حاضنة ثاني أكسيد الكربون تنتج تكاثفًا، هل الرطوبة النسبية عالية جدًا؟
عندما نستخدم حاضنة ثاني أكسيد الكربون لزراعة الخلايا، بسبب الاختلاف في كمية السائل المضاف ودورة الثقافة، لدينا متطلبات مختلفة للرطوبة النسبية في الحاضنة.
بالنسبة للتجارب التي تستخدم لوحات زراعة الخلايا ذات 96 بئرًا مع دورة زراعة طويلة، بسبب الكمية الصغيرة من السائل المضافة إلى بئر واحد، هناك خطر من جفاف محلول الزراعة إذا تبخر لفترة طويلة من الزمن عند 37 درجة مئوية.
الرطوبة النسبية العالية في الحاضنة، على سبيل المثال، تصل إلى أكثر من 90٪، يمكن أن تقلل بشكل فعال من تبخر السائل، ومع ذلك، نشأت مشكلة جديدة، وقد وجد العديد من خبراء زراعة الخلايا أن الحاضنة من السهل إنتاج المكثفات في ظروف الرطوبة العالية، إنتاج المكثفات إذا لم يتم التحكم فيه، سوف يتراكم أكثر وأكثر، إلى زراعة الخلايا جلبت خطر معين من العدوى البكتيرية.
فهل سبب تكون التكثيف في الحاضنة هو الرطوبة النسبية العالية؟
أولاً، علينا أن نفهم مفهوم الرطوبة النسبية،الرطوبة النسبية (RH)هو المحتوى الفعلي لبخار الماء في الهواء ونسبة بخار الماء عند التشبع عند نفس درجة الحرارة. ويُعبَّر عنه بالصيغة التالية:
.png)
تمثل نسبة الرطوبة النسبية نسبة محتوى بخار الماء في الهواء إلى أقصى محتوى ممكن.
خاصة:
* 0% رطوبة نسبية:لا يوجد بخار ماء في الهواء.
* 100% رطوبة نسبية:يصبح الهواء مشبعًا ببخار الماء ولا يستطيع أن يحمل المزيد من بخار الماء، مما يؤدي إلى حدوث التكثيف.
* 50% رطوبة نسبية:يشير هذا إلى أن كمية بخار الماء الحالية في الهواء تساوي نصف كمية بخار الماء المشبع عند تلك الدرجة. إذا كانت درجة الحرارة 37 درجة مئوية، فإن ضغط بخار الماء المشبع يبلغ حوالي 6.27 كيلو باسكال. وبالتالي، يبلغ ضغط بخار الماء عند رطوبة نسبية 50% حوالي 3.135 كيلو باسكال.
ضغط بخار الماء المشبعهو الضغط الناتج عن البخار في الطور الغازي عندما يكون الماء السائل وبخاره في حالة توازن ديناميكي عند درجة حرارة معينة.
على وجه التحديد، عندما يتعايش بخار الماء والماء السائل في نظام مغلق (على سبيل المثال، حاضنة Radobio CO2 المغلقة جيدًا)، ستستمر جزيئات الماء في التغير من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (التبخر) بمرور الوقت، بينما تستمر جزيئات الماء الغازية أيضًا في التغير إلى الحالة السائلة (التكثيف).
عند نقطة معينة، تتساوى معدلات التبخر والتكثيف، ويكون ضغط البخار عند تلك النقطة هو ضغط بخار الماء المشبع. ويتميز بـ
1. التوازن الديناميكي:عندما يتعايش الماء وبخار الماء في نظام مغلق، يصل التبخر والتكثيف إلى حالة التوازن، ولا يتغير ضغط بخار الماء في النظام بعد الآن، وفي هذا الوقت يكون الضغط مشبعًا بضغط بخار الماء.
2. الاعتماد على درجة الحرارة:يتغير ضغط بخار الماء المشبع مع درجة الحرارة. فعندما ترتفع درجة الحرارة، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الماء، مما يسمح لعدد أكبر من جزيئات الماء بالهروب إلى الطور الغازي، فيرتفع ضغط بخار الماء المشبع. وعلى العكس، عندما تنخفض درجة الحرارة، ينخفض ضغط بخار الماء المشبع.
3. الخصائص:يعتبر ضغط الماء المشبع معلمة مادية بحتة، ولا يعتمد على كمية السائل، فقط على درجة الحرارة.
