CO2 인큐베이터에서 응축 현상이 발생하는데, 상대 습도가 너무 높은가요?
CO2 배양기를 사용하여 세포를 배양할 경우, 첨가하는 액체의 양과 배양 주기의 차이로 인해 배양기 내의 상대 습도에 대한 요구 사항이 달라집니다.
장기 배양 주기를 갖는 96-웰 세포 배양 플레이트를 사용하는 실험의 경우, 하나의 웰에 첨가되는 액체의 양이 적기 때문에 37℃에서 장시간 배양액이 증발하면 배양액이 건조해질 위험이 있습니다.
예를 들어 인큐베이터 내의 상대 습도가 90% 이상이 되면 액체의 증발을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 그러나 새로운 문제가 발생했는데, 많은 세포 배양 실험자들은 인큐베이터가 습도가 높은 조건에서 응축수를 쉽게 생성한다는 것을 발견했습니다. 응축수 생성을 제어하지 않으면 점점 더 많이 축적되어 세포 배양에 세균 감염의 위험이 발생합니다.
그렇다면 인큐베이터에서 응축 현상이 발생하는 것은 상대 습도가 너무 높기 때문일까요?
우선 상대습도의 개념을 이해해야 합니다.상대 습도(Relative Humidity, RH)는 공기 중 실제 수증기 함량과 동일 온도에서 포화 수증기 함량의 백분율입니다. 공식으로 표현하면 다음과 같습니다.
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상대 습도의 백분율은 공기 중 수증기 함량을 최대 가능 함량으로 나눈 비율을 나타냅니다.
구체적으로:
* 0% 상대습도:공기 중에 수증기가 없습니다.
* 100% RH:공기가 수증기로 포화되어 더 이상 수증기를 담을 수 없게 되고 응축이 발생합니다.
* 50% 상대습도:현재 공기 중 수증기량이 해당 온도의 포화 수증기량의 절반임을 나타냅니다. 온도가 37°C일 때 포화 수증기압은 약 6.27kPa입니다. 따라서 상대 습도 50%에서의 수증기압은 약 3.135kPa입니다.
포화수증기압특정 온도에서 액체 물과 그 증기가 동적 평형 상태에 있을 때 기체 상태의 증기에 의해 생성되는 압력입니다.
구체적으로, 수증기와 액체 상태의 물이 폐쇄된 시스템(예: 완전히 밀폐된 Radobio CO2 인큐베이터)에서 공존할 경우, 물 분자는 시간이 지남에 따라 액체 상태에서 기체 상태로 계속 변하고(증발), 기체 상태의 물 분자도 시간이 지남에 따라 액체 상태로 계속 변합니다(응축).
특정 지점에서 증발과 응축 속도가 동일하며, 그 지점의 증기압은 포화 수증기압입니다. 이는 다음과 같은 특징이 있습니다.
1. 동적 평형:폐쇄계에서 물과 수증기가 공존할 때, 증발과 응축이 평형에 도달하면 계 내의 수증기 압력은 더 이상 변하지 않습니다. 이때의 압력은 포화 수증기압입니다.
2. 온도 의존성:포화 수증기압은 온도에 따라 변합니다. 온도가 상승하면 물 분자의 운동 에너지가 증가하여 더 많은 물 분자가 기체 상태로 빠져나갈 수 있으므로 포화 수증기압이 증가합니다. 반대로 온도가 감소하면 포화 수증기압이 감소합니다.
3. 특징:포화수압은 순전히 물질적 특성 매개변수이며, 액체의 양에는 영향을 받지 않고 오직 온도에만 영향을 받습니다.
포화 수증기압을 계산하는 데 사용되는 일반적인 공식은 Antoine 방정식입니다.
물의 경우, 앙투안 상수는 온도 범위에 따라 값이 다릅니다. 일반적인 상수 집합은 다음과 같습니다.
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=233.426
이 상수 집합은 1°C에서 100°C까지의 온도 범위에 적용됩니다.
우리는 이 상수를 사용하여 37°C에서 포화수압이 6.27kPa임을 계산할 수 있습니다.
그렇다면 섭씨 37도(°C)에서 포화 수증기압 상태에서 공기 중에 얼마나 많은 물이 있을까요?
포화 수증기의 질량 함량(절대 습도)을 계산하려면 클라우지우스-클라페이롱 방정식 공식을 사용할 수 있습니다.
포화수증기압: 37°C에서 포화수증기압은 6.27kPa입니다.
온도를 켈빈으로 변환하면: T=37+273.15=310.15 K
공식에 대입하면:
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계산에 의해 얻은 결과는 약 44.6g/m³이다.
37°C에서 포화 수증기 함량(절대 습도)은 약 44.6g/m³입니다. 이는 공기 1세제곱미터당 44.6g의 수증기를 함유할 수 있다는 것을 의미합니다.
180L CO2 인큐베이터는 약 8g의 수증기만 담을 수 있습니다.가습 팬과 배양 용기가 액체로 채워지면 상대 습도가 쉽게 높아질 수 있으며, 포화 습도 값에 가까워질 수도 있습니다.
상대 습도가 100%에 도달하면,수증기가 응결되기 시작합니다. 이 시점에서 공기 중 수증기의 양은 현재 온도에서 유지할 수 있는 최대값, 즉 포화 상태에 도달합니다. 수증기가 더 증가하거나 온도가 낮아지면 수증기는 응결되어 액체 상태로 변합니다.
상대 습도가 95%를 초과하면 결로 현상이 발생할 수도 있습니다.하지만 이는 온도, 공기 중 수증기량, 표면 온도와 같은 다른 요인에 따라 달라집니다. 이러한 요인에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.
1. 온도 감소:공기 중 수증기량이 포화 상태에 가까워지면 온도가 조금만 낮아지거나 수증기량이 조금만 증가해도 결로가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 인큐베이터 내부의 온도 변화는 결로로 이어질 수 있으므로, 온도가 안정적일수록 인큐베이터 내부 온도가 결로 발생을 억제하는 효과가 있습니다.
2. 이슬점 온도 이하의 국부 표면 온도:국부적인 표면 온도가 이슬점 온도보다 낮으면 수증기가 이 표면에서 물방울로 응축되므로 인큐베이터의 온도 균일성은 응축을 억제하는 데 더 나은 성능을 발휘합니다.
3. 수증기 증가:예를 들어, 가습팬이나 배양용기에 많은 양의 액체가 담겨 있고 배양기가 밀폐되어 있는 경우, 배양기 내부 공기의 수증기량이 현재 온도에서 최대 용량을 넘어 증가하면 온도가 변하지 않더라도 응축이 발생합니다.
따라서 온도 조절이 잘 되는 CO2 인큐베이터는 응축수 발생을 억제하는 효과가 분명히 있지만, 상대 습도가 95%를 넘거나 포화 상태에 도달하면 응축 가능성이 크게 증가합니다.따라서 세포를 배양할 때는 좋은 CO2 배양기를 선택하는 것 외에도 높은 습도를 추구함으로써 발생하는 응축 위험을 피하도록 노력해야 합니다.
게시 시간: 2024년 7월 23일