硫酸鹽還原菌濃度檢測和腐蝕活性監(jiān)測方法研究進(jìn)展

王彥然，唐永帆，肖 杰

（中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院，四川成都 610213）

硫酸鹽還原菌（SRB）是一類廣泛存在的兼性厭氧微生物，在代謝過程中，主要以有機(jī)碳源或鐵作為電子供體，以硫酸鹽作為電子受體，最終將硫酸鹽還原生成硫化氫，促進(jìn)金屬的化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)〔1-2〕，導(dǎo)致金屬腐蝕。油氣生產(chǎn)中地層產(chǎn)出液和地面注入的各種采油氣工業(yè)水中普遍含有SRB，極易誘發(fā)微生物腐蝕，對生產(chǎn)安全造成極大的威脅〔3-4〕。特別是近年來隨著國內(nèi)非常規(guī)頁巖氣和致密氣開發(fā)的快速推進(jìn)，返排液中更是普遍存在高濃度的SRB，使得這方面的問題尤為突出〔5〕。為有效保障油氣安全生產(chǎn)，有必要開展對油氣田工業(yè)水中SRB 的濃度檢測和腐蝕活性監(jiān)測，以準(zhǔn)確把握腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。近年來，國內(nèi)外針對SRB 代謝特性和生物膜作用及演變的研究持續(xù)深入，在此基礎(chǔ)上形成了多種SRB 濃度檢測方法以及SRB 腐蝕活性的監(jiān)測方法〔6〕，它們各自具有不同的特征，適用條件也存在差異。筆者總結(jié)了國內(nèi)外SRB 濃度檢測和SRB 腐蝕活性監(jiān)測方法，并結(jié)合油氣田SRB 腐蝕評價(jià)和控制的實(shí)際需求對SRB 濃度檢測和腐蝕活性監(jiān)測相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，以期為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用和未來研究提供借鑒。

1 SRB 濃度檢測方法研究進(jìn)展

SRB 濃度檢測首先需保證檢測結(jié)果的特異性，不受其他細(xì)菌的干擾。要達(dá)到這一目的，需要以SRB 的代謝特征研究為基礎(chǔ)。研究表明，SRB 代謝獲取能量的過程需要依靠電子供體提供電子，包括有機(jī)碳源、鐵，甚至CO2〔7-10〕，SRB 細(xì)胞通過胞內(nèi)電子傳遞過程將獲取的電子傳給電子受體〔11〕，對于電子受體SO42-，還原過程分為兩步：首先將SO42-還原為SO32-，再將SO32-還原為HS-或S2-。而SRB 獨(dú)特的代謝行為與細(xì)胞內(nèi)特有的3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸還原酶（APS 還原酶）和亞硫酸鹽還原酶的催化還原反應(yīng)有關(guān)〔12〕。

因此，國內(nèi)外以SRB 特有的營養(yǎng)源、代謝過程、代謝產(chǎn)物、生物酶等為基礎(chǔ)，對SRB 濃度檢測開展研究，形成了多種方法，每種方法在實(shí)際應(yīng)用中均存在各自的優(yōu)勢或不足。實(shí)際使用中應(yīng)充分把握各種SRB 濃度檢測方法的特點(diǎn)和適用條件，結(jié)合檢測需求選擇適宜的方法。

1.1 基于細(xì)菌培養(yǎng)的檢測方法

培養(yǎng)法是通過人工配制培養(yǎng)液或培養(yǎng)基，為SRB 提供相關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì)，創(chuàng)造滿足SRB 生長需要的物質(zhì)條件，再根據(jù)培養(yǎng)物質(zhì)中是否出現(xiàn)SRB 生長代謝引起的現(xiàn)象，判定培養(yǎng)體系是否呈現(xiàn)出陽性反應(yīng)的檢測方法。

