En CO2-inkubator producerar kondens, är den relativa luftfuktigheten för hög?
När vi använder en CO2-inkubator för att odla celler, har vi, på grund av skillnaden i mängden tillsatt vätska och odlingscykeln, olika krav på den relativa fuktigheten i inkubatorn.
För experiment med 96-brunnars cellodlingsplattor med lång odlingscykel finns det, på grund av den lilla mängden vätska som tillsätts till en enda brunn, en risk att odlingslösningen torkar ut om den avdunstar under en längre tid vid 37 ℃.
Högre relativ luftfuktighet i inkubatorn, till exempel för att nå mer än 90%, kan effektivt minska avdunstningen av vätska. Emellertid har ett nytt problem uppstått. Många cellkulturexperimentalister har funnit att inkubatorn lätt producerar kondensat i förhållanden med hög luftfuktighet. Om kondensatproduktionen är okontrollerad ackumuleras mer och mer, vilket medför en viss risk för bakterieinfektion i cellkulturen.
Så, beror kondensbildningen i inkubatorn på att den relativa luftfuktigheten är för hög?
Först och främst måste vi förstå konceptet relativ fuktighet,relativ luftfuktighet (Relativ fuktighet, RH)är den faktiska halten vattenånga i luften och procentandelen vattenånga vid mättnad vid samma temperatur. Uttryckt i formeln:
.png)
Procentandelen relativ fuktighet representerar förhållandet mellan vattenånghalten i luften och den maximalt möjliga halten.
Speciellt:
* 0% RF:Det finns ingen vattenånga i luften.
* 100 % RF:Luften är mättad med vattenånga och kan inte hålla mer vattenånga och kondensering kommer att uppstå.
* 50 % RF:Indikerar att den aktuella mängden vattenånga i luften är hälften så mycket som mängden mättad vattenånga vid den temperaturen. Om temperaturen är 37 °C är det mättade vattenångtrycket cirka 6,27 kPa. Därför är vattenångtrycket vid 50 % relativ fuktighet cirka 3,135 kPa.
Mättat vattenångtryckär trycket som genereras av ånga i gasfas när flytande vatten och dess ånga är i dynamisk jämvikt vid en viss temperatur.
Mer specifikt, när vattenånga och flytande vatten samexisterar i ett slutet system (t.ex. en väl tillsluten Radobio CO2-inkubator), kommer vattenmolekyler att fortsätta att övergå från flytande tillstånd till gasformigt tillstånd (avdunstning) över tid, medan även gasformiga vattenmolekyler kommer att fortsätta att övergå till flytande tillstånd (kondensation).
Vid en viss punkt är avdunstnings- och kondensationshastigheterna lika, och ångtrycket vid den punkten är det mättade vattenångtrycket. Det kännetecknas av
1. dynamisk jämvikt:När vatten och vattenånga samexisterar i ett slutet system, avdunstning och kondensation uppnår jämvikt, förändras inte längre vattenångans tryck i systemet, vid denna tidpunkt är trycket mättat vattenångtryck.
2. temperaturberoende:Mättat vattenångtryck förändras med temperaturen. När temperaturen ökar ökar vattenmolekylernas kinetiska energi, fler vattenmolekyler kan avgå till gasfasen, så det mättade vattenångtrycket ökar. Omvänt, när temperaturen sjunker, minskar det mättade vattenångtrycket.
3. Egenskaper:Mättat vattentryck är en rent materialkaraktäristisk parameter, beror inte på mängden vätska, bara på temperaturen.
En vanlig formel som används för att beräkna mättat vattenångtryck är Antoine-ekvationen:
För vatten har Antoine-konstanten olika värden för olika temperaturintervall. En vanlig uppsättning konstanter är:
* A=8,07131
* B=1730,63
* C=233,426
Denna uppsättning konstanter gäller för temperaturområdet från 1 °C till 100 °C.
Vi kan använda dessa konstanter för att beräkna att det mättade vattentrycket vid 37 °C är 6,27 kPa.
Så, hur mycket vatten finns det i luften vid 37 grader Celsius (°C) i ett tillstånd av mättat vattenångtryck?
För att beräkna massinnehållet av mättad vattenånga (absolut fuktighet) kan vi använda Clausius-Clapeyrons ekvationsformel:
Mättat vattenångtryck: Vid 37 °C är det mättade vattenångtrycket 6,27 kPa.
Omvandling av temperaturen till Kelvin: T=37+273,15=310,15 K
Substitution i formeln:
.png)
Resultatet som erhålls genom beräkning är cirka 44,6 g/m³.
Vid 37 °C är vattenånghalten (absolut fuktighet) vid mättnad cirka 44,6 g/m³. Det betyder att varje kubikmeter luft kan innehålla 44,6 gram vattenånga.
En 180L CO2-inkubator rymmer bara cirka 8 gram vattenånga.När befuktningsskålar såväl som odlingskärl fylls med vätskor kan den relativa fuktigheten lätt nå höga värden, till och med nära mättnadsfuktighetsvärden.
När den relativa luftfuktigheten når 100 %,Vattenångan börjar kondensera. Vid denna tidpunkt når mängden vattenånga i luften det maximala värde den kan hålla vid den aktuella temperaturen, dvs. mättnad. Ytterligare ökningar av vattenånga eller temperatursänkningar gör att vattenångan kondenserar till flytande vatten.
Kondens kan också uppstå när den relativa luftfuktigheten överstiger 95 %,men detta beror på andra faktorer såsom temperatur, mängden vattenånga i luften och yttemperaturen. Dessa påverkande faktorer är följande:
1. Temperatursänkning:När mängden vattenånga i luften är nära mättnad, kan varje liten minskning av temperaturen eller ökning av mängden vattenånga orsaka kondens. Till exempel kan temperaturfluktuationer i inkubatorn leda till att kondensat bildas, så en mer stabil temperatur kommer att ha en hämmande effekt på kondensatbildningen.
2. lokal yttemperatur under daggpunktstemperaturen:Om den lokala yttemperaturen är lägre än daggpunktstemperaturen, kommer vattenånga att kondensera till vattendroppar på dessa ytor, så inkubatorns temperaturjämnhet kommer att ha bättre prestanda för att hämma kondens.
3. Ökad vattenånga:Till exempel, befuktningsskålar och odlingsbehållare med en stor mängd vätska, och inkubatorn är bättre tätad. När mängden vattenånga i luften inuti inkubatorn ökar utöver dess maximala kapacitet vid den aktuella temperaturen, kommer kondens att genereras även om temperaturen förblir oförändrad.
Därför har en CO2-inkubator med god temperaturkontroll uppenbarligen en hämmande effekt på kondensbildning, men när den relativa fuktigheten överstiger 95 % eller till och med når mättnad, ökar risken för kondens avsevärt.Därför bör vi, när vi odlar celler, förutom att välja en bra CO2-inkubator, försöka undvika risken för kondens som uppstår vid strävan efter hög luftfuktighet.
Publiceringstid: 23 juli 2024