Микробиологическая коррозия оптических стекол и защита от нее

Биологическое поражение оптических стекол вызывается в ос­новном разрастанием мицелия плесневых грибов. Подавляющее большинство отечественных оптических стекол подвержено обрастанию, хотя поверхность оптических стекол полирована и не имеет органических веществ, способствующих развитию грибов.

В годы Второй мировой войны в странах влажного тропическо­го климата на поверхности многих оптических деталей часто от­мечали интенсивное разрастание плесневых грибов. Однако даже в умеренном климате обнаруживают слой мицелия грибов на по­верхности линз и призм приборов, хранящихся на складе.

Основными биоповреждающими агентами оптических деталей являются мицелиальные грибы, особенно опасные в условиях по­вышенной влажности воздуха и температуры, хотя при этом от­мечались отдельные массовые повреждения оптических деталей плесневыми грибами и в условиях умеренного климата.

Установлено, что оптимальными условиями для развития плес­невых грибов на поверхности оптических стекол являются повы­шенная относительная влажность воздуха (свыше 90 %), темпера­тура (28 ± 2) °С, наличие в окружающей среде органических и не­органических частиц и другие факторы. Обрастание плесневыми грибами оптических деталей может происходить за счет питатель­ных веществ, содержащихся в самих спорах, а также за счет про­дуктов выщелачивания стекла, даже при отсутствии каких-либо органических частиц на его поверхности. Так, при испытании на биостойкость образцов из полированного кварца после их тща­тельной промывки наблюдалось довольно интенсивное разраста­ние комплекса мицелиальных грибов со спороношением.

Биоразрушение оптических стекол может происходить в ре­зультате воздействия на них выделяемых микроорганизмами орга­нических кислот, окислительных ферментов, а также перекиси водорода, которая при разложении выделяет атомарный кисло­род, способствующий окислению субстрата.

На поверхности оптических деталей плесневые грибы не только развиваются, но и разрушают поверхностные слои стекла. После сня­тия мицелия грибов во многих случаях обнаруживаются повторяю­щие его рисунок канавки, образованные выделениями продуктов жизнедеятельности. Стекло может быть настолько разрушено, что дефект возможно устранить только с помощью шлифовки и перепо­лировки поверхности, для чего необходимо разбирать весь прибор.

Как просветляющие покрытия, так и покрытия, защищающие просветляющие слои от воздействия влаги воздуха, нанесенные на поверхность оптических стекол химическими и физическими методами, подвержены обрастанию. Даже при слабом развитии грибов на поверхности оптических деталей коэффициент свето-пропускания уменьшается на 26 %, а коэффициент светорассея­ния увеличивается в 5,2 раза.

Имеется мнение, что споры плесневых грибов заносятся в при­боры во время их сборки, и, попадая в условия теплого влажного климата, разрастаются. Не исключено, что споры попадают в приборы при эксплуатации в результате их негерметичности. Часто споры попадают в приборы из чехлов, пораженных плесенью.

Развитие спор грибов зависит от наличия питательной среды, микроскопических загрязнений, пыли, замазок, лаков и смазок, адсорбированных на оптических плоскостях.

Различными исследователями на оптических деталях обнару­жено более 40 видов плесневых грибов, большинство из которых относится к родам: Aspergillus, Chaetoumium, Penicillium, Rhizopus.

Плесневые грибы нарушают работу оптических деталей не толь­ко скоплениями спор и разросшимся мицелием, но и попутными явлениями. В период развития плесневые грибы содержат более 90 % воды, кроме того, они сильно гигроскопичны и притягива­ют из атмосферы большое количество влаги, вызывающее силь­ное рассеяние света. В результате выделения грибами кислых про­дуктов обмена (койевой, итаконовой, лимонной, щавелевой и других кислот) происходит коррозия поверхности стекла. Степень такой коррозии зависит, прежде всего, от кислотоустойчивости стекла, длительности действия плесени на стекло и агрессивнос­ти атмосферы. Установлено, что оптические стекла, химически устойчивые к влаге воздуха, поражаются плесневыми грибами в большей степени, чем стекла, неустойчивые к влажной атмосфе­ре. Объясняется это подщелачиванием поверхности стекла в ре­зультате воздействия влаги воздуха. Было также отмечено, что оте­чественные оптические стекла по степени обрастания плесневы­ми грибами могут быть разделены на три группы: неустойчивые, малоустойчивые, устойчивые.