目前，根據(jù)SRB 對元素的需求，形成多種不同類型的培養(yǎng)基或培養(yǎng)液，并制作成相應(yīng)的檢測試劑供生產(chǎn)使用。美國石油學(xué)會推薦的絕跡稀釋法具有較高的實(shí)用性，該方法將待測水樣按比例逐級稀釋，根據(jù)培養(yǎng)介質(zhì)是否出現(xiàn)SRB 代謝生成的黑色沉淀判定陰陽性，再根據(jù)平行實(shí)驗(yàn)中各組陽性反應(yīng)瓶的個(gè)數(shù)，應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算所測水樣中的細(xì)菌濃度〔13〕。因?yàn)樵摲椒☉?yīng)用概率理論彌補(bǔ)了取樣隨機(jī)性的缺陷，所以精度較為可靠，再加上操作簡單、不依靠昂貴精密的設(shè)備，已得到大力發(fā)展并相對成熟。但在實(shí)際應(yīng)用中，培養(yǎng)法的檢測時(shí)間主要由培養(yǎng)物質(zhì)的組分決定，通常在7～21 d 以上，導(dǎo)致其檢測效率偏低。通過改變培養(yǎng)物質(zhì)成分和相應(yīng)的操作方式形成的較為典型的檢測方法還有瓊脂深層培養(yǎng)法和瓊脂管法。瓊脂深層培養(yǎng)法是在培養(yǎng)基中加入了亞硫酸鈉，達(dá)到還原和除氧目的，根據(jù)培養(yǎng)基變黑的時(shí)間長短來計(jì)算SRB 濃度〔14-15〕。瓊脂管法是以胰蛋白胨為唯一的營養(yǎng)源，3 d 內(nèi)根據(jù)可數(shù)的菌落個(gè)數(shù)和稀釋倍數(shù)換算得到結(jié)果。與絕跡稀釋法比較，這些方法的操作繁瑣，而且很可能因反應(yīng)程度較弱或雜質(zhì)干擾造成假陰性或假陽性現(xiàn)象，降低檢測精度。綜上，基于SRB 培養(yǎng)形成的方法普遍存在檢測周期較長的缺陷，難以滿足快速檢測SRB 濃度的生產(chǎn)需求，但以絕跡稀釋法為代表的檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)只測活細(xì)菌濃度和取得可靠結(jié)果的目的，且操作簡單，所以在日常的科研工作和生產(chǎn)實(shí)踐中仍被廣泛使用。

1.2 基于SRB 代謝物質(zhì)的檢測方法

SRB 代謝能夠產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，有報(bào)道提出通過檢測三磷酸腺苷（ATP）的濃度表征SRB 濃度，但因ATP 是所有生物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，導(dǎo)致測試結(jié)果偏大〔16〕，所以該方法不能特異性檢測SRB。

只有檢測SRB 特有的代謝產(chǎn)物，才能保證特異性檢測SRB。因?yàn)檫€原SO42-是SRB 特有的生命活動(dòng)過程，所以介質(zhì)中的硫化物只能源于SRB 的代謝，而且硫化物的濃度與SRB 濃度存在直接的關(guān)系，基于以上原理，提出了通過檢測低價(jià)態(tài)S 計(jì)算SRB 濃度的方法。有學(xué)者通過同位素標(biāo)記S 元素，關(guān)注S 元素的反應(yīng)過程，通過檢測低價(jià)態(tài)S 中的放射強(qiáng)度來反映SRB 濃度，由此建立了放射性物質(zhì)測定法〔17〕，即利用同位素35S 標(biāo)記電子受體SO42-中的S 元素，使其在SRB 的生物催化作用下被還原成為FeS的組成元素，再人為地將SRB 代謝產(chǎn)生的FeS 與酸和Zn2+反應(yīng)生成ZnS，最后利用閃爍計(jì)數(shù)法檢測ZnS中35S 的強(qiáng)度，得到SO42-的還原率和SRB 濃度。該方法對檢測條件要求較高，需在無氧條件下進(jìn)行。

另外，還有其他基于檢測SRB 代謝產(chǎn)生S2-的思路建立的檢測方法。三碘化亞甲基藍(lán)法也是通過S2-檢測SRB 的方法〔18〕，三碘化亞甲基藍(lán)在待測水樣中先后與維生素C 和S2-反應(yīng)，分別生成亞甲基藍(lán)氧化型和亞甲基藍(lán)還原型，如存在S2-，液體會發(fā)生先變藍(lán)再變?yōu)闊o色的變化，由此檢測SRB 的存在，但該方法難以精確得到SRB 的具體濃度〔19〕。

