ทำไมตู้ฟักไข่ที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของฉันจึงมีไอน้ำเกาะ?
เมื่อเราใช้ตู้ฟักไข่ CO2ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ เนื่องจากปริมาณของเหลวที่เติมและวงจรการเพาะเลี้ยงที่แตกต่างกัน เราจึงมีความต้องการความชื้นสัมพัทธ์ในตู้เพาะเลี้ยงที่แตกต่างกัน
สำหรับการทดลองที่ใช้จานเพาะเลี้ยงเซลล์แบบ 96 หลุมที่มีวงจรการเพาะเลี้ยงยาวนาน เนื่องจากปริมาณของเหลวที่เติมลงในแต่ละหลุมมีน้อย จึงมีความเสี่ยงที่สารละลายเพาะเลี้ยงจะแห้งหากระเหยเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 37 ℃
ความชื้นสัมพัทธ์ที่สูงขึ้นในตู้อบ เช่น ให้สูงกว่า 90% สามารถลดการระเหยของของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ปัญหาใหม่ได้เกิดขึ้น นักทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์หลายคนพบว่า ตู้อบมักเกิดการควบแน่นได้ง่ายในสภาวะที่มีความชื้นสูง หากไม่ควบคุม การควบแน่นนี้จะสะสมมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อแบคทีเรียในเซลล์ที่เพาะเลี้ยง
สรุปแล้ว การเกิดหย condensation ในตู้ฟักไข่เป็นเพราะความชื้นสัมพัทธ์สูงเกินไปใช่หรือไม่?
ก่อนอื่น เราต้องเข้าใจแนวคิดเรื่องความชื้นสัมพัทธ์ก่อนความชื้นสัมพัทธ์ (ความชื้นสัมพัทธ์, RH)คือปริมาณไอน้ำจริงในอากาศและเปอร์เซ็นต์ของปริมาณไอน้ำ ณ จุดอิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกัน แสดงได้ด้วยสูตร:
.png)
เปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์แสดงถึงอัตราส่วนของปริมาณไอน้ำในอากาศต่อปริมาณไอน้ำสูงสุดที่เป็นไปได้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:
* ความชื้นสัมพัทธ์ 0%:ในอากาศไม่มีไอน้ำ
* ความชื้นสัมพัทธ์ 100%:อากาศอิ่มตัวด้วยไอน้ำแล้วและไม่สามารถกักเก็บไอน้ำเพิ่มเติมได้ จึงจะเกิดการควบแน่นขึ้น
* ความชื้นสัมพัทธ์ 50%:แสดงว่าปริมาณไอน้ำในอากาศปัจจุบันมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของปริมาณไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมินั้น ถ้าอุณหภูมิอยู่ที่ 37°C ความดันไอน้ำอิ่มตัวจะอยู่ที่ประมาณ 6.27 kPa ดังนั้น ความดันไอน้ำที่ความชื้นสัมพัทธ์ 50% จะอยู่ที่ประมาณ 3.135 kPa
ความดันไอน้ำอิ่มตัวคือความดันที่เกิดขึ้นจากไอน้ำในสถานะแก๊ส เมื่อน้ำเหลวและไอน้ำอยู่ในสภาวะสมดุลพลวัตที่อุณหภูมิหนึ่ง
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อไอน้ำและน้ำเหลวอยู่ร่วมกันในระบบปิด (เช่น ตู้บ่มเพาะ CO2 ของ Radobio ที่ปิดสนิท) โมเลกุลของน้ำจะยังคงเปลี่ยนแปลงจากสถานะของเหลวไปเป็นสถานะก๊าซ (การระเหย) เมื่อเวลาผ่านไป ในขณะเดียวกัน โมเลกุลของน้ำในสถานะก๊าซก็จะเปลี่ยนไปเป็นสถานะของเหลว (การควบแน่น) อย่างต่อเนื่องเช่นกัน
ณ จุดหนึ่ง อัตราการระเหยและการควบแน่นจะเท่ากัน และความดันไอ ณ จุดนั้นจะเท่ากับความดันไอของน้ำอิ่มตัว ลักษณะเฉพาะคือ
1. สมดุลพลวัต:เมื่อน้ำและไอน้ำอยู่ร่วมกันในระบบปิด การระเหยและการควบแน่นจะเข้าสู่สมดุล ความดันของไอน้ำในระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป ในเวลานั้นความดันดังกล่าวคือความดันไอน้ำอิ่มตัว
2. การพึ่งพาอุณหภูมิ:ความดันไอน้ำอิ่มตัวเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์ของโมเลกุลน้ำจะเพิ่มขึ้น ทำให้โมเลกุลน้ำจำนวนมากขึ้นสามารถหลุดออกไปสู่สถานะแก๊สได้ ดังนั้นความดันไอน้ำอิ่มตัวจึงเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิลดลง ความดันไอน้ำอิ่มตัวก็จะลดลง
3. ลักษณะเฉพาะ:ความดันน้ำอิ่มตัวเป็นพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของวัสดุเท่านั้น ไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณของเหลว แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น
สูตรที่ใช้กันทั่วไปในการคำนวณความดันไอน้ำอิ่มตัวคือสมการอองตวน:
สำหรับน้ำ ค่าคงที่อองตวนจะมีค่าแตกต่างกันไปตามช่วงอุณหภูมิ ชุดค่าคงที่ที่ใช้กันทั่วไปมีดังนี้:
* A=8.07131
* B=1730.63
* C=233.426
ค่าคงที่ชุดนี้ใช้ได้กับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 1°C ถึง 100°C
เราสามารถใช้ค่าคงที่เหล่านี้ในการคำนวณได้ว่า ความดันน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิ 37°C คือ 6.27 kPa
ดังนั้น ปริมาณน้ำในอากาศที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส (°C) ในสภาวะความดันไอน้ำอิ่มตัวมีปริมาณเท่าใด?