По наблюдениям специалистов, работающих с оптическими приборами, последние плесневеют в условиях повышенной влаж­ности и температуры значительно сильнее в полевых условиях, чем при испытаниях в тропической камере. Объясняется это тем, что в приборы при их эксплуатации в большей степени проника­ют влага, пыль и загрязнения. Больше всего плесневеют приборы со сменными объективами, поскольку они сильнее пылятся.

Колебания температуры, атмосферного давления, а также наве­дение на фокус и изменение диоптрий — способствуют возникно­вению разницы в давлении между внутренним пространством при­бора и окружающим прибор воздухом. И хотя эта разница большей частью достигает лишь долей атмосферы, она вызывает токи возду­ха через неплотные контакты и щели в приборе, что приводит к так называемому «дыханию» прибора. Тем самым создается воз­можность проникновения влаги. Изготавливать воздухонепрони­цаемые оптические системы достаточно дорого, хотя на заводе фирмы «Цейсе» в Йене делались попытки создания некоторых пол­ностью герметизированных оптических приборов. Неплотные кон­такты в оптических системах сильно затрудняют эффективное при­менение разных высушивающих препаратов, например, силикагеля или гигроскопической бумаги путем закладки их внутрь прибора. По-видимому, целесообразно для удлинения срока службы в тро­пиках хранить приборы в нерабочее время в эксикаторе над осу­шающими агентами.

Оптический прибор является сложным объектом исследования устойчивости к обрастаниям, так как состоит из различных мате­риалов. Корпуса таких приборов обычно изготовлены из металла, пластмассы; широко используются эмали, лакокрасочные покры­тия, смазки, замазки, клеи. Для хранения и перевозки употребля­ются кожаные футляры, нитки, войлок, бумага, картон, дере­вянные ящики. Все эти материалы, в том числе и силикатные оп­тические стекла, поражают микроорганизмы.

Самым эффективным способом защиты от появления грибов является устранение условий, необходимых для их роста: повы­шенных влажности, температуры, а также веществ, служащих для них питанием. Поэтому при сборке приборов требуется соблюде­ние особой чистоты, не допускается применение поражаемых гри­бами материалов. Необходима специальная химическая защита оптических приборов. В период их хранения возможно примене­ние специальной упаковочной бумаги, пропитанной летучими фунгицидами, например, хроматциклогексиламином.

Также возможно применение антимикробных волокон как средств защиты оптических деталей от биологических обрастаний.

Для стабильной и надежной защиты оптических поверхностей применяют специальные покрытия, содержащие ртутные соеди­нения и не влияющие на оптические свойства стекла. В настоящее время еще не найдены летучие фунгицидные вещества длитель­ного действия, которые защищали бы от возникновения всех плес­невых налетов. Цель исследований в области микробиологической коррозии оптических систем — изыскание пригодных фунгицидных веществ с наиболее экономичным способом применения в оптических приборах для эффективной и долгосрочной защиты многослойных оптических площадей от образований биологичес­кого налета.

Заключение

Исследования повреждаемости сырья, материалов и изделий микроорганизмами, насекомыми и грызунами, способов защиты товаров от биоповреждений играют важную роль в решении про­блемы повышения качества, надежности и долговечности про­дукции как в условиях хранения, так и в процессе производства, транспортировки и при эксплуатации.

Повреждая тару, упаковку, складские помещения, портя хра­нящиеся в них товары живые организмы наносят значительный ущерб. Только учтенные потери от биоповреждений материалов достигают 3 % от объема их производства. На долю микроорганиз­мов приходится около 40 % от общего числа биологических по­вреждений.

Широкий круг специалистов — биологи, химики, материало­веды, технологи, товароведы и другие участвуют в решении про­блемы биоповреждений. Подготовка товароведов предполагает все­стороннее изучение факторов, влияющих на формирование и со­хранение качества товаров. Биоповреждения рассматриваются как один из таких факторов.

В настоящее время координацию работ по исследованию воп­росов, связанных с изучением биоповреждений, в нашей стра­не с 1967 г. проводит Научный совет по биоповреждениям РАН. В международном масштабе такие функции осуществляет Меж­дународное общество по биоповреждениям со штаб-квартирой в Астоновском университете в Англии.

[1] От англ. lag — отставание, запаздывание.

[2] Лугаускас А. Ю., Микулъскеке А. И., Шляужене Д. Ю. Каталог микромицетов — биодеструкторов материалов. — М.: Наука, 1987.

[3] Примечание. 4¹ —трызуны использовали материалы для устройства гнезд.