لماذا يحدث تكثف للرطوبة في حاضنة ثاني أكسيد الكربون الخاصة بي؟
عندما نستخدمحاضنة ثاني أكسيد الكربونلزراعة الخلايا، وبسبب الاختلاف في كمية السائل المضاف ودورة الاستزراع، لدينا متطلبات مختلفة للرطوبة النسبية في الحاضنة.
بالنسبة للتجارب التي تستخدم أطباق زراعة الخلايا ذات 96 بئراً مع دورة زراعة طويلة، ونظراً للكمية الصغيرة من السائل المضافة إلى بئر واحد، هناك خطر من أن يجف محلول الزراعة إذا تبخر لفترة طويلة من الزمن عند 37 درجة مئوية.
يمكن أن تؤدي الرطوبة النسبية العالية في الحاضنة، على سبيل المثال، إلى أكثر من 90٪، إلى تقليل تبخر السائل بشكل فعال، ومع ذلك، فقد ظهرت مشكلة جديدة، حيث وجد العديد من الباحثين في مجال زراعة الخلايا أن الحاضنة تولد بسهولة مكثفات في ظروف الرطوبة العالية، وإذا لم يتم التحكم في إنتاج المكثفات، فسوف تتراكم أكثر فأكثر، مما يشكل خطرًا معينًا على زراعة الخلايا بسبب العدوى البكتيرية.
إذن، هل يحدث تكثف الرطوبة في الحاضنة بسبب ارتفاع نسبة الرطوبة النسبية؟
أولاً وقبل كل شيء، نحتاج إلى فهم مفهوم الرطوبة النسبية،الرطوبة النسبية (الرطوبة النسبية، RH)يمثل المحتوى الفعلي لبخار الماء في الهواء، ونسبة محتوى بخار الماء عند التشبع عند نفس درجة الحرارة. ويُعبر عن ذلك بالصيغة التالية:
.png)
تمثل نسبة الرطوبة النسبية نسبة محتوى بخار الماء في الهواء إلى الحد الأقصى الممكن.
خاصة:
* 0% رطوبة نسبية:لا يوجد بخار ماء في الهواء.
* رطوبة نسبية 100%:الهواء مشبع ببخار الماء ولا يمكنه استيعاب المزيد من بخار الماء، وبالتالي سيحدث التكثيف.
* 50% رطوبة نسبية:يشير هذا إلى أن كمية بخار الماء الحالية في الهواء تساوي نصف كمية بخار الماء المشبع عند تلك الدرجة. فإذا كانت درجة الحرارة 37 درجة مئوية، فإن ضغط بخار الماء المشبع يبلغ حوالي 6.27 كيلو باسكال. وبالتالي، فإن ضغط بخار الماء عند رطوبة نسبية 50% يبلغ حوالي 3.135 كيلو باسكال.
ضغط بخار الماء المشبعهو الضغط الناتج عن البخار في الحالة الغازية 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 مغلقة جيدًا)، ستستمر جزيئات الماء في التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (التبخر) بمرور الوقت، بينما ستستمر جزيئات الماء الغازية أيضًا في التحول إلى الحالة السائلة (التكثيف).
عند نقطة معينة، تتساوى معدلات التبخر والتكثيف، ويكون ضغط البخار عند تلك النقطة هو ضغط بخار الماء المشبع. وتتميز هذه الحالة 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، وفي هذا الوقت يكون الضغط هو ضغط بخار الماء المشبع.
2. الاعتماد على درجة الحرارة:يتغير ضغط بخار الماء المشبع بتغير درجة الحرارة. فعند ارتفاع درجة الحرارة، تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الماء، مما يسمح لعدد أكبر من جزيئات الماء بالهروب إلى الحالة الغازية، وبالتالي يرتفع ضغط بخار الماء المشبع. وعلى العكس، عند انخفاض درجة الحرارة، ينخفض ضغط بخار الماء المشبع.
3. الخصائص:إن ضغط الماء المشبع هو معلمة خاصة بالمادة فقط، ولا يعتمد على كمية السائل، بل على درجة الحرارة فقط.
تُعد معادلة أنطوان إحدى الصيغ الشائعة المستخدمة لحساب ضغط بخار الماء المشبع:
بالنسبة للماء، يختلف ثابت أنطوان باختلاف نطاقات درجات الحرارة. ومن الثوابت الشائعة ما يلي:
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=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 مقدار الماء الموجود في الهواء عند درجة حرارة 37 درجة مئوية (°C) في حالة ضغط بخار الماء المشبع؟
لحساب محتوى كتلة بخار الماء المشبع (الرطوبة المطلقة)، يمكننا استخدام صيغة معادلة كلاوزيوس-كلابيرون:
ضغط بخار الماء المشبع: عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، يكون ضغط بخار الماء المشبع 6.27 كيلو باسكال.
تحويل درجة الحرارة إلى كلفن: T = 37 + 273.15 = 310.15 كلفن
التعويض في الصيغة:
.png)
والنتيجة التي تم الحصول عليها عن طريق الحساب هي حوالي 44.6 جم/م³.
عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، يبلغ محتوى بخار الماء (الرطوبة المطلقة) عند التشبع حوالي 44.6 غ/م³. وهذا يعني أن كل متر مكعب من الهواء يمكنه استيعاب 44.6 غرام من بخار الماء.
لن تستوعب حاضنة ثاني أكسيد الكربون سعة 180 لترًا سوى حوالي 8 جرامات من بخار الماء.عندما يتم ملء حوض الترطيب وكذلك أوعية الاستزراع بالسوائل، يمكن أن تصل الرطوبة النسبية بسهولة إلى قيم عالية، حتى أنها تقترب 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. أي زيادة إضافية في بخار الماء أو انخفاض في درجة الحرارة يؤدي إلى تكثف بخار الماء إلى ماء سائل.
قد يحدث التكثف أيضاً عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 95%.لكن هذا يعتمد على عوامل أخرى مثل درجة الحرارة، وكمية بخار الماء في الهواء، ودرجة حرارة السطح. وهذه 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 تكثف الماء. على سبيل المثال، قد تؤدي تقلبات درجة الحرارة في الحاضنة إلى تكوّن التكثيف، لذا فإن استقرار درجة حرارة الحاضنة سيُثبّط تكوّن التكثيف.
2. درجة حرارة السطح المحلية أقل من درجة حرارة نقطة الندى:تكون درجة حرارة السطح المحلية أقل من درجة حرارة نقطة الندى، وسيتكثف بخار الماء إلى قطرات ماء على هذه الأسطح، لذا فإن توحيد درجة حرارة الحاضنة سيكون له أداء أفضل في منع التكثيف.
3. زيادة بخار الماء:على سبيل المثال، وعاء الترطيب وحاويات الاستزراع التي تحتوي على كمية كبيرة من السائل، والحاضنة محكمة الإغلاق بشكل أفضل، فعندما تزيد كمية بخار الماء في الهواء داخل الحاضنة عن سعتها القصوى عند درجة الحرارة الحالية، حتى لو ظلت درجة الحرارة دون تغيير، فسيحدث تكثف.
لذلك، من الواضح أن حاضنة ثاني أكسيد الكربون ذات التحكم الجيد في درجة الحرارة لها تأثير مثبط على تكوين 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 جيدة، يجب أن نحاول تجنب خطر التكثيف الناتج عن السعي وراء الرطوبة العالية.
تاريخ النشر: 23 يوليو 2024