于生物膜演变和基于代谢产物积累两类方法；并针对目前已形成的电化学监测方法和硫离子选择电极法阐述了研究进展，剖析了实际应用中存在的问题。最后结合油气田对SRB腐蚀评价和控制的实际需求，对SRB浓度检测和腐蚀活性监测方法的发展趋势进行了展望。

关键词: 硫酸盐还原菌, 检测方法, 腐蚀活性, 细菌代谢

CLC Number:

TE991
X835

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Figures/Tables 2

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基础理论	检测方法	技术优势	存在的问题
SRB培养反应	绝迹稀释法（MPN）	技术成熟，精度可靠	检测时间长，在7 d以上
	琼脂深层培养法	操作简便	低浓度条件下容易出现假阴性现象
	琼脂管法	操作简便	容易出现假阴性或假阳性现象
SRB代谢物质	三磷酸腺苷（ATP）检测	设备简单，能够在1 h内得到结果	不具有选择性，检测下限高于5 000 mL^-1
	放射性物质测定法	检测时间相对MPN更短（7~8 h）	对检测条件要求较高，需在无氧条件下进行
	三碘化亚甲基蓝法	操作简便，直观	定量检测方面的精度不高
遗传基因	PCR技术	有效缩短检测周期，提高检测精度，降低检测成本	操作步骤涉及PCR扩增和电泳等，对人员和设备要求较高，且菌液的保存需在-20~4 ℃，为该方法在现场进行推广应用增加了难度
	限制性片段长度多态性检测方法（RFLP）	选择性强	对人员和设备要求较高
	斑点杂交法	特异性和灵敏度高	菌株生长阶段差异会降低结果可靠性
	荧光原位杂交技术（FISH）	检测时间短，特异性和灵敏度高，荧光试剂与探针稳定	需要精密的显微镜和高技术水平的操作人员，只能用于室内试验
SRB生物酶	间接荧光抗体技术（IFA）和表面荧光/细胞表面抗体法（ESCA）	特异性强、响应灵敏	无法区分细菌的存活状态，死菌体也会被计数总数，而且显微镜无法在生产现场使用
	酶联免疫吸附测定（ELISA）	高灵敏度、检测时间短	最小检测限度为10³~10⁴ mL^-1，在更低浓度条件下不适用
	腺苷-5’-磷酸硫酸盐还原酶（APS还原酶）法	检测时间短	检测结果会计入死菌体，水样处理操作较繁琐
生物传感器	电化学、电学、光学、磁学、热学、压电生物传感器等	低成本、快速和容易微型化	无法用于恶劣的生产现场

基础理论	检测方法	技术优势	存在的问题
SRB培养反应	绝迹稀释法（MPN）	技术成熟，精度可靠	检测时间长，在7 d以上
	琼脂深层培养法	操作简便	低浓度条件下容易出现假阴性现象
	琼脂管法	操作简便	容易出现假阴性或假阳性现象
SRB代谢物质	三磷酸腺苷（ATP）检测	设备简单，能够在1 h内得到结果	不具有选择性，检测下限高于5 000 mL^-1
	放射性物质测定法	检测时间相对MPN更短（7~8 h）	对检测条件要求较高，需在无氧条件下进行
	三碘化亚甲基蓝法	操作简便，直观	定量检测方面的精度不高
遗传基因	PCR技术	有效缩短检测周期，提高检测精度，降低检测成本	操作步骤涉及PCR扩增和电泳等，对人员和设备要求较高，且菌液的保存需在-20~4 ℃，为该方法在现场进行推广应用增加了难度
	限制性片段长度多态性检测方法（RFLP）	选择性强	对人员和设备要求较高
	斑点杂交法	特异性和灵敏度高	菌株生长阶段差异会降低结果可靠性
	荧光原位杂交技术（FISH）	检测时间短，特异性和灵敏度高，荧光试剂与探针稳定	需要精密的显微镜和高技术水平的操作人员，只能用于室内试验
SRB生物酶	间接荧光抗体技术（IFA）和表面荧光/细胞表面抗体法（ESCA）	特异性强、响应灵敏	无法区分细菌的存活状态，死菌体也会被计数总数，而且显微镜无法在生产现场使用
	酶联免疫吸附测定（ELISA）	高灵敏度、检测时间短	最小检测限度为10³~10⁴ mL^-1，在更低浓度条件下不适用
	腺苷-5’-磷酸硫酸盐还原酶（APS还原酶）法	检测时间短	检测结果会计入死菌体，水样处理操作较繁琐
生物传感器	电化学、电学、光学、磁学、热学、压电生物传感器等	低成本、快速和容易微型化	无法用于恶劣的生产现场

基础理论	检测方法	技术优势	存在的问题
生物膜演变	开路电位、阻抗谱和极化曲线	技术成熟，可有效反映腐蚀活性的变化趋势和转折点	不能有效反映局部腐蚀特征
	电化学噪声技术	能够反映局部腐蚀特征	现场应用时难以排除其他因素干扰
	阵列电极传感器	能够反映局部腐蚀特征	现场应用时难以排除其他因素干扰
代谢产物积累	硫离子选择电极法	简便快捷、易于实现在线分析、动态测试细菌生长过程、不产生H₂S	在开放体系下应用可能出现假阴性的现象，结果会计入死细菌菌体
代谢产物积累	全固态硫化物选择性微探针	易于实现在线分析、不产生H₂S	在开放体系下应用可能出现假阴性的现象，结果会计入死细菌菌体

基础理论	检测方法	技术优势	存在的问题
生物膜演变	开路电位、阻抗谱和极化曲线	技术成熟，可有效反映腐蚀活性的变化趋势和转折点	不能有效反映局部腐蚀特征
	电化学噪声技术	能够反映局部腐蚀特征	现场应用时难以排除其他因素干扰
	阵列电极传感器	能够反映局部腐蚀特征	现场应用时难以排除其他因素干扰
代谢产物积累	硫离子选择电极法	简便快捷、易于实现在线分析、动态测试细菌生长过程、不产生H₂S	在开放体系下应用可能出现假阴性的现象，结果会计入死细菌菌体
代谢产物积累	全固态硫化物选择性微探针	易于实现在线分析、不产生H₂S	在开放体系下应用可能出现假阴性的现象，结果会计入死细菌菌体

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