Inkubator CO2 wytwarza kondensację. Czy wilgotność względna jest zbyt wysoka?
Kiedy do hodowli komórek używamy inkubatora CO2, ze względu na różnicę w ilości dodawanego płynu i cyklu hodowli, mamy różne wymagania co do wilgotności względnej w inkubatorze.
W przypadku eksperymentów na 96-dołkowych płytkach do hodowli komórek z długim cyklem hodowli, ze względu na niewielką ilość płynu dodanego do pojedynczego dołka, istnieje ryzyko, że roztwór hodowlany wyschnie, jeśli będzie odparowywany przez długi okres czasu w temperaturze 37 ℃.
Wyższa wilgotność względna w inkubatorze, na przykład przekraczająca 90%, może skutecznie ograniczyć parowanie cieczy, jednak pojawił się nowy problem. Wielu eksperymentatorów zajmujących się hodowlami komórkowymi odkryło, że w inkubatorze w warunkach wysokiej wilgotności łatwo wytwarza się kondensat. Jeśli produkcja kondensatu nie jest kontrolowana, będzie się ona coraz bardziej gromadzić, co niesie ze sobą pewne ryzyko infekcji bakteryjnej w hodowli komórkowej.
Czy zatem przyczyną powstawania kondensatu w inkubatorze jest zbyt wysoka wilgotność względna?
Przede wszystkim musimy zrozumieć pojęcie wilgotności względnej,wilgotność względna (wilgotność względna, RH)jest rzeczywistą zawartością pary wodnej w powietrzu i procentową zawartością pary wodnej w stanie nasycenia w tej samej temperaturze. Wyrażone we wzorze:
.png)
wilgotność względna wyrażona w procentach przedstawia stosunek zawartości pary wodnej w powietrzu do maksymalnej możliwej zawartości.
Swoiście:
* 0% wilgotności względnej:W powietrzu nie ma pary wodnej.
* 100% wilgotności względnej:Powietrze jest nasycone parą wodną i nie może pomieścić więcej pary wodnej, w związku z czym nastąpi kondensacja.
* 50% wilgotności względnej:Oznacza, że obecna ilość pary wodnej w powietrzu stanowi połowę ilości nasyconej pary wodnej w tej temperaturze. Jeśli temperatura wynosi 37°C, to ciśnienie nasyconej pary wodnej wynosi około 6,27 kPa. Dlatego ciśnienie pary wodnej przy 50% wilgotności względnej wynosi około 3,135 kPa.
Ciśnienie nasyconej pary wodnejjest to ciśnienie wytwarzane przez parę w fazie gazowej, gdy ciekła woda i jej para znajdują się w dynamicznej równowadze w określonej temperaturze.
Dokładniej rzecz ujmując, gdy para wodna i woda w stanie ciekłym współistnieją w zamkniętym układzie (np. w dobrze zamkniętym inkubatorze CO2 Radobio), cząsteczki wody będą z czasem przechodzić ze stanu ciekłego w stan gazowy (parowanie), a cząsteczki wody w stanie gazowym będą przechodzić w stan ciekły (kondensacja).
W pewnym momencie szybkość parowania i kondensacji jest równa, a ciśnienie pary w tym punkcie jest ciśnieniem nasyconej pary wodnej. Charakteryzuje się ona
1. równowaga dynamiczna:gdy woda i para wodna współistnieją w zamkniętym układzie, parowanie i kondensacja osiągają stan równowagi, ciśnienie pary wodnej w układzie nie ulega już zmianie, w tym momencie ciśnienie jest ciśnieniem nasyconej pary wodnej.
2. Zależność od temperatury:ciśnienie nasyconej pary wodnej zmienia się wraz z temperaturą. Gdy temperatura wzrasta, energia kinetyczna cząsteczek wody wzrasta, więcej cząsteczek wody może uciec do fazy gazowej, więc ciśnienie nasyconej pary wodnej wzrasta. Odwrotnie, gdy temperatura spada, ciśnienie nasyconej pary wodnej spada.
3. Charakterystyka:Ciśnienie wody nasyconej jest parametrem charakterystycznym wyłącznie dla materiału, nie zależy od ilości cieczy, tylko od temperatury.