ในการคำนวณปริมาณมวลของไอน้ำอิ่มตัว (ความชื้นสัมบูรณ์) เราสามารถใช้สูตรสมการของคลอซิอุส-คลาเพย์รอนได้ดังนี้:
ความดันไอน้ำอิ่มตัว: ที่อุณหภูมิ 37°C ความดันไอน้ำอิ่มตัวอยู่ที่ 6.27 กิโลปาสคาล
แปลงอุณหภูมิเป็นเคลวิน: T = 37 + 273.15 = 310.15 K
แทนค่าลงในสูตร:
.png)
ผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณคือประมาณ 44.6 กรัม/ลูกบาศก์เมตร
ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ปริมาณไอน้ำ (ความชื้นสัมบูรณ์) ณ จุดอิ่มตัวอยู่ที่ประมาณ 44.6 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งหมายความว่าอากาศแต่ละลูกบาศก์เมตรสามารถกักเก็บไอน้ำได้ 44.6 กรัม
ตู้บ่มเพาะ CO2 ขนาด 180 ลิตร จะบรรจุไอน้ำได้เพียงประมาณ 8 กรัมเท่านั้นเมื่อเติมของเหลวลงในถาดเพิ่มความชื้นและภาชนะเพาะเลี้ยง ความชื้นสัมพัทธ์สามารถสูงขึ้นได้ง่าย แม้กระทั่งใกล้เคียงกับค่าความชื้นอิ่มตัว
เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ถึง 100%ไอน้ำเริ่มควบแน่น ณ จุดนี้ ปริมาณไอน้ำในอากาศจะถึงค่าสูงสุดที่อากาศสามารถกักเก็บได้ที่อุณหภูมิปัจจุบัน นั่นคือ จุดอิ่มตัว การเพิ่มขึ้นของไอน้ำหรือการลดลงของอุณหภูมิจะทำให้ไอน้ำควบแน่นกลายเป็นน้ำเหลว
การควบแน่นอาจเกิดขึ้นได้เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เกิน 95%แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ ปริมาณไอน้ำในอากาศ และอุณหภูมิพื้นผิว ปัจจัยที่มีอิทธิพลเหล่านี้มีดังต่อไปนี้:
1. อุณหภูมิลดลง:เมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศใกล้ถึงจุดอิ่มตัว การลดลงของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยหรือการเพิ่มขึ้นของปริมาณไอน้ำเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการควบแน่นได้ ตัวอย่างเช่น ความผันผวนของอุณหภูมิในตู้ฟักไข่อาจนำไปสู่การเกิดหยดน้ำ ดังนั้นการรักษาอุณหภูมิในตู้ฟักไข่ให้คงที่จึงมีผลยับยั้งการเกิดหยดน้ำ
2. อุณหภูมิพื้นผิวในพื้นที่ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้าง:หากอุณหภูมิพื้นผิวเฉพาะจุดต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้าง ไอน้ำจะควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำบนพื้นผิวเหล่านั้น ดังนั้นการรักษาความสม่ำเสมอของอุณหภูมิภายในตู้ฟักไข่จึงมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการยับยั้งการควบแน่น
3. ปริมาณไอน้ำเพิ่มขึ้น:ตัวอย่างเช่น ถาดเพิ่มความชื้นและภาชนะเพาะเลี้ยงที่มีของเหลวปริมาณมาก และตู้อบที่ปิดสนิทดี เมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศภายในตู้อบเพิ่มขึ้นเกินขีดจำกัดสูงสุดที่อุณหภูมิปัจจุบัน แม้ว่าอุณหภูมิจะคงที่ ก็จะเกิดการควบแน่นขึ้น
ดังนั้น ตู้บ่มเพาะ CO2 ที่มีการควบคุมอุณหภูมิที่ดีจึงมีผลยับยั้งการเกิดหยดน้ำอย่างเห็นได้ชัด แต่เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เกิน 95% หรือถึงจุดอิ่มตัว โอกาสในการเกิดหยดน้ำก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมากดังนั้น เมื่อเราเพาะเลี้ยงเซลล์ นอกจากการเลือกตู้บ่มเพาะ CO2 ที่ดีแล้ว เราควรพยายามหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการเกิดการควบแน่นซึ่งเกิดจากการพยายามรักษาระดับความชื้นให้สูงเกินไป
วันที่โพสต์: 23 กรกฎาคม 2567