ตู้ฟักไข่แบบ CO2 ผลิตการควบแน่น ความชื้นสัมพัทธ์สูงเกินไปหรือไม่?
เมื่อเราใช้ตู้ฟัก CO2 เพื่อเพาะเลี้ยงเซลล์ เนื่องจากความแตกต่างในปริมาณของเหลวที่เติมลงไปและวงจรการเพาะเลี้ยง เราจึงมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับความชื้นสัมพัทธ์ในตู้ฟัก
สำหรับการทดลองใช้แผ่นเพาะเลี้ยงเซลล์ 96 หลุมที่มีรอบการเพาะเลี้ยงที่ยาวนาน เนื่องจากมีการเติมของเหลวจำนวนเล็กน้อยลงในหลุมเดียว จึงมีความเสี่ยงที่สารละลายเพาะเลี้ยงจะแห้งหากระเหยเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 37 ℃
ความชื้นสัมพัทธ์ในตู้ฟักที่สูงขึ้น เช่น การที่มันให้ถึงมากกว่า 90% สามารถลดการระเหยของของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ปัญหาใหม่เกิดขึ้น ผู้ทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์จำนวนมากพบว่าตู้ฟักนั้นสามารถผลิตคอนเดนเสทได้ง่ายในสภาวะที่มีความชื้นสูง และการผลิตคอนเดนเสทหากไม่ได้รับการควบคุม จะสะสมมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งทำให้เสี่ยงต่อการติดเชื้อแบคทีเรียในระหว่างการเพาะเลี้ยงเซลล์
แล้วการเกิดหยดน้ำในตู้ฟักไข่เป็นเพราะความชื้นสัมพัทธ์สูงเกินไปหรือเปล่า?
ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจแนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์ความชื้นสัมพัทธ์ (ความชื้นสัมพัทธ์, RH)คือปริมาณไอน้ำจริงในอากาศและเปอร์เซ็นต์ของปริมาณไอน้ำที่จุดอิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกัน แสดงเป็นสูตร:
.png)
เปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์แสดงถึงอัตราส่วนของปริมาณไอน้ำในอากาศเทียบกับปริมาณสูงสุดที่เป็นไปได้
โดยเฉพาะ:
*ความชื้นสัมพัทธ์ 0%:ในอากาศไม่มีไอน้ำ
*ความชื้นสัมพัทธ์ 100%:อากาศอิ่มตัวด้วยไอน้ำและไม่สามารถกักเก็บไอน้ำไว้ได้อีก และจะเกิดการควบแน่น
*ความชื้นสัมพัทธ์ 50%:หมายความว่า ปริมาณไอน้ำในอากาศปัจจุบันมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของปริมาณไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมินั้น หากอุณหภูมิอยู่ที่ 37°C ความดันไอน้ำอิ่มตัวจะอยู่ที่ประมาณ 6.27 kPa ดังนั้น ความดันไอน้ำที่ความชื้นสัมพัทธ์ 50% จะอยู่ที่ประมาณ 3.135 kPa
ความดันไอน้ำอิ่มตัวคือความดันที่เกิดจากไอในสถานะก๊าซเมื่อน้ำเหลวและไออยู่ในภาวะสมดุลไดนามิกที่อุณหภูมิบางจุด
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อไอน้ำและน้ำของเหลวอยู่ร่วมกันในระบบปิด (เช่น ตู้ฟักไข่ CO2 ของ Radobio ที่ปิดสนิท) โมเลกุลของน้ำจะยังคงเปลี่ยนจากสถานะของเหลวไปเป็นสถานะก๊าซ (การระเหย) เมื่อเวลาผ่านไป ในขณะเดียวกัน โมเลกุลน้ำที่เป็นก๊าซก็จะยังเปลี่ยนจากสถานะของเหลวไปเป็นสถานะควบแน่น (การควบแน่น) เช่นกัน
เมื่อถึงจุดหนึ่ง อัตราการระเหยและการควบแน่นจะเท่ากัน และความดันไอ ณ จุดนั้นคือความดันไอน้ำอิ่มตัว ซึ่งมีลักษณะดังนี้
1. สมดุลไดนามิก:เมื่อน้ำและไอน้ำอยู่ร่วมกันในระบบปิด การระเหยและการควบแน่นจะเข้าสู่จุดสมดุล ความดันของไอน้ำในระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป ในเวลานี้ความดันคือความดันไอน้ำอิ่มตัว
2. ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิ:ความดันไอน้ำอิ่มตัวเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พลังงานจลน์ของโมเลกุลน้ำจะเพิ่มขึ้น โมเลกุลน้ำสามารถหลุดออกจากสถานะก๊าซได้มากขึ้น ดังนั้นความดันไอน้ำอิ่มตัวจึงเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิลดลง ความดันไอน้ำอิ่มตัวก็จะลดลง
3.คุณลักษณะ:แรงดันน้ำอิ่มตัวเป็นพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของวัสดุเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของของเหลว แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น
สูตรทั่วไปที่ใช้ในการคำนวณความดันไอน้ำอิ่มตัวคือสมการของอองตวน:
สำหรับน้ำ ค่าคงที่แอนทวนมีค่าต่างกันสำหรับช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ชุดค่าคงที่ทั่วไปมีดังนี้:
* ก=8.07131
* บี=1730.63
*ค=233.426
ชุดค่าคงที่นี้ใช้กับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1°C ถึง 100°C
เราสามารถใช้ค่าคงที่เหล่านี้เพื่อคำนวณว่าความดันน้ำอิ่มตัวที่ 37°C คือ 6.27 kPa
แล้วอากาศที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส (°C) ในสถานะที่มีความดันไอน้ำอิ่มตัว มีน้ำเท่าใด?