الصيغة الشائعة المستخدمة لحساب ضغط بخار الماء المشبع هي معادلة أنطوان:
بالنسبة للماء، تختلف قيم ثابت أنطوان باختلاف نطاقات درجات الحرارة. ومن الثوابت الشائعة:
* أ=8.07131
* ب=1730.63
* ج=233.426
تنطبق هذه المجموعة من الثوابت على نطاق درجة الحرارة من 1 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.
يمكننا استخدام هذه الثوابت لحساب أن ضغط الماء المشبع عند 37 درجة مئوية هو 6.27 كيلو باسكال.
إذن، ما كمية الماء الموجودة في الهواء عند 37 درجة مئوية (°C) في حالة ضغط بخار الماء المشبع؟
لحساب محتوى كتلة بخار الماء المشبع (الرطوبة المطلقة)، يمكننا استخدام صيغة معادلة كلاوسيوس-كلابيرون:
ضغط بخار الماء المشبع: عند 37 درجة مئوية، يكون ضغط بخار الماء المشبع 6.27 كيلو باسكال.
تحويل درجة الحرارة إلى كلفن: T=37+273.15=310.15 كلفن
الاستبدال في الصيغة:
.png)
النتيجة التي تم الحصول عليها عن طريق الحساب هي حوالي 44.6 جرام / م³.
عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، يبلغ محتوى بخار الماء (الرطوبة المطلقة) عند التشبع حوالي 44.6 جم/م³. هذا يعني أن كل متر مكعب من الهواء يتسع لـ 44.6 جم من بخار الماء.
ستحتوي حاضنة ثاني أكسيد الكربون بسعة 180 لترًا على حوالي 8 جرام فقط من بخار الماء.عندما يتم ملء وعاء الترطيب وكذلك أوعية الثقافة بالسوائل، يمكن للرطوبة النسبية أن تصل بسهولة إلى قيم عالية، حتى قريبة من قيم رطوبة التشبع.
عندما تصل الرطوبة النسبية إلى 100%،يبدأ بخار الماء بالتكثف. عند هذه النقطة، تصل كمية بخار الماء في الهواء إلى أقصى قيمة يمكن أن يحملها عند درجة الحرارة الحالية، أي التشبع. تؤدي زيادة بخار الماء أو انخفاض درجة الحرارة إلى تكثفه ليتحول إلى ماء سائل.
وقد يحدث التكثيف أيضًا عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 95%،لكن هذا يعتمد على عوامل أخرى، مثل درجة الحرارة، وكمية بخار الماء في الهواء، ودرجة حرارة السطح. هذه العوامل المؤثرة هي كما يلي:
1. انخفاض درجة الحرارة:عندما تقترب كمية بخار الماء في الهواء من التشبع، فإن أي انخفاض طفيف في درجة الحرارة أو زيادة في كمية بخار الماء قد يؤدي إلى حدوث تكاثف. على سبيل المثال، قد تؤدي تقلبات درجة الحرارة في الحاضنة إلى تكوّن مكثفات، وبالتالي، فإن استقرار درجة حرارة الحاضنة سيُثبّط تكوّن المكثفات.
2. درجة حرارة السطح المحلية أقل من درجة حرارة نقطة الندى:عندما تكون درجة حرارة السطح المحلية أقل من درجة حرارة نقطة الندى، فسوف يتكثف بخار الماء إلى قطرات ماء على هذه الأسطح، وبالتالي فإن توحيد درجة حرارة الحاضنة سيكون له أداء أفضل في تثبيط التكثيف.
3. زيادة بخار الماء:على سبيل المثال، وعاء الترطيب وحاويات الثقافة مع كمية كبيرة من السائل، والحاضنة مختومة بشكل أفضل، عندما تزيد كمية بخار الماء في الهواء داخل الحاضنة عن سعتها القصوى عند درجة الحرارة الحالية، حتى لو ظلت درجة الحرارة دون تغيير، سيتم توليد التكثيف.
لذلك، من الواضح أن حاضنة ثاني أكسيد الكربون ذات التحكم الجيد في درجة الحرارة لها تأثير مثبط على توليد المكثفات، ولكن عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 95٪ أو حتى تصل إلى التشبع، فإن احتمالية التكثيف ستزداد بشكل كبير،لذلك، عندما نقوم بزراعة الخلايا، بالإضافة إلى اختيار حاضنة ثاني أكسيد الكربون الجيدة، يجب أن نحاول تجنب خطر التكثيف الناتج عن السعي وراء الرطوبة العالية.
وقت النشر: ٢٣ يوليو ٢٠٢٤