基于SRB 代謝物質(zhì)建立的檢測方法雖然能夠在幾小時(shí)內(nèi)得到結(jié)果，但因氧氣的滲入可能氧化硫化物或S2-，所以這類方法普遍對檢測條件的要求較為苛刻，實(shí)際操作中難以保證。

1.3 基于遺傳基因的檢測方法

SRB 能夠進(jìn)行獨(dú)特代謝作用的根本原因在于自身特有的遺傳物質(zhì)，例如16S rRNA 基因、APS 還原酶基因和異化型亞硫酸鹽還原酶基因〔20〕。因此，通過檢測SRB 細(xì)胞中特有的遺傳物質(zhì)，即能夠特異性地檢測SRB 的存在及其細(xì)胞數(shù)量。

DNA 序列是表征遺傳信息的載體，選擇SRB 特有基因序列進(jìn)行研究，并形成了系列特異性檢測SRB 特有DNA 的檢測技術(shù)。PCR 技術(shù)是一種在體外快速擴(kuò)增特定基因或DNA 序列的方法，所用引物可根據(jù)16S rRNA 基因特征序列設(shè)計(jì)，該技術(shù)在SRB檢測的應(yīng)用中，可依據(jù)SRB 細(xì)胞內(nèi)存在的異化型亞硫酸鹽還原酶基因進(jìn)行分析鑒定〔21〕。隨著對SRB菌種和遺傳特性研究的深入，PCR 技術(shù)也得到不斷發(fā)展。有學(xué)者以SRB 的功能基因dsrB為檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，分別對淺水層、土壤和地下深部熱水的SRB 濃度進(jìn)行檢測，建立了SRBddPCR 檢測技術(shù)〔22〕；也有學(xué)者發(fā)明了SRB 直接倍比稀釋PCR 快速定量檢測方法；E.BEN-DOV 等〔23〕基于SRB 的dsrA和apsA基因建立了一種實(shí)時(shí)PCR 檢測技術(shù)，PCR 技術(shù)對SRB 檢測的適應(yīng)性不斷提高。魏利等〔24〕基于APS 還原酶的特異性，還將PCR 技術(shù)與絕跡稀釋法結(jié)合建立了一種快速定量的檢測方法，檢測效果有所提升，但需配合電泳等操作，且菌液保存條件為-20～4 ℃，為該方法的推廣應(yīng)用增加了難度。進(jìn)一步分析物種DNA 的差異，形成了能夠特異性識別并切割目標(biāo)DNA 特殊堿基序列的限制性片段長度多態(tài)性檢測方法（RFLP）〔25〕。該方法用于檢測SRB 時(shí)，都是基于SRB385 序列片段進(jìn)行的切割，得到片段再通過分子探針的雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。它可與PCR 聯(lián)合使用，基于SRB 中獨(dú)特的dsrAB基因片段，利用RFLP 對PCR 產(chǎn)物進(jìn)行切割，提高檢測精度。

還有一些基于核酸檢測形成的方法，它們主要采用寡核苷酸探針與SRB 特有基因的雜交進(jìn)行檢測。其中一種方法是斑點(diǎn)雜交法，采用放射性標(biāo)記的寡核苷酸探針與RNA 雜交，沖洗后通過放射性強(qiáng)度確定RNA 的數(shù)量，該方法的檢測結(jié)果易受菌株生長階段影響，不穩(wěn)定。另外一種方法是原位雜交技術(shù)，它是在不改變細(xì)胞形態(tài)和微生物小環(huán)境條件下進(jìn)行的雜交，目前常用的是熒光原位雜交技術(shù)（FISH），檢測時(shí)用熒光素標(biāo)記寡核苷酸探針完成雜交，再用顯微鏡觀察細(xì)胞內(nèi)的熒光標(biāo)記，確定物種和數(shù)量。王明義等〔26〕通過SRB385 寡核苷酸探針與脫硫球菌屬的熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)，建立了淡水湖泊SRB 熒光原位雜交檢測方法。張偉等〔27〕也將該技術(shù)用于分析喀斯特山地土壤中SRB 的數(shù)量和空間分布狀況，均取得了理想的檢測結(jié)果?；谶z傳物質(zhì)形成的檢測方法具有檢測時(shí)間短和特異性強(qiáng)的優(yōu)勢，但因需要高技術(shù)水平的操作人員，大面積推廣到工業(yè)生產(chǎn)中還存在一定的難度。

