Dlaczego w moim inkubatorze CO2 występuje kondensacja?
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 płytkach do hodowli komórek o 96 dołkach i długim cyklu hodowli istnieje ryzyko, że ze względu na niewielką ilość płynu dodanego do jednego dołka, roztwór hodowlany wyschnie, jeśli będzie parował przez długi czas w temperaturze 37 ℃.
Wyższa wilgotność względna w inkubatorze, np. powyżej 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 nie jest on kontrolowany, będzie się coraz bardziej gromadził, co niesie ze sobą pewne ryzyko infekcji bakteryjnej w hodowli komórkowej.
Czy przyczyną powstawania kondensatu w inkubatorze jest zbyt wysoka wilgotność względna?
Przede wszystkim musimy zrozumieć koncepcję wilgotności względnej,wilgotność względna (wilgotność względna, RH)to rzeczywista zawartość pary wodnej w powietrzu i procentowa zawartość pary wodnej w stanie nasycenia w tej samej temperaturze. Wyrażona wzorem:
.png)
wilgotność względna to 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 następuje kondensacja.
* 50% wilgotności względnej:Oznacza to, że obecna ilość pary wodnej w powietrzu stanowi połowę ilości pary wodnej nasyconej w danej temperaturze. Jeśli temperatura wynosi 37°C, ciśnienie pary wodnej nasyconej wynosi około 6,27 kPa. Zatem 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 równowadze dynamicznej w określonej temperaturze.
Dokładniej rzecz ujmując, gdy para wodna i woda w stanie ciekłym współistnieją w zamkniętym układzie (np. w szczelnie zamkniętym inkubatorze CO2 Radobio), cząsteczki wody będą z czasem przechodzić ze stanu ciekłego w stan gazowy (parowanie), a jednocześnie 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 ono
1. równowaga dynamiczna:Kiedy woda i para wodna współistnieją w zamkniętym układzie, parowanie i kondensacja osiągają stan równowagi, a ciśnienie pary wodnej w układzie nie ulega już zmianie. W tym momencie ciśnienie jest równe ciśnieniu nasyconej pary wodnej.
2. Zależność od temperatury:Ciśnienie nasyconej pary wodnej zmienia się wraz z temperaturą. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia kinetyczna cząsteczek wody, co pozwala na ucieczkę większej liczby cząsteczek wody do fazy gazowej, co powoduje wzrost ciśnienia nasyconej pary wodnej. I odwrotnie, wraz ze spadkiem temperatury ciśnienie nasyconej pary wodnej maleje.
3. Charakterystyka:Ciśnienie wody nasyconej jest parametrem charakterystycznym wyłącznie dla materiału, nie zależy od ilości cieczy, a jedynie od temperatury.
Do obliczenia ciśnienia nasyconej pary wodnej stosuje się powszechnie wzór Antoine’a:
W przypadku wody stała Antoine’a ma różne wartości w różnych zakresach 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 nasyconej wody w temperaturze 37°C wynosi 6,27 kPa.
Ile zatem wody znajduje się w powietrzu w temperaturze 37 stopni Celsjusza (°C) przy ciśnieniu nasyconej pary wodnej?
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) w stanie nasycenia 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 pojemnik nawilżający 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 kondensować. W tym momencie ilość pary wodnej w powietrzu osiąga maksymalną wartość, jaką może ono utrzymać w danej temperaturze, czyli poziom nasycenia. Dalsze wzrosty lub spadki temperatury powodują kondensację pary wodnej w wodę w stanie ciekłym.
Kondensacja może wystąpić również wtedy, gdy wilgotność względna przekroczy 95%,Zależy to jednak od innych czynników, takich jak temperatura, ilość pary wodnej w powietrzu i temperatura powierzchni. Czynniki te 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 kondensację. Na przykład, wahania temperatury w inkubatorze mogą prowadzić do tworzenia się kondensatu, więc stabilniejsza temperatura w inkubatorze będzie hamować 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 kropelki 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 powstawanie kondensatu, ale gdy wilgotność względna przekroczy 95% lub osiągnie poziom nasycenia, prawdopodobieństwo wystąpienia kondensacji znacznie wzrośnie,Dlatego też, gdy hodujemy komórki, oprócz wyboru dobrego inkubatora CO2, powinniśmy starać się unikać ryzyka kondensacji, która może wystąpić w warunkach wysokiej wilgotności.
Czas publikacji: 23 lipca 2024 r.