CO2 inkubátor produkuje kondenzaci, je relativní vlhkost příliš vysoká?
Když k kultivaci buněk používáme CO2 inkubátor, máme kvůli rozdílu v množství přidané kapaliny a kultivačnímu cyklu různé požadavky na relativní vlhkost v inkubátoru.
U experimentů s 96jamkovými kultivačními destičkami s dlouhým kultivačním cyklem existuje vzhledem k malému množství kapaliny přidané do jedné jamky riziko, že kultivační roztok vyschne, pokud se bude při 37 °C po dlouhou dobu odpařovat.
Vyšší relativní vlhkost v inkubátoru, například dosáhnout více než 90 %, může účinně snížit odpařování kapaliny. Nicméně se objevil nový problém. Mnoho experimentátorů s buněčnými kulturami zjistilo, že v inkubátoru se za podmínek vysoké vlhkosti snadno vytváří kondenzát. Pokud je produkce kondenzátu nekontrolovaná, hromadí se stále více a více, což pro buněčnou kulturu představuje určité riziko bakteriální infekce.
Takže, vzniká kondenzace v inkubátoru kvůli příliš vysoké relativní vlhkosti?
Nejprve si musíme ujasnit pojem relativní vlhkosti,relativní vlhkost (relativní vlhkost, RH)je skutečný obsah vodní páry ve vzduchu a procentuální podíl obsahu vodní páry při nasycení při stejné teplotě. Vyjádřeno vzorcem:
.png)
Procento relativní vlhkosti představuje poměr obsahu vodní páry ve vzduchu k maximálnímu možnému obsahu.
Konkrétně:
* 0 % relativní vlhkosti:Ve vzduchu není žádná vodní pára.
* 100% relativní vlhkost:Vzduch je nasycený vodní párou a nemůže pojmout další vodní páru a dochází ke kondenzaci.
* 50% relativní vlhkosti:Znamená to, že aktuální množství vodní páry ve vzduchu je při dané teplotě poloviční oproti množství nasycené vodní páry. Pokud je teplota 37 °C, pak je tlak nasycené vodní páry přibližně 6,27 kPa. Tlak vodní páry při 50% relativní vlhkosti je tedy přibližně 3,135 kPa.
Tlak nasycené vodní páryje tlak generovaný párou v plynné fázi, když jsou kapalná voda a její pára v dynamické rovnováze při určité teplotě.
Konkrétně, když v uzavřeném systému (např. dobře uzavřený CO2 inkubátor Radobio) koexistují vodní pára a kapalná voda, molekuly vody se budou v průběhu času měnit z kapalného do plynného stavu (odpařování), zatímco plynné molekuly vody se budou také měnit do kapalného stavu (kondenzace).
V určitém bodě jsou rychlosti odpařování a kondenzace stejné a tlak páry v tomto bodě je tlak nasycené vodní páry. Je charakterizován
1. dynamická rovnováha:Když voda a vodní pára koexistují v uzavřeném systému, odpařování a kondenzace dosáhnou rovnováhy, tlak vodní páry v systému se již nemění a v tomto okamžiku je tlak nasycené vodní páry.
2. teplotní závislost:Tlak nasycené vodní páry se mění s teplotou. Když teplota stoupá, kinetická energie molekul vody se zvyšuje, více molekul vody může uniknout do plynné fáze, takže tlak nasycené vodní páry se zvyšuje. Naopak, když teplota klesá, tlak nasycené vodní páry klesá.
3. Charakteristiky:Tlak nasycené vody je čistě materiálový charakteristický parametr, nezávisí na množství kapaliny, pouze na teplotě.
Běžným vzorcem používaným pro výpočet tlaku nasycené vodní páry je Antoinova rovnice:
Pro vodu má Antoinova konstanta různé hodnoty pro různé teplotní rozsahy. Běžná sada konstant je:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Tato sada konstant platí pro teplotní rozsah od 1 °C do 100 °C.
Tyto konstanty můžeme použít k výpočtu, že tlak nasycené vody při 37 °C je 6,27 kPa.
Kolik vody je tedy ve vzduchu při 37 stupních Celsia (°C) ve stavu nasyceného tlaku vodní páry?
Pro výpočet hmotnostního obsahu nasycené vodní páry (absolutní vlhkosti) můžeme použít vzorec Clausius-Clapeyronovy rovnice:
Tlak nasycené vodní páry: Při 37 °C je tlak nasycené vodní páry 6,27 kPa.
Převod teploty na stupně Kelvina: T=37+273,15=310,15 K
Dosazení do vzorce:
.png)
Výsledek získaný výpočtem je přibližně 44,6 g/m³.
Při teplotě 37 °C je obsah vodní páry (absolutní vlhkost) při nasycení asi 44,6 g/m³. To znamená, že každý krychlový metr vzduchu může pojmout 44,6 gramu vodní páry.
Inkubátor CO2 o objemu 180 litrů pojme pouze asi 8 gramů vodní páry.Pokud jsou zvlhčovací miska i kultivační nádoby naplněny kapalinami, může relativní vlhkost snadno dosáhnout vysokých hodnot, dokonce blízkých hodnotám nasycené vlhkosti.
Když relativní vlhkost dosáhne 100 %,Vodní pára začíná kondenzovat. V tomto bodě dosáhne množství vodní páry ve vzduchu maximální hodnoty, kterou může při aktuální teplotě udržet, tj. nasycení. Další zvýšení množství vodní páry nebo snížení teploty způsobí, že vodní pára kondenzuje na kapalnou vodu.
Ke kondenzaci může docházet také tehdy, když relativní vlhkost přesáhne 95 %,ale to závisí na dalších faktorech, jako je teplota, množství vodní páry ve vzduchu a teplota povrchu. Tyto ovlivňující faktory jsou následující:
1. Pokles teploty:Pokud se množství vodní páry ve vzduchu blíží nasycení, může i malé snížení teploty nebo zvýšení množství vodní páry způsobit kondenzaci. Například kolísání teploty v inkubátoru může vést ke vzniku kondenzátu, takže stabilnější teplota v inkubátoru bude mít na tvorbu kondenzátu inhibiční účinek.
2. lokální povrchová teplota pod teplotou rosného bodu:Pokud je lokální povrchová teplota nižší než teplota rosného bodu, vodní pára na těchto površích kondenzuje do kapek, takže rovnoměrnost teploty v inkubátoru bude mít lepší účinnost při inhibici kondenzace.
3. Zvýšený obsah vodní páry:Například zvlhčovací miska a kultivační nádoby s velkým množstvím kapaliny a inkubátor je lépe utěsněn. Pokud množství vodní páry ve vzduchu uvnitř inkubátoru překročí jeho maximální kapacitu při aktuální teplotě, i když teplota zůstane nezměněna, dojde ke kondenzaci.
CO2 inkubátor s dobrou regulací teploty má tedy zjevně inhibiční účinek na tvorbu kondenzátu, ale když relativní vlhkost přesáhne 95 % nebo dokonce dosáhne nasycení, možnost kondenzace se výrazně zvýší.Proto bychom se při kultivaci buněk kromě výběru dobrého CO2 inkubátoru měli snažit vyhnout riziku kondenzace způsobené snahou o vysokou vlhkost.
Čas zveřejnění: 23. července 2024