1.4 基于特異性生物酶的檢測方法

除了特有的遺傳物質(zhì)，SRB 還具有一些區(qū)別于其他生物的性狀特征，例如SRB 細(xì)胞特有的免疫特性（主要體現(xiàn)為細(xì)胞與抗體的選擇性附著）和細(xì)胞內(nèi)特有生物酶（可催化作用系列特征顯色反應(yīng)）。所以，利用這些特有的性狀特征，同樣能夠達(dá)到特異性檢測SRB 濃度的目的。

基于SRB 細(xì)胞表面存在特異的抗體附著點(diǎn)，形成了間接熒光抗體技術(shù)（IFA）和表面熒光/細(xì)胞表面抗體法（ESCA），前者將已用熒光標(biāo)記的抗體結(jié)合抗原，后者是待抗體與抗原結(jié)合后，再對抗體標(biāo)記，兩者都通過檢測細(xì)胞熒光強(qiáng)度得到SRB 濃度。實(shí)驗(yàn)中，采用熒光標(biāo)記抗體，利用抗體對SRB 細(xì)胞的選擇性附著鑒別介質(zhì)中的SRB，最后采用熒光顯微鏡觀察附著抗體的熒光標(biāo)記，得到SRB 細(xì)胞數(shù)量。Hongwei LIU 等〔28〕利用熒光顯微鏡觀察土壤中不同含水量條件下SRB 在金屬表面的附著情況，得到了SRB 附著量與土壤含水量的關(guān)系。

酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）進(jìn)一步利用抗體抗原的特異性反應(yīng)，結(jié)合酶的高催化活性，按照免疫識別，信號輸出和數(shù)據(jù)處理的步驟，通過將SRB 菌體中的抗原和特異性抗體結(jié)合，再利用SRB 細(xì)胞特有生物酶的催化作用來完成檢測過程，得到SRB 濃度〔29-30〕，該方法檢測靈敏快速，但檢測下限為103～104mL-1，適用范圍相對有限。

另外，近年來還形成了不依靠抗體，僅利用SRB特有生物酶的高催化活性，催化顯色劑的顯色反應(yīng)，再通過反應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算SRB 濃度的方法。該方法的實(shí)施步驟包括過濾、離心、濃縮、裂解、反應(yīng)和讀數(shù)，其中，SRB 細(xì)胞在裂解液作用下破裂，釋放出APS 還原酶，再將反應(yīng)試劑加入體系使APS 還原酶催化腺苷-5’-磷酸硫酸鹽發(fā)生還原反應(yīng)，生成藍(lán)色還原產(chǎn)物發(fā)生顯色現(xiàn)象，讀取顯色介質(zhì)的OD420，定量檢測SRB 濃度。該方法可在1 h 內(nèi)得到測定結(jié)果，具有高靈敏度和強(qiáng)特異性，滿足快速檢測需求。

上述方法的優(yōu)勢在于靈敏可靠，能夠快速得到檢測結(jié)果，但檢測下限普遍偏高且結(jié)果會計(jì)入死細(xì)菌濃度，而且通過熒光標(biāo)記的方法也必須借助顯微鏡計(jì)數(shù)，使得它們在生產(chǎn)中的實(shí)用性不強(qiáng)。

1.5 基于生物傳感器的檢測方法

隨著生產(chǎn)中檢測要求的不斷提高，專門用于SRB 檢測的生物傳感器得到快速發(fā)展，其核心部件主要是生物識別元件與換能器，兩者相結(jié)合，將生物信號轉(zhuǎn)化為其他便于定量表征的信號進(jìn)行微生物濃度檢測〔31〕。生物識別元件是獲取微生物信號的部件，與物理化學(xué)傳感器整合，來分析響應(yīng)的生物物質(zhì)，其性能直接決定了檢測的精度，所以在SRB 濃度檢測中，需要有能夠特異性識別SRB 的生物識別元件。研發(fā)過程中，基于對生物酶、抗體、組織等特異性生物信號的檢測識別，形成了多種類型的生物識別元件，以滿足高檢測精度和高靈敏度的要求。同時(shí)，識別到的生物信號需要通過換能器轉(zhuǎn)換為定量表征信號，信號與檢測物質(zhì)的濃度成比例，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。研究形成的換能器可將生物信號轉(zhuǎn)化為多種形式的能量，包括電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、壓電等〔32〕。對于SRB 這類腐蝕微生物的檢測，基于電化學(xué)生物傳感器的檢測方法是一類低成本、快速和容易微型化的生物組分分析方法，開發(fā)的原理是基于電極表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，將被檢測介質(zhì)的化學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量的一類傳感器〔33〕，分為電流型、電位型和阻抗型3 類，展示了電化學(xué)技術(shù)在SRB 連續(xù)檢測方面的應(yīng)用。