ในการคำนวณปริมาณมวลของไอน้ำอิ่มตัว (ความชื้นสัมบูรณ์) เราสามารถใช้สูตรสมการ Clausius-Clapeyron ได้ดังนี้:
ความดันไอน้ำอิ่มตัว: ที่อุณหภูมิ 37°C ความดันไอน้ำอิ่มตัวคือ 6.27 kPa
แปลงอุณหภูมิเป็นเคลวิน: T=37+273.15=310.15 K
การแทนค่าลงในสูตร:
.png)
ผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณคือประมาณ 44.6 g/m³
ที่อุณหภูมิ 37°C ปริมาณไอน้ำ (ความชื้นสัมบูรณ์) ณ จุดอิ่มตัวอยู่ที่ประมาณ 44.6 g/m³ ซึ่งหมายความว่าอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตรสามารถกักเก็บไอน้ำได้ 44.6 กรัม
ตู้ฟักไข่ CO2 ขนาด 180 ลิตรจะเก็บไอน้ำได้เพียงประมาณ 8 กรัมเท่านั้นเมื่อถาดเพิ่มความชื้นและภาชนะเพาะเลี้ยงเต็มไปด้วยของเหลว ความชื้นสัมพัทธ์สามารถไปถึงค่าสูงได้อย่างง่ายดาย แม้จะใกล้เคียงกับค่าความชื้นอิ่มตัวก็ตาม
เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ถึง 100%ไอน้ำเริ่มควบแน่น เมื่อถึงจุดนี้ ปริมาณไอน้ำในอากาศจะถึงค่าสูงสุดที่สามารถคงไว้ได้ที่อุณหภูมิปัจจุบัน ซึ่งก็คือค่าอิ่มตัว เมื่อไอน้ำเพิ่มขึ้นหรืออุณหภูมิลดลง ไอน้ำจะควบแน่นเป็นน้ำเหลว
การควบแน่นอาจเกิดขึ้นได้เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เกิน 95%แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ ปริมาณไอน้ำในอากาศ และอุณหภูมิพื้นผิว ปัจจัยที่มีอิทธิพลมีดังนี้:
1. การลดลงของอุณหภูมิ:เมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศใกล้ถึงจุดอิ่มตัว การลดอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยหรือปริมาณไอน้ำที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้เกิดการควบแน่นได้ ตัวอย่างเช่น ความผันผวนของอุณหภูมิในตู้ฟักไข่อาจส่งผลให้เกิดการควบแน่น ดังนั้นหากอุณหภูมิคงที่ ตู้ฟักไข่ก็จะมีผลยับยั้งการเกิดการควบแน่น
2. อุณหภูมิพื้นผิวท้องถิ่นที่ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้าง:อุณหภูมิพื้นผิวในท้องถิ่นต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้าง ไอน้ำจะควบแน่นเป็นหยดน้ำบนพื้นผิวเหล่านี้ ดังนั้นความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในตู้ฟักไข่จะมีประสิทธิภาพในการยับยั้งการควบแน่นที่ดีขึ้น
3. ปริมาณไอน้ำที่เพิ่มขึ้น:ตัวอย่างเช่น ถาดเพิ่มความชื้นและภาชนะเพาะเลี้ยงที่มีของเหลวจำนวนมาก และตู้ฟักมีการปิดผนึกที่ดีขึ้น เมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศภายในตู้ฟักเพิ่มขึ้นเกินความจุสูงสุดที่อุณหภูมิปัจจุบัน แม้ว่าอุณหภูมิจะคงที่ แต่ก็จะยังคงเกิดการควบแน่น
ดังนั้น ตู้ฟัก CO2 ที่มีการควบคุมอุณหภูมิที่ดีจึงมีผลยับยั้งการเกิดการควบแน่นได้อย่างชัดเจน แต่เมื่อความชื้นสัมพัทธ์สูงเกิน 95% หรือถึงระดับอิ่มตัว ความเป็นไปได้ของการเกิดการควบแน่นจะเพิ่มขึ้นอย่างมากดังนั้นเมื่อเราเพาะเลี้ยงเซลล์ นอกจากการเลือกตู้ฟัก CO2 ที่ดีแล้ว เราควรพยายามหลีกเลี่ยงความเสี่ยงต่อการเกิดการควบแน่นที่เกิดจากการได้รับความชื้นสูงด้วย
เวลาโพสต์ : 23 ก.ค. 2567