Биологическое поражение оптических стекол вызывается в основном разрастанием мицелия плесневых грибов. Подавляющее большинство отечественных оптических стекол подвержено обрастанию,
211
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 светопропускания 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
212
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 "Цейсс" в Йене делались попытки создания некоторых полностью герметизированных оптических приборов. Неплотные контакты в оптических системах сильно затрудняют эффективное применение разных высушивающих препаратов, например, силикагеля
213
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.
214