近年來，關(guān)于SRB 濃度檢測方面的生物傳感器研究得到了長足的發(fā)展?；赟RB 的代謝特征，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員通過將新型材料引入傳感器，不斷提高生物傳感器動(dòng)態(tài)檢測SRB 濃度的精度和實(shí)用性。戚鵬等〔34〕開發(fā)了基于納米信號標(biāo)記的生物傳感器技術(shù)，并引入氧化性納米材料、SRB 生物印記薄膜，借助ZnO/ZnS 轉(zhuǎn)化過程、ZnS 光催化性質(zhì)等，對生物傳感器進(jìn)行改進(jìn)。劉宏芳等〔35〕也利用納米材料提高SRB 生物傳感器的微型化檢測。萬逸等〔36〕在納米信號標(biāo)記的基礎(chǔ)上，認(rèn)為氧化錳納米線和氧化石墨烯的應(yīng)用具有提供信號標(biāo)記物和增強(qiáng)信號的功能。賀子君等〔37〕基于Cd2+和Mn2+與SRB 代謝產(chǎn)物S2-的反應(yīng)，結(jié)合連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法，制備得到光電流強(qiáng)度高、對SRB 具有特異性和選擇性、檢測下限低至28 CFU/mL 的TiO2-NTs/CdS：Mn 光電化學(xué)傳感器。

關(guān)于SRB 傳感器的研究還在持續(xù)進(jìn)行，相對于其他方法，生物傳感器具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、精確度高、響應(yīng)時(shí)間短、穩(wěn)定性高和可重復(fù)性好的優(yōu)勢，為連續(xù)檢測SRB 濃度提供了條件。但是，在應(yīng)用條件較為惡劣的油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場，生物傳感器的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

目前，基于各種原理形成的SRB 濃度檢測方法的特征分析見表1。

表1 典型的SRB 濃度檢測方法比較Table 1 Comparison of typical methods for SRB concentration detection

2 SRB 腐蝕活性監(jiān)測方法研究進(jìn)展

SRB 在不同的環(huán)境下或不同的生長階段往往具有不同的代謝活性，其活性強(qiáng)弱水平直接決定了因SRB 代謝引起的腐蝕程度〔38〕。因此僅檢測SRB 濃度并不能全面準(zhǔn)確地掌握其對設(shè)備的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，還必須掌握SRB 的代謝活性。通常，SRB 在高活性狀態(tài)會快速分泌代謝物形成生物膜，固著于生物膜內(nèi)部的SRB 具有更高的腐蝕活性，促進(jìn)局部腐蝕電池的形成，導(dǎo)致菌落附著部位發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕〔39〕。而且SRB 的腐蝕活性越強(qiáng)，電子轉(zhuǎn)移過程也就越快，從而影響代謝產(chǎn)物體系的性質(zhì)。

國內(nèi)外已基于生物膜演變或代謝產(chǎn)物積累過程中的電化學(xué)響應(yīng)特征，初步形成了SRB 腐蝕活性的監(jiān)測方法，并不斷開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，奠定了方法應(yīng)用的可靠性。