Do obliczenia ciśnienia nasyconej pary wodnej stosuje się powszechnie wzór Antoine’a:
W przypadku wody stała Antoine’a ma różne wartości dla różnych zakresów temperatur. Typowy zestaw stałych to:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Ten zestaw stałych stosuje się do zakresu temperatur od 1°C do 100°C.
Możemy użyć tych stałych, aby obliczyć, że ciśnienie wody nasyconej w temperaturze 37°C wynosi 6,27 kPa.
Ile zatem wody znajduje się w powietrzu w temperaturze 37 stopni Celsjusza (°C) w stanie nasycenia parą wodną?
Aby obliczyć zawartość masową nasyconej pary wodnej (wilgotność bezwzględną), możemy skorzystać ze wzoru równania Clausiusa-Clapeyrona:
Ciśnienie nasyconej pary wodnej: W temperaturze 37°C ciśnienie nasyconej pary wodnej wynosi 6,27 kPa.
Przeliczanie temperatury na Kelwiny: T=37+273,15=310,15 K
Podstawienie do wzoru:
.png)
wynik otrzymany w obliczeniach wynosi około 44,6 g/m³.
W temperaturze 37°C zawartość pary wodnej (wilgotność bezwzględna) przy nasyceniu wynosi około 44,6 g/m³. Oznacza to, że każdy metr sześcienny powietrza może pomieścić 44,6 grama pary wodnej.
Inkubator CO2 o pojemności 180 l pomieści jedynie około 8 gramów pary wodnej.Gdy misa nawilżająca oraz naczynia hodowlane zostaną wypełnione cieczami, wilgotność względna może łatwo osiągnąć wysokie wartości, zbliżone nawet do wartości wilgotności nasyconej.
Gdy wilgotność względna osiągnie 100%,para wodna zaczyna się skraplać. W tym momencie ilość pary wodnej w powietrzu osiąga maksymalną wartość, jaką może utrzymać przy obecnej temperaturze, tj. nasycenie. Dalsze zwiększanie ilości pary wodnej lub zmniejszanie temperatury powoduje, że para wodna skrapla się w wodę w stanie ciekłym.
Kondensacja może również wystąpić, gdy wilgotność względna przekroczy 95%,ale to zależy od innych czynników, takich jak temperatura, ilość pary wodnej w powietrzu i temperatura powierzchni. Te czynniki wpływające są następujące:
1. Spadek temperatury:Gdy ilość pary wodnej w powietrzu jest bliska nasycenia, każdy niewielki spadek temperatury lub wzrost ilości pary wodnej może spowodować wystąpienie kondensacji. Na przykład wahania temperatury w inkubatorze mogą prowadzić do powstawania kondensatu, więc temperatura jest bardziej stabilna, inkubator będzie miał hamujący wpływ na powstawanie kondensatu.
2. lokalna temperatura powierzchni poniżej temperatury punktu rosy:Jeśli lokalna temperatura powierzchni jest niższa od temperatury punktu rosy, para wodna będzie się skraplać w postaci kropelek wody na tych powierzchniach, dzięki czemu równomierny rozkład temperatury w inkubatorze będzie miał lepszą skuteczność w zapobieganiu kondensacji.
3. Zwiększona ilość pary wodnej:na przykład, pojemniki nawilżające i hodowlane z dużą ilością cieczy, a inkubator jest lepiej uszczelniony, gdy ilość pary wodnej w powietrzu wewnątrz inkubatora wzrośnie powyżej jego maksymalnej pojemności przy aktualnej temperaturze, nawet jeśli temperatura pozostanie niezmieniona, będzie wytwarzać się kondensacja.
Dlatego inkubator CO2 z dobrą kontrolą temperatury ma oczywiście działanie hamujące na powstawanie kondensatu, ale gdy wilgotność względna przekroczy 95% lub osiągnie poziom nasycenia, prawdopodobieństwo wystąpienia kondensacji znacznie wzrośnie,Dlatego też, gdy hodujemy komórki, oprócz wybrania dobrego inkubatora CO2, powinniśmy starać się unikać ryzyka kondensacji spowodowanej wysoką wilgotnością.
Czas publikacji: 23-07-2024