2.1 基于生物膜演變的監(jiān)測方法

微生物腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過程，涉及到電子的傳遞，必然引起電化學(xué)參數(shù)的響應(yīng)。微生物腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究中，常用到的電化學(xué)數(shù)據(jù)主要是開路電位、阻抗譜和極化曲線，其中阻抗譜得到的關(guān)鍵參數(shù)有雙電層電容、電荷轉(zhuǎn)移電阻等，極化曲線得到關(guān)鍵參數(shù)有腐蝕電位和腐蝕電流密度。每個(gè)電化學(xué)參數(shù)都具有自身的表征意義，應(yīng)用中需將各種參數(shù)結(jié)合分析，以判斷材料在SRB 作用下的腐蝕傾向、瞬時(shí)腐蝕速率等信息，進(jìn)一步根據(jù)電化學(xué)參數(shù)在整個(gè)SRB腐蝕過程中的變化趨勢，分析對應(yīng)膜內(nèi)SRB 腐蝕行為的發(fā)展趨勢。許多學(xué)者利用電化學(xué)方法研究各種環(huán)境下SRB 的腐蝕行為。Qiushi LIU 等〔40-41〕發(fā)現(xiàn)SRB 腐蝕體系中的電化學(xué)參數(shù)變化趨勢出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表明膜內(nèi)SRB 代謝活性提高，生物膜作用由抑制腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)腐蝕；柳偉等〔42〕研究得到SRB 腐蝕體系中的開路電位、電荷轉(zhuǎn)移電阻和膜層電阻都出現(xiàn)了明顯的下降，同樣表明了生物膜導(dǎo)電性增強(qiáng)，電子轉(zhuǎn)移過程加快；舒韻等〔43〕證實(shí)了SRB 代謝產(chǎn)物的積累導(dǎo)致生物膜導(dǎo)電性增強(qiáng)，使得電阻參數(shù)持續(xù)下降，電流參數(shù)持續(xù)升高。因此利用電化學(xué)手段可達(dá)到直接監(jiān)測SRB 腐蝕活性的目的。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在缺乏營養(yǎng)物質(zhì)的厭氧環(huán)境中，SRB 主要是以局部腐蝕的形式對鋼鐵造成破壞〔9〕，所以近年來對SRB 腐蝕監(jiān)測技術(shù)的研究逐漸集中到對局部腐蝕監(jiān)測方面。常用的電化學(xué)方法在表征局部腐蝕行為方面的效果相對不足，對此，探究形成了系列新技術(shù)，不斷提高對SRB 腐蝕體系下的局部腐蝕監(jiān)測水平。電化學(xué)噪聲技術(shù)是基于電化學(xué)參數(shù)非平衡波動(dòng)建立的監(jiān)測技術(shù)。相對于極化曲線、開路電位等測試，該技術(shù)能夠捕捉到試樣的局部活性，針對均勻腐蝕和局部腐蝕呈現(xiàn)不同的響應(yīng)特征，以電位和電流參數(shù)的波動(dòng)反映局部腐蝕傾向及腐蝕速率〔44〕。另外，在電化學(xué)測試手段中，絲束電極是一類更能夠?qū)崿F(xiàn)從微觀層面上分析試樣表面不同點(diǎn)位的電化學(xué)參數(shù)的手段，華中科技大學(xué)基于絲束電極的工作機(jī)理形成了陣列電極傳感器，該儀器通過零阻電流計(jì)和99 根鋼絲組成的回路測試試樣表面的電流分布，并提供了定量表征局部腐蝕的計(jì)算公式〔45〕，標(biāo)志著局部腐蝕監(jiān)測技術(shù)邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

通過電化學(xué)參數(shù)響應(yīng)形成的監(jiān)測方法理論成熟，能夠靈敏可靠地得到監(jiān)測結(jié)果，為SRB 腐蝕行為評價(jià)和預(yù)測提供指導(dǎo)，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中得到了較多的應(yīng)用，但在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用還存在諸多困難，監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，參數(shù)分析模型的形成等都還需要深入研究，而且制作出的傳感器對現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 基于代謝產(chǎn)物積累的監(jiān)測方法

與基于代謝產(chǎn)物研究SRB 濃度檢測方法的原理類似，因還原SO42-是SRB 特有的生命活動(dòng)，所以通過監(jiān)測SO42-的還原產(chǎn)物判斷SRB 腐蝕活性仍是保證特異性的有效手段。因?yàn)镾2-在液相中的離子活度便于通過電化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)在線分析和連續(xù)監(jiān)測，所以研究思路主要集中在通過檢測液相中的S2-建立監(jiān)測方法。實(shí)現(xiàn)S2-選擇性測試的方法主要是硫離子選擇電極，它的核心結(jié)構(gòu)包括硫化物選擇性膜和固態(tài)離子/電子轉(zhuǎn)化層。通過硫化物選擇性膜實(shí)現(xiàn)對S2-的特異性檢測，利用固態(tài)離子/電子轉(zhuǎn)化層將離子活度轉(zhuǎn)換為電池電動(dòng)勢〔46〕，所以通過電化學(xué)手段測定電動(dòng)勢大小即可計(jì)算S2-濃度，進(jìn)一步分析SRB 的濃度與腐蝕活性。目前，硫離子選擇性電極基于全固態(tài)離子選擇性電極概念不斷發(fā)展，Xiangyi YE 等〔47〕通過改進(jìn)電極核心部件建立了全固態(tài)硫化物選擇性微探針，硫化物選擇性膜和固態(tài)離子/電子轉(zhuǎn)化層的材質(zhì)分別為Ag2S 和石墨烯，檢測結(jié)果經(jīng)有機(jī)熒光探針驗(yàn)證，準(zhǔn)確可靠。該方法易于實(shí)現(xiàn)在線分析和動(dòng)態(tài)測試，且不產(chǎn)生H2S，但檢測條件同樣苛刻，無法在開放體系下應(yīng)用，否則易產(chǎn)生假陰性結(jié)果，且無法區(qū)分細(xì)菌死活。

目前，基于各種原理形成的SRB 腐蝕活性監(jiān)測方法的特征分析見表2。

表2 典型的SRB 腐蝕活性監(jiān)測方法比較Table 2 Comparison of typical methods for SRB corrosion activity monitoring

3 展望

為有效保障油氣安全生產(chǎn)，需要開展對油氣田工業(yè)水中SRB 的濃度檢測和腐蝕活性監(jiān)測。目前，關(guān)于SRB 濃度檢測和腐蝕活性監(jiān)測已形成多種方法，但上述方法在實(shí)際應(yīng)用中，還存在一定的不足，在今后的研究和應(yīng)用中，可圍繞以下方面開展工作。

3.1 SRB 濃度檢測方面

通過檢測SRB 特有的代謝產(chǎn)物、遺傳物質(zhì)或生物酶等，能夠達(dá)到特異性檢測SRB 濃度的目的，但檢測時(shí)間、檢測精度和檢測下限上難以達(dá)到要求。對此，應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)各類檢測方法的顯著不足進(jìn)行攻關(guān)，克服相應(yīng)短板，重點(diǎn)攻堅(jiān)如何縮短培養(yǎng)時(shí)間、提高檢測精度、降低檢測下限、減少對精密設(shè)備依賴，提高工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用效果的可靠性。另外，生物傳感器的發(fā)展為現(xiàn)場在線連續(xù)檢測SRB 濃度提供了條件，不斷提高其現(xiàn)場適應(yīng)性，推廣生物傳感器的應(yīng)用將成為SRB 檢測技術(shù)的一大發(fā)展趨勢。隨著生物傳感器的不斷成熟，將為油氣田提供智能化的檢測技術(shù)，對于建設(shè)智慧化油氣田具有積極意義。

3.2 SRB 腐蝕活性監(jiān)測方面

SRB 腐蝕活性監(jiān)測方面，理論已比較成熟，但研究成果還難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求?；陔娀瘜W(xué)反應(yīng)或代謝產(chǎn)物特征反應(yīng)原理，已不斷形成更新的監(jiān)測技術(shù)，腐蝕活性監(jiān)測的靈敏度不斷提高，也針對局部腐蝕建立了監(jiān)測方法。下一步有必要對這些方法的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入攻關(guān)，研發(fā)能夠適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測裝置，確保裝置在現(xiàn)場氣液流動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)行可靠性和監(jiān)測穩(wěn)定性，并建立能夠高效反饋監(jiān)測效果及預(yù)警腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的分析系統(tǒng)，進(jìn)一步提高腐蝕監(jiān)測的數(shù)字化水平，加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的SRB 腐蝕活性監(jiān)測，為提高SRB 腐蝕預(yù)測水平和在線評價(jià)殺菌效果提供先進(jìn)的技術(shù)手段。